MSA測量系統(tǒng)分析及運用管理

1、MSA測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)分析Measurement Systems Analysis誤差及能力分析戈運衛(wèi)Sensa.Agnt1目錄1.準備備知識1.1量量具、測測量和測測量系統(tǒng)統(tǒng)1.3測量系統(tǒng)統(tǒng)所應具具有之統(tǒng)統(tǒng)計特性性1.2影響測量量結(jié)果的的因素1.4測測量系統(tǒng)統(tǒng)的評定定2.誤差差的組成成過程程變差的的剖析3.誤差差的“五五性”準確性性/穩(wěn)定定性/線線性/重復性/再現(xiàn)性4.MSA分分析時機機5.如何何計算GR&R?6.通過過實例理理解GR&R(課堂堂計算練練習）7.GR&R在測量量系統(tǒng)分分析中的的作用8.計數(shù)數(shù)型/定定性數(shù)據(jù)據(jù)GR&R9.提問問和討論論12/20/201021 準備備知識1.

2、1量量具、測測量和測測量系統(tǒng)統(tǒng)、測量量標準v量具:任任何用來來獲得測測量結(jié)果果的裝置置，包括括用來測測量合格/不合格格的裝置置。v 測量量：對產(chǎn)產(chǎn)品或過過程特性性賦值的的過程。測量系統(tǒng)統(tǒng)：用來來獲得表表示產(chǎn)品品或過程程特性的的數(shù)值的的系統(tǒng)，稱之為為測量系系統(tǒng)。測測量系統(tǒng)統(tǒng)是與測測量結(jié)果果有關(guān)的的儀器、設備、軟件、程序、操作人人員、環(huán)環(huán)境的集集合。變差的描描述劃分分：變差差位置和和變差分分布12/20/201031 準備備知識1.1量量具、測測量和測測量系統(tǒng)統(tǒng)、測量量標準（續(xù)）V測量標標準包括括用于比較較的可接接受的基基準；用于接受受的準則則；已知的數(shù)數(shù)據(jù)，在在表明的的不確定定界限內(nèi)內(nèi)作為真真值

3、被接接受；基準值；12/20/20104測量數(shù)據(jù)據(jù)準確:數(shù)據(jù)的中心與與標準值值相近.好的測量量數(shù)據(jù):零變差零偏倚零錯誤分分類率精確:數(shù)據(jù)的變差小小,集中于某某點附近近.12/20/201051.2影影響測測量結(jié)果果的因素素S、W、I、P、E):12/20/201061.3測測量系系統(tǒng)所應應具有之之統(tǒng)計特特性V測量系統(tǒng)統(tǒng)必須處處于統(tǒng)計計控制中中，這意意味著測測量系統(tǒng)統(tǒng)中的變變差只能能是由于于普通原原因而不不是由于于特殊原原因造成成的。這這可稱為為統(tǒng)計穩(wěn)穩(wěn)定性。v測量系統(tǒng)統(tǒng)的變差差必須比比制造過過程的變變差小。v 測量量系統(tǒng)的的變差應小小于公差差帶。滿足分辨辨率要求求理想的測測量系統(tǒng)統(tǒng)：零方方差、

4、零零偏倚和和錯誤分分類零概概率；用多次測測量數(shù)據(jù)據(jù)的統(tǒng)計計特性來來確定MS的質(zhì)質(zhì)量12/20/201071.3.1MSA測量量系統(tǒng)的的統(tǒng)計特特性統(tǒng)計特性定義分辨率（力）(Resolution）最少的讀數(shù)單位，是設計輸出的固有特性，是測量儀器輸出的最刻度單位偏倚(Bias)真值（基準值）與觀測的測量值均值之差值，是系統(tǒng)誤差之一穩(wěn)定性(Stability）又叫漂移，是偏倚隨時間的變化，在某種持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準或零件單一特性結(jié)果的變差線性（Linearity）量具預期工作范圍內(nèi)偏倚的變差，是系統(tǒng)誤差的一個分量 12/20/201081.3.1MSA測量量系統(tǒng)的的統(tǒng)計特特性(續(xù)續(xù)）統(tǒng)計特性定義重復

5、性(Repeatability)同一評價人用同一量具多次測量同一零件的同一特性所獲得的變差，是設備本身固有的變差或性能再現(xiàn)性(Reproducibility)由不同評價人，采用相同的量具，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差，一般由評價人，環(huán)境或方法的誤差引起的GR&R由重復性和再現(xiàn)性合成，用以評估測量系統(tǒng)能力的變差 12/20/201091.4測測量系系統(tǒng)的評評定評價測量量系統(tǒng)的的三個基基本問題題是否有有足夠的的分辨力力？是否統(tǒng)統(tǒng)計穩(wěn)定定？統(tǒng)計特特性用于于過程控控制和分分析是否否可接受受？12/20/201010分辨率要要求:考慮一個個產(chǎn)品，其規(guī)格格為100.5mm，而產(chǎn)產(chǎn)品測量量使用直

6、直尺，其其刻度值值為1mm，這這樣的測測量系統(tǒng)統(tǒng)有問題題嗎?12/20/201011什么樣的的分辨率率是可以以接受的的?分辨率:測量系系統(tǒng)檢測測并如實實指示被被測特性性的微小小變化的的能力。被測特特性根據(jù)據(jù)測量值值分為不不同的數(shù)數(shù)據(jù)組，同一數(shù)數(shù)據(jù)組內(nèi)內(nèi)的零件件之被測測特性具具有同樣樣的數(shù)值值。典型的,此能力力的度量量是看儀儀器的最最小刻度度值通用準則則是一個個量具的的分辨率率是所測測特性公公差/過過程變差差的十分分之一分辨目錄錄數(shù)(ndc):測量量特性將將根據(jù)測測量的值值而分成成不同的的目錄組組,在一一組內(nèi)的的產(chǎn)品具具有一樣樣的值.分辨率不不足對控控制圖的的影響。（具體體見下圖圖）12/20/

7、2010120.1360.1400.144平均( x )0.14555(UCL)控制上線0.13571(LCL)控制下線0.01810(UCL)控制上線00.0100.020最小測量單位為0.001英寸數(shù)據(jù)控制圖0.1360.1400.144平均( x )0.14555(UCL)控制上線0.13571(LCL)控制下線0.01810(UCL)控制上線00.0100.020最小測量單位為0.01英寸數(shù)據(jù)控制圖ab極差極差12/20/2010131.4測測量系系統(tǒng)的評評定測量系統(tǒng)統(tǒng)的評定定通常分分為兩個個階段：第一階段段：明白該該測量過過程并確確定該測測量系統(tǒng)統(tǒng)是否滿滿足我們的的需要。第一階階段試

8、驗驗主要有有二個目目的：v確定該測測量系統(tǒng)統(tǒng)是否具具有所需需要的統(tǒng)統(tǒng)計特性性，此項項必須在使使用前進進行。v發(fā)現(xiàn)哪種種環(huán)境因因素對測測量系統(tǒng)統(tǒng)有顯著著的影響響，例如如溫度、濕濕度等，以決定定其使用用之空間間及環(huán)境境。第二階段段：評定目目的是在在驗證一一個測量量系統(tǒng)一一旦被認認為是可行行的，應應持續(xù)具具有恰當當?shù)慕y(tǒng)計計特性。常見的“量具R&R分析析”就是其中中的一種種型式。12/20/2010141.4測測量系系統(tǒng)的評評定數(shù)據(jù)的的類型？數(shù)據(jù)的的類型：計量型型數(shù)據(jù)；計數(shù)型型數(shù)據(jù)如何評評定數(shù)據(jù)據(jù)質(zhì)量？測量結(jié)結(jié)果與“真”值值的差越越小越好好。數(shù)據(jù)質(zhì)質(zhì)量是用用多次測測量的統(tǒng)統(tǒng)計結(jié)果果進行評評定。計量型型

9、數(shù)據(jù)的的質(zhì)量：均值與與真值（基準值值）之差差。方差大大小。計數(shù)型型數(shù)據(jù)的的質(zhì)量對產(chǎn)品品特性產(chǎn)產(chǎn)生錯誤誤分級的的概率12/20/201015追溯性：通過應應用連接接標準等等級體系系的適當當標準程程序，使使單個測量結(jié)果果與國家家標準或或國家接接受的測測量系統(tǒng)統(tǒng)相聯(lián)系系。標準的傳傳遞國家標準準國際標準準地方標準準公司標準準測量結(jié)果果國家實驗驗室國際實驗驗室國家認可可的校準準機構(gòu)企業(yè)的的校準實實驗室測量結(jié)果果國家認可可的校準準機構(gòu)12/20/2010162.誤差的組組成過過程變差差剖析過程變差差觀測值值實際過程程變差測量誤差差重復性短期過程變差差抽樣產(chǎn)生生的變差量具變差操作員造造成的變差差長期過程變差

10、差準確度穩(wěn)定性線性再現(xiàn)性“重復性性”和“再現(xiàn)性性”是測測量誤差差的主要要來源12/20/2010173.誤差的的“五性性”3.1重重復性變變差Repeatability傳統(tǒng)上稱稱為“評評價人內(nèi)內(nèi)部”的的變異。重復性是是用同一一個評價價人使用用同一測測量儀器器對同一一零件上上的同一一特性進進行多次次測量所所得到的的測量變變差，用用于估計計短期的的變差。重復性變變差是設設備本身身固有變變差或能能力。通常被稱稱為設備備變差(equipment variation,EV)12/20/201018造成重復復性的可可能原因因零件內(nèi)部部（抽樣樣樣本）：形狀狀、位置置、表面面光度、錐度、樣本的的一致性性儀器內(nèi)

11、部部：維修修、磨損損、設備備或夾具具的失效效、質(zhì)量量或保養(yǎng)養(yǎng)不好。標準內(nèi)部部：質(zhì)量量、等級級、磨損損。方法內(nèi)部部：作業(yè)業(yè)準備、技巧、歸零、固定、夾持。12/20/201019造成重復復性的可可能原因因.評價人內(nèi)內(nèi)部：技技巧、位位置、經(jīng)經(jīng)驗、操操作技能能或培訓訓、意識識、疲勞勞環(huán)境內(nèi)部部：對溫溫度、濕濕度、振振動、清清潔的小小幅度波波動。缺乏穩(wěn)健健的儀器器設計或或方法，一致性性不好。12/20/2010203.誤差的的“五性性”3.2再再現(xiàn)性性 Reproducibility傳統(tǒng)上將將再現(xiàn)性性稱為“評價人人之間”的變差差。通常將再再現(xiàn)性定定義為用用不同評評價人使使用相同同的測量量儀器對對同一產(chǎn)產(chǎn)

12、品上的的同一種種特性進進行測量量所得平平均值的的變差。通常被稱稱為A.V評價價人變差差（AppraiserVariation)測量系統(tǒng)統(tǒng)中操作作員產(chǎn)生生的變異異差。12/20/201021n量具重復復性和再再現(xiàn)性Gage R&R(repeatabilityandreproducibility)Reproducibility（再現(xiàn)性性）再現(xiàn)性人員C人員BRepeatability（重復復性）：重複性12/20/201022造成再現(xiàn)現(xiàn)性的可可能原因因零件之間間（抽樣樣樣本）：使用用相同的的儀器、操作者者和方法法，測量量A、B、C零零件類型型時的平平均差異異。儀器之間間：在相相同零件件、操作作者和環(huán)

13、環(huán)境下使使用A、B、C儀器測測量平均均值差異異。標準之間間：在測測量過程程中，不不同的設設定標準準的平均均影響。方法之間間：改變變測量點點密度、手動或或自動系系統(tǒng)、歸歸零、固固定或夾夾緊方法法等所造造成的平平均值差差異。12/20/201023造成再現(xiàn)現(xiàn)性的可可能原因因.評價人（操作者者）之間間：評價價人A、B、C之間由由于培訓訓、技巧巧、技能能和經(jīng)驗驗所造成成的平均均值差異異。環(huán)境之間間：在經(jīng)經(jīng)過1、2、3等時段段所進行行的測量量，由于于環(huán)境周周期所造造成的測測量平均均值差異異。缺乏穩(wěn)健健的儀器器設計或或方法。12/20/2010243.誤差的的“五性性”3.3準準確度度 Accuracy它

14、是指一一個或多多個測量量結(jié)果的的平均值值與一個個參考值值之間一一致的接接近程度度。偏倚Bias通通常被稱稱為“準準確度”。偏倚是指指對相同同零件上上同一特特性的觀觀測平均均值與真真值（參參考值）的差異異。偏倚是系系統(tǒng)誤差差。12/20/201025量測系統(tǒng)統(tǒng)變異（Bias）Bias（偏差差值）：觀察平平均值與與標準值值之差異異，參考考準確度度（Accuracy）=ABS(Bias)/(T/2)標準值Bias12/20/2010263.誤差的的“五性性”3.4穩(wěn)穩(wěn)定性性 Stability隨時間變變化的偏偏倚值。一個穩(wěn)定定的測量量過程在在位置方方面是處處于統(tǒng)計計受控狀狀態(tài)的。穩(wěn)定性的的別名漂漂移

15、drift。12/20/201027量測系統(tǒng)統(tǒng)變異（Stability）Stability（穩(wěn)定性性）：不不同時間間，量測測相同產(chǎn)產(chǎn)品之同同一特性性時，獲獲得的測測量值總總變差穩(wěn)定性時間1時間212/20/2010283.誤差的的“五性性”3.5線線性Linearity在量具正正常工作作量程內(nèi)內(nèi)的偏倚倚變化量量。多個獨立立的偏倚倚誤差在在量具工工作量程程內(nèi)的關(guān)關(guān)系是測測量系統(tǒng)統(tǒng)的系統(tǒng)統(tǒng)誤差所所構(gòu)成的的。12/20/201029量測系統(tǒng)統(tǒng)變異（Linearity）Linearity(線性性)：同同一量具具之不同同操作范范圍（工工作范圍圍）時，Bias（偏偏差值）之差異異12/20/2010304

16、.MSA分分析時機機v新生產(chǎn)之之產(chǎn)品PV有不不同時v新儀器，EV有有不同時時v新操作人人員，AV有不不同時v易損耗之之儀器必必須注意意其分析析頻率。注：PV：產(chǎn)品品偏差( ProductVariation)；EV：再再現(xiàn)性( EquipmentVariation)；AV：重重復性( AppraiserVariation).12/20/2010315.如何何計算GR&R?MSA.xls6.通過過實例理理解GR&R(課堂堂計算練練習）12/20/201032誤差接受受準則寬度誤誤差widthorspread12/20/201033例:游游標卡尺尺測量一一金屬零零部件的的長度1.分分析變差差的來源源

17、。主要變差差來源：a.人人員讀數(shù)數(shù)，手勢勢，方法法b.卡卡尺本身身游隙 2.選選擇恰當當?shù)姆椒ǚ▍⒖挤椒ǚǎ褐貜蛷托院驮僭佻F(xiàn)性分分析。（前提偏偏倚已在在控制范范圍內(nèi)。）12/20/201034計量型數(shù)數(shù)據(jù)的均均值-極差法法均值-極極差（X-R）法是確確定測量量系統(tǒng)的的重復性性和再現(xiàn)現(xiàn)性的數(shù)數(shù)學方法法，步驟驟如下：1選選擇三三個測量量人（A,B,C）和10個測量量樣品。測量人應應有代表表性，代代表經(jīng)常常從事此此項測量量工作的的QC人員或生生產(chǎn)線人人員10個樣樣品應在在過程中中隨機抽抽取，可可代表整整個過程程的變差差，否則則會嚴重重影響研研究結(jié)果果。2校校準量量具3測測量，讓三個個測量人人對10個

18、樣品品的某項項特性進進行測試試，每個個樣品每每人測量量三次，將將數(shù)據(jù)填填入表中中。試驗驗時遵循循以下原原則：盲測原則則1：對對10個個樣品編編號，每每個人測測完第一一輪后，由其他他人對這這10個個樣品進進行隨機機的重新新編號后后再測，避免主主觀偏向向。盲測原則則2：三三個人之之間都互互相不知知道其他他人的測測量結(jié)果果。4計計算12/20/201035計算A測的所有有樣品的總平均均值XA。同樣方法法計算RB, XB, RC, Xc對每個樣樣品由三三個人所所測得的的9個測試試值求平平均值，計算這些些均值的的極差Rp計算A對對每個樣樣品三次次測試結(jié)果果的極差差，然后計算算10個個樣品品的極差的的均值

19、RA12/20/201036測量系統(tǒng)統(tǒng)分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=MaxXA,XB,XC-MinXA,XB,XC重復性-設備備變差EV=RK1再現(xiàn)性-測驗驗人變差差AV=(XDIFFK2)2-(EV2/nr)過程變差差PV=RPK3R&R=(EV2+AV2)總變差TV=(R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=樣品個數(shù)數(shù)r=每個個人對每每個樣品品的試驗驗次數(shù)rK1234.563.05K2233.652.70測試人數(shù)數(shù)nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*

20、AV計算中，如根號號下出現(xiàn)現(xiàn)負值，AV取取值012/20/201037卡尺的R&R研究Excel運運算12/20/201038StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)TotalGage R&R1.85E-020.09544918.8719.09Repeatability1.42E-020.07300614.4414.60Reproducibility1.19E-020.06148612.1612.30Part-to-Part9.64E-020.49664698.2099.33TotalVariatio

21、n9.82E-020.505735100.00101.15Numberofdistinctcategories= 7Minitab計算GR&RXbar-R均均值極極差法注：使用用同組數(shù)數(shù)據(jù)Discrim98.218.9=sspms=*.227.312/20/2010397.GR&R在測量量系統(tǒng)分分析中的的作用測量系統(tǒng)統(tǒng)的變差差分為位位置變差差和分布布變差位置變差差可以通通過校驗驗加以消消減觀測變差差Vtal分分產(chǎn)品變變差VProduct和測測量系統(tǒng)統(tǒng)變差Vms“重復性性”和“再現(xiàn)性性”是測測量誤差差的主要要來源，必須加加以控制制GR&R可以判判斷測量量系統(tǒng)誤誤差水平平，幫助助測量系系統(tǒng)的改改進

22、。12/20/201040如果重復復性比再再現(xiàn)性大大，原因因可能是是：設備備需要維維護、量量具需要要重新設設計增加加剛度、測量的的夾緊或或定位需需要改進、零件件內(nèi)的變變差過大大；如果再現(xiàn)現(xiàn)性比重重復性大大，原因因可能是是：評價價人需要要更好地接受如如何使用用測量儀儀器和度度數(shù)培訓訓、量具具刻度盤盤校準不不清晰。12/20/201041反應措施施：位置誤差差：再校準調(diào)零寬度誤差差：重新校準準量具的維維護量具的改改進設計計夾具的調(diào)調(diào)整崗位操作作培訓12/20/2010428.計數(shù)數(shù)型/定定性數(shù)據(jù)據(jù)GR&RGo-NoGo數(shù)數(shù)據(jù)模模式人為因素素主導，情況復復雜統(tǒng)計模型型多種多多樣統(tǒng)計學上上各家爭爭鳴，尚尚無定論論實踐中采采用何種種形式，取決于于實例與與統(tǒng)計模模型的接接近程度度12/20/2010438.計數(shù)數(shù)型/定定性數(shù)據(jù)據(jù)GR&R對于以“是”和和“不是是”為計計數(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)的定性性數(shù)據(jù)，其GR&R考考察的概概念是與與定量數(shù)數(shù)據(jù)一樣樣的.但但方法上上完全不不同;定性數(shù)據(jù)據(jù)測量系系統(tǒng)的能能力取決決于操作作員判斷斷的有效效性,即即將“合合格”判判斷成合合格,將將“不合合格”判判斷成