质量管理体系五种核心工具教材

1、质量管理体系五种核心工具培训教材五MSA测量系统分析Measurement Systems Analysis上海XX汽车科技目 录一、何谓测量系统 - 3二、为什么对测量系统进行分析 - 3三、对测量系统析要分析什么 - 5四、如何分析测量系统的“五性 - 6五、对测量系统进行研究分析了怎么办 - 23前 言 测量系统分析(MSA)是汽车行业在采用质量管理体系标准ISO/TS 16949:2002 时所涉及的五种核心工具之一。 本教材简明阐述了五个问题：l 何谓测量系统？l 为什么要对测量系统进行分析？l 对测量系统分析要分析什么？l 如何分析测量系统的五性？l 对测量系统进行研究分析了怎么办

2、？一、何谓测量系统定义：是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合。也就是说，用来获得测量结果的整个过程。 由这个定义可以将测量过程看作一个制造过程，其产生的输出就是数值(数据)。这样看待一个测量系统是很有用的，因为这样让我们明白已经说明的所有概念、原理、工具，这在统计过程控制中早已被证实它们的作用。检验本身就是一个过程。一般过程操作输入输出测量过程 数 值 标准 分析测量量人员 评价人决定仪器量具工作件零件程序 环境 二、为什么要对测量系统进行分析l 测量数据的质量： 数据的质量取决于屡次测量的统计特征：偏倚及变差。

3、高质量数据对某一特定特性值进行屡次测量的数值均与该特性的参考值“接近。低质量数据测量数据均与该特性的参考值相差“很远。理想的测量系统零偏倚、零变差。理想的测量系统不存在，为什么?由于测量系统变差源：标准、人员评价人、仪器量具、工作件零件、程序方法、环境的作用结果，使得观测到的过程变差值与实际的过程变差值不相等。实际过程的变差生产用量具的变差观测到的过程变差 2观=2实+2测 式中：2观：观测到的过程标准差 由于变差源的作用结果，因此： 2实：实际的过程零件标准差2观2实 2测：测量系统标准差从另一个角度能力指数Cp看:Cp= USL-LSL ，将此式转换后得： 6R/d2 事实上，由于测量系统

4、变差源的作用结果，Cp观Cp实例如：Cp测为2，Cp实必须大于或等于1.79时，才得到Cp观为1.33只有在测量过程没有任何变差源作用时，Cp观=Cp测，这是不可能的。再比方： 当R&R为10%时，Cp实为2，Cp观为1.96 当R&R为 30%时，Cp实为2，Cp观为1.71 当R&R为 60%时，Cp实为2，Cp观为1.28 可以看出，Cp观由1.96到1.28之间的区别就是由于测量系统的不同所造成的。 为此，我们要对测量系统进行分析，要识别测量系统的普通原因和特殊原因，以便采取决策措施，使测量系统的变差减小到最小程度，使得测量系统观测到的过程变差值尽可能接近和真实地反映过程的变差值。这就

5、要求，测量系统的最大最坏的变差必须小于过程变差或标准公差。三、对测量系统分析要分析什么 前面我们谈到，数据的质量取决于处于稳定条件下进行操作的测量系统中，屡次测量的统计特征：偏倚和变差。 为此，我们引伸出如下一些术语：1. 位置变差l 偏倚：观测到的测量值的平均值与参考值之间的差值。l 准确度：与真值或参考值“接近的程度。l 稳定性：别名：漂移。 随时间变化的偏倚值l 线性： 在量具正常工作量程内的偏倚变化量。2. 宽度变差l 精确度：每个重复读数之间的“接近程度。l 重复性设备变差：E、V 一个评价人、同一种仪器、同一零件的某一特性，在固定的和已定义的测量条件下，连续短期内屡次测量中的变差。

6、l 再现性评价人变差：A、V 不同评价人、同一种仪器、同一零件的某一特性的测量平均值的变差。l GRR或量具的重复性和再现性： 是重复性和再现性的联合估计值。l 测量系统能力：短期评估，是对测量误差合成变差的估计 2 2 2 能力=偏倚线性+RR*短期的一致性和均匀性重复性误差被包含在能力评价中。l 测量系统性能：性能量化了合成测量误差的长期评估。 2 2 2 2 性能 = 能力 +稳定性+ 一致性 *测量量程内长期的一致性和均匀性包含在性能评价之中。3. 对测量系统的五性分析位置变差宽度变差l 偏倚l 稳定性l 线性l 重复性l 再现性对测量系统研究分析可供： 接受新测量设备的标准 两个测量

7、装置的比拟 测量设备维修前后的比拟，计算过程变差及生产过程可接受性的水平绘制量具性能曲线四、如何分析测量系统的“五性评价一个测量系统需考虑：l 具有足够的分辨力和灵敏度。 10比1规那么：测量设备要能分辨出公差或过程变差的至少十分之一以上。l 测量系统必须是稳定的，应处于统计受控状态，计测量系统中的变差只能由普通原因造成。l 统计特性在预期的范围内一致，并满足测量目的： 为了产品控制，测量系统地变差必须小于标准限值 为了过程控制，测量系统地变差应该能小于制造过程变差，并能证明具有有效的解析度。计量型测量系统研究指南1. 确定偏倚得指南独立样件法1) 取得一个样件，并且建立起与可追溯到相关标准的

8、参考值。如果不能得到这参考值，选择一件落在生产测量范围中间的生产件，并将他指定为偏倚分析的基准件。在计量实验室里测量该零件n10次，并计算这n个读值的平均值作为“参考值。2) 让一个评价者以正常方式测量样件10次。3) 结果分析图示法画出这些数据相对于参考值的直方图并评审，用专业知识确定是否出现异常，分析特殊原因，找出异常点。如正常，可继续分析。当n30时，对任何的解释或分析，要特别注意。 结果分析数值法4) 计算n个读值的平均值5) 计算重复性标准差重复性或称r重复性 = maxximinxi d2*式中：d2*可以从d2*表中查到，此时，g=1，m=n6) 计算偏倚偏倚=观测到的平均测量值

9、参考值7) 计算平均值的标准误差bb =r/8) 确定偏倚的t统计值偏倚b9) 确定置信度，一般要求为95%即=0.005偏倚d2b(tv,1-a/2)/d2*偏倚d2b(tv,1-a/2)/d2* 如果0落在偏倚值附近的置信度界限内，那么偏倚在水准上是可接受的。式中：、d2、d2*可以从d2*表中查到。tv,1-a/2可以利用标准分布表中查到. 偏倚范例一个新测量系统，在测量系统的操作范围内选取一个零件，通过对该零件在计量室里测量n10次，计算这n个读数的平均值6.00作为参考值。然后由评价人测量该零件15次，测得数值如下：测量次数参考值6.00偏倚测量次数6.00参考值6.00偏倚15.8

10、-0.2126.3+0.325.7-0.3136.2+0.235.9-0.1145.6-0.445.9-0.1156.0056.0066.1+0.176.0086.1+0.196.4+0.4106.00116.1+0.1 4 3 2 1 05.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 测量的数据偏倚研究的直方图n(m)平均值标准差r平均值的标准误差b测量值156.00670.225140.05813参考值=6.00, =0.05,g=1,n(m)=15, d2*=3.55, d2=3.4719统计的t值df显著的t值2有尾数的偏倚偏倚95%置信度区间下限上限测量值0.

11、115310.82.2060.00670.12150.13192. 确定稳定性的指南1) 取得一样件建立起可追溯到相关标准的参考值。如果无法取得这样件，那么选择一件落在生产测量范围中间的生产零件，作为基准样件以进行稳定性分析。希望拥有位于预期测量结果的下限、上限和中限位置的三个基准件。要求对每种基准件单独的进行测量和画控制图。2) 以一定的周期根底每天/每周测量基准件35次，抽样的数量和频率考虑因素包括重新校准或维修的频次、使用频次、操作条件等。3) 将数据按时间顺序画在控制图上4) 在画控制图前，要进行如下计算：a 计算每个子组的均值和极差 式中：X1、X2为子组内每个测量值 R=XmaxX

12、min n为子组容量： Xmax与Xmin为子组内的最大至于最小值b 计算平均极差及过程均值R= R1+R2+Rk K 式中：K为子组数量 X = X1+X2+Xk R1和为第一个子组的极差和K 均值，以此类推c 计算控制限UCLR=D4R, 式中：D4、D3、A2 随子组容量不同 ， 而变化，可查表得到。 注：对于子组容量n5个零件的样本。l 测量前，将零件从1n个零件进行编号，但零件编号不要让评价人看到盲测。l 让评价人以随机顺序测量n个零件。l 不要让评价人之间相互知道他们的测量读数。按表格进行填写、计算。重复性和再现性范例零 件平均值123456789101A 1 0.29-0.561

13、.340.47-0.800.020.59-0.312.26-1.362 20.41-0.681.170.50-0.92-0.110.75-0.21.99-1.253 30.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.314 平均0.447-0.6071.260.537-0.853-0.1000.667-0.2272.087-1.307=0.195 极值0.350.120.170.170.120.230.160.140.270.11=0.16B 10.08-0.471.190.01-0.56-0.200.47-0.631.80-1.687 20.25-1.2

14、20.941.03-1.200.220.550.082.12-1.628 30.07-0.681.340.20-1.280.060.83-0.342.19-1.509 平均0.133-0.791.1570.413-1.010.0270.617-0.2972.037-1.600=0.0610 极值0.180.750.401.020.720.420.360.710.390.18=0.511C 10.04-1.380.880.14-1.46-0.290.02-0.461.77-1.4912 2-0.11-1.131.090.20-1.07-0.670.01-0.561.45-1.7713 3-0.1

15、5-0.960.670.111.45-0.490.21-0.491.87-2.1614 平均0.073-1.1570.8800.15-1.33-0.4830.080-0.5031.697-1.807=-0.2515 极值0.190.0420.420.090.390.380.200.100.420.67=0.316零件均值 Xp0.218-0.8511.0990.367-1.06-0.1860.454-0.3421.940-1.571=0.0=3.517R=(Ra+Rb+Rc)/3=0.341718 XDIFF =maxX-minX=0.444619UCLR=RD4=0.34172.58=0.8

16、81620零件编号和名称： 量具名称：测量参数： 量具编号：尺寸规格： 量具类型：来自数据：R=0.3417 XIFF=0.4446 Rp=3.511日期:执行人:测量系统分析%总变差重复性设备变差E.VEV=RK1=0.34173.05=1.042试验次数K1%AV=100AV/TV=17.64%24.5633.05再现性评价人变差A.VAV= XDIFFK22-EV2nr =1.185%AV=100AV/TV=20.07%评价人数23K23.652.7重复性和再现性RR RR= EV2+AV2 =1.578%RR=100RR/TV=26.72%零件变差PVPV=RpK3=5.688零件数2

17、3456%PV=100PV/TV=96.32%K33.652.702.302.081.93零件数78910K31.821.741.671.62总变差TV TV= RR2+PV2 =5.905Ndc=1.41PV/ RR=5.095量具的重复性和再现性报告表说明：- 在量具重复性和再现性报告表左侧的测量系统分析的下面，是对每个变差组成局部的计算：重复性或设备变差EV或E是由极差平均值R乘以一个常数K1来决定的。K1取决于量具研究中的测量次数，K1为d2*的倒数。d2*查表得到，查表时，m测量次数2或3次，g零件数量评价人的人数。K1=1/ d2* E=R1/d2*再现性或评价人变差AV或A是由评

18、价人平均值的最大差值XDIFF=XMaX-XMIN乘以一个常数K2来决定的。K2取新局面于评价人的人数，其值为d2*的倒数。d2*查表得到，查表时，m为评价人数，2或3，g=1因为只有一个极差计算TV= XDIFF X K22 -EV2 /nr 注：由于评价人变差被包含在设备交差中，因此必须通过减去设备变差的一个分数来对其进行调整。 式中：n为零件数量，为测量次数。 当计算AV时，如根号下所得的数值为负数时，那么AV=0。l 重复性和再现性R&R或m的计算为设备变差的平方加上评价人变差的平方，然后再开根号而得。即： R&R= M2=E2+A2l 零件的变差PV或是由零件平均值的极差Rp乘以一个

19、常数K3来决定的。K3取决于测量零件的数量，其值为的倒数。PV= RpK3 查表得到，查表时，m(零件数量) P2= Rp .1/ g=1，因为只有一个极差计算。l 总变差TV或是加总了重复性和再现性变差的平方与零件变差的平方，在开根号而得到，即：TV= T2=M2+P2 如果该过程变差，且它的值是以6为根底，那么可用它来代替从量具研究数据中计算得到的总研究变差TV，也就是说，可通过以下两个公式进行来完成：a) TV=过程变差/6b) PV=以上两个值都可以用来代替前面计算的值。在量具重复性和再现性报告表右侧的“总变差%TV的下面，是对研究中各个因素的变差与总变差TV差进行比拟。l %EV=1

20、00EV/TVl %AV=100AV/TVl %R&R=100R&R/TVl %PV=100PV/TVl ndc=1.41PV/ R&R 注：1各因素变差占总变差的百分率之和不等于100% 2如果分析是以公差为根底来代替以过程变差为根底的话，那么可对量具重复性和再现性报告表进行修改，使表格右边的总变差的百分比由公差的百分比来代替。在这种情况下，%EV、%AV、%R&R、%PV的计算公式中的总变差是由公差除以6来代替。 3ndc区别分类的数量，这能由该测量系统可靠的分辨，这是可以覆盖预期的产品的产品变差的非重叠97%置信度区间。ndc应四舍五入到整数，而且要5。重复性和再现性的图示分析法1) 均

21、值图： 横轴是零件编号，纵轴是每个评价人对每个零件测量平均值，每个评价人都有一条平均值点连线。均值图控制限计算：UCL=+A2, LCL=A2图形解释：控制区内表示测量灵敏度。大约一半或更多的均值点应落在控制区外，那么测量系统能够充分探测零件之间的变差，否那么，说明测量系统系统的有效分辨力缺乏。如果三个评价人的三条线是平行的，那么没有交互关系。如果三条线不平行，相交的角度愈大，相互作用愈大，应采取措施消除相互作用的原因。2) 极差图：横轴是零件编号，纵轴是每个评价人对每个零件读数值的极差，每个评价人都有一条极差值点的连线。控制限计算：=4无下控制限。图形解释：如果某一评价人的极差值不受控，说明

22、他的方法与他人不同。极差图可以帮助确定：评价人之间对每个零件的测量过程的一致性。极差是无序数据，不作趋势分析。用典型极差法评价量具的极差法是一种经修正的计量型量具研究方法，它能对测量变差提供一个快速的近似值。这种方法只能对测量系统提供变差的整体情况，不能将变差分解成重复性和再现性。它通常用来快速地检查以验证是否有变化这种方法，使用二名评价人，抽取五个零件，每个评价人对每个零件测量一次。典型极差法范例量具名称：厚度仪、被测特征：厚度、规格要求：0.61.0零件评价人：A评价人：B极差AB|10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050

23、.500.600.10计算如下： 平均极差=0.35/5=0.07 R&R=5.155.150.07/1.19=0.303 如过程变差为：0.40 %R&R=100R&R/过程变差=1000.303/0.40=75.5% 分析结论：该量具%R&R30%，不可接受。 注;1) 取决于评价人数m和零件数g，查表得到2) 如过程变差未知，那么可用公差替换。使用这种方法能够潜在的检出测量系统为不可接受的概率是：对于抽样数是5的情况下，机率为80%；对于抽样数为10的情况下，机率为90%。录表与平均极差的分布有关的数值子组的大小m2019181716151413121110987654321234567

24、891011121314151617181920子组的数量t分布表dft值dft值52.0152.5714.032241.7112.0642.79761.9432.4473.707251.7082.0602.78771.8952.3653.499261.7062.0562.77981.8602.3063.355271.7032.0522.77191.8332.2623.250281.7012.0482.763101.8122.2283.169291.6992.0452.756111.7962.2013.106301.6972.0422.750121.7822.1793.055351.6902.

25、0302.724131.7712.1603.012401.6842.0212.704141.7612.1452.977451.6802.0142.690151.7532.1312.947501.6762.0082.678161.7462.1202.921551.6732.0042.669171.7402.1102.898601.6712.0002.660181.7342.1012.878701.6671.9942.648191.7292.0932.861801.6651.9892.638201.7252.0862.845901.6621.9862.631211.7212.0802.831100

26、1.6611.9822.625221.7172.0742.8191201.6581.9802.617231.7142.0692.8071.6451.9602.576出现确率0.10.050.01出现确率0.10.050.01有意水准有意倾向0.050.01有意水准有意倾向0.050.01计数型测量系统研究指南 计数型测量系统是一种测量数值为一有限的分类数量的测量系统，最常见的是通/止规量具，它只有两种可能的结果：合格或不合格。其他的计数型测量系统，例如：目视标准，可能产生五到七个分类，如：非常好、好、一般、差、非常差等。 计数型量具的最大风险区位于分类的边界区。 下限 上限目标第类区：坏零件永

27、远是坏零件。 第类区：可能做出错误决定，好的判坏，坏的判好。第类区：好零件永远是好零件。 小样法范例 某生产过程处于统计受控制状态，其能力指数Cp=Cpk=0.5，这是不可接受的。产品的公差为0.4450.545。因过程正生产不合格产品，于是要求用一量具进行分拣。研究该量具：l 从过程中随机选取50个零件，其中有一些稍高于或低于标准限值可选取各23件，以获得涵盖了整个过程范围的零件。l 表中的参考值在一开始还没有被确定。l 使用三名评价人。l 每位评价人对每个零件测量3次。测量结果填入表格内。A1A2A3B1B2B3C1C2C3参考值一致性1GGGGGGGGGG2GGGGGGGGGG3NNNN

28、NNNNNN4NNNNNNNNNN5NNNNNNNNNN6GGNGGNGNNX7GGGGGGGNGX8GGGGGGGGGG9NNNNNNNNNN10GGGGGGGGGG11GGGGGGGGGG12NNNNNNNGNX13GGGGGGGGGG14GGNGGGGNNX15GGGGGGGGGG16GGGGGGGGGG17GGGGGGGGGG18GGGGGGGGGG19GGGGGGGGGG20GGGGGGGGGG21GGNGNGNGNX22GNGNGNGGNX23GGGGGGGGGG24GGGGGGGGGG25NNNNNNNNNNA1A2A3B1B2B3C1C2C3参考值一致性26NGNNNNNNGX27GGGGGGGGGG28GGGGGGGGGG29GGGGGGGGGG30NNNNNGNNNX31GGGGGGGGGG32GGGGGGGGGG33GGGGGGGGGG34NNGNNGNGGX35GGGGGGGGGG36GGNGGGGNGX37NNNNNNNNNN38GGGGGGGGGG39NNNNNNNNNN40GGGGGGGGGG41GGGGGGGGGG42NNNNNNNNNN43GNGGGGGGNX44GGGGGGGGGG45NNNNNNNNNN46GGGGGGGGGG47GGGGGGGGGG48NNNNNNNNNN49GGGGGGGGGG50NNNNNNNNNN五. 对测量