自制量测系统分析MSA-Ver-1.1要点教学文案

1、MSA测量系统分析测量系统分析Edited by Mr. jose lee自制量测系统分析MSA-Ver-1.1要点2. 数据的质量数据的质量数据的质量取决于从处于稳定条件下进行操作的测量系统中，多次测量的统计特性，如：假设使用某一在稳定条件下操作的测量系统对某一特定特性值进行了几次测量，如果这些测量值均与该特性的参考值（master value）“接近”），那么，数据的质量被称为“高”；同样，如果部份或所有的测量值与参考值相差“很远”，则数据的质量很“低”2.1描述测量数据质量的统计特性描述测量数据质量的统计特性 通常用来描述测量数据质量的统计特性是某测量系统的偏倚（Bias）和变差（var

2、iance）。 被称为偏倚的统计特性指的是数据值相对于参考（基准）值的位置。 被称为变差的特性指的是数据的分布宽度。2.2 低质量数据的原因和影响低质量数据的原因和影响 低质量数据的普遍原因之一是变差太大 一组数据中的变差多是由于测量系统及其环境的相互作用造成的。 如果相互作用产生的变差过大，那么数据的质量会太低，从而造成测量数据无法利用。如：具有较大变差的测量系统可能不适合用于分析制造过程，因为测量系统的变差可能掩盖制造过程的变差。3. 有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题 什么是测量？将一个未知量与一个已知的或已经接受的参照值进行的比较 为什么我们需要测量数据？我们使用测量数据来判

3、断产品是否合格，制定有关过程管理的决策我接受这件产品吗？过程是很好，还是需要进行调整？ 我们对测量数据有什么期望？准确性：数据必须告诉我们真相！重复性：重复测量必须产生同样的结果！再现性：结果不应该受检验员的影响。 什么是测量仪器？用来进行测量的任何仪器。 什么是检验员（或者鉴定人）？使用测量仪器进行测量的个人或装置3.1 有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题 测量系统：不仅指量具。测量系统包括：人（及其培训）、过程（测量程序）、设备（量具或测量工具）、系统的控制点、及所有这些因素的相互作用。测量总偏差：总的观察偏差=过程偏差+测量系统偏差 测量是一个能影响所观察值的中心值和偏差的过程

4、。3.2 有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题 Gage R&R分析是用来分析测量系统的方法，目的是确定测量某种东西时出现的波动(误差)的大小和类型. 将“测量系统”看作是会给测量数据带来额外误差的子过程，其目的就是使用误差尽可能小的测量过程. 任何观测数据的误差，都是部件的实际误差和测量系统误差的总和。4. 过程变差剖析过程变差剖析长期过程变差短期抽样产生的变差实际过程变差稳定性线性重复性重复性 准确度 量具变差操作员造成的变差测量误差过程变差观测值“重复性” 和 “再现性” 是测量误差的主要来源再现性再现性过程变差5. 连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析分辨率偏移？“准确性”

5、（居中性均值）线 性？稳定性？校准？“精确性”（R&R）（离散性偏差）OKOKOKOK(测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%）测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。看看下面的部件A和部件B，它们的长度非常相似。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.25B=2.00因为上面刻度的分辨率比两个部件之间的差异要大，两个部件将出现相同的测量结果。第二个刻度的分辨率比两个部件之间的差异要小，部件将产生不同的测量结果。5.1 测量仪器分辨率测量仪器分辨率5.2测量系统的有效分辨率（ discrimi

6、nation）要求不低于过程变差或允许偏差（ tolerance）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-看控制限内有多少个数据分级不同数据分级(ndc)的计算为 零件的标准偏差/ 总的量具偏差* 1.41. 一般要求它大于5才可接受直尺直尺卡尺卡尺千分尺千分尺.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.27915.3 分辨率不足的表现分辨率不足的表现 在过程变差的在过程变差的SPC极差图上可看出极差图上可看出： 当极差图中只有一、二或三种可能的极差值在控制界限内时。 如果及差图显示有四种可能的极差值在控制界限内，

7、且超过1/4以上的极差值为零。5.4 敏感度（敏感度（Sensitivity） 敏感度是指能产生一个可检测到(有用的)输出信号的最小输入。它是测量系统对被测特性变化的回应。敏感度由量具设计(分辨力)、固有质量(OEM)、使用中保养，以及仪器操作条件和标准来确定。它通常被表示为一测量单位。 影响敏感度的因素包括： 一个仪器的衰减能力 操作者的技能 测量装置的重复性 对于电子或气动量具，提供无漂移操作的能力 仪器使用所处的条件，例如：大气条件、尘土、湿度5.5准确度准确度(Accuracy)准确度(Accuracy) 测量的平均值是否与真值吻合?真值(True Value): 理论上正确的值 国际

8、度量衡标准偏倚（Bias) 测量值的均值与真值的距离 测量系统持续地偏离目标 系统错误BIAS 测量结果的平均值与参测量结果的平均值与参考值的差异考值的差异. 参考值（reference-value）是一个预先认定的参考标准. 该标准可用更高一级测量系统测量的平均值来确定(例如：高一级计量室)观测平均值参考值5.6偏偏 倚倚BIAS X1=0.75mmX6=0.8mmX2=0.75mmX7=0.75mmX3=0.8mmX8=0.75mmX4=0.8mmX9=0.75mmX5=0.65mmX10=0.7mm同一操作者对同一工件测量同一操作者对同一工件测量10次次如果参考标准是如果参考标准是 0.

9、80mm. 过程变差为过程变差为0.70mm = 0.75Bias = 0.75-0.8= -0.05% Bias=1000.05/0.70=7.1%表明表明 7.1% 的过程变差是偏倚的过程变差是偏倚 BIASXX105.6.1 偏倚偏倚BIAS 实例实例: 准确度的问题可以通过校准来探测. 偏倚也可以与过程的容差相比较 判断准确度的简单标准为. 小于过程变差或容差的 1%, 可认为是精确的. 小于过程变差或容差的 1% 则需要研究和调整测量系统, 或者临时用补偿值来修正以后的测量值 偏倚的研究还可以通过作图的方式来进行, 即作出直方图, 然后根据经验判断是否可以接受. 偏倚的研究还可以通过

10、计算置信区间来判断是否可以接受测量平均值测量平均值 参考值参考值x (100)容差宽度容差宽度5.6.2 偏倚研究的分析偏倚研究的分析 如果偏倚在统计上不等于如果偏倚在统计上不等于0，检查是否存在以下原因，检查是否存在以下原因： 基准件或参考值有误检查确定标准件的程序 仪器磨损维修 仪器所测量的特性有误 仪器没有经过适当的校准对校准程序进行评审 评价者使用仪器的方法不正确对测量指导书进行评审5.6.3偏倚的调整偏倚的调整 如果偏倚不等于零，应采用硬体修正法和软体修正法对量具进行重新校准以达到零偏倚；如果偏倚不能调整为零，通过变更程序（每个读值根据偏倚进行修正）还可继续使用该测量系统。由于存在评

11、价误差这一高度风险，因此这种方法只能在取得顾客同意后方可使用。5.7 线性线性 在量具正常工作量程内的偏倚变化量 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构成 线性的探测可以在校准时进行 线性的好坏可以通过作图来显示 线性的研究也可以通过数据分析来进行, 即用最小二乘法来计算最佳的拟合直线, 再用假设检验来验证其线性是否可以接受.5.7.1线性误差的原因线性误差的原因 造成线性误差的可能原因如下： 仪器需要校准，缩短校准周期 仪器、设备或夹具的磨损 维护保养不好空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁 基准的磨损或损坏，基准的误差最小/最大在一段时间内，测量结果的分布无

12、论是均值还是标准偏差都保持不变和可预测的通过较长时间内，用被监视的量具对相同的标准或 标准件的同一特性进行测量的总变异来监视可用时间走势图进行分析5.8 稳定性（稳定性（Stability）时间-1时间-2时间稳定性量值5.8.1 稳定性的判定稳定性的判定 确定参考值 长期抽样：例如每班5件抽20个班 做出稳定性的均值极差控制图 如测量过程处于稳定状态，没有明显的特殊原因结果发生，则判定稳定性合格。5.8.2造成不稳定的可能因素（一）造成不稳定的可能因素（一） 仪器需要校准，缩短校准周期 仪器、设备或夹具的磨损 正常的老化或损坏 维护保养不好：空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁 基准的

13、磨损或损坏，基准的误差 不适当的校准或使用基准设定5.8.3造成不稳定的可能因素（二）造成不稳定的可能因素（二） 仪器质量不好设计或符合性 仪器缺少稳健的设计或方法 不同的测量方法作业准备、载入、夹紧、技巧 变形（量具或零件） 环境变化温度、湿度、振动、清洁 错误的假设，应用的常数不对 应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差（易读性、视差）5.9 校校 准准 对比一个已知的真实值检查测量系统或相对于一个已知的标准调整量具以至读数正确。 所有的测量系统需要校准： 校准时可参考量具制造者的建议。 定期对操作员培训考核。 相关软件。5.10 精确性（重复性和再现性）精确性（重复性和再现性）

14、精确性描述了测量系统的偏差 可重复性偏差由量具本身造成；（测量系统内部变差） 可再现性偏差由测量者的技巧造成；（测量系统之间或条件之间的变差）测量系统内在的变异性基于重复测量的数据，用分组后组内的标准偏差来估算 小于测量系统的总变差 重复性重复性指同指同一一 人使用同一测量工具对同一对人使用同一测量工具对同一对象（产品）的同一特性进行多次测量中产生的变象（产品）的同一特性进行多次测量中产生的变差，用于估计短期的变差差，用于估计短期的变差Master Value5.10.1精确度：重复性精确度：重复性5.10.2 造成重复性的可能原因造成重复性的可能原因 零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面光

15、度、锥度、样本的一致性 仪器内部：维修、磨损、设备或夹具的失效、质量或保养不好 标准内部：质量、等级、磨损 方法内部：作业准备、技巧、归零、固定、夹持、点密度的变差 评价人内部：技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳5.10.2造成重复性的可能原因（续）造成重复性的可能原因（续） 环境内部：对温度、湿度、振动、清洁的小幅度波动 错误的假设稳定，适当的操作 缺乏稳健的仪器设计或方法，一致性不好 量具误用 失真（量具或零件）、缺乏坚固性 应用零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）5.10.3精确度：再现性精确度：再现性测量系统中操作员产生的变异基于不同操作者的测量数据，按操作员分组，通

16、过组平均值的差来估。 应扣除量具的因素（组内变差）比测量系统总变差小Inspector AMaster ValueInspector BInspector CInspector AInspector BInspector C再现性再现性指不同的人在对同种特性进行测量指不同的人在对同种特性进行测量时产生的变差时产生的变差5.10.4造成再现性误差的潜在原因造成再现性误差的潜在原因 零件之间（抽样样本）：使用相同的仪器、操作者和方法测量A、B、C零件类型时的平均差异 仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用A、B、C仪器测量的平均值差异。注意：在这种情况下，再现性误差通常还混有方法和/或操作者的误

17、差。 标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响。5.10.4造成再现性误差的潜在原因（续）造成再现性误差的潜在原因（续） 方法之间：由于改变测量点密度、手动或自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成的平均值差异。 评价人（操作者）之间：评价人A、B、C之间由于培训、技巧、技能和经验所造成的平均值差异。推荐在为产品和过程鉴定和使用手动测量仪器时使用这种研究方法。 环境之间：在经过1、2、3等时段所进行的测量，由于环境周期所造成的平均值差异。这种研究常用在使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定。 研究中的假设有误 缺乏稳健的仪器设计或方法。 操作者培训的有效性。 应用零件数量、位置、观测误

18、差（易读性、视差）5.11 5.11 计量型数据的计量型数据的 均值均值- -极差法极差法均值-极差（X-R）法是确定测量系统的重复性和再现性的数学方法，步骤如下：1 选择三个测量人（选择三个测量人（A, B,C）和）和10个测量样品。个测量样品。 测量人应有代表性，代表经常从事此项测量工作的QC人员或生产线人员 10个样品应在过程中随机抽取，可代表整个过程的变差，否则会严重影响研究结果。2 校准量具校准量具3 测量，让三个测量人对测量，让三个测量人对10个样品的某项特性进行测试，每个样品每人测量个样品的某项特性进行测试，每个样品每人测量 三次，将数据填入表中。三次，将数据填入表中。试验时遵循

19、以下原则： 盲测原则1：对10个样品编号，每个人测完第一轮后，由其他人对这10个样品进行随机的重新编号后再测，避免主观偏向。 盲测原则2：三个人之间都互相不知道其他人的测量结果。4 计算计算5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析设定样品序号设定样品序号5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析设定检验员设定检验员5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析输入测量结果输入测量结果第一个人测110号样品,并记录;第二个人测110号样品,并记录;第三个人测110号样品,并记录;反复.又从第一个人开始进行第 二轮的测量5. 注意: 不要刻意的去记忆之前的测

20、 量结果5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析开始分析开始分析-A5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析开始分析开始分析-B5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析开始分析开始分析-C5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析结果分析结果分析-A测量系统的精度与过程测量系统的精度与过程规范的比率规范的比率,10%.测量系统的精度与总过测量系统的精度与总过程偏差的百分比程偏差的百分比,30%测量系统的精度与过程测量系统的精度与过程规范的比率规范的比率,=5.5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析结果分析结果分析-

21、B.1部件间再现性重复量具 R&R100500百百 分分 比比% 贡献% 研究变异% 公差420样样 本本 极极 差差_R=1.833UCL=4.719LCL=0池福安彭瑞琴周全忠102010101000样样 本本 均均 值值_X =1013.78UCL=1015.65LCL=1011.90池福安彭瑞琴周全忠10987654321102010101000样样 品品周全忠彭瑞琴池福安102010101000O O Q Q C C10 9 8 7 6 5 4 3 2 1102010101000样样 品品平平 均均池福安彭瑞琴周全忠OQC量具名称:卷尺研究日期: 2009-11-27报表人:周国忠公

22、差:1mm其他: 变变 异异 分分 量量R R 控控 制制 图图 （ 按按 O OQ QC C）X Xb ba ar r 控控 制制 图图 （ 按按 O OQ QC C）测测 量量 结结 果果 样样 品品测测 量量 结结 果果 O OQ QC C O OQ QC C 乘乘 样样 品品 交交 互互 作作 用用M ME EC C- -0 01 10 0卷卷尺尺的的G GR R& &R R分分析析图一图一.偏差组成图偏差组成图.过程大部分偏差来自于工过程大部分偏差来自于工件之间件之间,来自测量系统的偏差相对较小来自测量系统的偏差相对较小.图二图二.重复性极差控制图重复性极差控制图.测量结果都在极差控

23、制限内测量结果都在极差控制限内,说明进行的试验方式说明进行的试验方式是一致的是一致的.要求要求:R图必须受控，否则图必须受控，否则GRR的实验过程必然发生了特殊原因，后面的结的实验过程必然发生了特殊原因，后面的结果就不可信了；果就不可信了； R图必须分层大于图必须分层大于5层，否则系统的分辨率不足，会呈现重复性好的假象；层，否则系统的分辨率不足，会呈现重复性好的假象； R图虽然分层大于图虽然分层大于5层却有超过层却有超过1/4的点落在的点落在0的线上，分层勉强，分辨力的线上，分层勉强，分辨力依然不足。依然不足。5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析结果分析结果分析-B部件间再

24、现性重复量具 R&R100500百百 分分 比比% 贡献% 研究变异% 公差420样样 本本 极极 差差_R=1.833UCL=4.719LCL=0池福安彭瑞琴周全忠102010101000样样 本本 均均 值值_X =1013.78UCL=1015.65LCL=1011.90池福安彭瑞琴周全忠10987654321102010101000样样 品品周全忠彭瑞琴池福安102010101000O O Q Q C C10 9 8 7 6 5 4 3 2 1102010101000样样 品品平平 均均池福安彭瑞琴周全忠OQC量具名称:卷尺研究日期: 2009-11-27报表人:周国忠公差:1mm其他

25、: 变变 异异 分分 量量R R 控控 制制 图图 （ 按按 O OQ QC C）X Xb ba ar r 控控 制制 图图 （ 按按 O OQ QC C）测测 量量 结结 果果 样样 品品测测 量量 结结 果果 O OQ QC C O OQ QC C 乘乘 样样 品品 交交 互互 作作 用用M ME EC C- -0 01 10 0卷卷尺尺的的G GR R& &R R分分析析图三图三.零件评价人均值图零件评价人均值图.有有13点在控制限内点在控制限内,说明测量系统不能够检测到说明测量系统不能够检测到各样品的过程偏差各样品的过程偏差,检验员之间存在差异检验员之间存在差异.要求要求:要有超过要有

26、超过50的点落在管制界限以外，否则仪器精度相对产品变的点落在管制界限以外，否则仪器精度相对产品变异较大；异较大； 不同操作员之间的测量趋势应该相似，否则再现性误差较大。不同操作员之间的测量趋势应该相似，否则再现性误差较大。5.11.1 用用Mintab 15做做GR&R分析分析结果分析结果分析-B部件间再现性重复量具 R&R100500百百 分分 比比% 贡献% 研究变异% 公差420样样 本本 极极 差差_R=1.833UCL=4.719LCL=0池福安彭瑞琴周全忠102010101000样样 本本 均均 值值_X =1013.78UCL=1015.65LCL=1011.90池福安彭瑞琴周全

27、忠10987654321102010101000样样 品品周全忠彭瑞琴池福安102010101000O O Q Q C C10 9 8 7 6 5 4 3 2 1102010101000样样 品品平平 均均池福安彭瑞琴周全忠OQC量具名称:卷尺研究日期: 2009-11-27报表人:周国忠公差:1mm其他: 变变 异异 分分 量量R R 控控 制制 图图 （ 按按 O OQ QC C）X Xb ba ar r 控控 制制 图图 （ 按按 O OQ QC C）测测 量量 结结 果果 样样 品品测测 量量 结结 果果 O OQ QC C O OQ QC C 乘乘 样样 品品 交交 互互 作作 用用

28、M ME EC C- -0 01 10 0卷卷尺尺的的G GR R& &R R分分析析图四图四.零件链图零件链图.10个样品间存在很大偏差个样品间存在很大偏差.作用作用:主要看哪个样品分歧最大，怀疑主要看哪个样品分歧最大，怀疑GRR过程中是否有些样品发生损害或变化过程中是否有些样品发生损害或变化图五图五.评价人比较图评价人比较图.彭瑞琴和池福安之间偏差几乎彭瑞琴和池福安之间偏差几乎为为0,但罗平秀却有很大差异但罗平秀却有很大差异.作用作用.主要看再现性差异主要存在哪些操作员之间主要看再现性差异主要存在哪些操作员之间图六图六.零件评价人交互图零件评价人交互图.交互作用基本是平行的交互作用基本是平

29、行的,说明评价人与说明评价人与零件间没有显著交互作用零件间没有显著交互作用.作用作用:主要看哪些样品存在和其他操作员判断的差异最大，如主要看哪些样品存在和其他操作员判断的差异最大，如果交叉，要根据测量特点调查是否样品发生变化或损伤，或果交叉，要根据测量特点调查是否样品发生变化或损伤，或者操作员对某个样品是否存在某种自身障碍，或者样品是否者操作员对某个样品是否存在某种自身障碍，或者样品是否发生编号混淆，等等。发生编号混淆，等等。% R&RResults 30%测量系统需要改进5.11.1 Gage R&R 判断原则判断原则 如果重复性(EV)大于再现性(AV)，原因可能是： 仪器需要维修 可能需

30、要对量具进行重新设计，以获得更好的严格度 需要对量具的夹紧或固定装置进行改进 零件内变差太大5.11.2如果再现性大于重复性，原因可能是：如果再现性大于重复性，原因可能是： 需要更好的对评价人进行如何使用和判读该量具仪器的培训 量具校准，刻度不清晰 某种夹具帮助评价人更一致地使用量具。5.12 R&R 对产品决策的影响对产品决策的影响下限上限上限下限或或第第II型错误：漏判，将不合格的判断成合格的型错误：漏判，将不合格的判断成合格的 第第I型错误：误判，将合格的判断成不合格的型错误：误判，将合格的判断成不合格的 5.12.1R&R 对过程变差计算的影响对过程变差计算的影响观测到的过程变差实际的

31、过程变差测量系统的变差5.12.2R&R 对过程能力计算的影响对过程能力计算的影响0.01.02.03.04.05.06.00.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0Observed CpActual Cp0%10%20%30%40%50%60%70%R&R70%60%50%40%30%10%NO-GOGOErrorOperator 2Operator 16. 定性数据定性数据(Attribute Data)的的R&R Go-No Go 数据模式人为因素主导，情况复杂 统计模型多种多样 统计学上各家争鸣，尚无定论 实践中采用何种形式，取决于实例与统计模型的接近程度 对于以“是”和“不是”为计数基础的定性数据，其 GR&R考察的概念是与定量数据一样的。但方法上完全不同. 定性数据测量系统的能力取决于操作员判断的有效性，即将合格判成合格，将“不合格”判断成不合格的程度.6.1计数型测量系统能力分析方法示例计数型测量系统能力分析方法示例以下为判断所用的指标以下为判断所用的指标 有效性有效性 Effectiveness(E) - 即判断“合格”与“不合格