MSA講義new-第三版.ppt

1、測量系統(tǒng)分析（MSA）,一、為什么要做測量系統(tǒng)分析,ISO/TS16949中7.6.1要素“測量系統(tǒng)分析”的要求。 為了分析出現(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(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)。所有的分析方法及接受準(zhǔn)則必須符合顧客有關(guān)測量系統(tǒng)分析的參考手冊。如果顧客批準(zhǔn)，其他分析方法和接受標(biāo)準(zhǔn)可被采用。,一、為什么要做測量系統(tǒng)分析,ISO/TS16949中五大重要的專項技術(shù)工具（SPC、MSA、FMEA、APQP、PPAP）之一。 測量系統(tǒng)分析是產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)。 測量系統(tǒng)分析是對測量設(shè)備傳統(tǒng)檢校溯源的有益延伸和補充，符合ISO10012-200

2、3中實現(xiàn)測量過程控制的要求。,二、測量系統(tǒng)變差對過程決策的影響,只有與過程變差相關(guān)聯(lián)，才能使測量系統(tǒng)分析變得最有意義。 針對日益強調(diào)持續(xù)改進的全球化市場，僅僅用相對于公差的百分比來表達測量誤差是不夠的。 過程中所收集的數(shù)據(jù)包含兩種不同的、相對獨立的變差來源：制造過程變差MPV和測量系統(tǒng)變差MSV,總變差TV=MPV+MSV。,二、測量系統(tǒng)變差對過程決策的影響,TV、MPV、MSV的關(guān)系： 測量系統(tǒng)變差必須小于制造過程變差，即MSVMPV。 ,MSV MPV,TV,規(guī)范公差 注：MSV必須盡可能小,二、測量系統(tǒng)變差對過程決策的影響,測量系統(tǒng)變差可能影響過程的穩(wěn)定性、目標(biāo)以及變差的決定。,三、測量

3、系統(tǒng)（MS）的定義及測量理論基礎(chǔ)知識,用來對被測特性定量測量或定性評價的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、方法、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)的集合;用來獲得測量結(jié)果的整個過程。,測量系統(tǒng)的分類,計量型測量系統(tǒng)，其中常用測量儀器有： 電壓表 容器 卷尺 千分尺 計數(shù)型測量系統(tǒng)，其中常用測量儀器有： Go/NoGo工具 通過與不通過的目視檢查,從測量結(jié)果的數(shù)據(jù)類型不同可將測量系統(tǒng)分為：,測量系統(tǒng)（MS）舉例說明,測量熱軋鋼板終軋溫度，測量系統(tǒng)包括： 測量項目 輻射高溫計、線性化器、信號轉(zhuǎn)換、傳輸、軟件處理、顯示單元 人員 測量環(huán)境條件 使用方法等。 測量系統(tǒng)輸出的結(jié)果，即為鋼板終軋溫度。,可以將測量過程看成

4、一個制造過程，它的輸出即為測量結(jié)果。,被測特性,測量過程,測量結(jié)果 （測量誤差+真值）,人,機,料,法,環(huán),測量過程的構(gòu)成因子及其相互作用，產(chǎn)生了測量誤差（測量系統(tǒng)變差）。,基本認(rèn)識：,通過分析測量結(jié)果的統(tǒng)計特性來確定測量系統(tǒng)的質(zhì)量。 理想的測量過程的輸出應(yīng)是被測量的真值，測量誤差為零。 在人、機、料、法、環(huán)綜合作用下的測量過程的輸出為被測量的真值與測量誤差之和。 測量誤差分為系統(tǒng)誤差(正確度，統(tǒng)計分布中表現(xiàn)為位置特性）和隨機誤差（精密度，統(tǒng)計分布中表現(xiàn)為寬度特性）。,測量誤差基本概念,測量誤差的定義是：測量結(jié)果減去被測量的真值。 X = X - X真 =X - X + X - X真,隨機誤差

5、,系統(tǒng)誤差,隨機誤差： 測量結(jié)果與同一被測量大量重復(fù)測量的平均結(jié)果之差。（精密度） 系統(tǒng)誤差： 同一被測量大量重復(fù)測量的平均結(jié)果與被測量真值之差。（正確度）,正確度低，精密度高,正確度高，精密度高,正確度低，精密度低,正確度高，精密度低,測量過程（系統(tǒng)）變差 對大多數(shù)測量過程而言，總測量變差通常被描述為正態(tài)分布?；谡龖B(tài)分布的分析方法被設(shè)想為測量系統(tǒng)分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。,y,如果隨機變量X的概率密度函數(shù)f(x)是：,如果隨機變量X服從以上分布，則記為,正態(tài)分布基本概念,正態(tài)分布的特點 曲線以 x= 直線為軸，左右對稱 曲線與橫坐標(biāo)軸所圍成的面積等于1 其中在范圍內(nèi)的面積占68.26 % 在2范圍內(nèi)

6、的面積占95.45 % 在3范圍內(nèi)的面積占99.73 %,y,正態(tài)分布的參數(shù),總體均值 正態(tài)分布曲線的位置參數(shù)，只決定曲線出現(xiàn)頻率最大數(shù)值的位置，不改變正態(tài)曲線的形狀。 E（X）=,相同、不同,標(biāo)準(zhǔn)偏差 正態(tài)分布曲線的形狀參數(shù)。 （X）=,相同、不同,統(tǒng)計特征數(shù),樣本平均值 樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差 樣本極差,正確度低，精密度高,正確度高，精密度高,正確度低，精密度低,正確度高，精密度低,四、測量系統(tǒng)分析（MSA）的主要內(nèi)容,測量系統(tǒng)五項變差：,偏倚 線性 穩(wěn)定性,位置變差 （對應(yīng)于測量結(jié)果分布的位置）,重復(fù)性 再現(xiàn)性,寬度變差 （對應(yīng)于測量結(jié)果分布的寬度）,盡管每一個測量系統(tǒng)可能需要有不同的統(tǒng)計特性，但

7、有一些基本特性用于定義“好的”測量系統(tǒng)，它們是：,足夠的分辨率和靈敏度。為了測量的目的，相對于過程變差或規(guī)范控制限，測量的增量應(yīng)該很?。唬?/10，選擇設(shè)備期望的最低起點） 測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中，這意味著在可重復(fù)條件下，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，稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性且最好用圖形法評價；,盡管每一個測量系統(tǒng)可能需要有不同的統(tǒng)計特性，但有一些基本特性用于定義“好的”測量系統(tǒng)，它們是：,對于產(chǎn)品控制，測量系統(tǒng)的變異性與公差相比必須??； 對于過程控制，測量系統(tǒng)的變異性應(yīng)該顯示有效的分辨率，并且與制造過程變差相比要小。根據(jù)6過程變差和/或來自MSA研究的總變差評價測量系

8、統(tǒng)； 測量系統(tǒng)統(tǒng)計特性可能隨被測項目的改變而變化，則測量系統(tǒng)最大的（最壞）變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。,五、MSA的五性介紹,測量系統(tǒng)的分辨率（Resolution) 測量系統(tǒng)可以探測并如實顯示的參考值的變化量稱為分辨率。,看看下面的部件A和部件B，它們的長度非常相似。測量分辨力描述了測量儀器分辨兩個部件的測量值之間的變差的能力。,五、MSA的五性介紹,測量系統(tǒng)的分辨率（Resolution) 不合適的分辨率可通過SPC極差圖最好地顯示出來。如果極差圖顯示只有1，2或3個極差值在控制限內(nèi)，說明測量系統(tǒng)的分辨率不足。如果極差圖顯示可能4個極差值在控制限內(nèi)且超過四分之一以上的極差為零

9、，則該測量是在分辨率不足的情況下進行的。 建議能夠分辨至少十分之一的過程變差。,（1）偏倚(Bias) 測量結(jié)果的觀測平均值（在可重復(fù)條件下的一組實驗）和基準(zhǔn)值之間的差值?；鶞?zhǔn)值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。,觀測平均值,基準(zhǔn)值,偏倚,偏倚與正確度的概念基本一致，是測量結(jié)果中所含系統(tǒng)誤差的一種度量。 反映了測量結(jié)果誤差統(tǒng)計分布的位置特性。,確定偏倚獨立樣本法：,1、獲取一個樣本建立相對可溯源標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值。如果得不到，選擇一個落在生產(chǎn)測量的中程數(shù)的生產(chǎn)零件，指定其為偏倚分析的標(biāo)準(zhǔn)樣本。 2、讓一個評價人，以通常方法測量樣本10次以上。,確定偏倚獨立樣本法：,3、相

10、對于基準(zhǔn)值將數(shù)據(jù)畫出直方圖。 4、計算n個讀數(shù)的平均值： 5、計算單次測量值（重復(fù)性）標(biāo)準(zhǔn)偏差：,可以通過查表得到。,確定偏倚獨立樣本法：,6、確定偏倚的 t 統(tǒng)計量： 偏倚=觀測平均值 - 基準(zhǔn)值,確定偏倚獨立樣本法：,7、如果 0 落在圍繞偏倚值置信度為 1- 的置信區(qū)間以內(nèi)，則偏倚在水平是可接受的。（ 默認(rèn)值為0.05),偏倚舉例：,一個制造工程師在評價一個用來監(jiān)視生產(chǎn)過程的新的測量系統(tǒng)。測量裝置分析表明沒有線性問題，所以工程師只評價了測量系統(tǒng)的偏倚。 在已記錄過程變差基礎(chǔ)上，從測量系統(tǒng)操作范圍內(nèi)選擇一個零件。這個零件經(jīng)全尺寸檢驗測量以確定基準(zhǔn)值。這個零件由領(lǐng)班測量15次。,測量次數(shù) 測

11、量值 測量次數(shù) 測量值 1 5.8 9 6.4 2 5.7 10 6.3 3 5.9 11 6.0 4 5.9 12 6.1 5 6.0 13 6.2 6 6.1 14 5.6 7 6.0 15 6.0 8 6.1 平均值=6.0067 基準(zhǔn)值=6.0,偏倚研究分析數(shù)據(jù)：,偏倚相對比較大，可能的原因：,儀器需要校準(zhǔn)； 儀器、設(shè)備或夾緊裝置的磨損； 基準(zhǔn)存在誤差； 校準(zhǔn)不當(dāng)或調(diào)整基準(zhǔn)的使用不當(dāng)； 儀器質(zhì)量差，設(shè)計或一致性不好； 線性誤差； 應(yīng)用錯誤的量具；,不同的測量方法； 測量錯誤的特性； （量具或零件）變形； 環(huán)境溫度、濕度、振動、清潔； 違背假定，在應(yīng)用常量上出錯； 應(yīng)用零件尺寸、位置、操

12、作者技能、疲勞、觀察錯誤。,偏倚相對比較大，可能的原因：,(2)線性(Linearity),測量系統(tǒng)在預(yù)期操作（測量）范圍內(nèi)偏倚的變化稱為線性。線性可以認(rèn)為是關(guān)于偏倚大小的變化。,值1 值N,偏倚,偏倚,(2)線性(Linearity),跟偏倚研究一樣，零件的基準(zhǔn)值可由工具室或全尺寸檢驗設(shè)備確定。在操作范圍內(nèi)由一個評價人測量，確定每一零件的觀測平均值，基準(zhǔn)值與觀測平均值之間的差值為偏倚，確定各個被選零件的偏倚。線性圖就是描繪整個工作范圍內(nèi)偏倚與基準(zhǔn)值關(guān)系的圖形。,某工廠領(lǐng)班對確定某測量系統(tǒng)的線性感興趣。基于該過程變差，在測量系統(tǒng)工作范圍內(nèi)選定5個(g)零件。通過全尺寸檢驗設(shè)備測量每個零件，以確

13、定它們的基準(zhǔn)值。然后一位評價人對每個零件測量12次(m)。零件隨機抽取，每個零件平均值與偏倚平均值的計算如圖表中所示。,線性實例,偏倚=觀測平均值基準(zhǔn)值 極差=MAX（xi)MIN(xi),結(jié)果分析（作圖法）：偏倚與基準(zhǔn)值線性圖,y=ax+b x=基準(zhǔn)值y=偏倚a=斜率,n=g 偏倚=ax+b =0.7367-0.1317(基準(zhǔn)值）y=0.7367-0.1317x 擬合度（R2）=0.98,對于給定的XO，水平置信帶是：,畫出“偏倚=0”線，評審該圖指出特殊原因和線性的可接受性。 為使測量系統(tǒng)線性可被接受， “偏倚=0”線必須完全在擬合線置信帶以內(nèi)。,結(jié)果分析 數(shù)據(jù)： 作圖分析線性可接受，則以

14、下假設(shè)成立： H0：a=0 如果,則假設(shè)成立，測量系統(tǒng)對所有基準(zhǔn)值有相同的偏倚。,H0：b=0 如果,則假設(shè)成立，測量系統(tǒng)對所有基準(zhǔn)值偏倚為0。,作圖分析，測量系統(tǒng)存在線性問題。 數(shù)據(jù)分析，ta= -12.043 , tb= 10.158 t58,.975=2.00172 測量系統(tǒng)存在線性問題。 如果測量系統(tǒng)存在線性問題，需要通過調(diào)整軟件、硬件，再校準(zhǔn)以達到零偏倚。,儀器需要校準(zhǔn)，需要減少校準(zhǔn)時間間隔； 儀器、設(shè)備或夾緊裝置的磨損； 缺乏維護（通風(fēng)、動力、液壓、過濾器、腐蝕、銹蝕、清潔； 磨損或損壞的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)出現(xiàn)誤差； 校準(zhǔn)不當(dāng)或調(diào)整基準(zhǔn)的使用不當(dāng)； 儀器質(zhì)量差；,線性誤差的可能原因包括：,

15、儀器設(shè)計或方法缺乏穩(wěn)健性； 應(yīng)用錯誤的量具； 不同的測量方法； 隨零件尺寸變化的變形； 環(huán)境； 違背假定，在應(yīng)用常量上出錯； 應(yīng)用零件尺寸、位置、操作者技能、疲勞、觀察錯誤。,線性誤差的可能原因包括：,（3）穩(wěn)定性(Stability),穩(wěn)定性（或漂移）是測量系統(tǒng)在某一階段時間內(nèi)，測量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時獲得的測量總變差。穩(wěn)定性是偏倚隨時間的變化。,UCLx,x,LCLx,一致性（Consistency),一致性是隨時間得到測量變差的區(qū)別。它可以看成重復(fù)性隨時間的變化。,UCLx,R,LCLx,基本認(rèn)識：,最好在已知測量系統(tǒng)統(tǒng)計穩(wěn)定時，再分析測量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性。 當(dāng)評價測量系統(tǒng)的統(tǒng)

16、計穩(wěn)定性時，必須考慮到系統(tǒng)使用壽命期間會遇到的預(yù)期環(huán)境、使用者、零件和方法。 控制圖可提供方法來分離影響所有測量結(jié)果的普通原因產(chǎn)生的變差和特殊原因產(chǎn)生的變差。,穩(wěn)定性計算實例、分析見講義附頁,測量系統(tǒng)控制圖的樣本容量及抽樣頻率的確定依賴于對測量系統(tǒng)的了解。主要考慮的還是使用過程中測量系統(tǒng)所有的外部條件。 控制圖出現(xiàn)失控信號，表明測量系統(tǒng)的偏倚已發(fā)生變化。,控制圖分析：,控制圖判定時，先判R圖，R圖穩(wěn)定后再判Xbar圖。 R圖和Xbar圖內(nèi)各數(shù)值應(yīng)在控制限值范圍內(nèi)。 Xbar圖內(nèi)各數(shù)值點，在控制限值范圍內(nèi)排列應(yīng)無下列缺陷。 在上下控制限分別位于中心線之上與之下的3處，將控制圖等分為6個區(qū)，每個區(qū)

17、的寬為1，分別標(biāo)號為A、B、C、C、B、A，并與中心線對稱。,數(shù)值點連續(xù)9點在中心線同一側(cè)出現(xiàn)。 數(shù)值點連續(xù)6個點出現(xiàn)上升或下降。 連續(xù)14點中相鄰點交替上下。 連續(xù)3點中有2點落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外。 連續(xù)5點中有4點落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外。 連續(xù)15點落在中心線兩側(cè)的C區(qū)內(nèi)。 連續(xù)8點落在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi),測量系統(tǒng)的改進：,若有1點或多點超出控制限范圍，必須分析出原因并剔除該點數(shù)據(jù)后重新計算控制限值后進行判定。 出現(xiàn)失控信號，是測量系統(tǒng)需要進行校準(zhǔn)的標(biāo)志。 從控制圖中分析出可能影響測量系統(tǒng)的特殊原因，采取相應(yīng)的措施，排除特殊原因，重新采點，計算控制限，形成穩(wěn)定的測量過程。

18、進一步的改進可視為變窄了的控制限，表明已經(jīng)縮減了系統(tǒng)變差的普通原因。,（4）重復(fù)性和再現(xiàn)性,重復(fù)性(Repeatability)是由同一個評價人，采用同一種儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。它是儀器本身固有的變差或性能。,重復(fù)性,采用儀器標(biāo)準(zhǔn)偏差e定量表述，反映儀器本身對測量過程的影響。 反映測量結(jié)果誤差分布的寬度或范圍特性。,再現(xiàn)性(Reproducibility)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。,采用評價人的標(biāo)準(zhǔn)偏差o定量表述。 反映評價人對測量過程的影響。,計量型測量系統(tǒng)RR0為評價人極差;RP為零件極差,評價人的再現(xiàn)性A

19、V=o,測量系統(tǒng)的R&R=m,零件間的零件變差PV=p,總過程變差TV=t,分別對應(yīng)于正態(tài)分布68.26%的置信區(qū)間,儀器的重復(fù)性EV=e,校正過的再現(xiàn)性AV=,%EV=EV/TV 100,%PV=PV/TV 100,%R&R=R&R/TV 100,%AV=AV/TV 100,各項變差在總變差(TV)中的百分比按下列公式計算:,各因素所占百分?jǐn)?shù)之和將不等于100%,應(yīng)對過程變差的百分比的結(jié)果進行評價,從而確定測量系統(tǒng)是否能適合預(yù)期的運用。,計算結(jié)果分析：,可接受準(zhǔn)則 對測量系統(tǒng)是否滿意的準(zhǔn)則決定于測量系統(tǒng)變差占零件容差或制造產(chǎn)品的過程變異的百分比。對于分析某過程的測量系統(tǒng)，接受測量系統(tǒng)的通用經(jīng)

20、驗規(guī)則如下： 小于10%的誤差可接受的測量系統(tǒng)； 10%30%的誤差基于應(yīng)用的重要性，測量裝置的成本，維修成本等可能是可接受的。 大于30%不可接受，改進測量系統(tǒng)。 一個測量系統(tǒng)的最終驗收不應(yīng)決定于某單獨的一組指標(biāo)，應(yīng)結(jié)合圖表分析來評審該測量系統(tǒng)的性能。,R&R結(jié)果不可接受的處理,當(dāng)重復(fù)性、再現(xiàn)性分析結(jié)果判定為不可接受或有條件接受時，作如下處理： 檢查所取樣本是否合適，檢測點和測量方法是否按要求操作。 如果產(chǎn)生變差的主要因素是重復(fù)性，則可以通過增加試驗次數(shù)來提高測量精度。 如果產(chǎn)生變差的主要因素是再現(xiàn)性，則需對操作者加以培訓(xùn)。,如果測量系統(tǒng)的分辨率不夠，則應(yīng)更換測量設(shè)備或降低檢測要求。 如果過

21、程能力足夠（CPK1.33），而測量系統(tǒng)精度不足，R&R性能沒有對過程產(chǎn)生阻礙，則可不急于作出處理，作為今后持續(xù)改進的內(nèi)容。,計數(shù)型測量系統(tǒng)R&R分析 假設(shè)檢驗法（交叉表） 信號探測法 （詳見MSA第三版第109頁）,Kappa=（P0-Pe）/(1- Pe) P0（評價者之間達成一致的比例）=2個評價者都認(rèn)為合格的比例+2個評價者都認(rèn)為不合格的比例 Pe（評價者偶然達成一致的比例） =評價者A認(rèn)為合格的比例*評價者B認(rèn)為合格的比例+評價者A認(rèn)為不合格的比例*評價者B認(rèn)為不合格的比例,當(dāng) P 0 = 1時, Kappa=1，可達成完全一致 根據(jù)經(jīng)驗法則，如果 Kappa值低于0.75，那么這個測量系統(tǒng)是不適當(dāng)?shù)?如果 Kappa值為0.9以上，那么這個測量系統(tǒng)是優(yōu)秀的 Kappa值的下限范圍是 0 到 1 當(dāng) P 0 = P e 時，那么 K=0 因此Kappa值為 0 表示達成的一致性與偶然的隨機性相同,Kappa=（P0-Pe）/(1- Pe),Kappa 是一種測試主觀測量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性的簡單方法,Kappa（A與B，B與C，A與C）大于0.75表示評價者之間好的一致性；Kappa（A與基準(zhǔn)，B與基準(zhǔn)，C與基準(zhǔn)）大于0.75表示評價者與基準(zhǔn)（專家）之間好的一致性。Kappa小于0.4表示一致性差。,可接收準(zhǔn)則,MSA數(shù)據(jù)處理,分析數(shù)據(jù)分別由評價人填入穩(wěn)定性、線