MSA 量测系统分析-v4

1、MSA 量 測 系 統 分 析1課 程 大 綱一、前言 二、量測數據的品質 三、量測系統 四、量測系統的統計特性 五、變異的來源 六、變異的類型 七、量測不確定性八、如何進行量測系統分析九、量測系統分析 - 計量值範例十、量具重複性與再現性之比較十一、量測系統分析判定 - 計量值十二、量測系統分析 - 計數值範例十三、Work Shop2一、前言: 顧客的聲音DELL QMP (Quality Management Plan)Critical Parameters: Dell and the supplier will identify the critical parameters for

2、the specific product. These parameters will ensure form; fit and function of the product are controlled once process capability has been established. The following process capability requirements are required.Gage R&R: Before equipment and process qualifications are evaluated gage repeatability/repr

3、oducibility studies will be completed. This will ensure gage and method of use are adequate for the parameter/characteristic to be monitored. Gage R&R results will meet the following requirements (Note: This is a combined R&R calculation) 30 % = Non-Acceptable Gage, Appropriate quality controls must

4、 be in place to effectively screen product, corrective action plan will be instituted in a timely manner. The gage will be brought up to acceptable gage standards.Process capability improvementUnder 10% error - OK10-30% error - may be OKover 30% error unacceptableISO-9000 對量測之要求 : 7.6 / 8.2.4QS-9000

5、 對量測之要求 : 4.11.1 / 4.11.2 / 4.11.3 / 4.11.4TS-16949 對量測之要求 : 7.6.1 / / 3ISO-9000 對量測之要求7.6 監督和量測裝置的管制 組織應決定所從事的監督和量測，及所需的監督和量測裝置， 以展現產品對規定要求的符合性的證據。 組織應建立流程，以確保監督和量測活動有能力執行，並與 監督和量測要求一致的方式執行。 當要求維持有效的結果，量測設備應 :(a) 在規定期間及使用前，針對可追溯到的國際或國家標準的量測 裝置，加以校正或查證。當不存在這樣的標準時，用來作為校 正或查證的基準應予記錄。(b)

6、 必要時加以調整或重調整。(c) 加以鑑別，使能夠決定的校正狀況。(d) 加以防護，避免因調整而使校正失效。(e) 在運搬、維護及儲存時加以保護，以免損壞及變質。48.2.4 產品的監督和量測 組織應監督和量測產品的特性，以驗證產品符合要求。 這應於產品實現流程的適當階段加以執行，使與既定 規劃安排一致。 包含接收準則的符合性證據應加以記錄，記錄應指明 授權產品放行的人員。 直到所有規定的活動已經完全滿足，產品放行和服務 提供才應進行，否則應由相關授權核準，和可行時由 顧客核準。ISO-9000 對量測之要求54.11 檢驗、量測與試驗設備之管制4.11.1 概述供應商對所使用之檢驗、量測與試

7、驗設備(包括測試軟體)，應建立並維持各項書面程序，加以管制、校正及維持，以顯示產品符合規定要求。檢驗、量測與試驗設備應在確保量測之不確定性已被瞭解，且與所需之測定能力相一致之狀態下使用。4.11.2 管制程序 組織應 : (a) 決定所使用之量測，以及其所需之準確度；選用具有必要 之準確度與精密度之適當檢驗、量測與試驗設備。 (b) 鑑別所有影響品質之檢驗、量測與試驗設備，並在規定時 間內，加以校正及調整，或在使用前，與經證實符合國際 或國家認可標準之合格設備相比對。若無此類標準，則用 以校正之根據，需書面加以記錄。QS-9000 對量測之要求64.11 檢驗、量測與試驗設備之管制4.11.3

8、 檢驗、量測與所有檢驗、量測與試驗設備，包含員工自 有的量具，其校正作業試驗設備之記錄應包括 : 依照工程變更時所做的修正(適當時)。 實施校正時，所有超出規範的讀數。 校正後，滿足規範的聲明。 如有可疑物料或產品已經出貨時，通知客戶處理。4.11.4 量測系統分析 需要有證據顯示，已經實施了適當的統計研究，藉以分析 每一種型式的量測及試驗設備系統的變異結果。這項要求 適用於所有客戶核准的管制計劃裡所列的量測系統。所採 用的分析方法和允收規範，需符合MSA參考手冊中的規定 ( 如 : 量具R&R研究 ) 。如果獲得客戶的核准，亦可採用其 他分析方法和允收規範。QS-9000 對量測之要求77.

9、6.1 量測系統分析 實施適當的統計性研究，藉以分析各種量測及測試設備系 統量測結果的變異。本要求應適用於管制計劃裡所列的量 測系統，所採用的分析方法和允收準則應符合顧客的量測 系統分析參考手冊的規定。8.2.4 產品的監督和量測 註 : 當選擇產品參數以監督指定的內部和外部要求之符合性時，組織應決定產品特性類別、導向 : - 量測類別 - 適當的量測方法 - 所需的能力和技能TS-16949 對量測之要求8你了解你的量測系統嗎 ?產品各項品質特性數據，均須透過量測系統取得 量測系統可靠嗎 ? 它會不會扭曲“製程聲音” ?9二、量測數據的品質量測(觀測)變異實際過程變異長期過程變異短期過程變異

10、評價者變異(再生性)量具變異線性零件變異穩定性偏倚再現性量測變異10Measurement Systems AnalysisObserved Process VariationActual Process VariationMeasurement VariationLong-TermProcessVariationShort-TermProcessVariationWithinSampleVariationAppraiserVariation(Reproducibility)GageVariationCp/Cpk(Capability)SPC(Stability)MSARepeatabilit

11、yBiasStabilityLinearityAccuracy at low vs high valuesVariation over timeBias: deviation of the measured or observed value from the true valueVariation when one person measures the same thing several times with the same gageVariation between people using same gage17.62 mm7.58 mm14231243Lot ALot BTime

12、 1Time 2Observed11三、什麼是量測系統 量測 : 對某具體事物賦予數字(或數值)，以表示它 們對於特定特性之間的關係。 量測系統 : 對量測單元進行量化，或被測的特性進 行評估，其所用的儀器或量具、標準、 操作、方法、夾具、軟體、人員、環境 和假設的集合；是用來獲得量測結果的 整個過程。12定義量測系統: 指由人員、檢驗與測試儀器 (包含電腦設備或軟體所集合組成)及操作程序等稱為量測系統。量測系統再現性(EV): 指一量測系統由同一作業者經多次量測同一零件其量測特性之再現能力, 亦即其量測值間變異而言。量測系統再生性(AV): 一量測系統內不同作業者使用量測相同產品之特性時作業

13、者間量測平均值之變異而言。盲目測試: 指當作業者執行量測時，事先不知被測物是否有任何不同，而在實際的量測環境下執行量測 13 S : 標準 W : 零件 I : 儀器 P : 人 / 程序 E : 環境輸入量測分析數值輸出 將量測過程看成一個製造過程量測系統可接受可能可接受須改善14四、量測系統的統計特性一個好的量測系統應具備的基本統計特性 :1. 具有足夠的分辨力和敏感度。2. 量測系統須處於統計上的管制狀態，意指其所產生之變異 應根源於共同原因，而非特殊原因。3. 為了產品控制，量測系統之變異須相對小於規格的界限。4. 為了過程控制，量測系統之變異須相對小於生產製程之變異。 15分辨力 (

14、 Discrimination )量測儀器上的最小刻度值，也稱解析度 ( Resolution ) 。(2) 選擇適當之量測儀器: 通用的規則 - 1/10比例法則。分辨力良好分辨力不足IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 0 1 2 3 4 5 6 7 8IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 0 1 2 3 4 5 6 7 81/10比例法則:

15、 公差範圍* 1/1034.0 +/- 0.5 mm應選用之最小刻度: 0.1 mm?16分辨力不適當的分辨力，導致過度的去尾忽略使用 0.001”精度的量具 Avg. R 0.140 0.143 0.137 0.134 0.135 0.1378 0.009 0.138 0.143 0.143 0.145 0.145 0.1430 0.007 0.139 0.133 0.147 0.148 0.149 0.1432 0.015 0.143 0.141 0.137 0.138 0.140 0.1398 0.006 0.142 0.142 0.145 0.135 0.136 0.1400 0.01

16、0 Avg. R 0.14 0.14 0.14 0.13 0.14 0.138 0.01 0.14 0.14 0.14 0.14 0.15 0.142 0.01 0.14 0.13 0.15 0.15 0.15 0.144 0.02 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.140 0.00 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.140 0.00使用 0.01 ”精度的量具1718敏感性(Sensitivity) : 指能產生一個可檢測到最小的輸出信號。影響敏感性的因素 : 一個儀器的衰減能力。 操作者的技能。 量測裝置的重覆性。 對於電子或電動量具，提供無漂移操作

17、的能力。 儀器使用所處的條件，例如 : 大氣條件、塵土、濕度。19五、變異的來源20六、 變異的類型(一) 位置變異(Location Variation)(二) 寬度變異(Width Variation)(三) 量測系統之變異 (Measurement System Variation)21 準確度 ( Accuracy ) : 指一個或多個量測結果的平均 數與參考值之間一致的接近程度。(一) 位置變異22偏倚(Bias) : 指對相同零件量測多次所得的平均值 與真值之差異。(一) 位置變異23造成過大偏倚的可能原因 : 儀器需要校正 : 線性誤差 : 基準的磨損或損壞，基準偏差 : 不適當

18、的校正或基準設定 : 儀器品質不良 設計或符合性 : 儀器、設備或夾具磨損 : 使用了錯誤的量具 : 不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧 : 量測的特性不對 : 變形 (量具或零件) : 環境 溫度、濕度、振動、清潔 : 錯誤的假設，應用的參數不對 : 應用零件數、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差(易讀性、視差)。24 穩定性( Stability ) : 又稱漂移 ( Drift )，指經過一段長期 時間下，用相同的量測系統標準，對 同一基準或零件的同一特性，量測所 得到的變異。(一) 位置變異25影響穩定性的可能原因 :儀器需要校正，縮短校正週期 : 儀器、設備或夾具的磨損 : 正

19、常的老化或損壞 : 維護保養不好 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔 : 基準的磨損或損壞，基準的誤差 :不適當的校正或使用基準的設定 : 儀器品質不好 設計或符合性 : 儀器缺少穩健的設計或方法 : 不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧 : 變型 ( 量測或零件 ) : 環境變化 溫度、濕度、振動、清潔 : 錯誤的假設，應用的參數不對 : 應用零件數、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差(易讀性、視差)。26 線性 ( Linearity ) : 線性是指量具在工作範圍內， 偏倚量之差異分佈狀況。(一) 位置變異27造成線性誤差的可能原因 : 儀器需要校正，縮短校正週期 : 儀器、

20、設備或夾具的磨損 : 維護保養不好 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔 : 基準的磨損或損壞，基準的誤差 最小 / 最大 : 不適當的校正(沒有涵蓋操作範圍)或使用基準設定 : 儀器品質不好 設計或符合性 : 缺乏穩健的儀器設計或方法 : 應用了錯誤的量具 : 不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧 : 隨著量測尺寸不同， ( 量具或零件 )變形量不同 : 環境 溫度、濕度、振動、清潔 : 錯誤的假設，應用的常數不對 : 應用零件數、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差(易讀性、視差)。28 精密度 ( Precision ) : 量測系統整個作業量測範圍內 (尺寸、範圍和時間) 的分

21、辨力、 敏感度和重複性的最終影響。(二) 寬度變異29 再現性 ( Repeatability ) : 又稱量具變異 (重複性) ( Equipment Variation ，EV ) 同一位作業者，多次量測相同零件 之指定特性時所得的變異。(二) 寬度變異30影響再現性的可能原因 : 零件內部 ( 抽樣樣本 ) : 形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性。 零件內部 : 維修、磨損、設備或夾具的失效、品質或保養不好。 標準內部 : 品質、等級、磨損。 方法內部 : 作業準備、技巧、歸零、固定、夾持、點密度的變異。 評價者內部 : 技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、疲勞。 環境內部

22、 : 對溫度、濕度、震動、清潔的小幅度波動。 錯誤的假設 : 穩定、適當的操作。 缺乏穩健的儀器設計或方法，一致性不好。 量具誤用。 失真 ( 量具或零件 ) 、缺乏堅固性。 應用 : 零件數量、位置、觀測誤差( 易讀性、視差 )。31 再生性 ( Reproducibility ) : 又稱評價者差異 ( Appraiser Variation，AV )， 指不同評價者以相同量具，量 測相同產品之特性時，量測平 均數之變異。(二) 寬度變異32造成再生性誤差的可能原因 : 零件之間 ( 抽樣樣本 ) : 使用相同的儀器、操作者和方法量 測A 、B 、C零件類型時的平均差異。 儀器之間 : 在

23、相同零件、操作者和環境下使用A 、B 、C儀 器量測的平均數的差異。注意 : 在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。 標準之間 : 在量測的過程中，不同的設定標準的平均影響。 方法之間 : 由於改變量測點密度、 手動或自動系統、歸零、 固定或夾緊方法等所造成的平均數差異。 評價者 ( 操作者 )之間 : 評價者A 、B 、C之間由於培訓、技 巧、技能和經驗所造成的平均數的差異。推薦在為產品和過程鑑定和使用手動量測儀器時使用這種研究方法。33造成再生性誤差的可能原因(續): 環境之間 : 在經過1 、2 、3等時段所進行的量測，由於 環境周期所造成的平均數的差異。這種研究常用

24、在使用 高度自動化量測系統對產品和過程的鑑定。 研究中的假設有誤。 缺乏穩健的儀器設計或方法。 操作者培訓的有效性。 應用 零件數量、位置、觀測誤差 ( 易讀性、視差 )。34量具R&R或GRR 量具R&R或GRR : R&R是結合再現性和再生性變異的估計值。 2GRR = 2再現性+ 2再生性2再現性2再生性2GRR 35 量測系統能力 ( Capability ) : 評估量測系統短期變異組合的估計值。 ( 隨機的和系統的 ) 組成要素 : 不準確的偏倚或線性 再現性或再生性( GRR ) ，包括短期的一致性 2能力 = 2偏倚(線性) + 2GRR 2GRR2偏倚 (線性)2能力 (三)

25、量測系統變異36 一致性 ( Consistency ) : 量測系統隨著時間變化，量測 變異的差值。影響一致性的因素 : 零件的溫度電子設備必要的熱機 設備磨損(三)量測系統變異37量測系統性能 ( Performance )量測系統性能 : 指組合量測系統變異 ( 隨機的和系統的 ) 的長期評估計算。長期變異要素 : 能力 ( 短期變異 ) 穩定性和一致性2性能 = 2能力 + 2穩定性 + 2一致性 38量測(觀測)變異實際過程變異長期過程變異短期過程變異評價者變異(再生性)量具變異線性零件變異穩定性偏倚再現性量測變異評價者變異(再生性)線性穩定性偏倚再現性量測系統五性39七、量測不確定

26、性 ( Uncertainty ) 不確定性 ( Uncertainty ) : 是量測可靠性的一種量化的表達。 量測的實際值 = 量測的觀測值 ( 結果 ) U U是這被測物和量測的結果的”擴展的不確定性”( expanded uncertainty )擴展的不確定性是組合的標準誤差 ( UC ) 或這組合誤差的標準差(隨機的和系統的 ) ，在量測過程中乘以一個涵蓋常數 ( k )。 U = kuc uc = 2 性能 + 2 其它 40量測不確定性 ( Uncertainty ) 在許多情況下，將使用MSA和GRR方法來計算那些重 大的標準誤差來估計不確定性。為了確保這不確定性 估計值的持

27、續準確性，對一量測過程相關的不確定性 要適當周期性地進行再評價。 不確定性和MSA的不同點 : MSA專注於理解某量測過程、確定這過程中誤差的 大小，並評估這量測系統是否適用於產品和過程的 控制； 藉由MSA提昇理解和改進 ( 減小變異 )。 不確定性是量測值的範圍、透過一個自信度區間 ( Confidence Interval )的定義，與量測結果相關，並 預期包括量測的真值。41八、如何進行量測系統分析1. 建立必要之指導書文件，例如量測系統分析指導書等。2. 建立必要之程序書，以管制所有量測系統維持在正常及最佳狀態。3. 須有合格之分析人員，待分析之量具，以及必要之環境。4. 依據相關之

28、指導書執行分析作業。5. 蒐集足夠之數據，再依據所使用之分析表單執行分析作業。6. 應有分析結論判定此量測系統是處於可接受、勉強接受或不能接受。42Thank You43九、量測系統分析- 計量值範例 : 位置變異範例 :偏倚 : 一個製造工程師對量測設備系統進行分析，證明該量測系統應該沒有線性誤差的考量，所以該工程師只對偏倚進行評價。他在這量測系統範圍內選取了一個零件；並對該零件進行量測15次來確定它的參考值。44量測次 數零 件 編 號參 考 值 = 16.0量 測 值偏 倚115.8-0.2215.7-0.3315.9-0.1415.9-0.1516.00.0616.10.1716.00

29、.0816.10.1916.40.41016.30.31116.00.01216.10.11316.20.21415.6-0.41516.00.0 柏拉圖45: Bias-13.mtw ( worksheet)Stat Basic Statistics 1-Sample t46 Variable N Mean StDev SE Mean 95% CI 偏倚 15 0.0067 0.2120 0.05474 (-0.1107,0.1241)由於偏倚(0.0067)落在信賴區間(CI)內，所以可以假設此量測的偏倚，是可以接受的。472. 穩定性 :某工廠為了確定某一新量測儀器的穩定性是否為可接受，

30、評價人員選取了接近中間值的一個零件。該零件被送到了量測實驗室，經量測其參考值確定為6.01。評價人員量測該零件5次，共量測了一個月( 20組 )；收集到所有數據後，畫出了X-R圖。48493. 線性 :某工廠進行量測系統線性分析，評價人員挑選5個不同長度的零件，並量測12次，所得觀測值，運用Minitab系統進行分析。 503. 線性範例 : ( Minitab )Study File : Linearity-13.mtwStatQuality Tools Gage linearity Study51Study File : Linearity-13.mtwStatQuality Tools

31、Gage Linearity Study5253 從圖形顯示，樣品尺寸” 4 “的數據分佈成兩組。 即使不考慮樣品尺寸” 4 “的數據，Bias = 0的直線不完全落入信賴區間內 (Confidence Interval )，所以，此量測系統可能存在線性問題。必要時，應該透過硬體或軟體修正，並對量測系統進行重新校正使其達到零偏倚。54九.量測系統分析-計量值範例 寬度變異範例 範例 : MSA蒐集數據的規劃項次蒐集點蒐集要項評估人員蒐集數量1噴嘴封口內徑大小33.00.5mm張三李四王五10個2噴嘴封口外觀檢查外觀檢驗 ( 毛邊、刮傷、變形 )志明小寶15個3容器封口外側大小32.00.5mm

32、張三李四10個4噴嘴封口壓力測試5000Kg f / cm2張三李四10個55內徑尺寸(32.533.5mm) 零件人員12345678910A133.6533.0032.8532.8533.5533.0032.9532.8533.0033.60A233.6033.0032.8032.9533.4533.0032.9532.8033.0033.70B133.5533.0532.8032.8033.4033.0032.9532.7533.0033.55B233.5532.9532.7532.7533.4033.0532.9032.7032.9533.50C133.5033.0532.8032.8

33、033.4033.0032.9532.8033.0533.85C233.5533.0032.8032.8033.5033.0532.9532.8033.0533.8056(計量).MTWStat Quality Tools Gage R&R Study ( Crossed ) Study Variation設為5.15，是以常態分布曲線下99%的機率為基礎。(6.0 = 99.73%)57 %Contribution Source Variance (of Variance) Total Gage R&R 2.18E-03 2.75 Repeatability 1.26E-03 1.58 Re

34、producibility 9.24E-04 1.16 Part-to-Part 7.72E-02 97.25 Total Variation 7.93E-02 100.00 Study Var % Study Var Source StdDev(SD) (5.15*SD) (%SV) Total Gage R&R 0.046706 0.24053 16.58 Repeatability 0.035461 0.18262 12.59 Reproducibility 0.030396 0.15654 10.79 Part-to-Part 0.277778 1.43056 98.62 Total

35、Variation 0.281677 1.46064 100.00Number of Distinct Categories = 85859十、量具重複性與再生性之比較1. 重複性 再生性 (1) 量測儀器需要維修。 (2) 量具應重新設計以提升剛度。 (3) 量具之夾緊或固定裝置需進行改進。 (4) 零件內變異過大。2. 再生性 重複性 (1) 需對評價者進行如何使用和判讀該量具的培訓。 (2) 量具上的刻度不清楚。 (3) 可能需要某種夾具協助評價者提升使用量具的一致性60十一 、量測系統分析判定-計量值量具重複性與再生性的判定1. 數值30% 表示該量具系統不能接受，需予以改進。61十二

36、 、量測系統分析- 計數值外觀檢驗量測分析，兩個人， 15個樣本，重複兩次，數據如下 :SampleAppraiserData _1Data_2AppraiserData_1Data_21大寶PassPass小寶PassPass2大寶ngng小寶ngng3大寶PassPass小寶PassPass4大寶PassPass小寶PassPass5大寶PassPass小寶PassPass6大寶ngng小寶ngng7大寶PassPass小寶PassPass8大寶PassPass小寶PassPass9大寶ngng小寶ngng10大寶ngPass小寶PassPass11大寶ngng小寶ngng12大寶Pass

37、Pass小寶PassPass13大寶PassPass小寶PassPass14大寶PassPass小寶PassPass15大寶PassPass小寶PassPass62(計數).MTWStat Quality Tools Attribute Agreement Analysis63此量測系統是否合格?64Thank You65Workshop請根據範例 ( Minitab : Gageaiag.MTW )計算重複性與再現性，並作判斷。66Attribute Gage R&R - ( 計數值 ) 計數值的重複性和再現性可以採用以下二種方法 :假設檢定分析 ( Hypothesis Test Anal

38、ysis ) 1. Kappa判定準則 2. 有效性判定準則信號偵測理論 ( Signal Detection Theory )67Attribute Gage R&R使用時機 : 分辨好/壞 ( Go / No-Go ) 區別等級 ( 15級 )判別 : 分為一致性及正確性的判別 : 評估者本身的差異、 評估者之間的差異及與標準比較的差異。資料結構 : 順序型 ( Ordinal ) : 有三個以上的水準，例如 : 非常不滿意、不滿意、 普通、滿意、非常滿意或是1,2,3,4,5的分數。 類別型 ( Nominal ) : 有兩個以上的水準，例如 : 韌的、軟的、脆的等。、68Kappa 資料型態數值範圍判定準則1類別型順序型 -1 +1(一般為0 +1)MSA(3rd E.) Kappa0.75很好 Kappa0.4很差Minitab Kappa0.9很好 Kappa0.75要改善Attribute Gage R&R69判定Kappa有效性(%)失誤性(%)誤警率(%)可接受0.759025可接受，但需改進0.7580510不可接受0.4080510有效性的判定準則2 :有效性 : Effective