MSA培训教材16(1)

1、MEASUREMENT SYSTEMS ANALYSIS测量系统分析TS16949系列培训MSA MSA 讲座的目的讲座的目的使参加培训的人员： 理解MSA 在控制和改进过程中的重要性 具备开展测量体系分析所需要的统计方法的实用知识MSA的目的： 获得一个获得一个高质量高质量的数据。的数据。 运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），测量误差）， 寻找变差的来源寻找变差的来源。从而确定测量系统的。从而确定测量系统的质量，质量，为测量系统的改进提供信息为测量系统的改进提供信息。 保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。保证所用统计分析

2、方法及判定准则的一致性。什么是什么是测量系统分析测量系统分析？测量系统分析（MSA）是对每个零件能够重复读数的测量系统进行分析，评定测量系统的质量，判断测量系统产生的数据可接受性。失之毫厘失之毫厘 谬之千里谬之千里 测量系统是我们给某一产品或服务特性给定数值的过程 评估这一体系的首要步骤是理解这一过程并确定其是否符合我们的要求什么是测量什么是测量系统系统测量测量系统系统的范例的范例 如果要测量一个柱孔的内径，那么测量系统应包括： 被测量的零件 人员 测量仪器 仪器使用方法 进行测量的环境条件 作为测量活动的结果，我们产生一个数值，以此表示内径什么是测量什么是测量系统系统分析分析 测量系统分析(

3、MSA) MSA用于分析测量系统对量测值的影响 强调仪器和人的影响 我们对测量系统作测试，以确定量测数值的统计特性，并与可接受的标准相比较为什么要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，仍会带来测量误差。检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。 因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。为了满足ISO/TS16949标准的要求 ISO/TS16949:2009标准7.6.1规定：为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的变差，应进行统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所用的分析方

4、法及接收准则应符合顾客关于测量系统分析的参考手册的要求。如果得到顾客的批准，也可使用其他分析方法和接收准则。影响测量系统的主要因素环境因素环境因素 温度 湿度 振动 照明 腐蚀 磨耗 污染(油脂)人性因素人性因素 训练 技能 疲劳 无聊 眼力 舒适 零件的复杂性 检验的速度 指导书的误解测量系统的特性测量系统的特性 辨别力(分辨力/分辨率) 偏差(准确性) 重复性 再现性 线性 稳定性测量系统变异性的影响测量系统变异性的影响由于测量系统可以接受多种变差源的影响，因此相同零件的重复读数也产生不相同或同样的结果。读数不同是由于普通和特殊原因造成的。不同的变差源对测量系统的影响应经过短期和长期评估。

5、测量系统的能力是短时间的测量系统(随机)误差。它是由线性、一致性、重复性和再现性误差合成定量的。测量系统的性能，如同过程性能是所有变差源随时间的影响。这是通过确定我们的过程是否统计受控(如稳定并且一致，变差仅由普通原造成)，对准目标(无偏倚)，且在预期结果范围有可接受的变差(量具重复性和再现性(GRR)来完成的。这为测量系统能力增加稳定性和一致性。由于测量系统的输出值用于做出关于产品和过程的决定，所有变差源的累积影响，通常称为测量系统误差，有时称为误差。对对判定判定的影响的影响 测量了一个零件后可采取的活动的一是确定零件的形态。也就是确定该零件是否可接受(在公差内)或不可接受(在公差外)。另一

6、种通常作法是把零件进行规定的分类(如活塞尺寸)。 进一步的分类可能是可返工的、可挽救的或报废的。在产品控制原理下，这样的分类活动是测量零件的主要原因。但是，在过程控制原理下，焦点是零件变差是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。对产品决策的影响对产品决策的影响 对于产品状况，目标是最大限度地做出正确决定，有二种选择： 改进生产区域：减少过程变差，没有零件产生在II区。 改进测量系统：减少测量系统误差从而减小II区域的面积，因而生产的所有零件将在III区域，这样就可以最小限度地降低做出错误决定的风险。 上述讨论假定测量过程是统计受控并且是对准目标。如果有一种假定被违反，那幺通过任何观测值做出正确

7、决策的把握就不大。对产品决策的影响对产品决策的影响 对于过程控制，需要确定以下要求 统计控制 对准目标 可接受的变异性。 测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标以及变差的决定。实际和观测的过程变差的基本关系是：测量的重要性测量的重要性 如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。PROCESS（过程）原料人机 法环测量测量结果好不好测量系统的组成 测量测量系统系统人人机机料料法法环环操作人员操作人员量具量具/ /测量设备测量设备/ /工装工装被测的材料被测的材料/ /样品样品/ /特性特性操作方法、操作程序操作方法、操

8、作程序工作的环境工作的环境典型的典型的责任分工责任分工决定那些是要测量决定那些是要测量 顾客的声音 你必须转换成技术特征或规格。 技术特征 失效模式分析 控制计划 因为在条文要求中，只要是列在控制计划中的就必须进行测量测量过程测量过程 赋值过程定义为测量过程。 而赋予的值定义为测量值。 量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格不合格的装置。 测量系统：内来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。测量系统所应具有的特性测量系统所应具有的特性 测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通

9、原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性。 测量系统的变异必须比制造过程的变异小。 变异应小于公差带。 测量精密应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一。 测量系统统计特可能随被被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。何谓标准何谓标准 国家标准 在美国是由NIST（美国国家标准与技术研究院）保持或追踪。 一级标准 直接从国家标准直接复制或传递而来的标准。 二级标准 从一级标准传递而来的标准 工作标准 从二级标准传递而来的标准测量系统的评定测量系统的评定 第一阶段：明白该测

10、量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。 主要有二个目的 确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。 发现那种环境因素对测量系统显着的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用的空间及环境。 第二阶段的评定 目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。 常见的就是R&R是其中的一种型式。评价测量系统的三个基本问题评价测量系统的三个基本问题 测量系统是否有足够的分辨力？(解析能力) 这种测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致？(重复和再现) 这些统计性能在预期范围内是否一致？(线性) 这些问题要和过程变差联系起来。(是否足够小)测量过程设计选择

11、的准则测量过程设计选择的准则 在采购测量系统之前，应制定测量过程的详细工程概念。利用上述研究的目的，多方论证小组中将通过设计制定测量系统的计划和概念。 下面是一些指南： 小组需要评价子系统或零件的设计并识别重要特性。这些是以顾客要求和子系统或零件对整个系统的功能性为基础的。如果重要的尺寸已经识别，评估测量这些特性的能力。例如，如果塑料注射模具成型零件的重要特在模具分型线，尺寸的检查会很难并且测量变差会比较高。测量过程设计选择的准则测量过程设计选择的准则 与这些相近的获得信息方法是利用潜在失效模式分析过程对量具设计风险区域进行分析，从对零件的测量能力到功能量具。这有助于维护和校准计划的制定。 制

12、定流程图来显示零件总成或子系统的制造关键过程步骤。在过程的每一步确定关键的输入和输出。这将对在过程位置受影响的测量仪器的标准和要求的制定有帮助。测量计划、测量分类清单都来自这一研究。 对于复杂的测量系统，流程图由测量过程组成。包括被测量的零件或子系统的交付、测量本身和返回到过程的零件或子系统。 下一个方法是多方论证小组进行头脑风暴，为每个测量制定要求的通用准则。一个简单的方法是使用因果图。与测量策划相关要考虑的几个附加问题与测量策划相关要考虑的几个附加问题谁应该包括在“需要”分析中？流程图和最初的讨论将有助确定关键人员。为什么进行测量并且如何使用？数据用于控制、分类、资格判定吗？将使用的测量方

13、式可以改变测量系统的灵敏度水平。要求的灵敏度水平是什么？产品规范是什么？期望的过程变异是什么？需要量具检测的零件间变异是什怎样的？量具所提供的信息类型是什么(例如，手册操作维护等)，要求的操作员的基本技能是什么？谁进行培训？测量怎样进行？手动，在传送带上，生产线下的，自动的，等等？零件定位和固定可能是变差源？接触或不接触？测量怎样校准？与其它测量过程比较吗？谁将对校准标准负责？何时、何地进行测量？零件是干净的，有油、热的。记住用数据来证实测量过程的一般假设，比起以错误信息和对外界问题不健全的系统为基础做决策更好，安全且能在外界收集数据。量具来源选择过程量具来源选择过程预防性维护的考虑预防性维护

14、应该安排什么活动(例如，润滑，振动分析，传感器的完整性，零件更换等)？这些活动大部依赖于测量系统、设备或工具的复杂性。简单的量具可能只要求定期检查，然而复杂的系统需要持续进行详细的统计分析和工程师小组进行预见性的维护。策划预防性维护活动应与测量过程策划的活动相一致。许多活动，例如每天排干空气滤清器，在设计规定的操作时间后润滑轴承等，可在测量系统完全建立、研究和实施的前策划。事实上这是更可取的并改进先进的测量策划和降低成本。与这些活动相关的数据收集方法和维护建议可从原始制造商，或工厂工程、制造和质量人员获得。在实施测量过程的后和在使用中，适合测量过程功能的数据需要随时间收集并画图。可以实施简单的

15、分析方法(控制图、趋势分析)用以确定系统的稳定性。最终，根据系统稳定性显示判断，可以安排预防性维护程序。以时间连续信息为基础，在稳定的系统上进行预防性维护将比在传统技术上进行的预防性维护浪费少量具来源选择过程量具来源选择过程可交付的文件，一个完整的文件包可能包括 一套可复制的总成和详细的机械图(CAD或硬挎具) 一套可复复的电器配线、原理和软件。 经常使用或易损项目细节的建议备件清单。清单应该包括需一定提前期才能获得的项目。 带有机器图的维修手册规定了正确装配和拆解机器零件的方法和步骤 手册规定的作业准备、操作和机器运输要求的有用要求(例如，安放轴承数)。 校准说明 诊断树和发现修理故障指南

16、认证报告(适当时可追溯到NIST) 校准指导书 技术支持人员、系统操作员和维护人员可以使用的用户手册。测量系统的分析测量系统的分析 对测量系统进行分析的目的是为了更好地了解变差来源。 测量系统特性可用下列方式来描述 位置：稳定性、偏倚、线性。 宽度或范围：重复性、再现性。MSA MSA 和和 质量管理体系的关系质量管理体系的关系MSA MSA 和和 质量管理体系的关系质量管理体系的关系目的使学员理解测量系统统计特性的重要性和其对符合质量管理要求的意义检验和测试检验和测试供应商实验室要求 1对测量系统和实验室的要求 要有书面规定的范围、政策、程序和工作指导书 文件控制、批准的供应商、APQP、产

17、品标识和过程控制 测试的可追溯性、测试状态的目视标识 不合格品程序、纠正和预防措施、严格问题解决方法检验和测试检验和测试供应商实验室要求 2 检验、测量和测试仪器的清单 所有IMT 仪器必须有独一无二的标识(编号)，并用适当的标记、标签、标识物或其它经批准的识别记录，以标明其校准状态 给定检验、测量和测试仪器的维护和校准周期检验和测试检验和测试供应商实验室要求 3 对测试和校准活动作专业判定的人员必须具备相关经验并经过培训 记录对环境的控制和监控以证明相关技术活动在恰当的条件下进行 限定权限对测量系统中所用的硬件和软件的维护和使用检验、测量和测试仪器的控制检验、测量和测试仪器的控制 通用要求所

18、有检验、测量和测试设备，包括硬件和软件，都应确定其测量不确定性，并使其在可接受的范围内检验、测量和测试仪器的控制检验、测量和测试仪器的控制 控制程序 确定准确度和精确度 对使用校准失效量具检验并接受的产品必须重复检验 校准和测试时的“环境条件”必须加以评估，以评定其对测量系统的影响 搬运、保护和储存 对测试用的硬件和软件作保护，以防止过度调整检验、测量和测试仪器的控制检验、测量和测试仪器的控制 检验、测量和测试仪器 记录必须包括员工自备量具 量具在检查时，必须记录其条件和实际读数 当有怀疑的产品装运后必须通知客户 确认测量系统分析的方法被客户所批准。注意：绝大多数人把MSA理解为单纯的GR&a

19、mp;R。本讲座将证明这种错误观念与事实差之千里检验、测量和测试仪器的控制检验、测量和测试仪器的控制 测量系统分析 对客户批准的控制计划中所确定的每一种检验、测量和测试系统作统计分析 供应商应当把统计分析的范围从量具种类延伸到产品族 分析方法和接受标准应符合客户批准的标准或MSA手册的要求检验、测量和测试仪器的控制检验、测量和测试仪器的控制 优胜者的检验、测量和测试设备控制方法优胜者的检验、测量和测试设备控制方法 最大限度地减少量具种类 最大限度地减少量具数量 根据产品族添置量具 根据MSA手册的要求，按产品族进行统计分析 只采用符合MSA要求的量具 不允许个人量具 用6过程分布计算MSA结果

20、，而不是规范或公差值实施汽车质量体系的要求实施汽车质量体系的要求 标识所有检验、测量和测试设备，及其校准状态 确定其准确度和精确度 进行测量设备的变差分析 (MSA) 当量具被发现处于非校准状态时，对其以前测量的结果作确认 量具的搬运、保护和存放 对量具作安全保护，防止 校准记录应包括个人量具 采用所有MSA手册中的标准总总 结结 汽车行业质量管理体系对MSA的要求详见ISOTS-16949(2002版)之7.6.1条款。 MSAMSA需考虑线性、偏倚、稳定性、重复性、再需考虑线性、偏倚、稳定性、重复性、再现性五个方面。现性五个方面。 MSAMSA的应用必须考虑范围、频率、时机、方法的应用必须

21、考虑范围、频率、时机、方法和接受准则的规定。和接受准则的规定。 至少应对每种量具作属性类和变量类的研究至少应对每种量具作属性类和变量类的研究。定义定义了解了解 量具: 指生产中所使用的测量仪器. 测量系统: 指由人员、量具, 操作程序及其它设备或软件所构成的系统. 量具再现性: 指由不同操作人员使用相同的量具测量相同产品的特性时其作业者间测量平均值的变异. 量具重复性: 指由同一个操作人员用同一种量具经多次测量同一个零件, 其测量特性值再现能力, 亦称测量值间的变异. 稳定性: 同一量具于不同时间测量同一零件的相同特性所得的变异. 偏性: 指由同一操作人员使用相同量具, 测量同一零件的相同特性

22、多次数所得平均值与工具室或精密仪器测量同一零件的相同特性所得的真值或参考值的间的偏差值.分辨力（率） 分辨力分辨力定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。 分辨力是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量。它也可以称为可读性或分辨率。 典型地，此能力的度量是看仪器的最小刻度值。如果仪器刻度“粗”，那么就可以使用它的半刻度。分辨力 如果测量系统缺乏分辨力（灵敏度或有效分辨率），对于识别过程变差或量化单个零件特性值而言，这个系统也许不是一个合适的系统。如果是这种情况，应使用更好的测量技术。 如果该分辨力不能探测过程变差，其用于分析过程是不可接受的；并且如果它不能探测特殊原因的变差，

23、则其不能用于控制（见图5）。分辨力通常：仪器的最小刻度值。如果仪器的刻度“粗”，可以使用其半刻度。1：10有效：分辨率探测过程变差的能力。1个数据分组：只表明过程是否在生产合格或不合格的零件。24个数据分组：可用于不敏感的计量控制图，一般不用于估算过程能力指数。5个及以上的数据分组：推荐使用。分辨率：用极差图识别分辨率不足的表现：当极差图显示可能只有一个、两个或三个极差值在控制限内；或极差图显示出有四个极差值在控制限内，并且超过四分之一的极差值为零。分辨力测量系统量化测量系统量化 目的 帮助理解测量系统的变差来源并量化其对测量结果的影响 范围 评估主要的统计特性： 准确度和精确度 重复性 再现

24、性 偏倚 稳定性 线性准确度和精确度准确度和精确度量化：准确度以偏倚评估准确度以偏倚评估精确度以重复性和再现性评估精确度以重复性和再现性评估准确度和精确度范例准确度和精确度范例量具 A量具 B量具 CA 具有最佳准确度B 具有最佳精确度C 的准确度好于B量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值偏移偏移( (Bias)Bias)真值观测平均值偏倚偏倚偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。真值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值而定的。偏倚范例偏倚范例 至 为 A 的偏倚 至 为 B 的偏倚 至 为 C 的偏倚 量具 A量具 B量具 C量具 A 的均值量具B 的均值

25、量具C 的均值练习练习 偏倚偏倚1.1. 分组估计量具的偏倚。选出一个记录员和四个评鉴人2.2. 用你们的零件和量具，否则用一组硬币3.3. 将结果记录在练习纸上4.4. 计算观测值和偏倚值；转换为百分数你们必须知道完全尺寸检验值和如何使用量具测量这一特性，参见下一页的基准值5.5. 这一练习与上一个练习(练习一)有何不同？6.6. 描述这一测量系统和你们从这些测量值中注意到了什么重复性重复性( (Repeatability)Repeatability)重复性重复性是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。重复性范例重复性范例量具 A量具 B量具 C量具

26、A的均值量具 B的均值量具 C的均值再现性再现性( (Reproducibility)Reproducibility)再现性是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。再现性再再 现现 性性 由不同的评价人，采由不同的评价人，采用相同的测量仪器，用相同的测量仪器，测量同一零件的同一测量同一零件的同一特性时测量平均值的特性时测量平均值的变差。变差。操作者操作者B操作者操作者C操作者操作者A再现性再现性再现性范例再现性范例 至 为A和 B 的再现性 至 为A和 C 的再现性 至 为B和 C 的再现性评鉴人 A评鉴人 B评鉴人 C评鉴人A 的均值评鉴人B 的均值评

27、鉴人C 的均值稳定性稳定性( (Stability)Stability)稳定性时间1时间2稳定性(或飘移)，是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。稳定性(或漂移)是指一个测量系统在一段时间(指几天而不是几小时)获得的对同一标准件或零件的一个单一特性的测量总变差。稳定性范例稳定性范例量具A的第一次均值量具A的第二次均值至 为A的稳定性稳定性稳定性 稳定性是测量系统对特定零件或标准件在不同时间的偏倚的总变差 当同时有多个测量系统介入时，偏倚最小的那个系统被认为是稳定的系统 量具的稳定性量具的稳定性 一般没有R&R问题大 有助于确定校准周期 当多个系统测量

28、同一标准件并在不同时间内有显著的变差时，有助于确定最稳定的测量系统 应追溯二次测试并图表化(至少应记录实际读数和其它相关数据)对量具稳定性的影响对量具稳定性的影响 时间- 长时间的不用或间歇使用 二次稳定性试验的测量数很大或很小 环境或系统变化，例如：湿度，气压 与统计稳定性相混淆的其它因子，如预热效应、磨损度、缺乏维护、作业员或实验人员缺乏培训等量具稳定性错误的原因量具稳定性错误的原因 校准频度不够或太过频繁 缺乏气压调节或过滤 电子或其它量具的预热期 缺少维护 不易观察的磨损和损坏 氧化(生锈)量具稳定性分析量具稳定性分析量具稳定性工作指南1.1. 取样并建立基准值，使之具备追溯性；确定稳

29、定性分析的标准样件 如果不可能，选择处于中极差值(过程或公差)的生产零件 最好的做法是选择低、中、高极差值的样本 - 同时图析/追踪三个类别量具稳定性分析量具稳定性分析量具稳定性工作指南(续)2.2. 对标准件在一天的不同时间作3至5次测量(根据测量系统的具体情况而定)3.3. 把数据作成均值和极差图或均值和标准差图4.4. 根据通常的SPC要求作评估5.5. 将测量标准差与过程变差相比较，以确定适用性稳定性图析稳定性图析均值和极差或均值和标准差控制图是测量系统稳定性分析的好方法对稳定性图的分析对稳定性图的分析如果稳定性有问题时，均值和极差图会出现漂移或非控制状态 均值图出现非控制状态时，表明

30、测量系统测量不正确 偏倚改变了- 确定原因并改正 如果原因是磨损 - 重复校准、维修 测量系统控制图适用于标准件或期望测量的低/中/高极差的标准对稳定性图的分析对稳定性图的分析 将稳定性控制图在低/中/高极差间和在不同时间的不同测量系统间作比较 不必计算测量系统稳定性数值 - 通过减少系统变差改善稳定性线性线性( (Linearity)Linearity)量程基准值观测平均值基准值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值 线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。线 性小偏倚观测的平均值基准值观测的平均值基准值大偏倚范围较低的部分范围较低的部分范围

31、较高的部分范围较高的部分线线性性( (Linearity)Linearity)观测的平均值 基准值无偏倚有偏倚EFOBACDAB量具的线性量具的线性 量具的线性通过对量具期望作业范围内的偏倚分析而确定 至少要作二次分析，在量具作业范围的开端和末端各一次 量具作业范围的中部也应考虑量具线性分析量具线性分析量具线性工作指南1.1.选择可供测量系统不同作业范围作测量的5-8个零件2.2.用完全尺寸检验设备确定每个零件的基准值3.3. 由一个评鉴人和同一量具测量所有零件4.4. 每个零件重复10-12次测量量具线性分析量具线性分析量具线性工作指南(续)5.5. 计算零件的偏倚偏倚 = 观察平均值 -

32、基准值6.6. 将计算出的偏倚由小到大排序7.7. 以偏倚均值(Y-轴)对基准值(X轴)建立散布图量具线性分析量具线性分析量具线性工作指南(续)9.9. 线性由这些点的最佳拟合直线的斜率确定。一般说来，斜率越小表示线性越好10.10. 计算量具的线性指数量具的线性指数 = 斜率 过程变差(或公差)线性% = 100线性/过程变差 (或公差)线性图析线性图析分析线性分析线性直线回归系数的符合性值(R2)反映了偏倚和基准值之间的相关程度 如果符合性好且呈线性关系，评估回归线的可接受性 ( 或 45) 如果不呈线性关系，应当采用其它工具分析测量系统的可接受性非线性的原因非线性的原因 量具的作业范围的

33、开端和末端未经恰当的校准 用于最小和最大量程的标准件有误 量具磨损 量具的设计特性测量系统测量系统分析的实施分析的实施测量系统研究的淮备测量系统研究的淮备 1）先制定计划确定将要使用的方法。例如，通过利用工程决策，直观观察或量具研究决定，是否评价人在校准或使用仪器中产生影响。有些测量系统的再现性(不同人的间)影响可以忽略，例如按按钮，打印出一个数字。测量系统研究的淮备测量系统研究的淮备 2）确定评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预先确定。在此选择中应考虑的因素如下： 3）确定尺寸的关键性：关键尺寸需要更多的零件和或试验，原因是量具研究评价所需的置信度。 零件结构：大或重的零件可规定较少样品

34、和较多试验。测量系统研究的淮备测量系统研究的淮备 由于其目的是评价整个测量系统，评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选。 样品必须从过程中选取并代表其整个工作范。有时每一天取一个样本，持续若干天。这样做是有必要的，因为分析中这些零件被认为生产过程中产品变差的全部范围。由于每一零件将被测量若干次，必须对每一零件编号以便识别。取样取样要有要有代表性代表性不具代表性的取法取样的代表性取样的代表性具代表性的取法测量系统研究的淮备测量系统研究的淮备 仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分的一，例如特性的变差为0.001，仪器应能读取0.0001的变化。 确保测量方法(即评价人和仪器)在

35、按照规定的测量步骤测量特征尺寸。测量系统分析进行的方式测量系统分析进行的方式 测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人不应知道正在检查零件的编号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件，并记下数据。 在设备读数中，读数应估计到可得到的最接近的数字。如果可能，读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度为0.0001，则每个读数的估计应圆整为0.00005。 研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。 每一位评价人应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。结果分析结果分析 位置误差 位置误差通常是通过分析偏倚和线性来确定。 一般地，一个测量

36、系统的偏倚或线性的误差若是与零误差差别较明显或是超出量具校准程序确立的最大允许误差，那幺它是不可接受的。在这种情况下，应对测量系统重新进行校准或偏差校正以尽可能地减少该误差。结果分析结果分析 宽度误差 测量系统变异异性是否令人满意的准则取决于被测量系统变差所掩盖掉的生产制造过程变异性的百分比或零件公差的百分比。对特定的测量系统最终的接受准则取决于测量系统的环境和目的，而且应该取得顾客的同意。 对于以分析过程为目的的测量系统，通常单凭经验来确定测量系统的可接受性的规则如下：结果分析结果分析 误差10%，通常认为测量系统是可接受的。 10%30%，基于应用的重要性、测量装置的成本、维修成本等方面的

37、考虑，可能是可以接受的 。 超过30%，认为是不可接受的，应该做出各种努力来改进测量系统。 此外，过程能被测量系统区分开的分级数(ndc)应该大于或等于5。分析时机分析时机 新生产的产品，PV （零件变差）有不同时 新仪器，EV （设备变差）有不同时 新操作人员，AV （人员变差）有不同时 易损耗的仪器必须注意其分析频率。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 测量系统设计和开发问题 要测量什么？特性的类型是什么？是动态还是静态？是电性能吗？有重要的零件内变差？ 测量过程的结果(输出)用作什么目的？生产改进、生产监控、实验室研究、过程审核、装运检查、进货检验、对DOE的反馈吗

38、？ 谁将使用过程？操作者、工程师、技师、检验人员、审核员？ 要求的培训：操作者、维护人员、工程师、教室、实际应用、在职培训、学徒期间。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 确定变差来源了吗？使用小组、头脑风暴、渊博的过程知识、因果图或矩阵模型。 开发测量系统或专用的测量系统？测量系统可以是永久的和专用的，或者也可以是柔性的且有可以测量不同类型零件的能力；如：仪器车量具、夹具量具、三坐标测量机等。柔性的量具会更昂贵，但长期运行可以省钱。 接触或不接触：可靠性、特性类型、样件计划、成本、维护、校准、人员技能、兼容性、环境、速度、传感器类型、零件偏差和图像处理。这可以由控制计划要

39、求和测量(在连续抽样期间全面接触量具可能有额外磨损)频次确定。全表面接触传感、传感器类型、空气反馈喷射、图像处理，CMM或光学比较仪等。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 环境：污垢、潮湿、湿度、温度、振动、噪声、电磁干扰、周围空气移动、空气污染物等。实验室、车间、办公室等？以微米水平计算的紧密公差使环境成为关键的问题。同时，还有cmm、显示系统及超声波等。这可能是过程内自动反馈类型测量的一个因素。切削油、切削碎片和超高温也可能成为问题。需要干净房间吗？ 测量和定位点：使用测量和定位点清楚地确定固定和夹紧点以及在零件的何处进行测量。 固定方法：自由状态或夹紧的零件定位。

40、零件方向：主要部份位置与其它部份。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 零件准备：测量前零件应该干净、无油、温度稳定吗？ 传感器定位：角度方向，到最初定位器或网络的距离。 相互关系问题1：在车间内或在车间的间需要加倍(或更多)的量具支持要求吗？制造的考虑、测量误差的考虑、维修的考虑。那个被认定是标准？怎样使每项有资格？ 相互关系问题2：方法分歧：从不同的测量系统设计但应用于可接受的实践和操作限制下相同零件和过程的测量变差结果。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 自动或手动：线上、线下、操作者信任。 破坏性或非破坏性的测量：示例：拉伸试验、盐雾试验、电镀

41、油漆涂层厚度、硬度、尺寸测量、图像处理、化学分析、压力、耐久性、冲击、转矩、扭矩、焊接强度、电性能等。 潜在测量范围：可能测量的尺寸和预期范围。 有效方分辨率：使用时特殊应用的测量对物理变化(探测过程或产品变差的能力)敏感情况可接受吗？ 灵敏度：最小输入信号形成测量设备可探测的(可辨别的)输出信号对应用这种测量装置可接受吗？灵敏度由固有的量具设计和质量(oem)及使用中的维护和操作条件确定。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 测量系统制造问题(设备、标准、仪器) 在系统设计中提出的变差源识别了吗？设计评审、验证和确认。 校准和控制系统：建议的校准计划及设备和文件的审核。频

42、率、内部的或外部的、参数、过程中验证检查。 输入要求：机械的、电的、液压的、气动的、浪涌抑制器、干燥器、过滤器、滤清器，准备和操作问题、绝缘、分辨率和灵敏度。 输出要求：仿真或数字、文件和记录、档案、存放、检索、文件备份。 成本：开发、采购、安装、操作和培训的预算因素。 预防性维护：类型、进度表、成本、人员、培训、文件。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 服务性：内部的和外部的、位置、支持水平、反应时间、备件的可提供性、标准零件清单。 人机工程学：经过长时间装载和操作机器不带来伤害的能力。测量设备讨论需要聚焦于测量系统与操作者是怎样相互依赖的问题上。 安全考虑：人员、操作

43、、环境、锁止。 存储和定位：建立关于测量设备存储和定位的要求。罩、环境、安全、可提供性(接近)问题。 测量周期时间：测量一个零件或特性要花多少时间？测量周期与过程和产品控制相结合。 过程流程、批量完整性、记录、测量和返回零件有中断吗？测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 材料处理：需要特殊架子、支撑夹具、运输设备或其它材料处理设备处理被测量的零件或测量系统本身吗？ 环境问题：不管是影响该测量过程或相邻过程，有任何特殊环境要求、条件、限制吗？有特殊的排放要求吗？有温度和湿度控制的必要吗？湿度、振动、噪声、清洁度。 有特殊的可靠性要求或考虑吗？过了一段时间设备能支持吗？在生产使

44、用前有必要验证吗？ 备件：一般清单、适当的供应和定货系统，可提供性、理解提前期准备。并有充分的和安全存储吗？(轴承、软管、皮带、开关、螺线管、阀门等。) 用户说明：夹紧顺序、清洁程序、数据解释、图表、目视帮助、全面。可得到、适当的显示。 文件：工程图样、诊断树、用户手册、语言等。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 校准：与可接受的标准比较。可接受的标准的可提供性和成本。建议频率、培训要求。要求下次的时间吗？ 存储：有关测量设备的存储有特殊的要求或考虑吗？罩、环境、防损坏偷盗的安全性等。 防错：使用者能很容易地(太容易？)改正已知测量程序的错误吗？数据登录、设备的误用、防错

45、、错误预防。 测量系统实施问题(过程) 支持：谁将支持测量过程？实验室技师、工程师、生产、维修、外包服务。 培训：需要对使用和维修测量过程的操作者技师工程师培训什幺？时间进度、资源和成本问题。谁将培训？在那进行培训？提前期的要求？与测量过程的实际使用互本配合。测量系统开发测量系统开发时主要时主要检查检查的的要素要素 数据管理：怎样管理测量过程输出的数据？人工、用计算器处理、汇总方法、汇总频率、评审方法、评审频率、顾客要求、内部要求。可提供性、存储、检索、备份、安全、数据解释。 人员：需要雇用人员支持这一测量过程吗？成本、时间进度、可提供性。当前的或新的。 改进方法：经过一段时间谁将改进测量过程

46、？工程师、生产、维护、质量人员？使用什幺样的评估方法？是否有一个系统确定改进？ 长期稳定性：评定方法、形式、频率及长期研究的需要。漂移、磨损、污染、操作完整性。这种长期误差能测量、控制、理解和预见吗？特殊考虑：检查者的素质、身体限制或健康问题：色盲、视力、力量、疲劳、持久力、人机工程学。稳定性分析稳定性分析的实施的实施1.1.稳定性分析稳定性分析的实施的实施: : 1）获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。(具备预期测量的最低值、最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个样本分别做测量与控制图） 如果不能得到，则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样本进行稳定性分析

47、。并追踪测量系统的稳定性不需要一个已知基准值。可能需要具备测量的最低值、最高值及中程数的标准样本。建议对各样本单独测量并做控制图。2）定期(天、周)测量基准样品3-5次。样本容量和频率应基于对测量系统的了解。因素包括要求多长时间重新校准或维修，测量系统使用的频率，以及操作条件如何重要。读数应在不同时间读取以代表测量系统实际使用的情况。这些还包括预热，环境或其它在一天内可能变化的因素。3）将测量值标记在X-R CHART 或X CHART上。计算管制界限, 并对失控或不稳定作评估。稳定性分析稳定性分析的实施的实施: : 4）计算测量结果标准差, 并与制程标准差相比较, 以评估测量系统的稳定性.不

48、可以发生此项的标准差大于制程标准差的现象，如果有发生此现象，代表测量的变异大于制程变异，此项仪器是不可接受的。稳定性分析稳定性分析的实施的实施: :稳定性的判定：稳定性的判定：稳定性的判定一般的方式和控制图的判定方式是一致的，稳定性的判定一般的方式和控制图的判定方式是一致的，( (一一) )不可以有点子超出控制界限，不可以有点子超出控制界限，( (二二) )不可以有连续三点中有二点在不可以有连续三点中有二点在A A区或区或A A区以外的位置，区以外的位置，( (三三) )不可以有连续五点中有四点在不可以有连续五点中有四点在B B区或区或B B区以外的位置，区以外的位置，( (四四) )不可有连

49、续八点在控制图的同一侧，不可有连续八点在控制图的同一侧，( (五五) )不可以有连续七点持续上升或下降的情形；如果有以不可以有连续七点持续上升或下降的情形；如果有以上的情形，代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及上的情形，代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性的分析调整完后须再做校正以及稳定性的分析 。稳定性的均值稳定性的均值- -极差图极差图6.36.05.7样本均值子组0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0样本极差R=0.47792ULC=1.01LCL=0控制图的判读控制图的判读超出控制界限的点：出现

50、一个或多个点超出任何一个控制界超出控制界限的点：出现一个或多个点超出任何一个控制界限是该点处于失控状态的主要证据限是该点处于失控状态的主要证据UCLCLLCL异常异常控制图的判读控制图的判读链：有下列现象的一即表明过程已改变链：有下列现象的一即表明过程已改变连续连续7 7点位于平均值的一侧点位于平均值的一侧连续连续7 7点上升点上升( (后点等于或大于前点后点等于或大于前点) )或下降。或下降。UCLCLLCL控制图的判读控制图的判读明显的非随机图形：应依正态分布来判定图形，正常应明显的非随机图形：应依正态分布来判定图形，正常应是有是有2/32/3的点落于中间的点落于中间1/31/3的区域。的

51、区域。UCLCLLCL代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及调整完后代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性的分析。须再做校正以及稳定性的分析。稳定性附加说明稳定性附加说明 如果使用s控制图，则可计算=C4s(bar) R(或S)图中的失控状态表明不稳定的重复性(也许什么东西松动、气路部分阻塞、电压变化等)。 X(bar)图中失控表明测量系统不再正确地测量(偏倚已经改变)，努力确定改变的原因，然后纠正，如果原因是损坏，则可能要重新校准。 可以希望备有对应于预期测量结果的下端、上端和中间值的基准件或基准的测量系统控制图。不稳定的可能原因不稳定的可能原因仪器需要校准，

52、需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置的磨损正常老化或退化缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁磨损或损坏的基准，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仪器设计或方法缺乏稳健性不同的测量方法装置、安装、夹紧、技术量具或零件变形环境变化温度、湿度、振动、清洁度违背假定、在应用常量上出错应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误量具的重复性和再现性(GR&R)分析量具量具R&RR&R分析分析量具R&R工作指南1.1. 在测量系统使用者中选出2-3个评鉴人2.2. 抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差极差3.3.

53、把零件从1至10编号，但号码不为被评鉴人所见4.4. 如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准量具量具R&RR&R分析分析量具R&R工作指南(续)5.5. 由评鉴员A随机地对10个零件作测量，由一个观察员记录测量结果6.6. 由其他评鉴员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得的读数7.7. 重复第5和第6步，用不同的随机组合测量8.8. 对每个评鉴员的读数计算均值和极差量具量具R&RR&R分析分析量具R&R工作指南(续)9.9. 用所附GR&R报告表，记录零件均值和极差均值10.10. 计算表示设备变差的重复性11.11. 计算表示评鉴人员变差

54、的再现性12.12. 计算GR&R并转换成百分比13.13. 计算零件变差并转换为百分比14.14. 计算总变差 针对重要特性(尤指是有特殊符号指定者)所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/10, (即其最小刻度应能读到1/10过程变差或规格公差较小者; 如: 过程中所需量具读数的精确度是0.01m/m, 则测量应选择精确度为0.001m/m), 以避免量具的鉴别力不足，一般的特性者所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/5。 试验完后, 测试人员将量具的重复性及再现性数据进行计算如附件一(R&R数据表), 附件二(R&R分析报告), 依公式计算并作成-R管制图或

55、直接用表计算即可 再从上述结果，计算出如下数据： 设备变差EV=3.05R 人员变差AV=(2.7*XDIFF)2(EV2/30) 零件变差PV=1.62*Rp 重复性及再现性R&R=EV2+AV2 总变差TV=R&R2+PV2 最终通过上述数据计算出“%R&R”值； %R&R=100R&R/TV “重复性及再现性”判定：%R&R10%：则该量具可接受（适宜）；10%R&R30%：需根据该测量作业的重要程度来判定是否适宜；%R&R30%：该量具不可接受（不适宜）。 A B C分辨率510%用控制图作目视分析用控制图作目视分析当GR

56、&R太大或碰到不能解释的问题时，用控制图发现问题极差图的计算极差图的计算重复性的极差控制图 根据SPC手册，极差图的控制限为UCL = DUCL = D4 4 x R x RLCL = DLCL = D3 3 x R x RD3 和 D4 为控制图常数估计值 在范例中，平均数和极差都是根据4个数值计算，所以，小组中有4个观测值R R = 0.024= 0.024UCLUCL= D4 x R = 2.282 x 0.024 = D4 x R = 2.282 x 0.024 = 0.055= 0.055LCL LCL = D3 x R = 0 x 0.024 = D3 x R = 0 x

57、0.024 = 0= 0* 注：这里的控制限常数是指测量过程，而不是制造过程极差图范例极差图范例2个评鉴人，4次测试，5个零件零件UCL = 0.055R = 0.024LCL = 01234512345评鉴人A评鉴人 B极差图结论极差图结论 二个评鉴人的所有观测极差值都在控制限内，即二个评鉴人之间无差异 如果其中一个评鉴人有观测极差落在控制限外，结论为二个人的方法有别 如果所有评鉴人(本例为二人)都有些点落在控制限外，结论是测量系统对评鉴人的技术敏感，需要改进以获得有用的数据均值图计算均值图计算 再现性的均值控制图 根据SPC手册，均值图(X图)的控制限为 UCL = X + AUCL =

58、X + A2 2R R LCL = X - A LCL = X - A2 2R R A2 是从控制图常数表中得到的估计值* A A2 2 = 0.729 = 0.729 范例的计算： X = 3.1715X = 3.1715 R = 0.024 R = 0.024UCL = 3.1715 + (0.729 x 0.024)UCL = 3.1715 + (0.729 x 0.024)= 3.189= 3.189LCL = 3.1715 - (0.729 x 0.024)LCL = 3.1715 - (0.729 x 0.024) = 3.154= 3.154*适用于控制状态和正态分布；对非正态分

59、布的数据应计算标准差 sigma均值图范例均值图范例二个评鉴人，4次试测，5个零件零件3.101234512345评鉴人 A评鉴人 B3.11LCL= 3.15.43.15X=3.1715UCL= 3.1893.20均值图结论均值图结论 在本分析中10个点中的4个点落在控制限外 由于不到半数，结论是测量系统不足以探测零件与零件之间的变差结果结果分析分析: : 当重复重复性(EV)(EV)大于于再现性(AV)(AV)时，原因可能是：，原因可能是： 仪器需要仪器需要保养； 量具应重新应重新设计来提高刚度来提高刚度增强； 量具的夹紧或零件定位的方式需要改进；需要改进； 存在过大的零件存在过大的零件内

60、变差。变差。 当再现性(AV)(AV)大于重复重复性(EV)(EV)时： 评价人员需要更好的培训如何使用评价人员需要更好的培训如何使用量具及数据读取方式； 量具刻度盘上的刻度不清楚；刻度盘上的刻度不清楚； 需要某些夹具协助评价人员来提高使用评价人员来提高使用量具的的一致性。重复重复性性不好的可能原因不好的可能原因零件(样品)内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性。仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不当。基准内部：质量、级别、磨损方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度的变差评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化。违背假定：稳定、正确操作仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好应用错误的量具量具或零件变形，硬度不足应用：零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易读性、视差)再现性