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1、MSAMSA测量系统分析测量的重要性PROCESS原料人机 法环测量测量结果好不好如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。 测量系统的组成n将被测试的材料n将被测量的特性n收集和准备样品n测量的种类和尺度n仪器或测试设备n检验者或技术员n使用的状况n间断n连续典型的进展过程责任者决定关键特性产品工程师决定所需要的解析度产品工程师考虑整个测量系统的特性跨功能小组决定哪些是可以使用的设备度量衡小组决定哪些是要测量n顾客的声音n你必须转换成技术特征或规格。n技术特征n失效模式分析n控制计划n因为在条文要求中，只要是列在控制
2、计划中的就必须进行测量测量误差测量值=真值 (True Value)+ 测量误差戴明说没有真值的存在一致(线性)测量误差的来源nSensitivity 敏感度(Threshold起始值)n化学指示器nDiscrimination(办别能力)nPrecision 精密度 (Repeatability 重复性)nAccuracy准确度 (Bias偏差)nDamage损坏nDifferences among instruments and fixtures(不同仪器和夹具间的差异)测量误差的来源nDifference in use by inspector不同检验者的差异(Reproducibili
3、ty再现性)nDifferences among methods of use(使用不同的方法所造成差异)nDifferences due to environment(不同环境所造成的差异)测量的变异说明环境因素n温度n湿度n振动n照明n腐蚀n磨耗n污染(油脂)人性因素n训练n技能n疲劳n无聊n眼力n舒适n零件的复杂性n检验的速度n指导书的误解测量系统的特性nDiscrimination分辨力(ability to tell things apart)nBias偏差(Accuracy准确性)nRepeatability重复性(precision)nReproducibility再现性nLin
4、earity线性nStability稳定性持续改进的说明测量过程n赋值过程定义为测量过程。n而赋予的值定义为测量值。n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。n测量系统：内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。理想的测量系统n理想的测量系统在每次使用时，应只产生“正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。理想的测量系统真值真值测试值测量系统所应具有的特性n测量系统必须处于统计控制
5、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。这可称为统计稳定性。n测量系统的变异必须比制造过程的变异小。n变异应小于公差带。n测量精密应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，一般来说，n测量系统统计特性可能随着被测项目的改变而变化。若真的如此，何谓标准n国家标准n在美国是由NIST保持或追踪。n一级标准n直接从国家标准直接复制或传递而来的标准。n二级标准n从一级标准传递而来的标准n工作标准n从二级标准传递而来的标准测量系统的评定n第一阶段：确定该测量系统是否满足我们的需要。主要有二个目的n确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。n发现哪种环境因
6、素对测量系统显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。n第二阶段的评定n目的是在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。n常见的就是R&R是其中的一种型式。评价测量系统的三个基本问题n测量系统是否有足够的分辨力？(解析能力)n这种测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致？(再生和再现)n这些统计性能在预期范围内是否一致？(线性)n这些问题要和过程变差联系起来。(是否足够小)各项定义n量具: 指生产中所使用的测量仪器.n测量系统: 指由人员、量具, 操作程序及其它设备或软件所构成的系统.n量具再生性: 指由不同操作人员使用相同的量具测量相同产品之特性时其作业者
7、间测量平均值之变异.n量具再现性: 指由同一个操作人员用同一种量具经多次测量同一个零件, 其测量特性值再现能力, 亦称测量值间的变异.n稳定性: 同一量具于不同时间测量同一零件之相同特性所得之变异.n偏性: 指由同一操作人员使用相同量具, 测量同一零件之相同特性多次数所得平均值与工具室或精密仪器测量同一零件之相同特性所得之真值或参考值之间的偏差值.偏倚(Bias)真值觀測平均值偏倚偏倚偏倚：是測量結果的觀測平均值與基准值的差值。真值的取得可以通過採用更高級別的測量設備進行多次測量，取其平均值而定之。重复性(Repeatability)重覆性重覆性是由一個評價人，採用一種測量儀器，多次測量同一零
8、件的同一特性時獲得的測量值變差。再现性(Reproducibility)再現性是由不同的評價人，採用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。再現性稳定性(Stability)穩定性時間1時間2穩定性(或飄移)，是測量系統在某持續時間內測量同一基准或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。线性(Linearity)量程基准值觀測平均值基准值線性是在量具預期的工作範圍內，偏倚值的差值线性(Linearity)觀測平均值基准值無偏倚有偏倚测量系统的分析n对测量系统进行分析的目的是为了更好地了解变差来源。n测量系统特性可用下列方式来描述n位置：稳定性、偏倚、线性。n宽度或范围：重复性、再
9、现性。位置和宽度位置寬度位置寬度分辨率一個數據分級n控制：只有下列條件才可用於控制n與規範相比過程變差較小n預期過程變差上的損失函數很平緩n過程變差的主要原因導致均值偏移n分析：n對過程參數及指數的估計不可接受。n只能表明過程是否正在生產合格零件。24個數據分級n控制：只有下列條件才可用於控制n依據過程分布可用半計量控制技術n可產生不敏感的計量控制圖n分析：n一般來說對過程參數及指數的估計不可接受。n只提供粗劣的估計。5個或更多個個數據分級n控制：只有下列條件才可用於控制n可用於計量控制圖n分析：n建議使用分辨率的要求n建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。n传统是公差范围的十分之一。测
10、量系统研究的淮备n先计划将要使用的方法。例如，通过利用工程决策，直观观察或量具研究决定是否评价人在校准或使用仪器中产生影响。有些测量系统的再现性(不同人之间)影响可以忽略，例如按按钮，打印出一个数字。测量系统研究的淮备n评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预先确定。在此选择中应考虑的因素如下：n尺寸的关键性：关键尺寸需要更多的零件和或试验，原因是量具研究评价所需的可信度。n零件结构：大或重的零件可规定较少样品和较多试验。测量系统研究的淮备n由于其目的是评价整个测量系统，评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选。n样品必须从过程中选取并代表其整个工作范。有时每一天取一个样本，持续若干天。这样做
11、是有必要的，因为分析中这些零件被认为生产过程中产品变差的全部范围。由于每一零件将被测量若干次，必须对每一零件编号以便识别。取样的代表性不具代表性的取法取样的代表性具代表性的取法测量系统研究的淮备n仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一，例如特性的变差为0.001，仪器应能读取0.0001的变化。n确保测量方法(即评价人和仪器)在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。测量系统分析进行的方式n测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人不应知道正在检查零件的编号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件，并记下数据。n研究工作应由知其
12、重要性且仔细认真的人员进行。n每一位评价人应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。分析时机n新生产之产品PV有不同时n新仪器，EV有不同时n新操作人员，AV有不同时稳定性分析之执行:n获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。如果不能得到，则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样本进行稳定性分析。并追踪测量系统的稳定性不需要一个已知基准值。可能需要具备测量的最低值、最高值及中程数的标准样本。建议对各样本单独测量并做控制图。稳定性分析之执行:n定期(天、周)测量基准样品35次。样本容量和频率应基于对测量系统的了解。因素包括要求多长时间重新校准或维修，测量系统使用的频率，以及操
13、作条件如何重要。读数应在不同时间读取以代表测量系统实际使用的情况。这些还包括预热，环境或其它在一天内可能变化的因素。n将测量值标记在X-R CHART 或X CHART上. n计算管制界限, 并对失控或不稳定作评估. 稳定性分析之执行:n 计算测量结果标准差, 并与制程标准差相比较, 以评估测量系统的稳定性.不可以发生此项之标准差大于制程标准差之现象，如果有发生此现象，代表测量之变异大于制程变异，此项仪器是不可接受的。 控制图的判读n超出控制界限的点：出現一个或多个点超出任何一个控制界限是该点处于失控状态的主要证据。UCLCLLCL异常异常控制图的判读n链：有下列现象之一即表明过程已改变n连续
14、7点位于平均值的一侧n连续7点上升(后点等於或大于前点)或下降。UCLCLLCL控制图的判读n明显的非随机图形：应依正态分布来判定图形，正常应是有2/3的点落在中间1/3的区域。UCLCLLCLn代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性之分析。稳定性附加说明n如果使用s控制图，则可计算=C4s(bar)nR(或S)图中的失控状态表明不稳定的重复性(也许什么东西松动、气路部分阻塞、电压变化等)。nXbar图中失控表明测量系统不再正确地测量(偏倚已经改变)，努力确定改变的原因，然后纠正，如果原因是么磨损，则可能要重新校准。n可以希望备有对应于预期测量结果的下端、上端和中
15、间值的基准件或基准的测量系统控制图。范例10/1610/2210/2811/1211/1811/191/156/1910/1211/2012/948.648.448.948.948.948.548.448.747.847.948.148.748.848.647.950.149.048.248.048.648.348.648.348.048.948.049.249.048.347.748.748.448.71/122/133/204/115/206/196/287/607/218/98/2248.248.148.348.048.148.148.348.148.048.247.948.548.74
16、8.948.748.448.448.648.648.648.448.348.948.548.648.648.748.748.548.748.748.948.79/79/1110/948.048.147.948.448.648.348.848.948.4252015105049.549.048.548.0SubgroupMeans1X=48.483.0SL=49.16-3.0SL=47.801.00.50.0StDevsS=0.34833.0SL=0.8944-3.0SL=0.000Stability Analysis for viscosity偏倚n为了在过程范围内指定的位置确定测量系统的偏倚
17、，得到一个零件可接受的基准值是必要的。通常可在计量室或全尺寸检验设备上完成。基准值从这些读数中获得，然后这些读数要与研究评价人的一组观察平均值(定为XbarA，XbarB，XbarC)进行比较。偏倚n如果不能按这种方法对所有样件进行测量，可采下列替代的方法：n在计量室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密测量。n让一位评价人测量至少。n计算读数的平均值。基准值与平均值之间的差值表示测量系统的偏倚。n如果需要一个指数，把偏倚乘以100再除以过程变差(或公差)，就把偏倚转化为过程差(或公差)的百分比。偏性分析之执行:n独立取样法:n选取一个样品, 并建立可追溯标准之真值或参考值, 若无样本则可从生
18、产线中取一个落在中心值域的零件, 当成标准值, 且应针对预期测试的高中低端各取得样本或标准件, 并对每个样本或标准件测量10次, 计算其平均值, 将其当成 “参考值”.n由一位作业者以常规方式对每个样本或标准件测量10次. 并计算出平均值, 此值为 “观测平均值”.n计算偏性:n偏性= 观测平均值 参考值n制程变异= 6（也可以用公差）n%偏性=偏性/制程变异（也可以用公差）n判定:针对偏差之部份，判定之原则为：n重要特性部份其偏差%须=5%；n一般特性其偏差%须10%；应依据仪器之使用目的来说明其接受之原因。n其偏差%大于10%者，此项仪器不适合使用。偏倚分析n如果偏倚相对比较大，查看这些可
19、能的原因n基准的误差n磨损的零件n制造的仪器尺寸不对n仪器测量非代表性的特性n仪器没有正确校准n评价人员使用仪器不正确。例题X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70%1.7)70.0/05.0(100%05.080.075.075.0105.710偏倚偏倚XX例题n偏倚占公差百分比採用同樣方法計算，式中用公差代替過程變差。基准值0.800.75平均值R&R之分析n决定研究主要变异形态的对象.n使用全距及平均数或变异数分析方法对量具进行分析.n于制程中随机抽取被测定材料需属统一制程.n选2-3位
20、操作员在不知情的状况下使用校验合格的量具分别对10个零件进行测量, 测试人员将操作员所读数据进行记录, 研究其再生性及再现性.n针对重要特性(尤指是有特殊符号指定者)所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/10, 对一般之特性者所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/5。n试验完后, 测试人员将量具的再生性及再现性数据进行计算如附件一(R&R数据表), 附件二(R&R分析报告), 依公式计算并作成-R管制图或直接用表计算即可结果分析:n当再现性(EV)变异值大于再生性(AV)时.n量具的结构需在设计增强.n量具的夹紧或零件定位的方式需加以改善.n量具应加以保养.n当再生性(AV)变异值大于
21、再现性(EV)时.n作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加强教育, 作业标准应再明确订定或修订.n可能需要某些夹具协助操作员, 使其更具一致性的使用量具.n量具与夹治具校验频率于入厂及送修矫正后须再做测量系统分析, 并作记录.nEV, AV及R&R之接受标准如下:n数值10%量具系统可接受.n10%30%量具系统不能接受, 须予以改进. 必要时更换量具或对量具重新进行调整, 并对以前所测量的库存品再抽查检验, 如发现库存品已超出规格应立即追踪出货通知客户, 协调处理对策.重复性与再现性示例（R&R）操作者A操作者B測試123平均極差123平均極差零件A217216216216.3121621
22、9220218.34零件B220216218218.04216216220217.34零件C217216216216.31216215216215.71零件D214212212212.72216212212213.34零件E216219220218.34220220220220.00216.3216.9第一步估计重复性5 . 715. 5Re45. 172. 1/5 . 2/4 . 65 . 2575. 25 . 210/2524ypeatabilitdRRDUCLReR01234567891001234567Sample NumberSample RangeR Chart for C1 -
23、C3R=2.5UCL=6.436LCL=0第二步计算再现性n计算操作平均的极差(RO)n利用d2系数将RO转换成标准差n乘以5.15n减去由于重复性所造成的部份19. 015. 50 . 10 . 135)5 . 7()2 . 2(15. 515. 52 . 241. 16 . 015. 515. 5222*22ooonrdRilityreproducibdRiltyreproducib2第三步计算零件间的变异n每次的值都是同一零件测二次，所以只是侦测出仪器变异(Re)。n二个测量者之间的差异代表了人员之间的差异(Ro)n每个产品间的差距代表了产品的差异(Rp)。%100%&)(15. 547
24、. 1)19. 045. 1 (&)(22222222tmmptpppmeemRRdRdRRR零件間變差零件a零件b零件c零件d零件e操作者A平均216.3218.0216.3212.7218.3操作者B平均218.3217.3215.7213.3219.2再平均217.3217.7216.0213.0219.2241. 16 . 78 .1241. 1&%7 .501009 .146 . 7100&100&%9 .1490. 215. 590. 2)47. 150. 2()(8 .1250. 215. 550. 248. 22 . 622222RRPVTVRRRRTVPVdRtmmptpp數
25、據分級數2345678910111213141511.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.5051.191.742.102.362.562.732.872.993.103.193.273.3
26、53.423.4961.181.732.092.352.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.4881.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48111.1
27、61.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.413.48121.151.712.072.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48131.151.712.072.342.552.712.852.983.093.183.273.353.423.48141.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.353.423.48151.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.353.423.48151.1281.6932.0
28、592.3262.5342.7042.8472.9073.0783.1733.2583.3363.4073.472組數d2樣本Case StudyPARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者ACase StudyPARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.750.7091.000.951
29、00.550.50操作者BCase StudyPARTREADING1READING210.500.5521.051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者CR&R极差分析法n典型的极差法使用两名评价人和五个零件进行分析，在这个分析中，每个评价人测量每个零件一次，每个零件的极差是评价人A获得的测量结果与评价人B的测量结果的绝对值，利用这些数据来计算R&R，但这种方法，无法分解成是仪器的误差或是人的误差。分析数据零件評價人A評價人B極差(A-B)10.850.800.0520.7
30、50.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.10计算%5 .75)40. 0/303. 0(100&%40. 0303. 019. 1/07. 015. 5)(15. 5&07. 05/35. 052RRdRRGRRRi過程變差假定為线性分析之执行n在测量仪器的工作范围内选择一些零可确定线性。这些被选零件的偏倚由基准值与测量观察平均值之间的差值确定。最佳拟合偏倚平均值与基准值的直线的斜率乘以零件的过程变差(或公差)是代表量具线性的指数。为把量具线性转变成过程变差(或公差)的百分率，可将线性乘以100后除以过程变差(或公差)。至于稳定性，建议分析技
31、术可采用图形，即带最佳拟合直线的散点图。线性分析之执行n正如在偏倚研究中一样，零件的基准值可由工具室或全尺寸检验设备确定。在操作范围内选取的那些零件由一个或多个评价人测量，确定每一零件的观察平均值，基准值与观察平均值之间的差值为偏倚，要确定各个被选零件的偏倚。线性图就是在整个工作范围内的这些偏倚与基准值之间描绘的。如果线性图显示可用一根直线表示这些标绘点，则偏倚与基准值之间的最佳线性回归直线表示两个参数之间的线性。线性回归直线的拟合优度R2确定偏倚与基准值是否有良好的线性关系。线性分析之执行n系统的线性及线性百分率由回归线斜率及零件过程变差(或公差)计算得出。如果回归线有很好的线性拟合，那么可
32、以评价线性幅度及线性百分率来确定线性是否可接受。如果回归线没有很好的线性拟合，那么可能偏倚平均值与基准有非线性关系，这需要进一步分析以判定测量系统的系统是否可接受。线性分析之执行n如果测量系统为非线性，查找这些可能原因n在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准。n最小或最大值校准量具的误差。n磨损的仪器。n仪器固有的设计特性。n计算误差:n误差= 观测平均值 参考值n制程变异= 6n绘图:nX轴=参考值nY轴= 误差n其方程式为: y=a+bxn再分别计算其n截距，斜率，拟合度，线性，线性%等偏差yX值Y=a+bxX=產品變異範圍Y=bx線性百分比=Y/ X100%X1Y1X2Y2Y=a+bxb
33、ias公式截距=a=nxxnyxxy22)()(斜率=b=)(nxany擬合度=nyynxxnyxxyR222222)()(線性=斜率*過程變差%線性=100%線性過程變差n判定:n针对重要特性其线性度%5%n一般特性其线性度%10%以上者判为不合格，此项之仪器不适合使用。n实际情形依工厂的情形而做调整Case Studypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.5243.9365.7487.75109.3122.4244.2365.9487.85109.5122.5245.0365.9487.75109.3122.7243.8366.0487.
34、85109.4122.3243.9366.1487.85109.5122.5243.9366.0487.85109.5122.5243.9366.1487.75109.5122.4243.9366.4487.85109.6122.4244.0366.3487.55109.2122.6244.1366.0487.65109.3122.4243.8366.1487.75109.4Gage name:Date of study:Reported by:Tolerance:Misc:村夹d2000/12/01Look Tu202345678910-101Master Part MeasurementA
35、ccuracy AverageGage LinearityGage AccuracyLinearity:%Linearity:R-Squared:Bias:%Bias:1.8433313.167 0.978-5.3E-020.381LinearityAccuracy02468101214Percent of Process VariationPercentCase study for linearty analysis何谓计数型量具n就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果满足限件则接受该零件否则拒收。n计数型量具只能指示该零件被接受或拒收。小样法之做法n先选取二十个零件来进行。n选取二位评价
36、人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。n在选取二十个零件时，必须有一些零件稍许高或低于规范限值。n所有的测量结果(每个零件测四次)一致则接受该量具，否则应改进或重新评价，或找到一个可接受之替代测量系统。小样法的样本要求合格区(GO)不合格区(NO GO)A 評價人B 評價人12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG大样法研究n對於某計數型量具，用量具特性曲線的概念來進行量具研
37、究，GPC是用於評價量具的重復性和偏倚。n這種量具研究可用於單限值和雙限值量具。n對於雙限值量具，假定誤差是線性一致的，只需檢查一個限值。大样法研究n一般地，計數型量具研究包括獲得多個被選零件的基準值。這些零件經過多次(m)評價，連同接受總次數(a)，逐個零件地記錄，從這些結果就能做估計重復性和偏倚。大样法研究n選取零件。最根本的是已知研究中所用零件的基準值。應儘可能按實際情況等間隔選取八個零件，其最大和最小值應代表該過程範圍n八個零件必須用量具測量m=20，並記錄接受的次數(a)。大样法研究n對於整個研究，最小的零件必須a=0，最大的零件a=20，記錄接受的次數(a)。其餘1a19。n如果不
38、滿足這些准則，必須用量具測量更多的已知其基準值的零件(X)。n如果不滿足上述零件這些點可選在量具研究已測量的零件測量中間點。n一直重復以上直到滿足上述要求。大样法研究975.0set 20025.0set 05.0,5.00,5.0,5.00,5.0,5.0aaapapamaifamaifmaamaifmap大样法研究factor adjustmentan is 08. 108. 1)005. 0 ()975. 0 (ityRepeatabillimitLower )5 . 0 (aTaTaTPatXPatXPatXBiaszero. fromdifferet tlysignifican is
39、 bias the5,19)then 2.093(0.02an greater th is valuecalculated thisIf3 .31ityrepeatabilBiast大样法研究大样法研究-范例Xt a Pa-0.016000.025-0.015010.075-0.014030.175-0.013050.275-0.012080.425-0.0110160.775-0.0105180.875-0.0100200.975-0.0080201.000大样法研究-0.008-0.009-0.010-0.011-0.012-0.013-0.014-0.015-0.0161.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0XtPa大样法研究-范例能須加補正值或不適用所以明顯的偏離零，可86. 90073. 00023. 03 .313 .310073. 008. 1)0163. 0(0084. 00023. 0)010. 0(0123. 0RBiastRBias