测量系统分析 MSA

1、测量系统分析,（,Measurement Systems Analysis,）,培训讲义,Quality,测量数据的质量,测量数据的质量,稳定条件下运行某一测量系统得到的多次,测量结果的统计特性,偏差太大或变差太大都将直接导致低质量,的测量数据,术,语,测量,赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系,量具,任何用来获取测量结果的装置，经常用来特指用在车间,的装置，包括用来测量合格,/,不合格装置,测量系统,用来对测量单元进行量化或对被测特性进行评估，所使,用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、设备、软,件、人员、环境及假设的集合；用来获得测量结果的整,个过程,术,语,分辨力（率）,分辨

2、率（力）,测量系统能发现并真实,地表示被测特性很小变化的能力,别名：最小可读单位、测量解析度、最小,刻度极限或探测的最小极限,一个仪器测量或输出的最小刻度单位,通常被显示为测量单位,10,：,1,（过程变差或公差）的比例法则,测量系统的有效分辨率,?,要求不低于过程变差或允许偏差的十分之一,?,零件之间的差异必须大于最小测量刻度,?,极差控制图可显示分辨率是否足够,?,数据分级,(ndc),的计算为,1.41,（零件的标准偏差,/,总的量具偏差）一般要求它大于,5,才可接,受,直尺,卡尺,千分尺,.2,.28,.279,.2,.28,.281,.2,.30,.280,.2,.28,.278,术

3、,语,参考值,某一个物品的可接受数的值,需要一个可操作的定义,常被用来代替真值的使用,真值,物品的实际数值,不可知的且无法知道的,术,语,准确度,重复测量均值与真值间的一致性。表示测量,系统误差大小。常用绝对值表示，即偏倚的,绝对值。与真值或可接受的参考值“接近”,的程度,精密度,表示测量随机误差大小，常用标准差表示,图,精确度、准确度示意,不准不精,准而不精,准,且,精,精而不准,术,语,偏倚,观测到的测量值的平均值与参考值之,间的差值,是测量系统的系统误差所构成,术,语,稳定性（漂移）,随时间变化的偏倚值,一个稳定的测量过程在位置方面是处于统,计上受控状态,术,语,线性,在量具正常工作量程

4、内的偏倚变化量,多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的,关系,是测量系统的系统误差所构成,术,语,重复性,一位评价人使用一种测量仪器，对同一零,件的同一特性进行多次测量下的变差,是在固定和已定义的测量条件下，连续,（短期内）多次测量中的变差,通常被称为,E.V.-,设备变差,设备,(,量具,),的能力或潜能,术,语,再现性,由不同的评价人使用同一个量具,测量一个,零件的同一特性时产生的测量平均值的变,差,在对于产品和过程进行鉴定时,误差可能是,评价人、环境,(,时间,),或方法,通常被称为,A.V-,评价人变差,术,语,GRR,或量具的重复性和再现性,量具的重复性和再现性,:,测量系统重复性和,

5、再现性联合评估值,测量系统能力,:,取决于使用的方法,可能包,括或不包括时间影响,测量过程,测量系统统计特性,理想的测量系统在每次测量时，应只产生“正确”的,测量结果，每次测量结果总应该与一个标准值相符,一个能产生理想测量结果的测量系统，应具零方差、,零偏倚、和对所测的任何产品错误分类为零概率的统,计特性,优良测量系统的基本特性,足够的分辨率（,10,：,1,原则）,具统计稳定性、亦即测量系统的变差只能是由于普通,原因而非特殊原因造成的,测量系统的变异须小于规格公差或过程变异,测量过程,变异源,测量系统变差,标准,工件,仪器,人,环境,测量系统变差的影响,对产品决策的影响,第一类错误（生产者风

6、险,/,假警报）：一个好的零件有时,被误判为“不合格”,第二类错误（消费者风险,/,漏判率）：一个不合格的零件,有时被误判为“合格”,LSL,USL,测量系统变差的影响,对产品决策的影响,LSL,USL,改进过程,:,生产的,产品集中在区,域,改,进,测,量,系,统,:,减,少区域面积,:,不合格零件总是判断为不合格,:,可能做出错误的判断,:,合格零件总是判断为合格,测量系统变差的影响,对过程决策的影响,将普通原因判断为特殊原因,将特殊原因判断为普通原因,（,Cp,）,观察,=(Cp,）,实际,+,（,Cp,）,测量系统,-2,-2,-2,测量系统变差的影响,实际的,GRR,10%,20%,

7、30%,40%,50%,60%,70%,90%,观测的,Cp,与基于过程范围的,Cp,1.3,1.29,1.27,1.24,1.19,1.13,1.04,0.93,0.57,观测的,Cp,与基于公差范围的,Cp,1.3,1.29,1.26,1.20,1.11,0.99,0.81,0.54,评估测量系统,三个基本要素,足够的分辨率,稳定,统计特性（误差）在预期量程是一致的，,且足够用以测量用途,评估测量系统,分辨率,测量系统检出并如实指示被测量特性中极小变化,的能力,若不能测量出过程的变差，这种分辨率用于分析,是不可接受的,若不能测定出特殊原因的变差，这种分辨率用于,控制是不可接受的,不可接受的

8、分辨率可通过极差图最好的显示出来,数据分级的影响,分级数目,控制,分析,只有下列条件才可用于控制：,与规范相比，过程变差较小；,过程变差主要原因导致均值,偏移,对过程参数及指数估计,不可接受,;,只能表明过,程是否正在产生合格零,件,依据过程分布可用半控,制技术,;,可产生不敏感,的计量控制图,一般来讲,对过程及指,数的估计不可接受,;,只,提供粗略估计,可用于计量控制图,建议使用,5,个或更多数据分级,2-4,个数据分级,1,个数据分级,ndc,5,直尺,卡尺,千分尺,.2,.28,.279,.2,.28,.281,.2,.30,.280,.2,.28,.278,测量系统变差可能的原因,偏倚

9、,a),基准的误差,b),磨损的量具,c),制造的仪器尺寸不对,d),仪器没有正确校准,e),评价人使用仪器不正确,测量系统变差可能的原因,稳定性,a),仪器需要校正,减小校正周期,b),正常的老化,c),仪器维护不足,d),仪器设计或方法问题,线性,工作范围上限,/,下限内仪器没有正确校准,最大或最小值校准量具的误差,磨损的仪器,测量系统变差可能的原因,重复性,仪器需要维护,量具应重新设计来提高刚度,夹紧及检验点需要改进,再现性,评价人需要更好的培训如何使用量具仪器及读数,量具刻度盘上的读数不清楚,需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性,测量系统研究准备,计划将要使用的方法,例如通过工程

10、决策,直接观察或量具研究决定,是否评价,人在校准或使用仪器时产生影响,;,有些测量系统的再现性,可以忽略,例如按键,评价人数量、样品数量、及重复读数次数应预先,确定,尺寸的关键性,-,关键尺寸需要更多的样品和,/,或试验,零件规格,-,大而重的零件可规定较少样品及较多试验,评价人的选择应从日常操作该仪器的人中选出,测量系统研究准备,样品选择对于适当的研究非常重要，且取,决于测量系统研究的设计,对于产品控制：“符合,/,不符合产品特性规格”，,样品的选择无需覆盖整个规格范围,对于过程控制：“过程稳定性，方向及自然变差,的符合情况”，样品必须从过程中选取并代表整,个工作范围,仪器分辨率应允许至少直

11、接读取特性的预,期过程变差的十分之一,确保测量方法在按规定的测量步骤测量特,征尺寸,测量系统研究准备,进行研究的方式非常重要,测量应按随机顺序，以确保研究过程中产生的任,何漂移或变化随机分布。,使用盲测方法,设备读数应估计到可得到的最接近的数字，模拟,设备应读取最小刻度的一半,研究工作应由知其重要性且仔细认真的人进行,每一位评价人应采取相同的方法,/,步骤来获取数,据,计量型测量系统研究,确定重复性和再现性分析指南,进行研究,1.,取得一个能代表过程变差实际或预期范围的,样本，为,n,10,个零件的样本,2.,确定评价人，,2,人，分别对评价人和零件,进行编号，零件编号不要让评价人看到,3.,

12、每个评价人先后以随机顺序测量,n,个零件，,并记录测量结果,4.,重复,3,的操作,2,次以上，记录测量结果,5.,按附表的要求计算相关参数,确定重复性和再现性分析指南,6.,当测量系统是用来,对产品进行控制，即,判定产品是否符合规格,，而不是用来对过程,进行控制时，可以用,公差为基础,来代替,过程,变差,。在对,%EV,、,%AV,、,%GRR,、,%PV,进行计算,时，分母由,（公差）,来代替总变差（,TV,）,确定重复性和再现性分析指南,接受标准（,1,、,2,同时满足）,1,、,%GRR,为：,低于,10%-,接受,在,10%,30%,之间,-,根据应用的重要性、量具成本、,维修的费用

13、等，有条件接受,高于,30%-,不能接受，测量系统必须改善,2,、并且,分类数量,ndc,5,确定稳定性指南,进行研究,1.,取一个样本。,2.,定期（天、周）测量标准样本,4,5,次，应在不,同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，,以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发,生的变化,3.,测量周期,20,个,4.,将数据按时间顺序画在,X,（,bar,）,-R,控制图上,5.,对于破坏性的或检测费用高的测量，只定期对,标准样本测量,1,2,次，用,X,（,bar,）,-MR,控制图进行,分析,确定稳定性指南,判定准则,如果,X,（,bar,）,-R/ X-MR,控制图处于,统计受,控状

14、态,，则测量系统的稳定性是可以接受,的,确定稳定性的指南,举例,-,稳定性,为了确定一个新的测量装置的稳定性,是否可以接受，工艺小组在生产工艺中程,数附近选择了一个零件。这个零件被送到,测量实验室，确定基准值为,6.01,。小组每,班测量这个零件,5,次，共测量,4,周（,20,个子,组）。收集所有数据以后，,X&R,图就可以,做出来了。,确定稳定性的指南,稳定性的均值,极差图,6.3,6.0,5.7,样,本,均,值,子组,0,5,15,20,25,10,UCL=6.297,Mean=6.021,LCL=5.746,1.0,0.5,0.0,样,本,极,差,R=0.47792,ULC=1.01,

15、LCL=0,确定偏倚的指南,进行研究,如果用,X,（,bar,）,-R,图来衡量稳定性，其数据可以,用来进行偏倚的评价。在偏倚评价前，控制图分,析应该表明这测量系统处于稳定状态,取一个样件，并且建立可追溯到一相关标准的参,考值。如不能取得参考值，选择一件落在生产测,量值范围中间的生产零件，将他指定为偏倚分析,的基准样件。在工具室测量该零件n10次，并,计算,n,个读值的平均值。用该平均值作为“参考,值”,用量具对样件测量n 15次,计算,n,个读数的均值,计算可重复性标准偏差,?,?,?,2,),min(,),max,(,d,x,x,i,i,重复性,?,n,X,X,n,i,i,?,?,?,1,

16、确定偏倚的,t,统计量,n,r,b,?,?,?,b,t,?,偏,倚,?,偏倚,=,观测测量平均值,基准值,可接受偏倚水平,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),(,0,),(,2,/,1,2,2,2,/,1,2,2,a,v,b,a,v,b,t,d,d,t,d,d,?,?,偏倚,偏倚,如果,0,落在围绕偏倚值,1-,置信区间以内，偏倚,在水平是可接受的。,d,2,、,d,2,*,和,v,可以在附录中查到，,g=1,，,m=,n,，,t,v,，,1-,/2,在,标准,t,表中查到。,偏倚研究数据,基准值,= 6.0,偏倚,1,5.8,-0.2,2,5.

17、7,-0.3,3,5.9,-0.1,4,5.9,-0.1,5,6.0,0.0,6,6.1,0.1,7,6.0,0.0,8,6.1,0.1,9,6.4,0.4,10,6.3,0.3,11,6.0,0.0,12,6.1,0.1,13,6.2,0.2,14,5.6,-0.4,15,6.0,0.0,偏倚研究直方图,5.6,5.7,5.8,5.9,6.0,6.1,6.2,6.3,6.4,测量值,（,measured value,）,4,3,2,1,0,频,次,偏倚研究,偏倚研究分析,X,r,?,b,?,n(m),均值,标准偏差,均值的标准偏差,测量值,15,6.0067,0.22514,0.05813,

18、基准值,= 6.00,，,=0.05, g = 1,，,d,2,*,=3.35,t,统计量,df,显著,t,值,（,2,尾）,偏奇,95%,偏倚置信区间,低值,高值,测量值,0.1153,10.8,2.206,0.0067,-0.1185,0.1319,因为,0,落在偏倚置信区间（,-1.1185,，,0.1319,）内，所以,偏倚是可以接受的，使用过程不会导致附加变差源。,如果偏倚在统计上不等于,0,，检查是否存在以下原因：,?,仪器没有经过适当校准,?,仪器、设备或夹紧装置的磨损,?,磨损或损坏的基准，基准出现误差,?,校准不当或调整基准的使用不当,?,仪器质量差,设计或一致性不好,?,应

19、用错误的量具,?,不同的测量方法,设置、安装、夹紧、技术,?,测量错误的特性,偏倚分析,确定线性的指南,进行研究,线性按下列指南评价：,1.,选择,g5,件零件,/,特性，由于过程变差，这些,零件,/,特性测量值覆盖量具的工作量程,2.,对每个零件,/,特性，建立可追溯到一相关标准,的参考值。,3.,由这个量具的操作者中的一个测量每个零件,m12,次。,注：随机地选择零件以使评价人对测量偏倚的,“记忆”最小化,确定线性的指南,结果分析,-,作图法,4,、计算零件每次测量的偏倚及零件偏倚均值。,偏倚,i,j,=x,i,j,-,（基准值）,i,偏倚,i,=,偏倚,i,j,/m,5,、,在线性图上画

20、出单值偏倚和相关基准值的偏倚均,值,确定线性的指南,6,、用下面等式计算和画出最佳拟合线和置信区间,对于最佳拟合直线，用公式：,y,i,=ax,i,+b,x,i,=,基准值,y,i,=,偏倚平均值,这里,x,i,是基准值，,y,i,是偏倚均值，用下列公式求出,a,、,b,和,s,。,a=(xy,-,xy/gm)/x,2,-,(x),2,/gm,b=y-ax,s= (y,i,2,-,b y,i,-,a x,i,y,i,)/(gm-2),1/2,确定线性的指南,对于给定的,x,0,，画出,a,水平的置信区间,低值：,b+ax,0,-t,1-a/2,(gm-,2)s/n,高值：,b+ax,0,+t,

21、1-a/2,(gm-,2)s/n,其中,1/n=1/gm+(x,0,-x),2,/,(x,i,-x),2,1/2,确定线性的指南,接受准则,如果“偏倚,=0,”,的整个线都位于置信度区间,以内，则该测量系统的线性是可接受的,注解,置信度区间,预期的包括了某一参数的真值的数值范围（在,某些要求应用情况下被称为置信水准）,确定线性的指南,线性,-,举例,一名工厂主管希望对过程采用新的测量系统,作为,PPAP,的一部分,需要评价测量系统的线性,在测量,系统量程内选择,5,个零件,每个零件经过全尺寸检,验测量以确定其基准值,.,然后由领班分别测量每个,零件,12,次,.,研究中零件是被随机选择的,.,

22、计算偏倚均值，可用,Excel,。,确定线性的指南,作图分析：用最小二乘法求出,a,、,b,a=(xy,-,xy/gm)/x,2,-,(x),2,/gm,=-0.131667,b=y-ax=0.736667,计算,s,和最佳拟合线的置信带。,判断偏倚,=0,是否包含在置信带内：,如果偏倚,=0,没有包含在置信带内，说明线性不符合,要求。,确定线性的指南,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,-1,Master,b,i,a,s,S = 0.239540 R-Sq = 71.4 % R-Sq(adj) = 70.9 %,bias = 0.736667 - 0.131667 Master,95% CI,Regression,liner study,记数型测量系统研究,记数型测量系统研究,记数型测量系统是一种