测量系统分析MSA

MeasurementSystemsAnalysis

MSA测量系统分析1通用测量系统指南测量过程“测量”定义为“赋值给具体事物以表示它们之间关于特殊特性的关系”。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。术语量具：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：用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。2通用测量系统指南测量系统的统计特性尽管每一个测量系统可能需要有不同的统计特性，但有一些特性是所有测量系统必须共有的，它们包括：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原因而不是由于特殊原因造成的。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。测量精度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。测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统最大的（最坏）变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。标准用来传递测量的程序称为“校准”程序。溯源标准。3通用测量系统指南通用指南测量系统的评定通常分为两个阶段，称为第一阶段和第二阶段。在第一阶段，要明白该测量过程并确定该测量系统能否满足要求。第一阶段有两个目的，第一目的是确定该测量系统是否具有所需要的统计特性。第二目的是发现哪种环境因素对测量系统有显著影响。第二阶段试验的目的是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。常见的被称为“量具R和R”的这种研究是第二阶段试验的一种形式。4评定测量系统的程序测量有关的问题：在评价一个测量系统时需要确定三个基本问题。①.测量系统有足够的分辨力吗？②.测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致？③.统计特性能在预期范围内是否一致，并且用于过程分析或控制是否可接受？测量系统变差的类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性五种类型。偏倚(accuracy)：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值，也称为可接受的基准值或标准值，是充当测量值的一个一致认可的基准，一个基准值可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。偏倚基准值观测的平均值5评定测量系统的程序重复性：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。重复性再现性：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。再现性再现性操作者A操作者B操作者C6评定测量系统的程序稳定性（或漂移）：测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的同一特性时获得的测量值总变差。稳定性时间1时间2线性：在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。观测的平均值基准值偏倚大基准值偏倚小观测的平均值范围的较低部分范围的较高部分测量系统的分辨力：测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。建议可视分辨率最多是总过程的6Ơ(标准偏差）的十分之一，而不是传统的规则，即可视分辨率最多为公差范围的十分之一。7评定测量系统的程序―計量型量具研究测量系统研究的准备：1先计划将要使用的方法。2評價人的數量﹐樣品數量及重復讀數次數應預先確定。在此選擇中應考慮的因素如下﹕尺寸的關鍵性—關鍵尺寸需要更多的零件和/或試驗。原因是量具研究評價所需的置信度﹔零件結構---大或重的零件可規定較少樣品和較多試驗。3由于其目的是評價整個測量系統﹐評價人的選擇應從日常操作該儀器的人中挑選﹔4樣品必須從過程中選取并代表其整個工作范圍。有時每一天取一個樣本﹐持續若干天。這樣做是有必要的﹐因為分析中這些零件被認為生產過程中產品變差的全部范圍。由于每一零件將被測量若干次﹐必須對每一零件編號以便于識別﹔5儀器的分辨力應允許至少直接讀取特性的預期過程變差的十分之一。例如﹐如果特性的變差為0.001﹐儀器應能讀取0.0001的變化﹔6確保測量方法（即評價人和儀器）在按照規定的測量步驟測量特征尺寸。8

進行研究的方式十分重要。本手冊所介紹的所有分析都假定各次讀數的統計獨立性。為最大限度地減少誤導結果的可能性﹐應采取下列步驟﹕2在設備讀數中﹐讀數應估計到可得到的最接近的數字。如果可能﹐讀數應取至最小刻度的一半。例如﹐如果最小刻度為0.0001﹐則每個讀數的估計應圓整為0.00005﹔3研究工作應由知其重要性且仔細認真的人員進行﹔4每一位評價應采用相同方法―包括所有步驟―來獲得讀數﹔1測量應按照隨機順序﹐以確保整個研究過程中產生的任何漂移或變化將隨機分布。評價人不應知道正在檢查零件的編號﹐以避免可能的偏倚。但是進行研究的人應知道正在檢查哪一零件﹐并相應記下數據﹐即評價人A﹐零件1﹐第一次試驗﹔評價人B﹐零件4,第二次試驗等﹔评定测量系统的程序―計量型量具研究9進行研究﹕詳細程序如下﹕1取得包含10個零件在一個樣本﹐代表過程變差在實際或預期范圍。2指定評價人A﹑B和C﹐并按1至10給零件編號﹐使評價人不能看到這些數字。3如果校准是正常程序中的一部分﹐則對量具進行校准。4讓評價人A以隨機的順序測量10個零件﹐并讓另一個觀測人將結果記錄在第一行。讓測試人B和C測量這10個零件并互相不看對方的數據。然后將結果分別填入第6行和第11行。5使用不同的隨機測量順序重復上述操作過程。把數據填入第2﹑7和12行。在適當的列記錄數據。例如﹐第一個測量的零件是零件7﹐則將結果記錄在標有第7號零件的列內﹐如果需要試驗3次﹐重復上述操作﹐將數據記錄在第3﹑8和13行。6當零件量過大或無法獲得所需零件時﹐第4和第5步可以改成下述步驟之后﹕评定测量系统的程序―計量型量具研究10A讓評價人A測量第1個零件﹐并在第一行記錄讀數﹐讓評價人B測量第1個零件記錄在第6行記錄讀數﹐讓評價人C測量第1個零件并在第11行記錄讀數﹕B讓評價人A重復讀取第1個零件的讀數﹐記錄在第2行﹐評價人B在第7行記錄重復讀數﹐評價人C在第12行記錄重復讀數。如果需要測量3次﹐則重復上述操作并在第3﹑8和13行記錄數據。7如果評價人在不同的班次﹐可以使用一個替代的方法。讓評價人A測量10個零件﹐并將讀數記錄在第1行。然后﹐讓評價人A按照不同的順序重新測量﹐并把結果記錄在第2和第3行。評價人B和C也同樣做。數值計算量具的重復性和再現性的計算如表1和表2所示。表1是數據表格﹐記錄了所有研究結果。表2是報告表格﹐記錄了所有識別信息和按規定公式進行的所有計算。收集數據后的計算程序如下﹕评定测量系统的程序―計量型量具研究111從第1﹑2﹑3行中的最大值減去它們中的最小值﹔把結果記入第5行。在第6﹑7和8行﹐11﹑12和13行重復這一步驟﹐并將結果記錄在第10行和15行（表1）﹔2把填入第5﹑10和15行的數據變為正數﹔3將第5行的數據相加并隊以零件數量﹐得到第一個評價人的測量平均極差Ra。同樣對第10和15行的數據進行處理得到Rb和Rc(表1）﹔4將第5﹑10和15行的數據（Ra/Rb﹑Rc)轉記到第17行﹐將它們相加并除以評價人數﹐將結果記為R（所有極差的平均值）（表1）﹔5將R（平均值）記入第19和20行并與D3和D4相乘得到控制下限和上限。注意﹕如果進行2次試驗則。D3為零﹐D4為3.27。單個極差的上限值（UCLR)填入第19行。少于7次測量的控制下限極差值(LCLR）等于0﹔6使用原來的評價人和零件重復讀取任何極差大于計算的UCLR的讀數﹐或剔除那些值并重新計算平均值。根據修改過的樣本容量重新計算R及限值UCLR。糾正造成失控狀態的特殊原因。如果數據的繪制和分析是使用前面討論過的控制圖法﹐那么這種狀態應早已被糾正了﹐且在這里不會出現﹔评定测量系统的程序―計量型量具研究127將行（1﹑2﹑3﹑6﹑7﹑8﹑11﹑12和13行）中的值相加。把每行的和除以零件數并將結果填入表（表1）中最右邊標有“平均值”的列內﹔8將第1﹑2和第3行的平均值相加除以試驗次數。結果填入第4行的Xa格內。對第6﹐7和8﹔第11﹐12和13行重復這個過程﹐將結果分別填入第9和14行的Xb,Xc格內（表1）﹔9將第4﹑9和14行的平均值中最大和最小值填入第18行中適當的空格處。并確定它們的差值﹐將差值填入第18行標有XDiff處的空格內（表1）﹔10將每個零件每次測量值相加并除以總的測量次數（試驗次數乘以評價人數）。將結果填入第16行零件平均值的欄中（表1）﹔11從最大的零件平均減去最小的零件平均值﹐將結果填入第16行標有Rp的空格內。Rp是零件平均值的極差（表1）﹔12將R﹐XDIff和Rp的計算值轉填入報告表格的欄中（表2）﹔13在表格左邊標有“測量系統分析”的欄下進行計算﹔14在表格右邊標有“總變差%”的欄下進行計算﹔15檢查結果確認沒有產生錯誤﹔评定测量系统的程序―計量型量具研究13评定测量系统的程序―計量型量具研究14评定测量系统的程序―計量型量具研究15結果—數值分析评定测量系统的程序―計量型量具研究量具得復性和再現性數據和報告表格﹐表1和表2﹐提供了研究數據的數值分析方法。這種分析可以評定變差和占整個測量系統的過程變差百分比以及它的重復性﹑再現性﹐零件間變差重復性或設備變差（EV或δe）由平均極差R乘以一個常數(K1）得出。e再現性或評價變差（AV或δo）由評價人的最大平均差(XDIFF)乘以一個常數(K2）得出。由于評價人變差包括設備變差﹐必須減去設備變差部分來校正。因此﹐評價人變差（AV）計算如右﹕AV=[XDIFF*K2]2-[(EV)2n*r]式中﹕n=零件數﹐r=試驗次數。如果根號下計算值為負﹐則評價人變差（AV）缺省為0。16评定测量系统的程序―計量型量具研究測量系統變差重復性和再現性（R&R或σm)的計算是將設備變差的平方與評價人變差的平方相加并開平方得出﹕R&R=[(EV)2+(AV)2]零件間變差（PV或σp）由零件平均值的極差（Rp)乘以一個常數（K3）研究中的總變差（TV或σt）由重復性和再現性的變差（R&R)的平方和零件間變差（PV）的平方相加并開方得出﹕TV=[(R&R)2+(PV)2]17設備變差占總變差（TV）的百分率（%EV）是通過100[]計算的。其它因素占總變差要百分率可以同樣計算如下﹕评定测量系统的程序―計量型量具研究EVTV%AV=100[]AVTV%R&R=100[]TVR&R%PV=100[]PVTV各因素占總變差的百分數和不等于100%量具重復性和再現性（R&R)的可接受性准則是﹕低于10%的誤差―測量系統可接受﹔10%至30%的誤差―根據應用的重要性﹐量具成本﹐維修的費用等可能是可接受的﹔大于30%的誤差―測量系統需要改進。進行各種努力發現問題并改正。18計數型量具研究（小樣法）所謂計數型量具就是把各個零件與某些指定限值相比較﹐如果滿足限值則接受