測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材

1。序言：在日常生產(chǎn)中，我們經(jīng)常依據(jù)取得過(guò)程加工部件測(cè)量數(shù)據(jù)去分析過(guò)程狀態(tài)、過(guò)程能力和監(jiān)控過(guò)程改變；那么，怎么確保分析結(jié)果是正確呢？我們必須從兩方面來(lái)確保，一是確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性/質(zhì)量，使用測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）方法對(duì)取得測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定；二是確保使用了適當(dāng)數(shù)據(jù)分析方法，如使用SPC工具、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析、回歸分析等。測(cè)量系統(tǒng)誤差由穩(wěn)定條件下運(yùn)行測(cè)量系統(tǒng)屢次測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征：偏倚和方差來(lái)表征。偏倚指測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值位置，包含測(cè)量系統(tǒng)偏倚（Bias）、線性（Linearity）和穩(wěn)定性（Stability）；而方差指測(cè)量數(shù)據(jù)分散程度，也稱為測(cè)量系統(tǒng)R&R，包含測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性（Repeatability）和再現(xiàn)性（Reproducibility）。測(cè)量系統(tǒng)分析1測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第1頁(yè)測(cè)量系統(tǒng)分析普通來(lái)說(shuō)，測(cè)量系統(tǒng)分辨率應(yīng)為取得測(cè)量參數(shù)過(guò)程變差十分之一。測(cè)量系統(tǒng)偏倚和線性由量具校準(zhǔn)來(lái)確定。測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性可由重復(fù)測(cè)量相同部件同一質(zhì)量特征均值極差控制圖來(lái)監(jiān)控。測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性由GageR&R研究來(lái)確定。分析用數(shù)據(jù)必須來(lái)自含有適當(dāng)分辨率和測(cè)量系統(tǒng)誤差測(cè)量系統(tǒng)，不然，不論我們采取什么樣分析方法，最終都可能造成錯(cuò)誤分析結(jié)果。在QS9000中，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)質(zhì)量確保作出了對(duì)應(yīng)要求，要求企業(yè)有相關(guān)程序來(lái)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)有效性進(jìn)行驗(yàn)證。2.測(cè)量系統(tǒng)：是用來(lái)對(duì)被測(cè)特征定量測(cè)量或定性評(píng)價(jià)儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、方法、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)集合；用來(lái)取得測(cè)量結(jié)果整個(gè)過(guò)程。2測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第2頁(yè)測(cè)量系統(tǒng)溯源性3.組成測(cè)量系統(tǒng)主體元素之測(cè)量?jī)x器必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)至可追溯標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(連接國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和私人企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等)

第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(從第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn))工作標(biāo)準(zhǔn)(從第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作標(biāo)準(zhǔn))國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)引用標(biāo)準(zhǔn)工作標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)量具千分尺激光干涉儀3測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第3頁(yè)術(shù)語(yǔ)4.術(shù)語(yǔ)4.1分辨率：最小讀數(shù)單位、測(cè)量分辨率、刻度程度或探測(cè)度。由設(shè)計(jì)決定固有特征，是測(cè)量或儀器輸出最小刻度單位。做GRR時(shí)選擇儀器應(yīng)該恪守1：10經(jīng)驗(yàn)法則。4.2重復(fù)性EV（Repeatability）：指以同一測(cè)量設(shè)備，同一測(cè)量人員，測(cè)量同一批待測(cè)物之同一品質(zhì)特征所產(chǎn)生測(cè)量差異。再生性AV（Reproducibility）4.3再現(xiàn)性AV（Reproducibility）：指以同一測(cè)量設(shè)備,不一樣測(cè)量人員測(cè)量同一批待測(cè)物之同一品質(zhì)特征所得平均測(cè)量值差最大值。4.4GRR或量具R＆Ｒ（重復(fù)性與再現(xiàn)性）：是測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性合成評(píng)定。4測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第4頁(yè)GRR計(jì)算測(cè)量次數(shù)23K23.652.70測(cè)量次數(shù)23D43.272.585.GRR計(jì)算5.1Rmean=(RA+RB+RC)/n,Xdiff=XMAX-XMIN,UCLR=RmeanXD4,Rmax必須小于UCLR,UCLR是Ri上限。

5.2重復(fù)性EV（Repeatability）：

EV=RmeanxK1%EV=100[EV/T]5.3再現(xiàn)性AV（Reproducibility）：AV=[(XdiffxK2)2-EV2/(nxr)]1/2%AV=100[AV/T]測(cè)量次數(shù)23K14.563.055測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第5頁(yè)GRR計(jì)算5.4GRR或量具R＆Ｒ（重復(fù)性與再現(xiàn)性）：R&R=(EV2+AV2)1/2%R&R=100[R&R/T]T為全程公差：T=USL-LSL

T=2(USL-Xmean)

T=2(Xmean-LSL)5.5GRR計(jì)算電子表格：6測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第6頁(yè)GRR數(shù)據(jù)采集6.變異數(shù)據(jù)采集（Variabledata）將測(cè)量進(jìn)行分組，分為查核員一位及測(cè)量者，分成A和B兩組或A，B，C三組，待測(cè)物10個(gè)，待測(cè)物由查核員編號(hào)再交給測(cè)量人員測(cè)量。拿已經(jīng)確定合格之儀器（經(jīng)校正合格計(jì)量?jī)x器/量具/測(cè)試設(shè)備），檢驗(yàn)儀器已維修并已校準(zhǔn)至可追溯標(biāo)準(zhǔn)。儀器測(cè)量精度選擇標(biāo)準(zhǔn)：針對(duì)主要特征(尤指是有特殊符號(hào)指定)所使用量具準(zhǔn)確度應(yīng)是被測(cè)量物品公差1/10,(即其最小刻度應(yīng)能讀到1/10過(guò)程變差或規(guī)格公差)。如:過(guò)程中所需量具讀數(shù)準(zhǔn)確度是0.01m/m,則測(cè)量應(yīng)選擇準(zhǔn)確度為0.001m/m),以防止量具判別力不足。普通之特征所使用量具準(zhǔn)確度應(yīng)是被測(cè)量物品公差1/5。儀器準(zhǔn)確度則最少應(yīng)該遵照1/3-1/5標(biāo)準(zhǔn)。由測(cè)量員A隨機(jī)取10個(gè)待測(cè)物進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)待測(cè)物測(cè)量3次，并由另一觀察者填入數(shù)據(jù)表格。測(cè)量員B或C重復(fù)6.1.3進(jìn)行測(cè)量，并統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)。試驗(yàn)完后,測(cè)試人員將量具重復(fù)性及再現(xiàn)性數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算(R&R數(shù)據(jù)表),(R&R分析匯報(bào)),依公式計(jì)算并做成R管制圖或直接用表計(jì)算即可。計(jì)算GRR時(shí)必須注意：只有公差是雙邊公差時(shí)才能進(jìn)行以上計(jì)算。計(jì)算全程公差T必須用絕對(duì)值。7測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第7頁(yè)GR&R原因分析7.GR&R原因分析標(biāo)準(zhǔn)上使用GRR情況都有以下前提

1）本質(zhì)上是非破壞性之測(cè)量。

2）該測(cè)量特征之制程能力Cp值顯著不足。若GRR<10%，表明測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)確，變異起源產(chǎn)品本身。若GRR>25%，表明測(cè)量系統(tǒng)不準(zhǔn)確，因而扭曲了產(chǎn)品正真值。8測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第8頁(yè)GR&R原因分析測(cè)量系統(tǒng)之改進(jìn)-因果圖

為何測(cè)量誤差太大電特征不穩(wěn)定測(cè)量準(zhǔn)確度差設(shè)備差異機(jī)械不穩(wěn)定設(shè)備磨損環(huán)境差異濕度改變震動(dòng)原因溫度改變清潔度改變測(cè)量程式不嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)備維護(hù)未標(biāo)準(zhǔn)化校正問(wèn)題測(cè)量程序未標(biāo)準(zhǔn)化人員培訓(xùn)不足人員技術(shù)差異9測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第9頁(yè)8.GR&R量測(cè)系統(tǒng)判定1、%GR&R＜10%：可接收2、10%＜%GR&R＜30%：有條件接收，依其主要性由測(cè)量技術(shù)人員決定。當(dāng)重復(fù)性(EV)變差值大于再現(xiàn)性(AV)時(shí)量具結(jié)構(gòu)需再設(shè)計(jì)增強(qiáng).量具夾緊或零件定位方式(檢驗(yàn)點(diǎn))需加以改進(jìn).量具應(yīng)加以保養(yǎng).當(dāng)再現(xiàn)性(AV)變差值大于重復(fù)性(EV)時(shí)作業(yè)員對(duì)量具操作方法及數(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.可能需要一些夾具幫助操作員,使其更具一致性使用量具.量具與夾具校驗(yàn)頻率于入廠及送修糾正后須再做測(cè)量系統(tǒng)分析,并作統(tǒng)計(jì).3、%GRR＞30%：不可接收，假如經(jīng)過(guò)分析找不到根本原因，那么該設(shè)備必須修理、停用或改用其它設(shè)備

AV＞EV：人員訓(xùn)練是必要

EV＞AV：設(shè)備修理或停用

10測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第10頁(yè)測(cè)量系統(tǒng)研究準(zhǔn)備檢驗(yàn)儀器已維修并已校準(zhǔn)至可追溯標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)儀器分辨率小于或等于預(yù)期工藝過(guò)程變異/規(guī)范范圍1/10挑選2-3操作儀器評(píng)定人假如工藝需要多個(gè)操作員,隨機(jī)選擇2－4人假如工藝僅需要一個(gè)操作員或無(wú)操作員,則視為無(wú)操作員影響來(lái)進(jìn)行研究(忽略再現(xiàn)性影響)從工藝過(guò)程中選擇10個(gè)樣本零件來(lái)表征整個(gè)操作范圍和各離散零件數(shù)每個(gè)操作員測(cè)量每個(gè)樣本3次(都使用相同儀器)11測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第11頁(yè)進(jìn)行測(cè)量研究呆在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研究;注意計(jì)劃外原因進(jìn)行研究–指導(dǎo)方針每個(gè)操作員對(duì)全部樣本進(jìn)行一次隨機(jī)測(cè)量連續(xù)進(jìn)行直到每個(gè)操作員對(duì)全部樣本完成一次測(cè)量這是試驗(yàn)1確保零件進(jìn)行標(biāo)識(shí)方便于數(shù)據(jù)采集但對(duì)操作員保持“隱蔽”（無(wú)法區(qū)分）重復(fù)需要試驗(yàn)數(shù)每個(gè)樣本應(yīng)該由每個(gè)操作員測(cè)量3次使用表格搜集信息分析結(jié)果假如還有話，確定深入辦法12測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第12頁(yè)Minitab中測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）實(shí)例選取10個(gè)零件表征工藝過(guò)程中變異預(yù)期范圍3個(gè)操作員隨機(jī)測(cè)量10個(gè)零件，每個(gè)零件3次打開(kāi)Gage3.mtw選擇Stat>QualityTools>Gage

R&RStudy(Crossed)…13測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第13頁(yè)Minitab中GageR&R在Partnumbers（零件號(hào)）中輸入Part（零件）:

Operators（操作員）中輸入Operator（操作員）:

Measurementdata（測(cè)量數(shù)據(jù)）中輸入Response（響應(yīng)）:

ANOVA（方差分析）和X-bar&R分析主要不一樣之處于于ANOVA將經(jīng)過(guò)零件間交互作用對(duì)操作員進(jìn)行評(píng)定ANOVA方法更保守14測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第14頁(yè)Minitab中GageR&R:選項(xiàng)5.15是studyvariation（研究變異）默認(rèn)值z(mì)值范圍計(jì)算99%潛在研究變異基于變異計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏移能夠在所選零件研究中看到規(guī)格界限是10.75(USL)和8.75(LSL)點(diǎn)擊Options…

在processtolerance（過(guò)程公差）對(duì)話框中輸入2.0(10.75–8.75=2.0)在historicalsigma（歷史西格瑪值）對(duì)話框中輸入0.195雙擊OK15測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第15頁(yè)解釋:可接收性假如工藝過(guò)程公差和歷史西格瑪值沒(méi)有用在Minitab中,一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)想是:選取用于研究樣本零件能夠真實(shí)地展現(xiàn)實(shí)際工藝過(guò)程變異。這么話，測(cè)量系統(tǒng)可接收性僅基于對(duì)研究中零件變異比較。假如注意選取研究樣本零件，這將是一個(gè)有效假設(shè)。AIAG要求“評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)是否能夠分析工藝過(guò)程一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要素是零件公差或測(cè)量系統(tǒng)變異所花費(fèi)操作過(guò)程變異”。記住指導(dǎo)方針是:10%以下誤差–可接收從10%到30%–因?yàn)槭褂蔑L(fēng)險(xiǎn)、測(cè)量?jī)x器成本、修理成本等考慮也尚能接收超出30%–認(rèn)為不可接收–應(yīng)該努力全方面改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)16測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第16頁(yè)MinitabSixpack17測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第17頁(yè)GageR&R間聯(lián)絡(luò)當(dāng)操作員結(jié)果可重復(fù)以及操作員間結(jié)果可再現(xiàn)時(shí)，能夠認(rèn)為測(cè)量過(guò)程一致。當(dāng)操作員測(cè)量改變相對(duì)于工藝過(guò)程改變或公差范圍較小時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)度量能夠有效檢地測(cè)到零件之間變異。測(cè)量所耗工藝過(guò)程變異百分比(%R&R)決定了測(cè)量過(guò)程一致性并能檢測(cè)出零件之間變異。異變組成百分比重復(fù)性再現(xiàn)性零件間影響方差分析工藝過(guò)程公差18測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第18頁(yè)MinitabSixpack注意看帶條紋柱條–它們表示總體變異對(duì)于數(shù)據(jù)影響%。GageR&R是測(cè)量系統(tǒng)總體變異，分為重復(fù)性和再現(xiàn)性。零件之間變異柱條表示工藝過(guò)程變異預(yù)計(jì)。還記得我們要進(jìn)行測(cè)量原因嗎？工藝過(guò)程變異預(yù)計(jì)直到輸入HistoricalSigma在檢驗(yàn)員之間或檢驗(yàn)員與檢驗(yàn)員之間標(biāo)準(zhǔn)度量?jī)?nèi)或一個(gè)檢驗(yàn)員總體GageR&R異變組成影響方差分析工藝過(guò)程公差百分比重復(fù)性再現(xiàn)性零件間19測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第19頁(yè)重復(fù)性表明在極差圖中實(shí)際全部極差點(diǎn)在控制極限以下。任何超出極限點(diǎn)都需要進(jìn)行研究。重復(fù)性:圖表視圖重復(fù)性由尤其極差圖進(jìn)行檢測(cè)，表中畫(huà)出了每個(gè)操作員測(cè)量每個(gè)零件差異。假如被測(cè)零件最大值和最小值間差異未超出UCL,則視度量標(biāo)準(zhǔn)和操作員為可重復(fù)。樣本范圍操作員極差圖20測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第20頁(yè)再現(xiàn)性:圖表視圖在Minitab一段（在隨即幻燈片中討論）中表格分析是分析確定再現(xiàn)性最好方式。圖表中能夠看出各個(gè)操作員測(cè)量相一樣本操作員模式是否有顯著不一樣。測(cè)量變異總工藝過(guò)程變異分辨率樣本均值操作員Xbar圖21測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第21頁(yè)MSA分析:有效系統(tǒng)期望得到圖點(diǎn)均超出UCL和LCL限制，因?yàn)樵撓拗剖怯蓸?biāo)準(zhǔn)度量變異所確定。這些圖點(diǎn)應(yīng)該顯示出標(biāo)準(zhǔn)度量變異應(yīng)該遠(yuǎn)小于零件間變異。假如所選樣本不能代表工藝過(guò)程總體變異，則標(biāo)準(zhǔn)度量(重復(fù)性)變異可能大于局部變異而且使確切范圍計(jì)算成為無(wú)效。假如操作員模式?jīng)]有可比性，則操作員和零件間存在顯著關(guān)聯(lián)(這將在另一張幻燈片中討論)操作員Xbar圖樣本均值22測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第22頁(yè)XBar圖(期望值)UCLLCL測(cè)量誤差產(chǎn)品變異XBar圖

(不可接收值)0.00000UCLLCL測(cè)量誤差產(chǎn)品變異0.000010.000020.000030.000040.000050.000060.000070.000080.000090.000100.00011MSA分析:測(cè)量誤差23測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第23頁(yè)MinitabSixpack極差圖是否在控制范圍之內(nèi)?X-bar圖和極差圖上限制從何而來(lái)?我們要不要控制極差圖和X-bar圖?在我們測(cè)量系統(tǒng)中控制范圍代表什么?操作員Xbar圖操作員極差圖樣本范圍樣本范圍24測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第24頁(yè)MinitabSixpack本圖顯示全部操作員共同繪制10個(gè)零件數(shù)據(jù)，顯示了原始數(shù)據(jù)并強(qiáng)調(diào)突出了測(cè)量平均值。與上圖相同，但零件是按操作員而不是按數(shù)據(jù)進(jìn)行排列，此圖能夠幫助識(shí)別操作員測(cè)量結(jié)果。此圖顯示每個(gè)操作員對(duì)全部10個(gè)零件數(shù)據(jù)。這是顯示零件與操作員之間關(guān)系最好方式。經(jīng)過(guò)零件經(jīng)過(guò)操作員零件操作員零件平均操作員操作員*零件關(guān)系25測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第25頁(yè)經(jīng)過(guò)零件:變異分析圖中顯示全部操作員共同繪制10個(gè)零件數(shù)據(jù)。此圖應(yīng)該顯示工藝過(guò)程中最小尺寸到最大尺寸同一個(gè)零件圖點(diǎn)。假如是工藝過(guò)程中生產(chǎn)零件，則它們有同時(shí)在公差范圍內(nèi)和有則公差范圍外。假如一個(gè)零件顯示出較大分散性，則它不宜作為測(cè)試品，因?yàn)樵谠摿慵赡鼙磉_(dá)不出其特征。超界零件零件26測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第26頁(yè)經(jīng)過(guò)操作員:改變分析此圖顯示了操作員繪制10個(gè)零件數(shù)據(jù)。紅線連接了操作員所繪制全部10個(gè)零件平均值，紅線應(yīng)該是水平狀態(tài)。任何顯著傾斜表示操作員與其它操作員相比，在測(cè)量零件時(shí)有或大或小偏移。超界操作員操作員27測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第27頁(yè)操作員與零件關(guān)系操作員影響:假如平均值連線出現(xiàn)顯著分離，則在進(jìn)行測(cè)量操作員和被測(cè)量零件之間存在一定關(guān)系。這不是好現(xiàn)象，需要進(jìn)行研究。零件均值操作員與零件關(guān)系操作員28測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第28頁(yè)MinitabSixpack圖形輸出問(wèn)題變異組成超界零件超界操作員操作員極差圖操作員*零件關(guān)系操作員零件均值操作員零件百分比樣本范圍樣本均值%影響%方差分析%工藝過(guò)程%公差操作員Xbar圖29測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第29頁(yè)GageR&R:數(shù)字輸出以下表中是用Mintab算出變異研究百分比,它是每個(gè)變?cè)凑加?jì)算可能總變異百分比.5.15*SD表示總改變統(tǒng)計(jì)值99%是怎樣計(jì)算，而且除非輸入了HistoricalSigma值，不然一律假設(shè)其等于真實(shí)工藝改變99%。為了進(jìn)行工藝過(guò)程改進(jìn)，這些值應(yīng)該小于30%30測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第30頁(yè)GageR&R:數(shù)字輸出%用于依據(jù)已知%進(jìn)行測(cè)量分析，來(lái)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)有效性進(jìn)行分級(jí)。假如工藝過(guò)程進(jìn)行順利，則%公差很主要。%總數(shù)按照數(shù)學(xué)累加可能會(huì)超出100%。區(qū)分指數(shù)值表示,在研究變異中,測(cè)量系統(tǒng)能可靠地識(shí)別不重合測(cè)量組數(shù)目。我們希望這個(gè)數(shù)目是5或者更高。4是臨界值。小于4意味著測(cè)量系統(tǒng)只能使用計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)。31測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)教材第31頁(yè)讓我們?cè)僮鲆淮芜x取3個(gè)零件表示預(yù)期工藝過(guò)程變異范圍。3個(gè)操作員以隨機(jī)次序測(cè)量3個(gè)零件各3次。打開(kāi)練習(xí)Gage2.mtw無(wú)可用工藝過(guò)程歷史而且未制訂公差。此數(shù)據(jù)組