质量五大工具MSA培训资料

MSA－测量系统分析

MeasurementSystemsAnalysis第一页，共四十四页。MSA第三版快速指南

ThirdEditionFastGuide第二页，共四十四页。术语:测量:

赋值（或数）给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值量具:用于获得测量的装置测量系统:是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程第三页，共四十四页。测量数据的用途:产品控制过程控制特性之间的联系第四页，共四十四页。测量数据的质量:真值一个好的或高质量的测量具备哪些特点？一个差的或低质量的测量具备哪些特点？如何表征数据质量偏倚:位置方差:分布第五页，共四十四页。测量数据变差的来源(S、W、I、P、E):第六页，共四十四页。变差的普通原因和特殊原因理想的测量系统：零方差、零偏倚和错误分类零概率；用多次测量数据的统计特性来确定MS的质量测量数据的变差的统计特性:偏倚(Bias)重复性(Repeatability)再现性(Reproducibility)稳定性(Stability)线性（Linearity）第七页，共四十四页。相对于公差，对零件作出错误决定的潜在因素只在测量系统误差与公差交叉时存在，下面给出三个区分的区域；ⅡⅡⅠⅠⅢ目标此处：Ⅰ坏零件总是坏的Ⅱ可能作出潜在的错误决定Ⅲ好零件总是好的对于产品状况，目标是最大限度地作出正确的决定，有两种选择：A、改进生产过程：减少过程变差，没有零件生产在Ⅱ区域；B、改进测量系统：减少测量系统误差从而减少区域的面积，所有零件都在Ⅲ区，从而风险降低。LSLUSL第八页，共四十四页。测量数据的变差:如果测量系统用于过程控制，测量系统的误差会掩盖制造过程本来的变差在进行过程分析之前必须先进行测量系统分析确保测量误差在接受的范围内第九页，共四十四页。在进行测量系统分析之前的概念和准备:分辨率:测量系统检测并如实指示被测特性的微小变化的能力。被测特性根据测量值分为不同的数据组，同一数据组内的零件之被测特性具有同样的数值。典型的,此能力的度量是看仪器的最小刻度值第十页，共四十四页。什么样的分辨率是可以接受的?分辨率:测量系统检测并如实指示被测特性的微小变化的能力。被测特性根据测量值分为不同的数据组，同一数据组内的零件之被测特性具有同样的数值。典型的,此能力的度量是看仪器的最小刻度值通用准则是一个量具的分辨率是所测特性公差/过程变差的十分之一分辨目录数(ndc):测量特性将根据测量的值而分成不同的目录组,在一组内的产品具有一样的值.第十一页，共四十四页。分辨目录数如果过程变差相对于产品公差小许多,那么可以用于检测合格与不合格品可以用于控制图等控制1个数据组2-4个数据组大于等于5个数据组第十二页，共四十四页。正态分布MSA之前，应区分测量过程是否呈正态分布，因为MSA是建立在正态分布基础之上的对非正态分布，过程责任者有责任纠正这些测量系统的评价第十三页，共四十四页。测量系统分析前的准备:确定统计特性和分析方法(如有些情况下重复性忽略)确定评价人数量样本数量重复读数的次数评价人的选择第十四页，共四十四页。测量系统分析前的准备:样本的选择产品控制情况:测量系统的评定是基于特性的公差,样本不必覆盖整个过程范围过程控制情况(如SPC):获得在整个操作范围的样本非常重要盲测每次读数应到有效位数第十五页，共四十四页。测量系统分析结果:位置误差:通常情况,如果偏移或线性误差明显与零有偏差,或超过校准程序要求的最大偏差就不可以接受宽度误差:小于10%可以接受10%--30%基于测量的重要性、测量装置的成本、维修的成本等确定是否可以接受大于30%不可以接受Ndc大于等于5第十六页，共四十四页。计量型测量系统研究－－－指南确定稳定性的指南确定偏倚的指南－独立样本法确定偏倚的指南－控制图方法确定线性的指南确定重复性和再现性的指南第十七页，共四十四页。稳定性：-选择在产品生产产品中值附近的零件-定期（天、周）测量标准样本3－5次，应在不同时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便反映在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化-将数据按时间顺序画在均值极差或均值标准差图上-建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态-如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚和重复性可能需要试验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定性不足的主要原因。第十八页，共四十四页。举例－稳定性为了确定一个新的测量装置稳定性是否可以接受，工艺小组在产品中值数附近选择了一个零件，实验室测量结果是6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量4周（20个子组）。收集所有数据后均值极差图就作出来了。控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显的特殊原因。(TheX-Rcontrolchartinthenextpage.)第十九页，共四十四页。偏倚－独立样本法：取样本并建立可溯源的标准值。在工具室测量把其当作“基准值”。让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。相对与基准值将数据画出直方图并评价，用专业知识确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有，继续分析，对于n小于等于30时的解释或分析，应当特别谨慎。计算n个读数的均值偏倚＝观测测量平均值－基准值第二十页，共四十四页。偏倚研究的分析如果偏倚从统计上非0，寻找以下可能的原因：标准和基准值误差，检查标准程序仪器磨损，这在稳定性分析可以表现出，建议按计划维护或修整仪器制造尺寸有误仪器测量了错误的特性仪器未得到完善的校准，评审校准程序评价人设备操作不当，评审测量指导书仪器修正运算不正确第二十一页，共四十四页。线性-择不少于5个覆盖量具操作范围的零件；-确认其基准值；-由仪器操作者随机测量（盲测）每个零件m≥10次。-计算每次测量的偏倚及偏倚均值；-在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值-用下面等式计算和画出最佳拟合线和置信带第二十二页，共四十四页。最佳拟合直线,xi=基准值，yi=偏倚平均值对于给定的x0,α水平置信带是：第二十三页，共四十四页。重复性和再现性常用方法有：均值极差法：是一种可提供可对测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。与极差法不同，这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分，而不是他们的交互作用。第二十四页，共四十四页。收集数据（零件数可超过10，最好大于15，可以减少抽样变差和结果的风险），完成GRR数据表。均值图：可以确定评价人之间的一致性（一半以上的点超出控制线）极差图：用于确定过程是否受控。如果所有的极差都受控（趋势分析不适用），则所有评价人的工作状态都是相同的。如果一个人不受控，说明他的方法与其他人不同。如果所有评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要改善。其它图形如链图、散点图、震荡图、误差图、归一化直方图、均值－基准值图、比较图等第二十五页，共四十四页。数值的计算重复性(设备变差)EV再现性(评价人变差)AV重复性和再现性R&R=AV2+EV2零件变差PV总变差TV=R&R2+PV2%R&R=R&R/TV%R&R=R&R/TV用于过程的控制的测量，如SPC%R&R=R&R/Tolerance用于产品控制的测量，如100%检验、抽样检验第二十六页，共四十四页。%R&R=20%%R&R=40%%R&R=100%产品公差（Tolerance）LSLUSL测量系统变差％R&R=10%%R&R=20%%R&R=50%过程实际变差产品公差过程变差第二十七页，共四十四页。

如果重复性比再现性大，原因可能是：设备需要维护、量具需要重新设计增加刚度、测量的夹紧或定位需要改进、零件内的变差过大；

如果再现性比重复性大，原因可能是：评价人需要更好地接受如何使用测量仪器和度数培训、量具刻度盘校准部清晰。第二十八页，共四十四页。反应措施：位置误差：再校准调零宽度误差：重新校准量具的维护量具的改进设计夹具的调整岗位操作培训…第二十九页，共四十四页。例:游标卡尺测量一金属零部件的长度

1.分析变差的来源。主要变差来源：

a.人员读数，手势，方法

b.卡尺本身游隙

2.选择恰当的方法参考方法：重复性和再现性分析。（前提偏倚已在控制范围内。）第三十页，共四十四页。计量型数据的均值-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（A,B,C）和10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3测量，让三个测量人对10个样品的某项特性进行测试，每个样品每人测量三次，将数据填入表中。试验时遵循以下原则：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计算第三十一页，共四十四页。计算A测的所有样品的总平均值XA。同样方法计算RB,XB,RC,Xc对每个样品由三个人所测得的9个测试值求平均值，计算这些均值的极差Rp计算A对每个样品三次测试结果的极差，然后计算10个样品的极差的均值RA第三十二页，共四十四页。测量系统分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=Max{XA,XB,XC}-Min{XA,XB,XC}重复性--设备变差EV=RK1

再现性--测验人变差AV=(XDIFF

K2)2-(EV2/nr)过程变差PV=RPK3R&R=(EV2+AV2)总变差TV=(R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=样品个数r=每个人对每个样品的试验次数rK1234.563.05K2233.652.70测试人数nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*AV计算中，如根号下出现负值，AV取值0第三十三页，共四十四页。卡尺的R&R研究

Excel运算第三十四页，共四十四页。StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)

TotalGageR&R1.85E-020.09544918.8719.09Repeatability1.42E-020.07300614.4414.60Reproducibility1.19E-020.06148612.1612.30Part-to-Part9.64E-020.49664698.2099.33TotalVariation9.82E-020.505735100.00101.15Numberofdistinctcategories=7Minitab计算GR&RXbar-R均值极差法注：使用同组数据Discrim98.218.9=sspms==**.227.3第三十五页，共四十四页。%ContributionSourceVarComp(ofVarComp)

TotalGageR&R0.0004594.53Repeatability0.0002312.28Reproducibility0.0002282.25Operator0.0001171.16Operator*PartNo0.0001111.09Part-To-Part0.00967095.47TotalVariation0.010129100.00StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)

TotalGageR&R0.0214300.11036621.2922.07Repeatability0.0152020.07829215.1115.66Reproducibility0.0151050.07778915.0115.56Operator0.0108340.05579310.7611.16Operator*PartNo0.0105250.05420510.4610.84Part-To-Part0.0983360.50643097.71101.29TotalVariation0.1006440.518317100.00103.66NumberofDistinctCategories=6Minitab计算GR&R-ANOVA法第三十六页，共四十四页。

%R&R

Results<5% 很好£10% 好10%–30% 可以接受，视被测量特性的重要程度和 测量成本等因素而定。>30% 测量系统需要改进GageR&R判断原则第三十七页，共四十四页。计数型测量系统是测量系统中的一种，其测量值是一种有限的分级数，最常见的是通过/不通过量具，其它如视觉标准，分成5－7个不同的等级（很好，好，一般，差，很差）不在本册讨论这种测量系统最大的风险来自于分区的边界，最适当的方法是用量具性能曲线GPC将处理系统变差量化两种风险分析方