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1、MSA SPC基础知识测量系统分析统计过程控制1测量系统分析测量系统分析Measurement Systems Analysis 1.什么是测量系统分析（什么是测量系统分析（MSA）测量系统：测量系统：用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、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。的整个过程。量具：量具：任何用来获得测量结果的装置：经常用来特指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；包括用来测量合格用在车间的装置；包括用来测量合格/不合格的装置。不合格的装置。22.测量数据的质量
2、测量数据的质量n应用于以数据为基础的方法应用于以数据为基础的方法n判断测量数据的质量判断测量数据的质量n表征数据质量最通用的统计特性表征数据质量最通用的统计特性 如果数据的质量是不可接受的，则如果数据的质量是不可接受的，则必须改进，通常是通过改进测量系统必须改进，通常是通过改进测量系统来完成的，而不是改进数据本身来完成的，而不是改进数据本身。33.测量过程测量过程“测测量量”的的定定义义为为“赋赋值值给给具具体体事事物物以以表表示示它它们们之之间间关关于于特特殊殊特特性性的关系的关系”。赋赋值值的的过过程程定定义义为为测测量量过过程程，而而赋赋予的值定义为测量值予的值定义为测量值。44.4.测
3、量系统的统计特性测量系统的统计特性 n测量系统必须处于统计控制中；测量系统必须处于统计控制中；n测量系统的变异必须比制造过程的变异小；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；变异应小于公差带；n测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者较高者 ；n测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化化 。55.标准标准n背景背景n标准的使用标准的使用 越远离国家标准的标准，越是耐其环越远离国家标准的标准，越是耐其环境的变化，因此保持它也就越便宜和容易。境的变化，因此保持它也就越便宜和容易。但是，这些优点
4、通常是以较低精度为代价但是，这些优点通常是以较低精度为代价得到的。得到的。66.评定测量系统的程序评定测量系统的程序n用于评定的统计特性用于评定的统计特性 重重复复性性、再再现现性性、偏偏倚倚、稳定性以及线性。稳定性以及线性。7大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流8n这种测量系统有足够的分辨力吗？这种测量系统有足够的分辨力吗？n这这种种测测量量系系统统是是在在一一定定时时间间内内是是否否在统计上保持一致？在统计上保持一致？n这这些些特特性性能能在在预预期期范范围围内内是是否否一一致致，并并且
5、且用用于于过过程程分分析析或或控控制制是是否否可可接接受？受？7.测量的有关问题测量的有关问题9n偏倚：偏倚：测量结果的观测平均值与基准值的差值。测量结果的观测平均值与基准值的差值。n重重复复性性：由由一一个个评评价价人人，采采用用一一种种测测量量仪仪器器，多多次次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。n再再现现性性：由由不不同同的的评评价价人人，采采用用相相同同的的测测量量仪仪器器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。n稳稳定定性性：是是测测量量系系统统在在某某持持续续时时间间内内测测量量同同一一基
6、基准准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。或零件的单一特性时获得的测量值总变差。n线性：线性：在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。8.测量系统变差的类型109.测量系统的分析目的测量系统的分析目的 测量系统分析的目的应是为了测量系统分析的目的应是为了更好地了解变差的来源，这些来更好地了解变差的来源，这些来源可以影响系统产生的结果。源可以影响系统产生的结果。1110.测量系统的分辨力测量系统的分辨力 n测量系统分辨力的概念测量系统分辨力的概念n选择具有足够分辨力的测量系统选择具有足够分辨力的测量系统 1211.测量系统研究的准备测量系统研究的准备n先计划
7、将要使用的方法；先计划将要使用的方法；n评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预先确定；评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预先确定；n评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选；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围；样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围；n仪仪器器分分辨辨力力应应允允许许至至少少直直接接读读取取特特性性的的预预期期过过程程变变差差的十分之一；的十分之一；n确保测量方法在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。确保测量方法在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。1312.获得数据的步骤获得数据的步骤 测量应按照随即顺序进行；测量应按照随即顺
8、序进行；在设备读数中，读数应估计到可在设备读数中，读数应估计到可 得到的最近的数字；得到的最近的数字；研究工作应由知其重要性且仔细研究工作应由知其重要性且仔细 认真的人员进行；认真的人员进行；每一位评价人应采用相同的方法每一位评价人应采用相同的方法 来获得读数。来获得读数。1413.结果结果-数值分析数值分析 量量具具重重复复性性和和再再现现性性（RR）的的可可接受性准则是：接受性准则是：低于低于10%的误差的误差-测量系统可接受；测量系统可接受；10%至至30%的的误误差差-根根据据应应用用的的重重要要性性，量量具具成成本本，维维修修的的费费用用等等可可能能是是可可接接受的；受的；大大于于3
9、0%的的误误差差-测测量量系系统统需需要要改改进进。进行各种努力发现问题并改正。进行各种努力发现问题并改正。15统计过程控制统计过程控制 Statistical ProcessControl 汽汽车车制制造造商商，供供方方及及销销售售商商都都必必须须得得致致力力于于不不断断改改进进，以以寻寻找找更更有有效效的的方方法法来来提提供供产产品品及及服服务务，而而且且这这些些产产品品和和服服务务必必须须不不断断地地在在价价值值上上得得以以改改进进，我我们们必必须须重重视视内内部部以以及及外外部部的的顾顾客客，并并将将顾顾客客满满意意作作为为企企业业的的主主要要目标。目标。为为了了达达到到这这一一目目标
10、标，组组织织中中的的每每一一个个人人都都必必须须确确保保不断改进及使用有效的方法不断改进及使用有效的方法.161.应用前的说明应用前的说明n收集数据并用统计方法来解释它们并不是收集数据并用统计方法来解释它们并不是最终目标，增加知识应成为行动的基础。最终目标，增加知识应成为行动的基础。n研究变差和应用统计知识来改进性能的基研究变差和应用统计知识来改进性能的基本概念使用于任何领域。本概念使用于任何领域。nSPC代表统计过程控制，应用统计技术来代表统计过程控制，应用统计技术来控制输出（例如零件）应仅仅是第一步。控制输出（例如零件）应仅仅是第一步。（接下页）（接下页）17（接上页）（接上页）n真正理解
11、真正理解SPC的知识需要进一步与过程的知识需要进一步与过程控制实际相联系。控制实际相联系。n不能盲目使用法则。不能盲目使用法则。n应在收集过程数据之前就应很好地了解应在收集过程数据之前就应很好地了解测量系统，否则可能作出不适当的决定。测量系统，否则可能作出不适当的决定。182.预防与检测预防与检测检测：检测：检查并剔除不符合规范的检查并剔除不符合规范的产品。产品。预防：预防：在第一步就可以避免生产在第一步就可以避免生产无用的输出，从而避免浪费。无用的输出，从而避免浪费。193.过程控制系统过程控制系统 一个过程系统可以称为一个反一个过程系统可以称为一个反馈系统。统计过程控制（馈系统。统计过程控
12、制（SPC）是）是一类反馈系统。一类反馈系统。过程控制系统的四个基本原理过程控制系统的四个基本原理20 3.1 过程过程 所谓过程就是共同工作以产生所谓过程就是共同工作以产生输出的供方，生产者，人，设备，输出的供方，生产者，人，设备，输入材料，方法和环境以及使用输输入材料，方法和环境以及使用输出的顾客的集合出的顾客的集合。21 3.2 性能性能 通过分析过程输出可以获得许通过分析过程输出可以获得许多与过程实际性能有关的信息。但多与过程实际性能有关的信息。但是与性能有关的最有用的信息还是是与性能有关的最有用的信息还是以研究过程本质以及其内在的变化以研究过程本质以及其内在的变化性中得到的。性中得到
13、的。223.3 对过程采取措施对过程采取措施 通常来说，对重要的特性（过通常来说，对重要的特性（过程输出）采取措施从而避免它们偏程输出）采取措施从而避免它们偏离目标值太远是很经济的。离目标值太远是很经济的。233.4 对输出采取措施对输出采取措施 仅仅对对输输出出进进行行检检验验并并随随之之采采取取措措施施不不能能代代替替有有效效的的过过程程管管理理。只只可可作作为为不不稳稳定定或或没没有有能能力力的的过过程程的的临临时时措措施施，因因此此，我我们们必必须须要要将将重重点点放放在在过过程程信信息息收收集集和和分分析析上上，这这样样可可以以对对过过程程本本身身采采取取纠正措施。纠正措施。244.
14、变差变差n普通原因普通原因n特殊原因特殊原因 为了有效地使用过程控制数为了有效地使用过程控制数据，理解变差的概念是很重要的。据，理解变差的概念是很重要的。255.局部措施和对系统采取措施局部措施和对系统采取措施 在上面讨论的两种变差以及在上面讨论的两种变差以及可能采取的减少他们的措施之间可能采取的减少他们的措施之间有着重要的联系。有着重要的联系。26 5.1 局部措施局部措施n通常用来消除变差的特殊原因；通常用来消除变差的特殊原因；n通常由与过程直接相关的人员实施；通常由与过程直接相关的人员实施；n通常可纠正大约通常可纠正大约15%15%的过程问题的过程问题。27 5.2 对系统采取措施对系统
15、采取措施n通常用来消除变差的普通原因；通常用来消除变差的普通原因；n几乎总是要求管理措施，以便纠正；几乎总是要求管理措施，以便纠正；n大约可纠正大约可纠正85%的过程问题。的过程问题。28 6.过程控制和过程能力过程控制和过程能力n过程控制的目标是对影响过程的措施做出经济过程控制的目标是对影响过程的措施做出经济合理的决定合理的决定；n过程在统计控制下运行指的是仅存在造成变差过程在统计控制下运行指的是仅存在造成变差的普通原因的普通原因；n讨论过程能力时两个相对的概念；讨论过程能力时两个相对的概念；n从受统计控制的过程的分布中估计出符合规范从受统计控制的过程的分布中估计出符合规范的产品的比例；的产
16、品的比例；（接下页）（接下页）29（接上页）（接上页）n一一个个过过程程被被证证明明处处于于统统计计控控制制状状态态后后才才计计算其过程能力；算其过程能力；n短短期期能能力力的的研研究究是是以以一一个个从从操操作作循循环环种种获获取的测量作为基础的；取的测量作为基础的；n如如果果一一个个过过程程是是稳稳定定的的并并且且能能符符合合短短期期的的要求，紧接应进行长期能力研究。要求，紧接应进行长期能力研究。307.控制图控制图过程控制的工具过程控制的工具 控制图能应用于各种过程控制的控制图能应用于各种过程控制的场合场合。当出现变差的特殊原因时，控当出现变差的特殊原因时，控制图能有效地引起人们注意，它
17、们在制图能有效地引起人们注意，它们在系统或过程改进要求减少普通原因变系统或过程改进要求减少普通原因变差时控制图能反映其大小差时控制图能反映其大小。318.控制图实施的几个步骤控制图实施的几个步骤n 收集收集n 控制控制n 分析及改进分析及改进 为为了了不不断断地地改改进进过过程程，重重复复以以上上三三个个阶阶段段适适当当地地多多收收集集数数据据。通通过过操操作作受受统统计计控控制制的的过过程程来来减减少少过过程程变变差差，并并且且不不断分析过程的变化。断分析过程的变化。329.控制图的益处控制图的益处 n供正在进行过程控制的操作者使用；供正在进行过程控制的操作者使用；n有助于过程在质量上和成本
18、上持续地，可预测有助于过程在质量上和成本上持续地，可预测地保持下去；地保持下去；n使过程达到：使过程达到：更高的质量更高的质量 更低的单件成本更低的单件成本 更高的有效能力更高的有效能力（接下页）（接下页）33（接上页）（接上页）n为讨论过程的性能提供共同的语言；为讨论过程的性能提供共同的语言；n区分变差的特殊原因和普通原因，作为采区分变差的特殊原因和普通原因，作为采取局部措施或对系统采取措施的指南。取局部措施或对系统采取措施的指南。3410.计量型数据控制图计量型数据控制图n大多数过程和其输出具有可测量的特性；大多数过程和其输出具有可测量的特性；n量量化化的的值值比比简简单单的的是是-否否陈
19、陈述述包包含含的的信信息息更更多；多；n在某些情况下测量的费用更低；在某些情况下测量的费用更低；n缩缩短短零零件件生生产产和和采采取取纠纠正正措措施施之之间间的的时时间间间隔；间隔；n使使用用计计量量型型数数据据可可以以分分析析过过程程性性能能及及量量化化所作的改进。所作的改进。3511.使用控制图的准备使用控制图的准备n建立适于实施的环境；建立适于实施的环境；n定义过程；定义过程；n确定待管理的特性；确定待管理的特性；考虑到：考虑到：顾客的需求顾客的需求 当前及潜在的问题区域当前及潜在的问题区域 特性间的相互关系特性间的相互关系n确定测量系统；确定测量系统；n使不必要的变差最小。使不必要的变
20、差最小。3612.均值和极差图均值和极差图 在在使使用用均均值值极极差差图图之之前前，必必须须作作几几点点适适当当的准备。的准备。12.1 建立适合于实施的环境建立适合于实施的环境 除除非非管管理理者者已已准准备备好好一一个个可可靠靠的的环环境境，否否则则任任何何统统计计方方法法都都会会失失败败，必必须须排排除除机机构构内内阻阻碍碍人人们们公公正正的的顾顾虑虑。管管理理者者必必须须提提供供资资源源（人力和物力）来参与和支持改进措施。（人力和物力）来参与和支持改进措施。3712.2 定义过程定义过程 必须根据过程与其周围的其必须根据过程与其周围的其他操作和上下使用者的关系，他操作和上下使用者的关
21、系，以及每个阶段的影响因素来理以及每个阶段的影响因素来理解过程。解过程。3812.3 确定作图的特性确定作图的特性n顾客的需求顾客的需求n当前的潜在问题区域当前的潜在问题区域n特性之间的相互关系特性之间的相互关系 注意：统计上的相关性不意味着变量之注意：统计上的相关性不意味着变量之间存在因果关系。在缺乏现存过程的知间存在因果关系。在缺乏现存过程的知识时，可能要设计一个试验来验证这些识时，可能要设计一个试验来验证这些关系和其重要性。关系和其重要性。3912.4 定义测量系统定义测量系统 必必须须可可操操作作地地定定义义其其特特性性。测测量量设设备备的的本本身身的的准准确确性性和和精精密密性性必必
22、须须是是可可预预测测的的。周周期期性性校校正正是不够的。是不够的。40 12.5 使不必要的变差最小化使不必要的变差最小化 在在开开始始研研究究之之前前应应消消除除不不必必要要的的变变差差外外部部原原因因。目目的的是是避避免免甚甚至至不不用用控控制制图图就就能能纠纠正正明明显显的的问问题题，这这些些包包括括过过度度的的过过程程调调整整或过度控制等。或过度控制等。4112.6 收集数据收集数据n 选择子组大小、频率和数据；选择子组大小、频率和数据；n 建立控制图及记录原始数据；建立控制图及记录原始数据；n 计算每个子组的均值和极差；计算每个子组的均值和极差；n 选择控制图的刻度；选择控制图的刻度
23、；n 将均值和极差画到控制图上。将均值和极差画到控制图上。（接下页）（接下页）42（接上页）（接上页）注：为了再次强调生产现场的所有注：为了再次强调生产现场的所有控制限的控制图的应用，还没有计算控制限的控制图的应用，还没有计算控制限（由于没有足够的数据）的初控制限（由于没有足够的数据）的初期操作控制图上应清楚地注明期操作控制图上应清楚地注明“初始初始研究研究”字样。这样这些标有字样。这样这些标有“初始研初始研究究”的控制图，不论是用于能力的初的控制图，不论是用于能力的初次确定还是用于过程经过改进次确定还是用于过程经过改进/改变后改变后的研究，是仅允许用在生产现场中还的研究，是仅允许用在生产现场
24、中还没有控制限的过程控制图。没有控制限的过程控制图。4312.7 计算控制限计算控制限n计算平均值极差及过程均值；计算平均值极差及过程均值；n计算控制限；计算控制限；n在在控控制制图图上上作作出出平平均均值值和和极极差差控控制限的控制线。制限的控制线。44 12.8 过程控制解释过程控制解释n分析极差图上的数据点（超出控制分析极差图上的数据点（超出控制限的点、链、明显的非随即图形）；限的点、链、明显的非随即图形）；n识别并标注特殊原因（极差图）；识别并标注特殊原因（极差图）；n重新计算控制限（极差图）；重新计算控制限（极差图）；（接下页）（接下页）45（接上页）（接上页）n分析均值图上的数据点
25、（超出控制分析均值图上的数据点（超出控制限的点、限的点、链、链、明显的非随即图形）；明显的非随即图形）；n识别和标注特殊原因（均值图）；识别和标注特殊原因（均值图）；n重新计算控制限（均值图）；重新计算控制限（均值图）；n为了继续进行控制延长控制限；为了继续进行控制延长控制限；n有关有关“控制控制”的最后概念。的最后概念。46 12.9 过程能力解释过程能力解释讨论下列假设下的过程能力的解释：讨论下列假设下的过程能力的解释：n过程处于统计稳定状态；过程处于统计稳定状态；n过程的各测量值服从正态分布；过程的各测量值服从正态分布；n工程及其它规范准确地代表顾客的需工程及其它规范准确地代表顾客的需求
26、；求；n设计目标值位于规范的中心；设计目标值位于规范的中心；n测量变差相对较小。测量变差相对较小。（接下页）（接下页）47（接上页）（接上页）过程能力解释：过程能力解释：n计算过程能力的标准偏差；计算过程能力的标准偏差；n计算过程能力；计算过程能力；n评价过程能力；评价过程能力；（接下页）（接下页）48（接上页）（接上页）n提高过程能力；提高过程能力；为了提高过程能力（从而改进性能），为了提高过程能力（从而改进性能），将精力集中在减少普通原因上，为此通常将精力集中在减少普通原因上，为此通常要求对系统采取管理措施，加以纠正。要求对系统采取管理措施，加以纠正。n对修改的过程绘制控制图并分析。对修改的过程绘制控制图并分析。通过连续监视控制图确保系统改进的有通过连续监视控制图确保系统改进的有效性。效性。49