測量系統分析MeasurementSystemsAnalysis 目的 簡要介紹測量系統分析的基本知識目標 掌握測量系統的概念針對不同形式的測量 試驗設備應用MSA方法評價MSA結果 測量系統分析 目錄 1 測量系統分析簡介2 相關術語與定義3 測量系統的變差4 相關的統計概念5 測量系統研究準備6 測量系統的評估方法7 計量型測量系統的評估方法穩定性線性量具的重復性和再現性 極差法 均值極差法 方差分析法 測量系統分析 目錄 續 8 計數型測量系統的評估方法交叉表法解析法9 復雜的和非重復的測量系統分析10 測量系統分析應用流程 測量系統分析 1 測量系統分析簡介 測量系統分析 理想的測量系統只產生 正確 的測量結果每次測量結果總應該與一個標準相一致具有零變差 零偏倚和對所測的產品錯誤分類為零概率的統計特性 測量系統分析 測量與過程的類比將測量過程看作產生數據的生產過程這使我們可以使用統計過程控制中的所有概念 原理和工具 測量系統分析 變差來源 測量系統分析 好的測量系統足夠的分辨率和靈敏度 測量分量應該小于相關的過程變差或工程規范統計受控 變差僅來源于普通原因測量系統變異與過程變異相比必須相對較小 用于過程控制測量系統變異與工程規范相比必須相對較小 用于產品控制 測量系統分析 2 相關術語與定義 測量系統分析 術語量具 任何用來獲得測量結果的裝置 包括判斷通過 不通過的裝置 測量 賦值 或數 給具體事物以表示它們之間特定特性的關系 測量系統 用來獲得測量結果的整個過程 測量系統分析 定義標準 根據普遍認同的意見使之作為比較的基礎 是一個可接受的模型 由某一權力機構確定和建立 可能是一件人工制品或總效果 參考標準 所進行的測量可追溯的 地方 標準 可得到的最高計量質量標準 測量系統分析 定義基準值 一個人工制品或總效果值用作約定的比較參考真值 零件的 實際 測量值 是不知道并且不可知的 是測量過程的目標 參考值被用作真值的最佳近似值 測量系統分析 定義分辨力 儀器的最小刻度值如果測量系統不能探測變差 則其不可接受至少是被測量范圍的十分之一分級數 ndc 將零件變差與測量系統的寬度相比較建議ndc 5 測量系統分析 3 測量系統的變差 測量系統分析 測量系統的變差位置變差 偏倚穩定性線性寬度變差 分散 重復性再現性量具R R 測量系統分析 偏倚測量結果的平均值與真值 基準值的差值對測量系統的系統性誤差的測量可能的原因包括 校準不當 儀器磨損 基準磨損或損壞 測量系統分析 穩定性測量系統在某一階段時間內 測量同一基準或零件的單一特性時獲得的測量變差是測量隨時間的變化可能的原因包括 儀器老化 儀器需要校準 環境變化 測量系統分析 線性在設備的預期操作范圍內偏倚的變化可能的原因包括 儀器設計缺乏穩健性 應用錯誤的量具 儀器磨損 測量系統分析 重復性一個評價人 使用同一個測量儀器 多次測量用一零件的同一特性時獲得的測量值變差普通原因變差 隨機誤差 或系統內部變差可能的原因包括 零件內部變差 設備內部變差 評價人內部變差 測量系統分析 重復性 測量系統分析 再現性不同的評價人 使用相同的測量儀器 測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差系統之間的平均變差手動儀器受操作者技能影響通常是實際情況可能的原因包括 方法之間變差 評價人之間變差 測量系統分析 再現性 再現性 測量系統分析 量具R R評價重復性和再現性的合成變差 測量系統分析 4 相關的統計概念 測量系統分析 主題平均值和標準差常用分布區間估計置信區間置信水平假設檢驗 臨界值法假設檢驗 P value法方差分析 測量系統分析 過程模式變差存在于所有過程中理解并減少變差是改進的關鍵 測量系統分析 測量過程輸出變差 測量系統分析 過程輸出可能如何變化 測量系統分析 位置測量 寬度測量 標準差 測量系統分析 一些常用分布不同的概率分布用于模擬不同的數據類型 這使數據分析變的更容易 測量系統分析 正態分布 測量系統分析 t分布 測量系統分析 F分布 測量系統分析 使用樣本統計估計總體參數 測量系統分析 哪一個樣本均值是對總體均值的正確估計 測量系統分析 區間估計 測量系統分析 置信區間 測量系統分析 置信水平 測量系統分析 置信區間公式 測量系統分析 假設檢驗 測量系統分析 測量系統分析 假設檢驗步驟 臨界值法 測量系統分析 測量系統分析 測量系統分析 測量系統分析 測量系統分析 測量系統分析 測量系統分析 5 測量系統研究準備 測量系統分析 測量系統分析 測量系統研究的淮備先計劃將要使用的方法 例如 通過利用工程決策 直觀觀察或量具研究決定 是否評價人在校準或使用儀器中產生影響 有些測量系統的再現性 不同人之間 影響可以忽略 例如按按鈕 打印出一個數字 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 測量系統分析 測量系統研究的淮備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 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識別 測量系統分析 取樣的代表性1 不具代表性的取法 測量系統分析 具代表性的取法 取樣的代表性2 測量系統分析 測量系統研究的淮備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 例如特性的變差為0 001 儀器應能讀取0 0001的變化 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 測量系統分析 測量系統分析執行注意點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那一零件 并記下數據 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 研究工作應由知其重要性且仔細認真的人員進行 每一位評價人應采用相同方法 包括所有步驟來獲得讀數 6 測量系統的評估方法 測量系統分析 MSA方法分類 測量系統分析 MSA 計量型 計數型 破壞型 計量型MSA 測量系統分析 計量型 位置分析 寬度分析GR R 穩定性分析 偏倚分析 線性分析 重復性分析 再現性分析 穩定性分析 計數型MSA 測量系統分析 計數型 交叉表法 解析法 7 計量型測量系統的評估方法 測量系統分析 穩定性取一個樣本并建立其基準值定期 天 周 測量樣本3 5次將數據畫在Xbar R或Xbar S控制圖上建立控制限并評價失控或不穩定狀態 當沒有出現明顯的特殊原因時 測量系統是穩定的 測量系統分析 穩定性 示例 測量系統分析 為了確定某一新測量儀器的穩定性是否可接受 選取了接近中間值得一個零件 經測量該零件參考值為6 01 每班測量該零件5次 共測了四周 共20個子組 控制圖表明沒有出現明顯的特殊原因時 該測量系統是穩定的 線性選擇g 5個零件 這些零件測量值覆蓋量具的操作范圍 用全尺寸檢驗測量每個零件以確定其基準值 由一名操作者測量每個零件m 10次 隨機地 計算每次測量的零件偏倚以及零件偏倚均值 測量系統分析 線性畫出偏倚均值和相關基準值 并確定置信帶 測量系統分析 線性用R2檢查置信帶的可接受性 一般的準則是 測量系統分析 線性進行有關線性的假設檢驗 測量系統分析 線性進行有關偏倚的假設檢驗 測量系統分析 線性 示例在測量系統操作量程內選擇5個零件 并且已經確定其基準值 由領班分別測量每個零件12次 并且計算它們的偏倚 測量系統分析 線性 示例 測量系統分析 線性 示例 測量系統分析 線性 示例 測量系統分析 線性 示例 測量系統分析 量具重復性和再現性極差法快速提供測量變異的近似值 但是不能分解為重復性和再現性均值極差法提供測量系統的重復性和再現性兩個特性 但不是它們的交互作用方差分析法 測量系統分析 量具重復性和再現性GRR應依據過程的應用范圍來進行 測量系統分析 極差法要求 1 評價人數m 2 典型的是2 2 零件數g 2 典型的是5 3 測量次數 1 4 標記每個零件 評價人按隨機順序測量零件 5 清楚地顯示測量結果是如何得到的 測量系統分析 極差法程序 1 將測量結果記錄在一表格中 2 計算每一零件測量結果的極差 3 將極差求和得到總極差 4 將總極差除以零件數得到平均極差 測量系統分析 極差法程序 5 計算GRR 6 計算 GRR 測量系統分析 接受準則 指南 測量系統分析 極差法 舉例 測量系統分析 均值極差法評價人數 測量次數和零件數可能改變 但分析應按如下步驟進行 步驟1到4參見表11 指定評價人A B和C 將零件按1至10編號 評價人不能看到編號 2 分析之前校準量具 3 讓評價人A以隨機的順序測量10個零件 并將結果記錄在第1行 讓評價人B和C重復相同的過程 并互相不看對方的數據 然后將結果分別記錄在第6行和第11行 4 用不同的隨機測量順序重復該循環 將數據記錄在第2 7和12行 測量系統分析 均值極差法 測量系統分析 表1 測量系統分析 表1 測量系統分析 均值極差法 表格樣式 實際例子 方差分析法 ANOVA 這種方法的原理與前面介紹的單因子ANOVA類似 將總變差分解成4部分 零件 評價人 零件與評價人之間的交互作用以及設備的重復誤差 因為涉及兩個因素 零件和評價人 所以需要使用雙因子ANOVA 較之均值極差法 它的優點是 具有處理任何實驗室裝置的能力可以更精確的估計方差評價了料件和人的交互作用影響在應用計算機的情況下 推薦使用 測量系統分析 方差分析法 ANOVA 測量系統分析 收集數據 選取10個零件 3個評價人 實驗以隨機的順序使評價人和每個零件結合3次 與均值極差法相似 即測量后 共產生90個數據 表格樣式 實際例子 GRR分析 測量系統分析 GRR分析 接受標準 測量系統分析 GRR30 測量系統不能接受 須予以改進 必要時更換量具或對量具重新進行調整 并對以前所測量的庫存品再抽查檢驗 如發現庫存品已超出規格應立即追蹤出貨通知客戶 協調處理對策 Ndc 5 8 計數型測量系統的評估方法 測量系統分析 計數型測量系統 測量系統分析 交叉表法 測量系統分析 程序 從過程中收集至少五十個零件來進行 根據其基準值將每一零件分為 接受 或 拒絕 方針 45 接受 45 拒絕 10 在邊緣 選取三位評價人以一種能防止評價人偏倚的方式三次測量所有零件 每一個評價人隨機地測量所有的樣本 并記錄結果 交叉表法 測量系統分析 一個典型的用于計數型量具研究風險分析法的表格如下 表格樣式 實際例子 交叉表法 測量系統分析 系統評定指南 1 Kappa系數 75 2 滿足下表 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 解析法 測量系統分析 9 復雜的和非重復的測量系統分析 測量系統分析 關于復雜的和非重復的測量系統 測量系統分析 MSA參考手冊的重點是針對能重復讀值的測量體統 但并不是所有的測量系統都有這種特性 如 破壞性測試 零件