Uni测量测量系统MSA

测量(Measure)阶段测量系统分析

(MeasurementSystemsAnalysis

)

DefineMeasureAnalyzeImproveControlStep4-确定项目Y’sStep5-确认Y的现水准Step6-发掘潜在的原因变量(X)基础统计学

Minitab简介测量系统分析Y的表现水平及目标确定改进目标路径位置目录MSA

概要测量系统评价计量型数据

GageR&R记数型数据

GageR&R

MSA练习

测量系统

它是测量仪器,测量者,测量对象,测量方法等一系列的总称;测量系统分析(MSA)

是MeasurementSystemAnalysis的首字母的缩写,表示为了确保数据的信赖性,通过研究测量系统所发生的变动对工程散布的影响,从而判断该测量系统的适合性MSA概要测量系统评价的重要性

1.测量数据

1)作为分析判断的基本依据,有必要评价其信赖性;2)依据测量系统进行观测和评价

2.测量系统的分析是6SIGMA活动的最基本的工作和最重要的部分之一

3.测量系统分析被强调的原因

1)所有的产品通常都是由许多部件构成的;2)产品的小型化趋势使产品的误差界限缩小;3)部件更换或组装时通常要求有互换性;4)为了能大量生产,通常有增大自动组装的必要性测量系统分析的种类

1.连续性数据的MSA;2.离散性数据的MSAMSA概要测量值真实可信吗

-测量值通常不是绝对的,它是测量流程的结果,与其他流程一样也具有散布;-因此,在测量系统得到验证之前,在项目中应把它作为一个重要的X变量来考虑;MSA概要

真值(实际产品散布)测量误差(测量散布)测量值(观察的散布)

测量值的构成要素＋=数据到处都有,但不一定反映事实,因此有必要确认数据的信赖性.MSA概要

在MSA研究时需要确保的信息资料

测量误差有多大?测量误差的原因是什么?测量工具分辨率如何?重新测量也有相同的结果吗?使用其他测量工具也有相同的结果吗?测量工具随着时间变化会长期稳定吗?测量工具是否具备执行该研究(分析)的能力?怎样提高测量系统?Y的测量系统评价理想的测量系统是测量时能够反映出“真值”.测量系统的品质是由统计性属性决定的.

统计性属性-测量散布要比产品规格小-测量散布要比工程散布小.-分辨率应该是产品规格或工程散布的

十分之

一的程度

测量系统的属性

Y的测量系统评价工程散布可可能的来源源我们将把““重复性性”和““再现性””作为测量量误差的第第一来源来来探讨为了调查实实际的工程程散布，必必须首先确确定测量系系统的散布布，并把它它从工程散散布中分离离出来稳定性线性长期工程散布短期工程散布样本之间散布实际工程散布重复性校准测量仪器散布作业者散布

测量散布观察到的散布Y的测量系统统评价设备不稳定定测量仪器环境方法配件磨损电力不稳定定标准次序测量散布(错误的测量量值)湿度清洁度震动电压变化气温变化测量散布的的原因?(4M1E)样本测量者灰尘/噪音音标准样本量产样本良品样本不良样本保管/管理感觉,气氛氛熟练度测量位置测量次数测量条件Y的测量系统统评价假设某实际际工程的标标准偏差为为5,平均为70，假设另有一一带有一定定测量误差差(即标准偏差差=5)的测量系统统.使用Minitab,来模拟测量量误差给流流程能力所所带来的影影响.Minitab练习:流程能力及及测量误差差Y的测量系统统评价按照这些方方法产生数数据来模拟拟我们的模模型:产生一个随随机正态分分布Y的测量系统统评价产生测量系系统随机数数据实际流程+测量系统Y的测量系统统评价LSLUSLLSLUSL实际工程散散布-无测量误差观察到的工工程散布-伴随测量误差Y的测量系统统评价和测量系统统相关的术术语分辨率（Discrimination）正确度（Accuracy）-正确性-真值（Truevalue）-偏离（Bias）直线性（Linearity）稳定性（Stability）精密度（Precision）重复性（Repeatability）再现性（Reproducibility）Y的测量系统统评价是指测量仪器器的最小刻刻度可以测量到到被测对象的的小数点的的位置。测量仪器的刻度通常应应为为产品规格格或工程散散布宽度的的十分之一一12345好的分辨率率12345差的分辨率率分辨率Y的测量系统统评价平均散布正确性精密性mmm测量系统产品总+=sss222测量系统产品总+=测量系统和和关联术语语测量误差=正确性(平均)+精密性(散布)测量系统偏偏离-通过“校准研究”决定测量系统散散布-通过“R&R研究”决定定Y的测量系统统评价-正确确度度:测量量值值的的平平均均和和真真值值的的一一致致程程度度-直线线性性:在测测量量量量程程范范围围内内的的系系统统测测量量结结果果的的一一致致性性-稳定定性性:随着着时时间间和和空空间间的的变变化化测测量量系系统统变变动动程程度度对平平均均的的评评价价Y的测测量量系系统统评评价价真值值理论论正正确确值值偏离离(Bias)所有有测测量量值值的的平平均均和和真真值值间间的的差差异异仪器2平均值真值平均值仪器1仪器2偏离仪器1偏离Y的测测量量系系统统评评价价真值值平均均正确确度度正确确度度测量量仪仪器器的的正正确确度度是是指指观观察察到到的的测测量量平均均值值和真值值或“真真实实””值值间的的差差异异正确确度度低低的的潜潜在在原原因因-测量量仪仪器器的的刻刻度度调调整整不不合合适适；；-作业业者者不不能能正正确确使使用用测测量量仪仪器器-不明明确确的的步步骤骤；；-人的的局局限限Y的测测量量系系统统评评价价直线线性性直线线性性是是指指在在测测量量系系统统的的量量程程范范围围内内测测量量系系统统的的一一致致性性精确确度度测量量仪仪器器1:线性性有有问问题题测量量样样品品0精确确度度测量量仪仪器器2:线性性没有有问题题0测量量样样品品直线线性性差差的的潜潜在在原原因因有有哪哪些些？？Y的测测量量系系统统评评价价对于于同同样样的的样样品品用用同同样样的的测测量量仪仪器器在在不不同同的的时时间间或或地地点点测测量量时时的的结果果的的差差异异状状态态.稳定定性性时间间1时间间1时间间2真值值真值值稳定定性性好好稳定定性性差差时间间3时间间3时间间2稳定定性性差差的的潜潜在在原原因因有有哪哪些些？？Y的测测量量系系统统评评价价对散散布布的的评评价价-精密密度度:根据据测测量量系系统统反反复复性性和和再再现现性性的的总总变变动动-反复复性性:重新新测测量量也也有有相相同同的的结结果果吗吗?-再现现性性:用其其他他测测量量系系统统也也有有相相同同的的结结果果吗吗?Y的测测量量系系统统评评价价-测量量系系统统中中的的总总散散布布术语语:随机机误误差差（（RandomError），，分散散（（Spread），，测试试/再再测测试试误误差差（（Test/Retesterror）重复复性性和和再再现现性性精密密度度Ms=测量量系统统，，rpt=重复复性性，，rpd=再现现性性Y的测测量量系系统统评评价价重复复性性是同同一一个个人人用用同同一一个个仪仪器器对对同同一一个个样样品品的的同同一一个个特特性性进进行行连连续续测测量量之之间间的的散散布布。。也也被被称称为为测试试-再再测测试试误误差差;是测测量量系系统统的的固固有有散散布布，，可可作作为为短期期散散布布的估估计计，，真值值平均值重复性好平均值重复性差重复复性性差差的的潜潜在在原原因因有有那那些些？？Y的测测量量系系统统评评价价再现现性性不同同的的操操作作者者用用相相同同或或不不同同的的测测量量仪仪器器测测量量同同一一个个样样本本的的同同一一个个特特性性时时测测量量的的平平均均值值间间的的差差异异真值值再现现性性好好作业者1再现现性性差差作业者2作业者3作业者1作业者2作业者3再现现性性差差的的潜潜在在原原因因有有哪哪些些？？Y的测测量量系系统统评评价价例子子假设设我我们们有有一一个个真真实实““硬硬度度””为为5.0的参参考考材材料料用方方法法1得出出以以下下读读数数：：3.8,4.4,4.2,4.0用方方法法2得出出以以下下读读数数：：6.5,4.0,3.2,6.3哪个个方方法法更更精精确确？？哪个个方方法法更更精精密密?你更更倾倾向向于于哪哪个个方方法法？？为为什什么么？？方法法2-平平均均值值等等于于““真真实实””硬硬度度值值方法法1-散散布布很很低低方法法1-与与散散布布相相比比我我们们更更容容易易纠纠正正平平均均值值偏偏移移Y的测测量量系系统统评评价价正确确性性是是...真值平均值偏离测量量误误差差不不应应大大于于规规格格公公差差和和产产品品散散布布的的10%.精密密性性是是...真值值真值值重复复性性好好重复复性性差差真值值再现现性性好好再现现性性差差检查查者者A检查查者者B检查查者者C检查查者者A检查查者者B-测量量仪仪器器的的自身身变变动动-测量量者者间间的的变变动动真值值Y的测测量量系系统统评评价价测量量系系统统分分析析步步骤骤1.决定定测测量量的的项项目目与与特特性性2.确认认测测量量仪仪器器3.收集集数数据据资资料料4.分析析数数据据并并得得出出结结论论Y的测测量量系系统统评评价价事前前确确认认事事项项选定定正正确确的的测测量量系系统统了了吗吗?选定定的的重重要要测测量量系系统统输输入入变变量量和和重重要要输输出出变变量量间间的的关关系系?测量量系系统统的的统统计计特特性性是是否否满满足足?数据据的的用用途途是是什什么么?对测测量量仪仪器器是是否否实实施施过过检检验验与与校校正正，，其其结结果果如如何何？？事后后确确认认事事项项样本本的的选选定定具具有有代代表表性性吗吗?与工工程程散散布布和和规规格格相相比比其其结结果果如如何何?测量量时时是是否否有有误误差差?Y的测测量量系系统统评评价价计量量型型数数据据的的GageR&R它说说明明有有多多少少百百分分比比的的总总散散布布是是由由测测量量误误差差所所带带来来的的包括括重重复复性性和和再再现现性性-%R&R<10%:好的的测测量量仪仪器器-10%~30%:可使使用用的的水水准准-%R&R>30%:不适适当当%R&R一般般以以百百分分比比表表示示Y的测测量量系系统统评评价价观察察到到的的工工程程散散布布测量量系系统统散散布布%R&R=20%%R&R=75%%R&R=100%计量量型型数数据据的的GageR&R%R&R是工工程程改改进进负负责责人人最最佳佳的的参参考考测测量量值值.%R&R用以以推推测测测测量量系系统统的的散散布布占占全全部部工工程程散散布布的的百百分分率率%R&R是执执行行工工程程改改进进研研究究时时最最有有用用的的推推测测值值.%R&R的使使用用计量量型型数数据据的的GageR&RP/T比一般般用用%表现现注意意:5.15标准准偏偏差差占占测测量量系系统统散散布布的的99%.5.15是产产业业标标准准.说明明有有多多少少百分分比比的的公公差差由测测量量误误差差所所占占据据包括括重重复复性性和和再再现现性性作为为目目标标，，我我们们追追求求P/T<30%计量量型型数数据据的的GageR&RP/T比产品品公公差差LSLUSL计测测系系统统散散布布P/T=20%P/T=100%P/T=200%计量量型型数数据据的的GageR&R简单的P/T比实习让我们用用计算器器（Calculator）功能建建立一个个叫做‘Delta’的列变量量，它就就是观察察者1和和观察察者2读读数之间间的差异异计量型数数据的GageR&R例题：WEAR-MEASURE描述性统统计:Delta平均值变量NN*平均值标标准准误标标准差差C5100-0.4100.1220.387利用描描述统计计学（DescriptiveStatistics）,计算Delta的标准偏偏差这个标准准偏差叫叫做测量量的标准准差它主要描描绘哪个个，重复复性或再再现性？？计量型数数据的GageR&RPrecision=5.15*Precision=5.15*0.387Precision=1.99305s公差(规格上限限-规格下限限)是5.精密性和和公差间间的比率率?使用上述述的标准准偏差，，如何得得出对测测量分散散好的估估计？计量型数数据的GageR&R描述性统统计:Delta平均值变量NN*平均值标标准准误标标准差差C5100-0.4100.1220.387该比率(即精密性性和公差差比率)叫P/T比.即：说明测量量误差占占规格公公差的46%.计量型数数据的GageR&R描述性统统计:Delta平均值变量NN*平均值标标准准误标标准差差C5100-0.4100.1220.387P/T比(Minitab里%Tolerance)通常在推推测测量量系统精精密性时时普遍使使用.该推测值值在评价价测量系系统与规规格相关关的问题题时比较较适合只是要注注意规格格公差可可能太小小或太宽宽的情况况P/T比使用计量型数数据的GageR&R测量误差差给流程程能力带带来的影影响测量误差差越大,给大家理理解真正正的流程程能力带带来更大大的影响响.计量型数数据的GageR&R%R&R=20%%R&R=50%观察到的工程散布%R&R=100%产品公差LSLUSL测量系统统散布P/T=20%P/T=50%P/T=100%产品公差差和工程程散布一一致时计量型数数据的GageR&R测量系统统散布%R&R=25%%R&R=50%观察到的工程散布%R&R=100%产品公差LSLUSLP/T=50%P/T=100%P/T=200%产品公差差是工程程散布的的½时计量型数数据的GageR&R%R&R=20%%R&R=40%%R&R=100%P/T=10%P/T=20%P/T=50%产品公差LSLUSL观察到的的工程散散布测量系统统散布产品公差差是工程程散布的的2倍时计量型数数据的GageR&R一般选出出2-3名作业者者一般选择择10个样本为为被测对对象每个作业者者通常对每每个样本反反复测量2-3次注意事项所选样本要要能很好地地代表工程程要以工程内内平时做检检查工作的的作业者为为评价对象象作业者在测测量过程中中不准知道道样本属性性的信息测量系统分分析的一般般做法计量型数据据的GageR&R操作者数量量如果工程使使用若干个个操作者，，随机选择择2-4名名如果工程只只使用一名名操作者，，或不使用用操作者，，进行无操操作者影响响研究（忽忽略再现性性影响））样本数选择足够多多的样本，，以使：(样本数)X(操作者数)>15如果不现实实或不可能能，选择测测试数，以以使：如果样样本数x操作者数<15,测试数=3如果样本数x操作者数<8,测试数=3到4如果样样本数x操作者数<5,测试数=4到5如果样样本数x操作者数<4,测试数=6到6计量型数据据的GageR&R样本选定方方法从工程中抽抽样应覆盖盖工程的散散布范围例如:如果你生产产了一种材材料，检定定的平均值值为9.00，sigma为0.01，，那么抽样的的检定范围围为8.97-9.03(99%的范围)注意!如果你的工工程生产具具有不同检检定但具有有相同基数数的材料，，把其分群群并分别作作R&R研究例如:一个工程生生产出检定定为70.0,85.0,和90.5，，公差均为+/-0.50的材料，均均用同一系系统测量作3次研究究–对每个检定定作一次如果你把上上述样本合合在一起，，GR&R值将被人为为地降低计量型数据据的GageR&RR&R分析顺序校准测量仪仪器，或确确认它已经经被校准让操作者1随机测测量一次所所有的样本本让操作者2随机测测量一次所所有的样本本继续到所有有的操作者者都对样本本进行了一一次测量（（这就是测测试1）重复步骤2-4直到所需数数目的测试试为止用所提供的的形式决定定R&R研究的统计计量重复性再现性以上每个的的标准偏差差%R&RP/T比分析结果并并决定可能能的后续措措施计量型数据据的GageR&RMinitab生成GageR&RDataMatrix计量型数据据的GageR&R计量型数据据的GageR&R计量型数据据的GageR&R部件文本格格式进行数数字格式转转换让我们用Minitab来分析数据据打开文件ANOVAMSA.MPJ中的工作表表AIAGMSAExample我们将使用用Minitab的测量仪器器R&R研究功能计量型数据据的GageR&R在此输入测测量仪器相相关的信息息作为履历历计量型数据据的GageR&R在输入栏中中输入规格格公差记住-公差是规规格的整个个范围！你也可以加加上一个描描述性标题题Minitab分析结果Minitab产生解析的的和图表的的分析信息息解析结果ANOVA表格散布构成百分比占有有率表图表结果X-Bar/R图散布构成操作者*部部品交互作作用图操作者别和和部品别图图让我们先看看解析结果果，然后再再看图表结结果计量型数据据的GageR&R包含交互作作用的双因因子方差分分析表来源自自由度SSMSFPSample92.058710.22874539.71780.000Operator20.048000.0240004.16720.033Sample*Operator180.103670.0057594.45880.000重复性300.038750.001292合计592.24913删除交互作作用项选定定的Alpha=0.25如果是好的的测量系统统则在ANOVAtable里Sample项表现为非非常显著，，而Operator表现为不太太显著会话窗口解释计量型数据据的GageR&R量具R&R方差分量来源方方差分量贡贡献率合计量具R&R0.004437510.67重复性0.00129173.10再现性0.00314587.56Operator0.00091202.19Operator*Sample0.00223385.37部件间0.037164489.33合计变异0.0416019100.00过程公差=0.5研究变异%研研究变%公差差来源标标准准差(SD)(6*SD)异异(%SV)(SV/Toler)合计量具R&R0.0666150.3996932.6679.94重复性0.0359400.2156417.6243.13再现性0.0560880.3365327.5067.31Operator0.0302000.1812014.8136.24Operator*Sample0.0472630.2835823.1756.72部件间0.1927811.1566894.52231.34合计变异0.2039651.22379100.00244.76可区分的类类别数=4计量型数据据的GageR&R会话窗口解释因测量系统统的变动(%Contribution：方差分量量贡献率)占总变动的的10.67%,因此样本间间的变动为为89.33%.反复性散布布占3.10%，再现性散布布占7.56%.可见相对于于重复性变变动，作业业者间的差差异更大从%R&R看%StudyVariation（%研究变异%SV）,结果为32.66%，脱离了允允许水准30%须改进。(%Contribution：方差分量量贡献率)10.67%有下列关系系式.0.1067=(0.3266)^2从P/T比看%公差,结果为68.61%,大于30%,表示该测量仪器器散布脱离离了允许水水准,其区分良/不良能力力不足,需要改进可区分的类类别数（NumberofDistinctCategories）是4，通常该值值要大于5.MinitabSession解释计量型数据据的GageR&R测量能力评评价指标测量系统分分散-测量系统的的总体性精精密度-测量系统可可否使用的的判断基准准-%Contribution测量系统散散布与产品品/工程变变动的比较较-%Studyvariation(%R&R)-NumberofDistinctCategories测量系统散散布和公差差的比较-%Tolerance(P/T比)计量型数据据的GageR&R测量能力评评价指标TOTAL%Contribution=×100%%Studyvariation=××100%(%R&R)5.15××%Tolerance=×100%(P/T比)NumberofDistinctCategories=Round(×1.41)(区分测量系系统的区间间数)s2Totals2MSsTotalsMSTolerancesMSsMSsPart判断基准

区分%Contribution%R&R,P/T比NumberofDistinctCategories方差分量贡献率%研究变异，

%公差可区分的类别数理想水准<1%<10%>10可用的水准

1~10%10~30%4~9不合适的水准>10%>30%<4计量型数据据的GageR&R方差分量贡贡献率%研究变异异(%SV)%公差(SV/Toler)可区分的类类别数图表解释计量型数据据的GageR&RXbar-RChart范围（Range）图可以帮帮助确定不不合适的分分辨率我们要求在在控制限内内有最少5个可可能的数值值我们希望在在XBar图中看到至至少有50%的点散散布在控制限的外面这显示的是是部品-部品的的散布如果没有超超限点,你很可能没没能获得覆覆盖生产中中正常范围围的样本XbarChart如果每个操操作者的平平均值不同同，再现性性是可疑的的我们要求更更多的平均均值落在控控制限外部部，但所有有的操作者者是一致的的这预示着更更多的部品品-部品散散布，正是是我们所要要求的我们希望看看到图上多多数点落在在控制限外外部如果如此，，而且R-图受控，那那么我们就就能决定测测量系统占占工程散布布的百分率率。计量型数据据的GageR&RRChart可疑疑的的不不适适当当的的分分辨辨率率，，如如果果：：R-图在在控控制制限限内内但但其其明明显显水水平平少少于于5个个明显显水水平平等等于于5或有有更更多多的的R水平平，，但但超超过过1/4的的值值为为0如果果R-图显显示示非非受受控控情情况况，，则则重重复复性性可可疑疑如果果一一个个操操作作者者的的范范围围非非受受控控，，而而其其他他操操作作者者受受控控，，那那么么方方法法可可疑疑如果果所所有有操操作作者者的的范范围围都都非非受受控控，，那那么么系系统统对对操操作作者者方方法法敏敏感感计量量型型数数据据的的GageR&R对每每个个操操作作者者按按照照部部品品别别画画一一条条线线显著著的的交交互互作作用用由由两两个个操操作作者者之之间间的的交叉叉线线来来显显示示我们们期期望望对对所所有有的的操操作作者者，，所所有有的的部部品品都都是是平平行行线线如果果存存在在操操作作者者-部部品品交交互互作作用用，，我我们们需需要要了了解解并并加加以以解解决决交互互作作用用PLOT计量量型型数数据据的的GageR&R前面面讨讨论论的的数数据据的的图图示示化化描描述述我们们要要求求测测量量仪仪器器R&R部分分越越小小越越好好，，以以使使部部品品-部部品品部部分分尽尽可可能能的的大大散布布的的构构成成要要素素计量量型型数数据据的的GageR&R此图图显显示示平平均均值值（（红红圈圈））和和每每个个操操作作者者的的数数据据分分散散我们们希希望望所所有有的的操操作作者者数数据据点点的的集集中中情情况况类类似似，，操操作作者者的的平平均均值值成成一一条条水水平平线线ByOperator计量量型型数数据据的的GageR&RByPart此图图显显示示平平均均值值（（红红圈圈））和和每每个个部部品品的的分分散散我们们希希望望看看到到每每个个部部品品的的最最小小分分散散，，但但部部品品间间有有散散布布（（平平均均值值漂漂移移））计量量型型数数据据的的GageR&R破坏坏性性实实验验MSAGageR&RStudy(Crossed)适用用于于在在1个Lot(Batch)里可可以以获获得得充充分分多多的的样样本本对于于任任何何一一个个样样本本,所有有作作业业者者都都可可以以测测量量的的情情况况GageR&RStudy(Nested)适用用于于从从1个Lot(Batch)只能能获获得得1个样样本本且对对于于一一个个样样本本只只能能由由1名作作业业者者测测量量的的情情况况破坏坏性性实实验验样样本本选选择择指指南南样本本选选择择是是与与破破坏坏和和在在线线测测量量系系统统相相关关的的问问题题可用用以以下下方方式式选选择择样样本本以以使使部部品品间间的的散散布布最最小小化化收集集你你的的研研究究中中所所必必需需的的““标标准准””样样本本把它它们们划划分分成成足足够够小小的的样样本本，，以以覆覆盖盖操操作作者者x样本本x测试试值值假设设较小小样样本本的的散散布布是是可可以以忽忽略略的的，，而而且且能能够够忽忽略略破坏坏性性实实验验MSA16234578910破坏坏性性实实验验样样本本选选择择指指南南假设设我我们们希希望望作作2个个操操作作者者，，2次次测测试试，，10个个样样本本的的研研究究我们们需需要要10个个标标准准样样本本和和2x2x10=40个较较小小样样本本破坏坏性性实实验验MSA破坏坏性性实实验验MINITAB例子子为了进行行破坏性性实验GageR&R研究从12个Batch各取2个个样本标标本，假设一个个Batch内样本相相同，实实验的结结果参考考[DestructiveMSA.mtw],试作出分分析(Spec.3520~3620)破坏性实实验MSADATA确认测量者:3名反复:2回(从同一Batch中抽取的的样本数数)总的Batch数:12个总的测量量数:24个破坏性实实验MSASTEP1破坏性实实验MSASTEP2统计数据据及图形形分析方方法同交叉设计计相同破坏性实实验MSA(1)输入Batch(2)输入Operator(3)输入测量量结果(4)输入ToleranceSTEP3破坏性实实验MSASTEP4破坏性实实验MSA结果怎么么样？量具运行行图Gage