MSA測量系統(tǒng)分析培訓講義

27五月2023MSA測量系統(tǒng)分析培訓講義第一章測量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識2測量的重要性如果測量出現(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)果的準確性和可信度。PROCESS原料人機法環(huán)測量測量結(jié)果合格不合格測量3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4測量誤差的來源

nDiscrimination分辨能力nPrecision精密度(Repeatability重復性)nAccuracy準確度(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)

5測量系統(tǒng)的組成測量系統(tǒng)人機料法環(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為什么要進行測量系統(tǒng)分析即使量具經(jīng)過檢定或校準，由于人、機、料、法、環(huán)等方面的原因，會帶來測量誤差。因此，還需要對測量系統(tǒng)進行評價，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。ISO/TS16949:2009標準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，必須進行適當?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則必須獲得顧客的批準。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)的改進提供信息。保證所用統(tǒng)計分析方法及判定準則的一致性。8術(shù)語1、測量Measurement2、量具Gage3、測量系統(tǒng)MeasurementSystems

4、分辨力Discrimination5、偏倚Bias;6、重復性Repeatability7、再現(xiàn)性Reproducibility;8、線性Linearity9、穩(wěn)定性Stability91、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。2、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。3、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。104、分辨力（率）定義：指測量系統(tǒng)檢出并如實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6σ(標準偏差)的十分之一。T1030115、偏倚(Bias)基準值觀測平均值

偏倚偏倚：是測量結(jié)果的觀測平均值與基準值的差值。基準值的取得可以通過采用更高級別的測量設(shè)備進行多次測量，取其平均值來確定。126、重復性(Repeatability)重復性重復性是由一個評價人，采用一件測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。137、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A148、線性(Linearity)量程基準值觀測平均值

基準值線性：是在量具預期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值，即量具在使用范圍內(nèi)偏移(準確度)差異之分布狀況.

15線性圖(Linearity)觀測的平均值

基準值無偏倚有偏倚169、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)測量同一基準或零件的相同特性時獲得的測量值的總變差。17第二章測量系統(tǒng)的分析方法18測量系統(tǒng)的分析

測量系統(tǒng)的變差類型：

偏倚、重復性、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：重復性、再現(xiàn)性。19位置和寬度位置寬度位置寬度標準值20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)該與一個標準值相符。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。真值真值21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??；變異應(yīng)小于公差帶；

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。22穩(wěn)定性分析1）取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值。如果該樣品不可獲得，選擇一個落在生產(chǎn)測量范圍中間的生產(chǎn)零件，指定其為穩(wěn)定性分析的標準樣本。具備預期測量的最低值，最高值和間位置的標準樣本是較理想的。建議對每個標準樣本分別做測量與控制圖。2）定期(天,周)測量標準樣本3~5次，樣本容量和頻率應(yīng)該基于對測量系統(tǒng)的了解。因素可以包括重新校準的頻次、要求的修理，測量系統(tǒng)的使用頻率，作業(yè)條件的好壞。應(yīng)在不同的時間讀數(shù)以代表測量系統(tǒng)的實際使用情況，以說明在一天中預熱、周圍環(huán)境和其他因素發(fā)生的變化。3）將數(shù)據(jù)按時間順序畫在Xbar&R或Xbar&S控制圖上。23結(jié)果分析—作圖法4）建立控制限并用標準控制圖分析法來評價失控或不穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)果分析—數(shù)據(jù)法如果測量過程是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)可以用于確定測量系統(tǒng)的偏倚。同樣，測量的標準偏差可以用作測量系統(tǒng)重復性的近似值。這可以與（生產(chǎn)）過程的標準偏差進行比較以決定測量系統(tǒng)的重復性是否適于應(yīng)用。可能需要實驗設(shè)計或其他分析和解決問題的技術(shù)以確定測量系統(tǒng)穩(wěn)定性不足的主要原因。24舉例—穩(wěn)定性為了確定一個新的測量裝置穩(wěn)定性是否可以接受，工藝小組在生產(chǎn)工藝中選擇了一個零件.這個零件被送到測量實驗室，確定基準值為6.01。小組每班測量這個零件5次，共測量5周（25個子組）。收集所有數(shù)據(jù)以后，Xbar&R圖就可以做出來了.25穩(wěn)定性的均值—極差圖6.36.05.7樣本均值子組0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0樣本極差R=0.47792ULC=1.01LCL=0控制圖分析顯示，測量過程是穩(wěn)定的，因為沒有出現(xiàn)明顯可見的特殊原因影響。26偏倚分析基準值測量系統(tǒng)的平均值偏倚偏倚又稱為準確度(Accuracy),是指量測平均值與真值之差值.而真值可以通過采用更高級別的測量設(shè)備(實驗室或全尺寸檢驗設(shè)備)進行多次測量,取其平均值來確定。27偏移(Bias)（例3）1位作業(yè)者量測1個零件10次，量測值如下：X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70測量平均值VA=,已知該零件之真值VT為0.8mm,零件之制程變異為0.70mm.則Bias=VA-VT=0.75-0.80=－0.05%Bias=100(Bias/制程變異）=100（0.05/0.70)=7.1%（標準是5%以下）28線性分析1）選擇g≥5個零件，由于過程變差，這些零件測量值覆蓋量具的操作范圍。2）用全尺寸檢驗測量每個零件以確定其基準值并確認了包括量具的操作范圍。3）通常用這個儀器的操作者中的一人測量每個零件m≥10次。

隨機的選擇零件以使評價人對測量偏倚的“記憶”最小化。4）結(jié)果分析-作圖法計算零件每次測量的偏倚及零件偏倚均值。5)在線性圖上畫出單值偏倚和相關(guān)基準值的偏倚均值29線性接受準則：

a.對測量特殊特性的測量系統(tǒng)，線性%≤5%接受，線性%>5%時，不予接受。b.對測量非特殊特性的測量系統(tǒng)，線性%≤10%接受，線性%>10%時，不予接受。

如果測量系統(tǒng)為非線性，查找這些可能原因：在工作范圍上限和下限內(nèi)儀器沒有正確校準；最小或最大值校準量具的誤差；磨損的儀器；儀器固有的設(shè)計特性。

30線性--舉例一名工廠主管希望對過程采用新的測量系統(tǒng),作為PPAP的一部分,需要評價測量系統(tǒng)的線性,在測量系統(tǒng)量程內(nèi)選擇5個零件,每個零件經(jīng)過全尺寸檢驗測量以確定其基準值.然后由領(lǐng)班分別測量每個零件12次.研究中零件是被隨機選擇的.計算建議使用軟件(minitab:stat>qualitytools>gagestudy>gageLinearityandbiasstudy)。31零件基準值123452.004.006.008.0010.00試驗12.705.105.807.609.1022.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.307.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.40表5：線性研究數(shù)據(jù)3233線性分析1、圖示分析指出特殊原因可能會影響這測量系統(tǒng).表示該測量系統(tǒng)存有一線性問題。2、“偏倚=0”的直線與置信度區(qū)間相交，而不是包含在置信區(qū)間內(nèi)。也表示該測量系統(tǒng)存有一線性問題。3、如果測量系統(tǒng)存在一線性問題，需要通過調(diào)整軟件、硬件或兩項同時進行來再校準以達到0偏倚。

4、如果偏倚在測量范圍內(nèi)不能被調(diào)整到0，只要測量系統(tǒng)保持穩(wěn)定，仍可用于產(chǎn)品/過程的控制，但不能進行分析，直到測量系統(tǒng)達到穩(wěn)定。34重復性和再現(xiàn)性分析

均值-極差法均值極差法(Xbar&R)是一種可提供測量系統(tǒng)重復性和再現(xiàn)性兩個特性作估計評價的方法。這種方法可以將測量系統(tǒng)的變差分成兩個部分—重復性和再現(xiàn)性。進行研究表格參見MSA參考手冊。詳細的程序是：1、獲得一個樣本零件數(shù)n大于5，應(yīng)代表實際的或期望的過程變差范圍；2、選擇評價人為A，B，C等。零件的號碼從1到n，評價人不能看到零件編號。353、讓評價人A以隨機的順序測量n個零件，將測量結(jié)果輸入第一行（如使用MINITAB應(yīng)輸入“數(shù)據(jù)”欄）。4、讓評價人B和C測量同樣的n個零件，而且他們之間不能看到彼此的結(jié)果，輸入數(shù)據(jù)到第6行和11行。5、用不同的隨機測量順序重復該循環(huán)。輸入數(shù)據(jù)到第2，7，12行，在適當?shù)牧杏涗洈?shù)據(jù)，如果需要試驗3次，重復循環(huán)并輸入數(shù)據(jù)到3，8，13行。6）當零件數(shù)量很大或同時多個零件不可同時獲得時，測量步驟4，5可能改變?nèi)缦率切枰模鹤屧u價人A測量第一個零件并在第1行記錄讀數(shù)。讓評價人B測量第一個零件并在第6行記錄讀數(shù)。讓評價人C測量第一個零件并在第11行記錄讀數(shù)。36√讓評價人A重復測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第2行，讓評價人B重復測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第7行，讓評價人C重復測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第12行，如果試驗需要進行3次，重復這個循環(huán)將數(shù)據(jù)記錄在第3，8，13行。7、如果評價人屬于不同的班次，可以使用一個替代方法，讓評價人A測量所有的10個零件輸入數(shù)據(jù)于第1行，然后評價人A以不同的順序讀數(shù)，記錄結(jié)果于第2，3行，讓評價人B，C同樣做。依公式計算并作成控制圖或直接用表計算即可。37結(jié)果分析-作圖法作圖工具的應(yīng)用是很重要的。在使用任何其他統(tǒng)計分析之前應(yīng)先用作圖工具將明顯的變差特殊原因數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)地篩選。從測量系統(tǒng)分析得到的數(shù)據(jù)可以用控制圖顯示出來。38均值圖將每個評價人對每個零件多個讀數(shù)的均值畫于圖中，并標以零件號碼為代碼，這樣可以幫助我們確定評價人之間的一致性。大約一半或更多的均值應(yīng)落在控制限以外。如果數(shù)據(jù)顯示出這種圖形，那么測量系統(tǒng)應(yīng)該能夠充分探測零件-零件之間的變差并且測量系統(tǒng)能夠提供對過程分析和過程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外邊，則測量系統(tǒng)缺乏足夠的分辨率或樣本不能代表期望的過程變差。39極差圖極差控制圖用于確定過程是否受控。在包括平均極差和控制限的標準的極差圖上畫出了由每個評價人對每個零件測量的多個讀數(shù)范圍。如果所有的極差都受控，則所有的評價人的工作狀態(tài)是相同的。如果一個評價人不受控，則他的測量方法與其他人不同。如果所有評價人都不受控，則測量系統(tǒng)對評價人的技術(shù)很敏感，需要改善以獲得有用的數(shù)據(jù)。40%R&R接受準則：a.%GRR<10%可接受。b.10%≤%GRR≤30%，通知由工程部門或APQP小組依據(jù)量具的重要性、成本及維修費用，決定是否接受。c.%GRR>30%不能接受，必須改進。

41結(jié)果分析:當重復性(EV)大于再現(xiàn)性(AV)時，原因可能是：

儀器需要保養(yǎng)；量具應(yīng)重新設(shè)計來提高剛度增強；量具的夾緊或零件定位的方式需要改進；存在過大的零件變差。

當再現(xiàn)性(AV)大于重復性(EV)時：

評價人員需要更好的培訓如何使用量具及數(shù)據(jù)讀取方式；量具刻度盤上的刻度不清楚；需要某些夾具協(xié)助評價人員來提高使用量具的一致性。42CaseStudyPARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者A43PARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.750.7091.000.95100.550.50操作者BCaseStudy44PARTREADING1READING210.500.5521.051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者CCaseStudy4546GageR&RStudy-XBar/RMethod%ContributionSourceVarComp(ofVarComp)TotalGageR&R0.00208396.33Repeatability0.00115493.51Reproducibility0.00092912.82Part-To-Part0.030827193.67TotalVariation0.0329111100.00Study

Var%Study

VarSourceStdDev(SD)(5.15

*

SD)(%SV)TotalGageR&R0.0456500.23509925.16Repeatability0.0339830.17501518.73Reproducibility0.0304810.15697516.80Part-To-Part0.1755770.90421996.78TotalVariation0.1814140.934282100.00%R&R重復性再現(xiàn)性47R&R分析注意事項1、分析之量具（1）APQP及PPAP所使用之量具（2）客戶要求須執(zhí)行R&R之量具2、分析時機：（1）操作者變更時（2）量具變動時（3）產(chǎn)品變更時（4）量具修理后（5）配合量具校正作業(yè)定期分析。48R&R分析注意事項1、執(zhí)行分析人員（1）資料搜集：須為操作該量具人員（2）分析人員：該量具之校正管理人員2、執(zhí)行前之準備工作：（1）決定進行分析之產(chǎn)品及量具（2）決定參與分析之測量人數(shù)，最少兩人（3）決定進行分析之產(chǎn)品取樣數(shù)（至少5件，10件為宜）。（4）決定測量次數(shù)，最少須兩次。49計數(shù)型量具小樣法實務(wù)指南：計數(shù)型量具就是把各個零件與某些指定限值作比較，如果滿足要求則接受該零件，如