測量系統(tǒng)分析-劉曉梅

測量系統(tǒng)分析

MSA-MeasurementSystemAnalysisPreparebyLiuXM12/3/20221Outline1.測量是一個(gè)過程2.測量過程的變異3.測量系統(tǒng)的特性4.GRR分析5.測量系統(tǒng)變異性的影響Exercise5/15/20212測量是一個(gè)過程測量測量工具測量方法測試人測量對象正確的數(shù)據(jù)不可控因素樣品的真實(shí)值樣品的測量值測量3測量是一個(gè)過程得到的所有數(shù)據(jù)都是測量值，真實(shí)值只有上帝知道測量數(shù)據(jù)的變異有一部分是測試造成的產(chǎn)品的變異（真實(shí)值的變異）測量變異總體變異(觀測到的變異)4測量過程的變異舉例研究兩個(gè)工序的能力：根據(jù)上述數(shù)據(jù)：兩個(gè)工序生產(chǎn)的產(chǎn)品是相似的（相同的分布）進(jìn)一步研究？？？Line2Line1s2

觀測(相等)5測量過程的變異舉例問題：1.這兩條拉相同嗎？2.哪個(gè)測量系統(tǒng)對于發(fā)現(xiàn)工序變異有幫助？3.對于這兩條拉，下一步改善措施是什么？Line1Line2總體變異（觀測）測量變異工序變異s2trueprocess+ s2MS = s2observed6識別過程以及測量系統(tǒng)的變異，首先要定義和區(qū)分變異的來源變異的來源Long-termProcessVariationShort-termProcessVariationVariationwithinsamplesActualProcessVariationBiasStabilityLinearityVariationdueMeasurementVariationObservedProcessVariationRepeatabilityReproducibilitytoinstrument測量系統(tǒng)特性5/15/20217測量的系統(tǒng)偏差通過校正解決測量系統(tǒng)特性分類--準(zhǔn)確度和精確度準(zhǔn)確度精確度ssstotalproductmeasurement222=+totalproductmeasurement測量測系統(tǒng)誤差通過GR&R解決均值方差8測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性準(zhǔn)確度Bias偏倚Linearity線性Stability穩(wěn)定性精確度Repeatability重復(fù)性Reproducibility再現(xiàn)性9

準(zhǔn)確度(Accuracy)BiasStabilityLinearity穩(wěn)定性和線性都是偏倚的形式穩(wěn)定性是時(shí)間維度上的偏倚線性是量程維度上的偏倚5/15/202110

12/3/2022ATLConfidentialInformation測量系統(tǒng)的總變差對于重復(fù)測量設(shè)備總變差的測量精確度等于重復(fù)性和再現(xiàn)性的累加精確度(Precision)11

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測量系統(tǒng)的5個(gè)特性：寬度偏差：重復(fù)性；再現(xiàn)性；GageR&R

重復(fù)性：由同一評價(jià)人，采用同一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測量值的變差。它屬于系統(tǒng)內(nèi)變差，通常視為設(shè)備變差（E.V.-EquipmentVariation）。Repeatability精確度：重復(fù)性(Repeatability)12

12/3/2022ATLConfidentialInformation重復(fù)性反應(yīng)測量裝置的固有變異對同樣的變量在相似條件下重復(fù)測量時(shí)的變異同樣的部件同一檢驗(yàn)員同樣的設(shè)置相同的環(huán)境條件短期根據(jù)重復(fù)測量的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差評估sreproducibilityrepeatabilityproducttotal2222sss++=精確度：重復(fù)性(Repeatability)13

12/3/2022ATLConfidentialInformationInspectorAMasterValueInspectorBInspectorCMachineAMachineBMachineC再現(xiàn)性:由不同測量人員用同樣儀器對同一零件的同一特性所得重復(fù)測量得平均值的變異稱為測量系統(tǒng)的再現(xiàn)性，簡稱再現(xiàn)性精確度：再現(xiàn)性(Reproducibility)14

12/3/2022ATLConfidentialInformationssss2222totalproductrepeatabilityreproducibility=++再現(xiàn)性:

反映了不同條件下同一測量時(shí)的變異不同檢驗(yàn)員不同的設(shè)置不同的測試單位不同的環(huán)境條件長期的測量變異根據(jù)不同測量條件下的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差評估精確度：再現(xiàn)性(Reproducibility)15

12/3/2022ATLConfidentialInformation測量系統(tǒng)變差:s2meas=s2repeat+s2reprod

主要根據(jù)GageR&R的分析結(jié)果確定測量系統(tǒng)是“好”是“壞”，能否滿足應(yīng)用的要求，需要對測量系統(tǒng)的變異與產(chǎn)品的spec與過程的變異相比較

ComparingsmeaswithTolerance:

--Precision-to-ToleranceRatio(P/T)ComparingsmeaswithProcessVariation(P/TV):--%RepeatabilityandReproducibility(%R&R)--DiscriminationIndex計(jì)量型測量系統(tǒng)分析方法16PrecisiontoToleranceRatio說明容差的多少百分比的總散布是由測量誤差所導(dǎo)致Bestcase:<10%Acceptable:10%~30%包括重復(fù)性和再現(xiàn)性5.15標(biāo)準(zhǔn)偏差占測量系統(tǒng)散布的99％

6標(biāo)準(zhǔn)偏差占測量系統(tǒng)散布的99.73％

5.15是產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Minitab14版轉(zhuǎn)換為6UsuallyexpressedaspercentTolerance=USL-LSLP/TRatio5/15/202117P/TV零件選擇時(shí)，散布較小或較大的情況下，由于分散的相對比較緣故，會(huì)造成測量系統(tǒng)能力的錯(cuò)誤性的判定P/TV:Bestcase:<10%

Acceptable:10%~30%UsuallyexpressedaspercentP/TV5/15/202118P/T和P/TV(%R&R)的應(yīng)用P/Tratio通常用來評估測量系統(tǒng)的精確性－評估測量系統(tǒng)能否較好在產(chǎn)品規(guī)格范圍內(nèi)的表現(xiàn)較好的特性－適當(dāng)?shù)腜/Tratio也依靠工序?qū)嶋H的工序能力。如果Cpk不足夠，P/Tratio可能給出錯(cuò)誤的判斷數(shù)值

P/TV(%R&R)是對6Sigma分析最好的測量評估值－評估測量系統(tǒng)能否較好在產(chǎn)品規(guī)格范圍內(nèi)的表現(xiàn)較好的特性－%R&R是在工序改善研究重最好的評估方式之一5/15/202119

12/3/2022ATLConfidentialInformation分析方法：

目前AIAGMSA參考手冊上對于分析計(jì)量型測量系統(tǒng)有3種方法，對于計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)有2種方法。RangeMethodAverage-RangeMethodANOVAHypothesisTestAnalysesFollowingsaresomepracticalexamplestoillustratehowtoperformfourmethodsrespectively.VariableGageAttributeGage測量系統(tǒng)分析-GR&R20

12/3/2022ATLConfidentialInformation

操作GR&R的步驟如下：確認(rèn)測量系統(tǒng)是否被校準(zhǔn)選取能夠反應(yīng)或期望的能夠體現(xiàn)過程變異范圍的樣本在所選樣本上做上隱藏的標(biāo)記，如1－10。作用在于你知道哪個(gè)樣本，同時(shí)參與測量的人員不會(huì)有意的記錄下上次測量的結(jié)果。選擇2-3個(gè)測量者（A,B,C），測量過程應(yīng)盡量模擬正常生產(chǎn)時(shí)的測量過程，且測量者的選擇應(yīng)選擇實(shí)際參與測量的人員。計(jì)量型測量系統(tǒng)分析常用的GageR&R研究方式:均值－極差法方差分析法（ANOVA）21

12/3/2022ATLConfidentialInformation5.操作者互不干擾地隨機(jī)對10個(gè)零件測量3次，并記錄，測量時(shí)應(yīng)保證操作者不知其它測量結(jié)果。Note:不要讓測量者看到彼此的測量結(jié)果，這么做與隱藏樣本標(biāo)記的目的是一樣的。6.重復(fù)三個(gè)測量者的測量過程，但要更換樣本的測量順序。這樣易于降低測量的偏倚。計(jì)量型測量系統(tǒng)分析……10Parts3Appraisers3Trials22MSA取樣指導(dǎo)通常選擇10個(gè)樣本，2-4個(gè)操作員，2-3次試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)的目的選擇設(shè)備（1個(gè)或多個(gè)）選擇足夠的樣本通常滿足

numberofsamplesxnumberofoperators/gages>15樣本的選擇:－Option1:如果過程的變異已知，樣本的選擇應(yīng)代表過程或產(chǎn)品的正常分布－Option2:如果過程的變異未知，樣本的選擇應(yīng)均勻的涵蓋規(guī)格的寬度5/15/202123Step1:選取10個(gè)樣本。另外確定操作者，操作者要從日常使用此設(shè)備的員工中選取Step2:對設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)或確認(rèn)設(shè)備在上次的計(jì)量周期內(nèi)Step3:建立MinitabR&R研究的數(shù)據(jù)收集表

Columnheadings:Column1:PartID(1-10)Column2:Operator(1-3)Column3:Trial(1-2)Column4:Measurement(s)Example-GageR&RusingMinitab5/15/202124Step4:要求第一個(gè)操作員按照隨機(jī)的順序測量所有樣本一次。Blindsampling：指操作員不知道每個(gè)樣本被定義的序號，這樣可以減小人員的偏差Step5:其余操作員以同樣的方式隨機(jī)測量同樣的樣本，為試驗(yàn)次數(shù)＃1Step6:按照要求的試驗(yàn)次數(shù)重復(fù)steps4&5。如果整個(gè)試驗(yàn)?zāi)軌蛟谝欢螘r(shí)間內(nèi)（幾天）完成是最好的。Step7:在Minitab中錄入數(shù)據(jù)及規(guī)格－Stat>QualityTools>GageR&RStudyStep8:分析數(shù)據(jù)結(jié)果Example-GageR&RusingMinitab5/15/202125Step7:在Minitab中錄入數(shù)據(jù)及規(guī)格Stat>QualityTools>GageR&RStudyExample-GageR&RusingMinitabANOVAmethodispreferred.EnterGageInfoandOptions(seenextpage)5/15/202126totalmeastotalmeasTVPssss==22/LSLUSLLSLUSLTPMSMS-=-=ss*15.5*15.5/2Note:P/TV的分母可根據(jù)樣本的研究或歷史數(shù)據(jù)評估Example-GageR&RusingMinitab5/15/202127GageR&RStudy-ANOVAMethodANOVATableWithOperator*PartInteractionSourceDFSSMSFPParts92.058710.22874539.71780.00000Operators20.048000.0240004.16720.03256Oper*Part180.103670.0057594.45880.00016Repeatability300.038750.001292Total592.24912GageR&RSourceVarCompStdDev5.15*SigmaTotalGageR&R0.0044370.0666150.34306Repeatability0.0012920.0359400.18509Reproducibility0.0031460.0560880.28885Operator0.0009120.0302000.15553Oper*Part0.0022340.0472630.24340Part-To-Part0.0371640.1927810.99282TotalVariation0.0416020.2039651.05042Source%Contribution%StudyVar%ToleranceTotalGageR&R10.6732.6622.87Repeatability3.1017.6212.34Reproducibility7.5627.5019.26Operator2.1914.8110.37Oper*Part5.3723.1716.23Part-To-Part89.3394.5266.19TotalVariation100.00100.0070.03NumberofDistinctCategories=4SessionWindowOutput:GraphicalOutput:GageR&ROutput5/15/202128GageR&RStudy-ANOVAMethodANOVATableWithOperator*PartInteractionSourceDFSSMSFp-valueParts92.058710.22874539.71790.00000Operators20.048000.0240004.16720.03256Oper*Part180.103670.0057594.45880.00016Repeatability300.038750.001292Total592.24913零件與操作者是統(tǒng)計(jì)上顯著的GageR&R,ANOVATable<0.055/15/202129GaugeR&RStudy-ANOVAMethodSourceVarCompStdDev95%ConfInt5.15*Sigma

TotalGaugeR&R0.0044370.066615(0.0597,0.2250)0.34306Repeatability0.0012920.035940(0.0287,0.0480)0.18509Reproducibility0.0031460.056088(*,*)0.28885Operator0.0009120.030200(0.0000,0.2169)0.15553Oper*Part0.0022340.047263(0.0254,0.0800)0.24340Part-To-Part0.0371640.192781(0.1098,0.3345)0.99282TotalVariation0.0416020.2039651.05042Varianceduetothemeasurementsystem(brokendownintorepeatabilityandreproducibility)TotalvarianceVarianceduetothepartsStandarddeviationforeachvariancecomponent99%ofthevariationrepresentedGageR&R,VariationComponents5/15/202130SourceVarComp5.15*Sigma

TotalGaugeR&R0.0044370.34306Repeatability0.0012920.18509Reproducibility0.0031460.28885Operator0.0009120.15553Oper*Part0.0022340.24340Part-To-Part0.0371640.99282TotalVariation0.0416021.05042326600504134300...StudyVarTV/Ptotalmeas===ss=Source%Contrib%StudyVar%ToleranceTotalGageR&R10.6732.6622.87Repeatability3.1017.6212.34Reproducibility7.5627.5019.26Operator2.1914.8110.37Oper*Part5.3723.1716.23Part-To-Part89.3394.5266.19TotalVariation100.00100.0070.032287.05.13430.0*15.5/===-=TolLSLUSLTPMSs1067.0041602.0004437.022===totalMSContributionssGageR&R,Results5/15/202131GageR&R--NumberofDistinctCategories識別力與％ContributionDistinctCategories=類別2345678％Contribution33.3％18.2％11.1％7.4％5.3％3.9％3.0％5/15/202132GageR&R--NumberofDistinctCategories識別力的意義及判定AutomobileIndustryActionGroup(AIAG)建議：類別數(shù)<2=2=3≥5備注系統(tǒng)無法區(qū)分兩個(gè)部品系統(tǒng)只能將數(shù)據(jù)分為兩組，比如：高和低系統(tǒng)只能將數(shù)據(jù)分為三組，比如：高、中、低系統(tǒng)基本可接受5/15/202133GageR&R,ComponentsofVariation“整個(gè)散布中，GageR&R占據(jù)的比重是否足夠??？”GageR&R,Repeat,Reprod的高度越接近0越好5/15/202134

12/3/2022ATLConfidentialInformationGageR&R,Xbar&R極差圖(重復(fù)性)用于確定過程是否受控確定與重復(fù)性有關(guān)的統(tǒng)計(jì)控制確定過程中評價(jià)人之間對每個(gè)零件的一致性Rchart的點(diǎn)超出控制線的話，需調(diào)查其原因后再測量作業(yè)者之間反復(fù)測量值是否穩(wěn)定？35GageR&R,Xbar&R均值圖(再現(xiàn)性)提供了測量系統(tǒng)的“可用性”指示：≥50％的點(diǎn)落在控制線外－測量系統(tǒng)應(yīng)該能夠充分探測零件間的變差－測量系統(tǒng)能夠提供過程分析和過程控制有用的信息如果<50％的點(diǎn)落在控制線外－測量系統(tǒng)缺乏足夠的分辨率－樣本不能代表期望的過程變差相互不同部件鑒別能力是否充分？5/15/202136GageR&R,GraphicalOutput鏈圖單個(gè)零件對變差一致性的影響分離顯示（如：異常讀數(shù)）如果此值均一的話，可認(rèn)為樣本沒有正確反映工程的實(shí)際散布狀況所有的樣本是否能正確反映過程的散布？5/15/202137GageR&R,GraphicalOutput散點(diǎn)圖評價(jià)人之間的一致性顯示可能的分離點(diǎn)零件－評價(jià)人交互作用作業(yè)者無差異為好作業(yè)者間是否存在差異？5/15/202138GageR&R,GraphicalOutput振蕩圖評價(jià)人之間的一致性顯示可能的分離點(diǎn)零件－評價(jià)人交互作用各作業(yè)者的測量值相同為好根據(jù)樣本各作業(yè)者是否進(jìn)行相互不同的測量？5/15/202139

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