SAM SYSTEM课程讲义

1、量量測測系系統統分析分析(Measurement Systems Analysis) Analysis)製作: Lotus 2013/06/06 審核: Charles 2013/06/06 Measurement System Analysis量測系統分析量測系統分析 ISO/TS16949 要求必須對要求必須對管管制計制計劃劃（Control Plan）中指示的所有檢驗、中指示的所有檢驗、測量和試驗裝置進行量測系統分析。測量和試驗裝置進行量測系統分析。 Measurement System Analysis 什麼是量測系統分析l 在測量過程中所得到的“測量值”，決不是“真實值”，為所得到的

2、“測量值”包含了“真實值”以及“變異值l 量測系統分析 (MSA)提供一種系統性的方法，以鑑別出整體的製程變異中，有多少是來自於量測系統的變異 觀察值 = 實際值 + 量測誤差量測系統包含以下要素:量測系統1.量具.設備(軟.硬體)2.操作(人員.過程)3.測試環境4.待測試件Measurement System Analysis量測系統誤差 x x x x x x x x x x x x x x xxxxxxxx xxxxxxxxxx準確但不精確精確但不準確準確而且精確不準確而且不精確 x x x x x x x x x x x x x ABCDMeasurement System Anal

3、ysis案例說明：原始製程能力原始製程能力製程分佈：)5 . 1,15(NX產品界限(規格)：1812 X該生產製程所生產的產品會有4.55%的不良率。 量測結果量測結果製程分佈：)5 . 2,16(NY產品的不良率為26.67%。量測儀器或測試設備的誤判率量測儀器或測試設備的誤判率在最差情況下(worst case)，有26.67%的良品會因量測或測試錯誤而誤判為不良品。在最差情況下(worst case)，有4.55%的不良品會因量測或測試錯誤而誤判為良品。Probability Density Functiony=normal(x,16,2.5)0.000.040.080.120.160

4、.208910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22Probability Density Functiony=normal(x,15,1.5)0.000.040.080.120.160.200.240.288910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22Measurement System Analysis為什麼要進行量測系統分析 確認目前的量測系統是否可接受 獲得精確的量測資料 找出量測系統的變異源 確認改善量測系統的方向透過量測系統收集流程中所有的資訊，同時也依據它作為系統修正的依據Measurement System A

5、nalysis如何得知量測儀器或測試設備的量測或測試能力(measurement capability)呢？(一)、良好的準確度(accuracy)，即偏差(bias)越小越好。(二)、良好的精確度(precision)，即量測的變異(variation) 越小越好。Measurement System Analysis 量測系統的誤差可分為兩大類： 準確性(Accuracy)及精確性(precision)。準確性是用來描述量測值與物件真實值之間的差異。 精確性是用來描述當使用相同量具，量測相同物件多次所產生的變異。Measurement System Analysis量測系統的統計特性欲獲得

6、高品質的量測值，量測系統需具備以下特性量測系統在穩定的管制狀態下, under repeatable condition, no special cause量測系統的變異需相對小於製程的變異, why?system used to monitor process variation量測系統的變異需相對小於產品規格, why?system used to classify OK/ NG量測系統的分辨力不超過製程變異與產品規格的1/10Measurement System Analysis評估量測系統的三個重點測量系統必須顯示足夠的靈敏性。(解析能力) 1.首先，儀器(和標準)是否有足夠得分辨力?

7、 2.測量系統是否證明具有有效的解析度? 測量系統必須是穩定的。(再生及再現)統計特性（誤差）在預期的範圍內一致，並足以滿足測量的目的（產品控制或程序控制）。(線性)Measurement System Analysis分辨力Discrimination 分辨力是儀器可以偵測並實際顯示出被測特性微小變化量的能力 通常是指某個量測儀器上最小刻度的值 亦被稱為“解析度(resolution)”或”可讀性(readability)” 分辨力不足將無法察覺製程中特殊原因的變異Measurement System Analysis分辨力:量測系統發現並真實地表示被測特性很小 變化的能力如最小量測刻度太大

8、無法辨別被測特性很小變化稱為分辨力不足,分辨力不足可以在R-Chart上顯現出來.圖1圖21.量測系統分辨力不足,導致只有13個值落在管制界限內或1/4 R=0 如圖1所示.2.量測系統分辨力足夠,所有的值落在管制界限內.Measurement System Analysis量測系統評估的準備 評估計劃決定其統計特性，如電子儀表不需評估其重複性。 決定量測者，被測物與重複量測的數量。考慮的因素如關鍵尺寸與產品型態。 量測者必須是現場的實際的操作員。 選擇的被測物必須涵蓋產品的製程變異。 量測系統的分辨力不超過製程變異的1/10 確定與遵行量測程序。Measurement System Anal

9、ysis量測的穩定性(stability)： v 穩定性（或漂移）是指測量系統經過一段長時間下段長時間下，測量同一參考值或零件的同一特性時獲得的測量總變異。v 換句話說，穩定性是偏倚偏倚隨時間的變化。v 對未達穩定狀態的量測系統進行再現性 / 再生性分析 (Gage R & R)，結果可能敝多於利Measurement System Analysis量測的穩定性(stability)：問題一、量測的穩定性(stability)如何得知？步驟1. 取標準產品於標準量測儀器或測試設備上由訓練合格的作業人員進行10次之反覆量測或測試。步驟2.選取一量測週期，於定期每隔一段時間(每小時,每天或每週)量

10、測基準件3-5次,且至少量測2025次,並記錄之 步驟3. 將上述所得平均值以管制圖方式呈現。問題二、量測的穩定性(stability)如何判別？依管制圖的判別準則，即可判斷該量測儀器或測試設備是否具有量測的穩定性(stability)。Measurement System Analysis量測的準確度(accuracy)與偏差(bias) 量測的準確度(accuracy)：指觀察樣本量測所得平均值與真值的接近程度。量測的偏差(bias)：真值與量測平均值的差異。即以偏差(bias)來衡量準確度(accuracy)Standard ValueAverageObserved ValueBIASM

11、easurement System Analysis準確度(accuracy)：以偏差(bias)表示問題一、量測偏差(bias)為何？步驟1.取標準產品於標準量測儀器或測試設備上進行10次之反覆量測或測試。得該標準產品之品質特性值的量測平均值；以 表之。步驟2. 取同樣的標準產品於預使用的量測儀器或測試設備上進行15次之反覆量測或測試。得該標準產品之品質特性值的量測平均值；以 表之。 步驟3. 求取量測偏差， 。計算 Bias = (repeatability) / g 算 t 統計量 並進行檢定 t = Bias / Bias 若 t t (v, 1-/2) 則表示有顯著偏差註(1). 所

12、謂標準產品是指該產品具有高度的穩定性。(2). 所謂標準量測儀器或測試設備是指該儀器或設備已具有良好的測試能力。xy|yxbias問題二、量測偏差(bias)的可接受條件為何？若0落在偏倚值附近的1-(95%)信賴區間內,是可被接受的 Measurement System Analysis1) 參考值的取得有錯誤2) 儀器磨損3) 儀器製作對象尺寸不對4) 儀器量錯了特性5) 儀器未校驗妥當6) 檢驗員未能妥當使用儀器7) 儀器修正計算錯誤Measurement System Analysisv 線性:在測量設備預期的工作(測量)範圍內，偏倚值的差異。觀測平均值有偏倚無偏倚參考值量測的線性(l

13、inearity)：Measurement System Analysis量測的線性(linearity)：問題一、量測的線性(linear)關係如何得知？步驟1.選取至少五顆標準產品，該五顆產品的特性值要能涵蓋欲量測的作業涵蓋欲量測的作業範圍範圍。(說明：假設我們期望量測設備能量測特性值的範圍為1020，則五顆產品中應具有特性值為10,15及20的產品；如此才能涵蓋預量測的作業範圍)步驟2.由訓練合格的作業人員於預使用的量測設備上對每顆產品進行10次之反覆量測或測試。步驟3.計算每顆產品10次之反覆量測或測試的平均值(記之為x )。並與其真值比較求取偏差(bias)(記之為y)。 Measu

14、rement System Analysis步驟4.計算零件每次測量的偏倚及零件偏倚的平均值。步驟5.在線性圖上畫出參考值的每個偏倚和偏倚平均值步驟6.求取最能吻合這些點的線性回歸線並計算吻合度 (R2) 線性回歸線程式為程式為 y = ax + by = ax + b x = x = 參考值參考值 y = y = 偏差偏差 a = a = 斜率斜率 b = b = 截距截距 線性率 (Linearity) = 斜率 x製程變異（或公差） 線性率百分比 (% Linearity) = 100 (線性率 /製程變異（或公差） ) =斜率 x 100參考值Measurement System An

15、alysis問題二、量測的線性(stability)準則如何判別？1.畫出“偏倚=0”線，評審該圖指出是否存在特殊原因和線性的可接受性2.線性判定基準：線性百分比在10%時量測系統可接受。 註：1.為使測量系統線性可被接受，“偏倚=0”線必須位 於該線的自信度區間 2.量測系統線性特性的關鍵是斜率而不是吻合度 R2； 斜率越小越好Measurement System Analysis再現性再現性(Repeatability)l 再現性又稱為量具變異,是指相同的測量人員、使用相同設備、在相同校驗期間、相同實驗室、採用相同的方法，在較短的時間內，對相同零件的相同特性測量的結果，所得到的的測量變異主

16、值主值良好重復性良好重復性不良重復性不良重復性主值主值Measurement System Analysis再生性再生性(Reproducibility)u 不同的測量人員、使用相同設備、相同實驗室、採用相同的方法，對相同零件的相同特性測量的結果，其量測平均值之變異。ReproducibilityOperator AOperator B檢查員檢查員 B檢查員檢查員C檢查員檢查員 A檢查員檢查員 B檢查員檢查員 C檢查員檢查員 A主值主值Operator CMeasurement System Analysis零件間變異X-Chart圖分析:圖1圖2若測量平均值全部落在管制界限內,則零件變異隱藏

17、在再現性之內,且量測變異支配制程變異-如圖1反之若測量平均值過半落在管制界限外,則此量測系統適用-如圖2 Measurement System Analysis GRR: Gauge Repeatability and Reproducibility 量具的再現性與再生性 目的: 評估一個量測系統的量測能力,並以此統計分析結果作為對操作者.量測設備變異狀況之改善參考什麼叫GRRMeasurement System Analysis1.本法以3個作業者.10個零件各量測3次,以3次量測誤差的平均值和作業者間平均值的量測誤差作再現性(量具變異)和再生性(操作者變異)分析2.本法可區分量測系統的再現

18、性和再生性,但無法判定作業者與量具的交互作用3.本法對操作者.量具及樣品等實驗要求同上GRR(量具的再現性與再生性)步驟Measurement System Analysis2 22+=2222=+測量系統產品產品總量總量產品總量產品變異性（實際變異性）測量變異性總體變異性（觀察到的變異性）重復性再現性GRR統計意義Measurement System Analysis結果結果數值分析數值分析 一.量具再現性和再生性的“數據表”和“報告表”的功能1.提供了數據的數值分析方法 1.評定變異及各種變異佔 整個測量系統的過程變異 2.再現性變異3.再生性變異 4.零件間變異2.上述變異與圖表分析結果

19、做比較並對此作補充。Measurement System Analysis 1.再現性或設備變異（EV） EV=RK1 2.再現性或評價人變異（AV） AV= Xdiffk22-（EV） 2 （nr）式中:Xdiff評價人的最大平均值差 K2 n零件數 r試驗次數 註：如果根號下計算值為負數，則評價人變異（AV） 會為零。 二.對變異數值得分析Measurement System Analysis3.再現性&再生性變異（R&R） GR&R= （EV）2+（AV）2 4.零件間變異（PV） PV= Rp K3 式中：Rp零件平均值的全距5.總變異（TV） TV= （GR&R）2+（PV）2Mea

20、surement System Analysis6.各變異與總變異(TV)的比較。 一但研究中每個因素的變異確定後，便可與總變異 進行比較。1） 設備變異佔總變異的百分率（%EV） %EV=100EV/TV2）評價人變異佔總變異的百分率（%AV） %AV=100AV/TV3）再現性與再生性變異佔總變異的百分率（% R&R） % R&R=100GR&R/TV4）零件間變異佔總變異的百分率（%PV） %PV=100PV/TVMeasurement System Analysis量測系統分析作業程序量測系統分析作業程序(QAD014)10%10%GR&RGR&R 判定量具合格判定量具合格 ，並訂定，

21、並訂定GR&RGR&R實施週期為每年一次。實施週期為每年一次。30%30%GR&RGR&R10% 10% 判定量具可能被接受，並訂定判定量具可能被接受，並訂定GR&RGR&R實施週期為每半年一次。實施週期為每半年一次。 GR&RGR&R30% 30% 判定為量具系統須加以改進，該量測系統（設備）判定不判定為量具系統須加以改進，該量測系統（設備）判定不 可接受，並檢討原因，採適當處理方式可接受，並檢討原因，採適當處理方式: : 若若EV%AV%EV%AV%：則表示設備的變異大於人為的變異，因此需針對量測系統：則表示設備的變異大於人為的變異，因此需針對量測系統 做適當之處置，如：設備維修、調整或報

22、廢或降級使用。做適當之處置，如：設備維修、調整或報廢或降級使用。 若若AV%EV%AV%EV%：則表示人為的變異大於設備的變異，因此需針對人員做：則表示人為的變異大於設備的變異，因此需針對人員做 適當之處置，如：人員重新教育訓練；改善檢測方式適當之處置，如：人員重新教育訓練；改善檢測方式等。等。Measurement System Analysis何謂計數性測量系統何謂計數性測量系統 計數型測量系統屬於系統中的一類，其測量值是一種有限的分級數，與結果是連續值的測量系統不同。 最常見的是Go/NG的量具，只可能有兩種結果。其他計數型測量系統，例如可視標準，結果可形成57個不同的分級。這些要用計數

23、型方法進行分析。 因為任何測量系統都存在可量化的風險，由於最大的風險來自於區分的邊界，最適當的方析是用量具性能曲線將測量系統變異量化。Measurement System Analysis計數性測量系統計數性測量系統-目的目的v 製程評估 評估你的檢查標準或工作質量標準與客戶要求的一致性 確定所有班次, 機器等的檢查人員是否使用相同標準來決定合格與不合格 量化檢查人員準確重復其檢驗結果的能力 確定檢查人員與“已知標準”的一致性及傾向於消費者變異還是生産者變異v 製程改善 發現是否需要培訓, 缺少程序或缺乏標準Measurement System Analysis計數性測量系統分析計數性測量系統

24、分析 準備 從製程中挑選30個零件, 50%合格, 50%不合格. 可能的話, 挑選近乎於合格和不合格的樣本. 挑選檢查人員 受過完全培訓的和有資格的. 實施 要求每一個檢查人員隨機地檢查零件, 決定合格與不合格並重覆此檢查. 分析 將資料登錄到資料表中來確定測量系統的有效性. 評估 將結果載入文件. 如果必要, 採取適當的措施調整測量製程. 重做 R&R 試驗, 核實調整後的有效性Measurement System Analysis計數性測量系統判定計數性測量系統判定 % 檢驗員分數 (% Appraiser Score ) 如果大多數員工都是100%, 則培訓作用極為有限 如果所有員工分

25、數都很低, 則可能需要改變測量系統 . 篩選 % 有效分數 (Screen % Effective Score) 如果員工本身前後一致但是相互間不一致, 則重新培訓可幫助減少錯誤. 檢驗有效性的目標永遠是100%, 但實務上以80%為下限(改善起點).我們發現各行業都難以把有檢驗效性維持在80%以上. 造成這個問題的原因可能是照明條件差, 檢查人員的視力有問題, 缺乏外觀標準件, 缺乏定期培訓, 檢查人員流失, 産品變更, 客戶規格修改, 等等. 標準化分數 (Score vs. Attribute) 如果員工時常與標準不一致, 則需要改變測量系統(或局部標準/例子). Measurement System Analysis計數性測量系統計數性測量系統-範例範例Known PopulationY/NY/NSample # AttributeTry #1Try #2Try #1Try #2Try #1Try #2AgreeAgree1passpasspasspasspassfailfailNN2passpasspasspasspassfailfailNN3failfailfailfailpassfailfailNN4failfailf