TS16949-MSA測量系統(tǒng)分析培訓(xùn)(共58頁).ppt

1、TS16949：MSA測量系統(tǒng)分析培訓(xùn)測量系統(tǒng)分析培訓(xùn)1課程大綱測量系統(tǒng)分析的意義和目的；測量系統(tǒng)分析的定義：測量系統(tǒng)、量具、測量、測量過程； 測量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識：1）、測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性：偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、線性、分辨力2）、理想的測量系統(tǒng)計(jì)量型測量系統(tǒng)的分析方法1）偏倚2）穩(wěn)定性3）線性4）重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法1）小樣法2）大樣法3）、測量系統(tǒng)的共同特性4）、測量系統(tǒng)的評定步驟和準(zhǔn)備2測量的重要性人 機(jī) 法 環(huán) 測量合格原料過程活動測量結(jié)果不合格 如果測量出現(xiàn)問題，那么合格的產(chǎn)品可能被判為不合格，不合格的產(chǎn)品可能被判為合格，此時便不能得到真

2、正的產(chǎn)品或過程特性。 因此，要保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。3測量誤差Y = x + 測量值真值+測量誤差戴明說沒有真一致值的存在45測量誤差的來源分辨能力精密度準(zhǔn)確度(重復(fù)性)( 偏差 ) 損壞不同儀器和夾具間的差異不同使用人員的差異使用不同的方法所造成差異不同環(huán)境所造成的差異(再現(xiàn)性)測量的變異說明工件+(零件)儀器+(量具)彈性變形清潔度溯源性隱藏的幾何形狀制造設(shè)計(jì)維護(hù)測量系標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)穩(wěn)定性振動熱膨脹照明壓力溫度經(jīng)驗(yàn)培訓(xùn)理解體力溫度變異性環(huán)境人員6為什么要進(jìn)行測量系統(tǒng)分析 即使量具經(jīng)過檢定或校準(zhǔn)，由于人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等五方面的原因，會帶來測量誤差。 檢測設(shè)備的檢定或校準(zhǔn)不能滿足實(shí)際測量

3、的需要。 滿足QS9000、ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn)的要求：ISO/TS16949:2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：為分析出現(xiàn)在各種測量和試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)測量結(jié)果的變差，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)研究。此要求必須適用于在控制計(jì)劃中提及的測量系統(tǒng)。這些分析方法以及接收準(zhǔn)則的使用必須符合顧客的測量系統(tǒng)分析參考手冊。采用其他的分析方法和接受準(zhǔn)則必須獲得顧客的批準(zhǔn)。7測量系統(tǒng)分析的目的 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，確定測量系統(tǒng)測量結(jié)果的變差（測量誤差），了解變差的來源。 確定一個測量系統(tǒng)的質(zhì)量，并且為測量系統(tǒng)的改進(jìn)提供信息。 保證所用統(tǒng)計(jì)分析方法及判定準(zhǔn)則的一致性。8測量系統(tǒng)的基本知識和概念 術(shù)語 測量系統(tǒng)及其統(tǒng)計(jì)特性 分辨力、穩(wěn)定性

4、、偏倚 、重復(fù)性、再現(xiàn)性、線性 理想的測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)的共同特性 測量系統(tǒng)的評定步驟和準(zhǔn)備9術(shù)語 測量：賦值給具體事物以表示他們之間的關(guān)系。而賦予的值定義為測量值。 量具：任何用來獲得測量結(jié)果的裝置，經(jīng)常用來特指用在車間的裝置，包括用來測量合格不合格的裝置。 測量系統(tǒng)：用來對被測量特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合。10測量系統(tǒng)的組成人操作人員測量系統(tǒng)機(jī)料法環(huán)量具/測量設(shè)備/工裝被測的材料/樣品/特性操作方法、操作程序工作的環(huán)境11測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性 通常使用測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性來衡量測量系統(tǒng)的質(zhì)量：1）分辨力2）偏倚3）重復(fù)性4）再現(xiàn)性5）線性6）穩(wěn)定性Discrimi

5、nationBiasRepeatabilityReproducibilityLinearityStability12分辨力（率） 定義：指測量系統(tǒng)檢出并如實(shí)指示被測特性中極小變化的能力。 傳統(tǒng)是公差范圍的十分之一。建議的要求是總過程6(標(biāo)準(zhǔn)偏差)的十分之一。10T3013分辨力（率）分辨力差12345分辨力好1234514偏倚基準(zhǔn)值偏倚 偏倚：是測量結(jié)果的觀測平均值與基準(zhǔn)值的差值。 基準(zhǔn)值的取得可以通過采用更高級別的測量設(shè)備進(jìn)行多次測量，取其平均值來確定。觀測平均值15重復(fù)性重復(fù)性是由一個評價(jià)人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得重復(fù)性真值重復(fù)性好均值的測量值變差。真值重復(fù)性差

6、均值16再現(xiàn)性操作者C 再現(xiàn)性是由不同的評價(jià)人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。操作者B操作者A再現(xiàn)性再現(xiàn)性好真值真值再現(xiàn)性差17穩(wěn)定性穩(wěn)定性：是測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的相同特性時獲得的測量值的總變差。穩(wěn)定性時間2時間118線性線性是在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值：可以用整個儀器量程范圍內(nèi)的偏移之差（或偏差）的量度來度量樣本的線性度。如果偏移在整個量程范圍內(nèi)不變，則具有很好的線性度?；鶞?zhǔn)值基準(zhǔn)值觀測平均值量程觀測平均值19平線性此時線性度是個問題有偏倚偏移觀測的無偏倚.0001.001測量單元.01.1此時線性度不是個問題均值偏移基準(zhǔn)值.0

7、001.001.01.1測量單元20測量系統(tǒng)的分析 測量系統(tǒng)的變差類型：偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、線性 測量系統(tǒng)特性可用下列方式來描述 ：1）位置：穩(wěn)定性、偏倚、線性。2）寬度或范圍：重復(fù)性、再現(xiàn)性。21位置和寬度標(biāo)準(zhǔn)值位置寬度位置寬度22理想的測量系統(tǒng)理想的測量系統(tǒng)在每次使用時： 應(yīng)只產(chǎn)生“正確”的測量結(jié)果。 每次測量結(jié)果總應(yīng)該與一個標(biāo)準(zhǔn)值相符。 一個能產(chǎn)生理想測量結(jié)果的測量系統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚和所測的任何產(chǎn)品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計(jì)特性。23測量系統(tǒng)所應(yīng)具有的特性 測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計(jì)控制中，這意味著測量系統(tǒng)中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。這可稱為統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性；

8、測量系統(tǒng)的變異必須比制造過程的變異?。?變異應(yīng)小于公差帶； 測量精密應(yīng)高于過程變差和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一； 測量系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)特性可能隨被測項(xiàng)目的改變而變化。若真的如此，則測量系統(tǒng)的最大的變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。24測量系統(tǒng)的評定第一階段：明白該測量過程并確定該測量系統(tǒng)是否滿足我們的需要。主要有二個目的：1）確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計(jì)特性，此項(xiàng)必須在使用前進(jìn)行。2）發(fā)現(xiàn)種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用的環(huán)境要求。第二階段：目的是在驗(yàn)證一個測量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當(dāng)

9、的統(tǒng)計(jì)特性。常見的量具R&R分析是其中的一種試驗(yàn)型式。25計(jì)量型測量系統(tǒng)研究26計(jì)量型測量系統(tǒng)研究作業(yè)步驟：（1）確定M名操作者A、B、C，選定N個被測零件，按1、2、，編號。被選定零件盡可能反映整個過程的變差。（2）測取數(shù)據(jù)：A以隨機(jī)順序測取所有數(shù)據(jù)并記錄之，B、C在不知他人測量結(jié)果的前提下，以同樣方法測量各零件的數(shù)據(jù)并記錄之。（3）再以隨機(jī)順序重復(fù)上述測量r次(如23次)27=（4）數(shù)據(jù)處理-極差計(jì)算(1)分別計(jì)算每個操作者對各個零件進(jìn)行r次測量的極差Raj , Rbj , Rcj ; j =1,2,., N ;(2)計(jì)算每個操作者的平均極差Ra , Rb , Rc ,., Rm

10、;(3)總平均極差R （Ra + Rb + . + Rm ) / M ;(4)計(jì)算控制限UCLR =RD4LCLR =RD3D3，D4 可根據(jù)試驗(yàn)次數(shù)r查表，當(dāng)r 7時，D3 =0。28jj值jjj值=j（5）數(shù)據(jù)處理-均值計(jì)算( 1 ) 求出各人各零件的均值A(chǔ) j , B j , C,.,M( 2 ) 求出所有人各零件的均X=1M( A j + B j + C+ . + M)( 3 ) 求出各人所有零件的均XA, XB, XC,.,XM例如XA=1N( A 1 + A 2 + . + A N )( 4 ) 總均值1M( X a + X b + X c . + X M )( 5 ) 求各人均值

11、中最大值與最小值之差，認(rèn)為X DIEF = MaxX MinX( 6 ) 求各零件均值中最大值與最小值之差，認(rèn)為R P = MaxXj MinX29111（6）結(jié)果分析 以下計(jì)算的變差均以99%的正態(tài)概率為基礎(chǔ)，即變差=5.15 重復(fù)性EV= R K當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)r = 3 , Kr = 2 , K= 3 . 05= 4 . 4530007.5（6）結(jié)果分析重復(fù)性示例：評價(jià)人 1評價(jià)人 2零件試驗(yàn)1212172162220216321721642142125216219121621922162163216215421621252202203平均值極差216216.31.0218218.04.021

12、6216.31.0212212.72.0220218.34.0X216.3220218.34.0220217.34.0216215.71.0212213.34.0220220.00.0X216.9R圖控制圖控制限R = 2.5UCLR= R * D4 =LCLR= R * D3 =6.40.0子組內(nèi)觀察次數(shù)23D3D43.267 控制圖常數(shù)2.575零件變差試驗(yàn)次數(shù)e = R / d2m=3g1m21.4131.91g5m21.1931.74g9m21.1631.72零件數(shù)量*評價(jià)人 g=10d2=1.72(查表查表)零件變差 e = 2.5/ 1.72 = 1.452341.281.231.

13、211.811.771.756781.181.171.171.731.731.721011121.161.161.151.721.711.71重復(fù)性= 5.15e =平均極差分布的d2值312)（6）結(jié)果分析 再現(xiàn)性AV = ( X DIFF K 2 ) (EV 2Nr其中 K 2 = 5 . 15 / d 2 , d 2 取決于 m .其中 N 零件數(shù)，r 試驗(yàn)數(shù)當(dāng)評價(jià)人數(shù)m = 2時， K 2 = 3 . 65m = 3時， K 2 = 2 . 70若根號內(nèi)為負(fù)值，則AV = 032（6）結(jié)果分析再現(xiàn)性示例：評價(jià)人 1評價(jià)人 2零件試驗(yàn)121217216222021632172164214

14、2125216219121621922162163216215421621252202203平均值極差216216.31.0218218.04.0216216.31.0212212.72.0220218.34.0X216.3220218.34.0220217.34.0216215.71.0212213.34.0220220.00.0X216.9mmm平均值極差 R0 = 216.9-216.3 = 0.6評價(jià)人數(shù) m = 2g=1(只有只有1個極差個極差)評價(jià)人標(biāo)準(zhǔn)偏差 = R0/d2 = 0.4再現(xiàn)性 = 5.15R0 /d2 = 2.2g123421.411.281.231.2131.91

15、1.811.771.75g567821.191.181.171.1731.741.731.731.72g910111221.161.161.161.1531.721.721.711.71平均極差分布的d2值因量具變差影響了再現(xiàn)性的估計(jì)值，必須減去重復(fù)性部分來校正。校正過的再現(xiàn)性 = (5.15R0/d2)2 - (5.15e )2/nr = 1.0n = 零件數(shù)量，r = 試驗(yàn)次數(shù)。校正的評價(jià)人標(biāo)準(zhǔn)偏差 0 =1.0 / 5.15 0.1933（6）結(jié)果分析 零件間變差（PV）零件間變異：是指同一人或不同人使用同一量具測量不同零件之相同特性所得之變異。PV = Rp K3其中:Rp為樣品的平均

16、值極差,K3=5.15/d2注:d2取決于零件數(shù)(n)當(dāng)n=10時,d2=1.6234（6）結(jié)果分析零件間變差示例：評價(jià)人 1評價(jià)人 2零件試驗(yàn)123平均值極差1217216216216.31.02220216218218.04.03217216216216.31.04214212212212.72.05216219220218.34.01216219220218.34.02216216220217.34.03216215216215.71.04216212212213.34.05220220220220.00.0平均值217.3217.7216.0213.0219.2極差RP6.2m零件間的

17、標(biāo)準(zhǔn)偏差 P=RP/d2零件數(shù) m = 5g=1(只有只有1個極差個極差)P = 6.2/2.48 = 2.50零件間變差PV = 5.15* P =12.88g123421.411.281.231.2131.911.811.771.752.242.152.122.11452.482.402.382.3762.672.602.582.57平均極差分布的d2值35（6）結(jié)果分析 參數(shù)表:362222（6）結(jié)果分析 測量系統(tǒng)雙性（R & R）R&R =( EV ) + ( AV ) 總變差(TV)TV=( R & R) + ( PV )37（6）結(jié)果分析 測量系統(tǒng)GR&am

18、p;R(%R&R):(Gauge Reproducebility and Repeatability)%R&R = 100 ( R&R / TV )示例38（6）結(jié)果分析 %R&R可接受的條件是： 數(shù)值10%的誤差測量系統(tǒng)可接受 10%數(shù)值30%的誤差測量系統(tǒng)不能接受， 須予以改進(jìn)。進(jìn)行各種努力發(fā)現(xiàn)問題并改正，必要時更換量具或?qū)α烤咧匦逻M(jìn)行調(diào)整，并對以前所測量的庫存品再抽查檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)庫存品已超出規(guī)格應(yīng)立即追蹤出貨，通知客戶，協(xié)調(diào)處理對策39（6）結(jié)果分析 當(dāng)重復(fù)性(AV)變差值大于再現(xiàn)性(EV)時量具的結(jié)構(gòu)需再設(shè)計(jì)增強(qiáng)量具的夾緊或零件定位的方式(檢驗(yàn)點(diǎn))需加以

19、改善量具應(yīng)加以保養(yǎng)40（6）結(jié)果分析 當(dāng)再現(xiàn)性(EV)變差值大于重復(fù)性(AV)時作業(yè)員對量具的操作方法及數(shù)據(jù)讀取方式應(yīng)加強(qiáng)教育, 作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)再明確訂定或修訂可能需要某些夾具協(xié)助操作員, 使其更具一致性的使用量具量具與夾治具校驗(yàn)頻率于入廠及送修糾正后須再做測量系統(tǒng)分析, 并作記錄41（7）線性分析線性： 在測量儀器的工作范圍內(nèi)選擇一些零件可確定線性。這些被選零件的偏倚由基準(zhǔn)值與測量觀察平均值之間的差值確定。 正如在偏倚研究中一樣，零件的基準(zhǔn)值可由工具室或全尺寸檢驗(yàn)設(shè)備確定。在操作范圍內(nèi)選取的那些零件由一個或多個評價(jià)人測量，確定每一零件的觀察平均值，基準(zhǔn)值與觀察平均值之間的差值為偏倚，要確定各個被

20、選零件的偏倚。線性圖就是在整個工作范圍內(nèi)的這些偏倚與基準(zhǔn)值之間描繪的。42（7）線性分析 線性示例:某工廠領(lǐng)班對確定某測量系統(tǒng)的線性感興趣?；谠撨^程變差，在測量系統(tǒng)工作范圍內(nèi)選定五個零件。通過全尺寸檢驗(yàn)設(shè)備測量每個零件以確定它們的基準(zhǔn)值。然后一位評價(jià)人對每個零件測量12次。零件隨機(jī)抽取，每個零件平均值與偏倚平均值的計(jì)算如下表所示。零件偏倚由零件平均值減去零件基準(zhǔn)值計(jì)算得出。43偏倚2R 2 = 2（7）線性分析零件基準(zhǔn)值12312. 0 02. 7 02. 5 02. 4 024 .0 05 .1 03 .9 04 .2 036. 0 05. 8 05. 7 05. 9 048. 0 07.

21、 6 07. 7 07. 8 051 0. 0 09 .1 09 .3 09 .5 00.600.400.20線性圖試驗(yàn)4562. 5 02. 7 02. 3 05 .0 03 .8 03 .9 05. 9 06. 0 06. 1 07. 7 07. 8 07. 8 09 .3 09 .4 09 .5 00.000.00-0.202.004.006.008.0010.0012.00次數(shù)7892. 5 02. 5 02. 4 03 .9 03 .9 03 .9 06. 0 06. 1 06. 4 07. 8 07. 7 07. 8 09 .5 09 .5 09 .6 0-0.40-0.60101

22、12. 4 02. 6 04 .0 04 .1 06. 3 06. 0 07. 5 07. 6 09 .2 09 .3 0-0.80基準(zhǔn)值122. 4 03 .8 06. 1 07. 7 09 .4 0最佳擬合這些點(diǎn)的線性回歸直線及該直線的擬合優(yōu)度（R ）計(jì)算如下：零件均值 2. 4 9基準(zhǔn)值 2. 0 0偏倚0. 4 94 .1 34 .0 00 .1 26. 0 36. 0 00. 0 27. 7 18. 0 0- 0. 2 99 .3 81 0. 0 0- 0. 6 2y bax式中：x 基準(zhǔn)值y 偏倚a 斜率極差0. 4 01 .3 00. 7 00. 3 00 .5 0a =xy-(

23、x*y/n)x 2 -(x) 2 /n= -0.13167偏倚 = bax = 0.7367 -0.1317*基準(zhǔn)值b =y/n-a*(x/n) =0.7367斜率越低，線性越好。(xy-(x*y/n) 2x -(x) 2 /n)(y 2 -(y) 2= 0.97790744計(jì)量型測量系統(tǒng)研究45計(jì)數(shù)型量具 就是把各個零件與某些指定限值相比較，如果滿足限件則接受該零件否則拒收。 計(jì)數(shù)型量具只能指示該零件被接受或拒收。 計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法有：1）小樣法；2）大樣法。46（8）GO/NO GO分析(小樣法分析) 先選取20個零件來進(jìn)行。 選取二位評價(jià)人以一種能防止評價(jià)人偏倚的方式兩次測量所有

24、零件。 在選取20個零件時，必須有一些零件稍許高或低于規(guī)范限值。 所有的測量結(jié)果(每個零件測4次)一致則接受該量具，否則應(yīng)改進(jìn)或重新評價(jià)該量具，如果不能改進(jìn)該量具，則不能被接受并且應(yīng)找到一個可接受之替代測量系統(tǒng)（續(xù)）47（8）GO/NO GO分析(小樣法分析) 當(dāng)為不能接受時，可能有但不限于下列情況，并應(yīng)采取相對應(yīng)的措施 儀器性能不穩(wěn)定，檢查并修理或更換儀器； 對測量者進(jìn)培訓(xùn)，提高測量者測量水平； 量具的夾緊或定位裝置需要改進(jìn)。（續(xù)）48（8）GO/NO GO分析(小樣法分析)GO/NO GO示例: 橡膠軟管內(nèi)徑通過不通過塞規(guī)49大樣法分析對于某計(jì)數(shù)型量具，用量具特性曲線的概念來進(jìn)行量具研究，

25、GPC是用于評價(jià)量具的重復(fù)性和偏倚；這種量具研究可用于單限值和雙限值量具；對于雙限值量具，假定誤差是線性一致的，只需檢查一個限值。一般地，計(jì)數(shù)型量具研究包括獲得多個被選零件的基準(zhǔn)值。這些零件經(jīng)過多次(m)評價(jià)，連同接受總次數(shù)(a)，逐個零件地記錄，從這些結(jié)果就能做估計(jì)重復(fù)性和偏倚。50分析步驟 選取零件；最根本的是已知研究中所用零件的基準(zhǔn)值。應(yīng)盡可能按實(shí)際情況等間隔選取八個零件，其最大和最小值應(yīng)代表該過程范圍； 八個零件必須用量具測量m=20，并記錄接受的次數(shù)(a)； 對于整個研究，最小的零件必須a=0，最大的零件a=20，記錄接受的次數(shù)(a)。其余1a19； 如果不滿足這些準(zhǔn)則，必須用量具測量更多的已知其基準(zhǔn)值的零件(X)； 如果不滿足上述零件這些點(diǎn)可選在量具研究已測量的零件測量中間點(diǎn)； 一直重復(fù)以上直到滿足上述要求。51 a 0.5 a ma計(jì)算Kappa值 a + 0.5 a m , if m 0.5, a 0 m 0.5, if = 0.5 m a = 0 set pa = 0.025a = 20 set pa = 0.97552計(jì)算偏倚Bias = X T (at Pa = 0.5) Lower limitRepeat