MSA量測系統(tǒng)分析教材

東莞市瑞達(dá)企業(yè)管理咨詢有限公司MSA測量系統(tǒng)分析--講師:何健1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。PROCESS原料人機(jī)法環(huán)測量測量結(jié)果合格不合格測量的重要性測量2測量誤差Y=x+ε測量值=真值(TrueValue)+測量誤差戴明說沒有真值的存在一致3測量誤差的來源：

nDiscrimination分辨能力nPrecision精密度(Repeatability重復(fù)性)nAccuracy準(zhǔn)確度(Bias偏差)nDamage損壞nDifferencesamonginstrumentsandfixtures(不同儀器和夾具間的差異)nDifferenceinusebyinspector不同使用人員的差異(Reproducibility再現(xiàn)性)nDifferencesamongmethodsofuse(使用不同的方法所造成差異)nDifferencesduetoenvironment(不同環(huán)境所造成的差異)

4測量的變異說明

5測量系統(tǒng)的組成

測量系統(tǒng)人機(jī)料法環(huán)操作人員量具/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)不能滿足實際測量的需要。因此，還需要對測量系統(tǒng)進(jìn)行評價，分析測量結(jié)果的變差，從而確定測量系統(tǒng)的質(zhì)量，以滿足測量的需要。滿足QS9000、ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn)的要求：ISO/TS16949:2002標(biāo)準(zhǔn)7.6.1規(guī)定：為分析出現(xiàn)在各種測量和試驗設(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)計研究。此要求必須適用于在控制計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)分析的目的運用統(tǒng)計分析方法，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。從而確定一個測量系統(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)計分析方法及判定準(zhǔn)則的一致性。8量系統(tǒng)所應(yīng)具有之統(tǒng)計特性

測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中，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)計穩(wěn)定性

。測量系統(tǒng)的變差必須比制造過程的變差小

。變差應(yīng)小于公差帶

。9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)計穩(wěn)定性；測量系統(tǒng)的變異必須比制造過程的變異?。蛔儺悜?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)計特性可能隨被被測項目的改變而變化。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。

10MSA/分辨力分辨力：測量系統(tǒng)檢測并如實指示被測特性的微小變化的能力。如果一個測量者測量十個零件的厚度，如果每一個零件的測量值全部相同，則該測量裝置不具備指示零件變化量的鑒別力。被測特性根據(jù)測量值分為不同的數(shù)據(jù)組，同一數(shù)據(jù)組內(nèi)的零件之被測特性具有同樣的數(shù)值。分辨力是儀器可以探測到并如實顯示的參考值的變化量典型地，此能力的度量是看儀器的最小刻度值傳統(tǒng)是公差范圍的十分之一。建議的要求是總過程6σ(標(biāo)準(zhǔn)偏差)的十分之一。11分辨力（率）T103012MSAX/R控制圖分辨率=0.0010。1450。1400。135樣本均值子組0515202510UCL=0.1444Mean=0.137LCL=0.13500.020.010.00樣本極差R=0.00812ULC=0.01717LCL=013MSAX/R控制圖分辨率=0.010。1450。1400。135樣本均值子組0515202510UCL=0.1438Mean=0.1397LCL=0.13590.020.010.00樣本極差R=0.0068ULC=0.01438LCL=014MSA上述兩控制圖取自同樣的數(shù)據(jù)，不同之處就是一個分辨力是0.001,另一個是0.01,但控制圖顯示的結(jié)果卻是不同,一個受控,一個失控,為什么?失控的原因是分辨力不足15標(biāo)準(zhǔn)

國際標(biāo)準(zhǔn)

第一級標(biāo)準(zhǔn)(連接國家標(biāo)準(zhǔn)和私人公司、科研機(jī)構(gòu)等)

第二級標(biāo)準(zhǔn)(從第一級標(biāo)準(zhǔn)傳遞到第二級標(biāo)準(zhǔn))工作標(biāo)準(zhǔn)(從第二級標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作標(biāo)準(zhǔn))

16測量系統(tǒng)的評定

測量系統(tǒng)的評定通常分為兩個階段，稱為第一階段和第二階段

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。第一階段試驗主要有二個目的：確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計特性，此項必須在使用前進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)哪種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)有顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用之空間及環(huán)境

。17第二階段的評定

目的是在驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有的統(tǒng)計特性。常見的“量具R&R”就是其中的一種型式。測量系統(tǒng)的評定

18各項定義

量具:任何用來獲得測量結(jié)果的裝置，包括用來測量合格/不合格的裝置。測量系統(tǒng)：用來獲得表示產(chǎn)品或過程特性的數(shù)值的系統(tǒng)，稱之為測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)是與測量結(jié)果有關(guān)的儀器、設(shè)備、軟件、程序、操作人員、環(huán)境的集合。量具重復(fù)性：指同一個評價人，采用同一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值（數(shù)據(jù)）的變差。19量具再現(xiàn)性：指由不同的評價人，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。穩(wěn)定性：指測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。各項定義

20偏倚:指同一操作人員使用相同量具，測量同一零件之相同特性多次數(shù)所得平均值與采用更精密儀器測量同一零件之相同特性所得之平均值之差，即測量結(jié)果的觀測平均值與基準(zhǔn)值的差值，也就是我們通常所稱的“準(zhǔn)確度”線性：指測量系統(tǒng)在預(yù)期的工作范圍內(nèi)偏倚的變化。各項定義

21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)計特性。22偏倚(Bias)：基準(zhǔn)值觀測平均值

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。23重復(fù)性(Repeatability)重復(fù)性重復(fù)性是由一個評價人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。24再現(xiàn)性(Reproducibility)：再現(xiàn)性是由不同的評價人，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。再現(xiàn)性操作者B操作者C操作者A25穩(wěn)定性(Stability)：穩(wěn)定性

時間1時間2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。26線性(Linearity)：量程基準(zhǔn)值觀測平均值

基準(zhǔn)值線性是在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值

27線性(Linearity)：觀測的平均值

基準(zhǔn)值無偏倚有偏倚28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：位置：穩(wěn)定性、偏倚、線性。寬度或范圍：重復(fù)性、再現(xiàn)性。29位置和寬度

位置寬度位置寬度標(biāo)準(zhǔn)值30分析時機(jī)

新生產(chǎn)之產(chǎn)品，PV有不同時

新儀器，EV有不同時

新操作人員，AV有不同時

易損耗之儀器必須注意其分析頻率31R&R之分析

決定研究主要變差形態(tài)的對象.使用「平均數(shù)及全距」或「變差數(shù)分析」方法對量具進(jìn)行分析.于制程中隨機(jī)抽取被測定材料需屬統(tǒng)一制程.32取樣的代表性不具代表性的取法具代表性的取法33R&R之分析

選2-3位操作員使用校驗合格的量具分別對10個零件進(jìn)行測量,測試人員將操作員所讀數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,研究其重復(fù)性及再現(xiàn)性(作業(yè)員應(yīng)熟悉并了解一般操作程序,避免因操作不一致而影響系統(tǒng)的可靠度)同時評估操作員對量具的熟練度.

34針對重要特性所使用量具的精確度應(yīng)是被測量物品公差的1/10,(即其最小刻度應(yīng)能讀到1/10過程變差或規(guī)格公差較小者;如:過程中所需量具讀數(shù)的精確度是0.01m/m,則測量應(yīng)選擇精確度為0.001m/m),以避免量具的鑒別力不足，一般之特性者所使用量具的精確度應(yīng)是被測量物品公差的1/5。

R&R之分析

35試驗完后,測試人員將量具的重復(fù)性及再現(xiàn)性數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,如R&R數(shù)據(jù)表,R&R分析報告,依公式計算并作成X-R管制圖或直接用表計算即可R&R之分析

36結(jié)果分析

:當(dāng)重復(fù)性(EV)變差值大于再現(xiàn)性(AV)時

.量具的結(jié)構(gòu)需在設(shè)計增強.量具的夾緊或零件定位的方式(檢驗點)需加以改善

.量具應(yīng)加以保養(yǎng).37結(jié)果分析

:當(dāng)再現(xiàn)性(AV)變差值大于重復(fù)性(EV)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

.38測量系統(tǒng)R&R分析這里介紹常用的均值-極差法，用來研究測量系統(tǒng)的雙性：R&R。研究R&R的前提是測量系統(tǒng)已經(jīng)過校準(zhǔn)，而且其偏倚、線性及穩(wěn)定性已經(jīng)過評價并認(rèn)為可接受。39舉一典型情況說明此方法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。1.1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。再以隨機(jī)順序重復(fù)上述測量r次(如2~3次)。402數(shù)據(jù)處理2.1極差計算舉一典型情況說明此方法412.2均值計算舉一典型情況說明此方法423結(jié)果分析以下計算的變差均以99%的正態(tài)概率為基礎(chǔ)，即變差=5.15σ。3.1重復(fù)性舉一典型情況說明此方法433.2再現(xiàn)性舉一典型情況說明此方法443.3測量系統(tǒng)雙性（R&R）3.4零件變差零件數(shù)N23.6532.7042.3052.0861.9371.8281.7491.67101.62舉一典型情況說明此方法453.5總變差3.6各變差占總變差的百分比%AV=AV/TVX100%%R&R=R&R/TVX100%%PV=PV/TVX100%%EV=EV/TVX100%Ndc=1.41(pv/GRR)舉一典型情況說明此方法4647應(yīng)同時將EV、AV、R&R各值與公差帶寬度比較，得出各變差占公差帶的百分比。%R&R可接受的條件是：<10%可接受；10~30%——有條件可接受；>30%——不可接受，應(yīng)改進(jìn)。舉一典型情況說明此方法48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)可接受或不接受,決定于該測量系統(tǒng)之重要性,量具成本、修理所需之費用等因素，可能是可接受的

.數(shù)值>30%的誤差測量系統(tǒng)不能接受,須予以改進(jìn).進(jìn)行各種勢力發(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,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

.NDC大于等于5量具R&R的可接受性準(zhǔn)則：49習(xí)題：XYZ公司根據(jù)控制計劃中要求針對游標(biāo)卡尺作R&R分析，選定3名操作者A、B、C，選定10個被測零件，按1、2、……10編號，其所測結(jié)果記錄在表中，請根據(jù)所測結(jié)果計算：EV=?,AV=?,R&R=?,PV=?,TV=?,%EV=?,%AV=?,%R&R=?,%PV=?,ndc=?根據(jù)%R&R的計算結(jié)果請判定此游標(biāo)卡尺是否符合要求？50數(shù)據(jù)表5152穩(wěn)定性分析之執(zhí)行

:選取一個樣品,并建立可追溯標(biāo)準(zhǔn)之真值或基準(zhǔn)值,若無樣本則可從生產(chǎn)線中取一個落在中心值域的零件,當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)值,且應(yīng)針對預(yù)期測試值的最低值，最高值及中程數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)各取得樣本或標(biāo)準(zhǔn)件,并對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件單獨測量并繪制控制圖.(所以可能是須做三張控制圖來管制儀器之高、中、低各端，但一般而言，只需做中間值那個就可以了)53除了控制圖分析法,對穩(wěn)定性還沒有特別的數(shù)據(jù)分析或指數(shù)GuidelinefordeterminingStability確定穩(wěn)定性的指南計量型測量系統(tǒng)研究54定期(時、天、周)對標(biāo)準(zhǔn)件或樣本測量3～5次.注意,決定樣本量及頻度的考慮因素應(yīng)包括要求多長時間重新校正或修理次數(shù),測量系統(tǒng)使用的頻度與操作環(huán)境(條件)等.

將測量(數(shù)據(jù))值標(biāo)記在X-RCHART或X–SCHART上.

計算管制界限,確定每個曲線的控制限并按標(biāo)準(zhǔn)圖判斷失控或不穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定性分析之執(zhí)行

:55計算標(biāo)準(zhǔn)差,并與測量過程偏差相比較,以評估測量系統(tǒng)的重復(fù)性是否適于應(yīng)用。不可以發(fā)生此項之標(biāo)準(zhǔn)差大于過程標(biāo)準(zhǔn)差之現(xiàn)象，如果有發(fā)生此現(xiàn)象，代表測量之變異大于制程變異，此項儀器是不可接受的。穩(wěn)定性分析之執(zhí)行

:56穩(wěn)定性之判定：穩(wěn)定性之判定一般之方式和控制圖之判定方式是一致的(一)不可以有點子超出控制界限，(二)不可以有連續(xù)三點中有二點在A區(qū)或A區(qū)以外之位置，(三)不可以有連續(xù)五點中有四點在B區(qū)或B區(qū)以外之位置，穩(wěn)定性分析之執(zhí)行

:57(三)不可有連續(xù)八點在控制圖之同一側(cè)，(四)不可以有連續(xù)七點持續(xù)上升或下降之情形；如果有以上之情形，代表儀器已不穩(wěn)定，須做維修或調(diào)整，維修及調(diào)整完后須再做校正以及穩(wěn)定性之分析

。穩(wěn)定性分析之執(zhí)行

:58偏倚分析之執(zhí)行

:獨立取樣法

:選取一個樣品,并建立可追溯標(biāo)準(zhǔn)之真值或基準(zhǔn)值,若無樣本則可從生產(chǎn)線中取一個落在中心值域的零件,當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)值,且應(yīng)針對預(yù)期測試值的最低值，最高值及中程數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)各取得樣本或標(biāo)準(zhǔn)件,每個樣本都要求單獨分析，并對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件測量10次,計算其平均值,將其當(dāng)成“基準(zhǔn)值”

.由一位作業(yè)者以常規(guī)方式對每個樣本或標(biāo)準(zhǔn)件測量10次.并計算出平均值,此值為“觀測平均值”

.59計算偏倚

:偏倚=觀察平均值–基準(zhǔn)值

制程變差=6δ

如果需要一個指數(shù)，把偏倚乘以100再除以過程變差(或公差)，就把偏倚轉(zhuǎn)化為過程變差(或公差)的百分比，偏倚占過程變差的百分比計算如下：偏倚%=100[(偏倚)/過程變差]

偏倚占公差百分比采用同樣方法計算，式中用公差代替過程變差。偏倚分析之執(zhí)行

:60針對偏倚之部份，判定之原則為：

重要特性部份其偏倚%須<=10%；

一般特性其偏倚%須<30%；應(yīng)依據(jù)儀器之使用目的來說明其接受之原因。

其偏倚%大于30%者，此項儀器不適合使用。

偏倚分析之執(zhí)行

:61偏倚較大的可能原因：標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)值誤差，檢驗校準(zhǔn)程序。儀器磨損，主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性分析上，應(yīng)制定維護(hù)或重新修理的計劃。制造的儀器尺寸不對。儀器測量了錯誤的特性。儀器校準(zhǔn)不正確，復(fù)查校準(zhǔn)方法。評價人員操作儀器不當(dāng)，復(fù)查檢驗方法。儀器修正計算不正確。62線性分析之執(zhí)行

獨立取樣法

:針對產(chǎn)品所須使用之范圍，利用標(biāo)準(zhǔn)件或產(chǎn)品樣本(一般區(qū)分為五個等分，其范圍須包括產(chǎn)品之規(guī)格公差之范圍)來做儀器之線性分析，如果是采用標(biāo)準(zhǔn)件須有真值