1、丈量系統分析(MSA)Measure System Analysis1概述 大家都知道，在現代化的企業制造過程中決議要進展調整，通常是以丈量數據為根底。將其結果與過程的統計控制限進展比較。 另一種情況確定兩個或多個變數這間能否存在艱苦的相互關系。 這種相互關系的探測研討被戴明博士稱為分析研討法。從而使丈量數據得到廣泛運用。運用以數據為根底的程序的最大益處取決于所運用的丈量數據的質量。 因為量具在協助設備完成任務上扮演一極主要角色,故執行量測之量測系統其品質非常重要,如其品質過低,則設備能夠無法完成其現行任務。 例如量測系統具有太多變異,則在運用統計製程控制(SPC)時,能夠掩蓋了製造程序之重要

2、變異,結果在運用SPC時無法發揮其相對的作用。2MSA 的重要性假設丈量的方式不對，那么好的結果能夠被測為壞的結果，壞的結果也能夠被測為好的結果，此時便不能得到真正的產品或過程特性。PROCESS原料人機法環測量測量結果好不好測量3MSA分析的對像丈量系統分析 為分析每種丈量和實驗設備系統得出的結果中出現的變差，應進展統計研討。此要求應適用于控制方案中提及的丈量系統。所用的分析方法及接受準那么應符合顧客關于丈量系統分析的參考手冊的要求。假設得到顧客的同意，也可運用其他分析方法和接受準那么。(7.6.1)4丈量誤差y=x+丈量值=真值(True Value) + 丈量誤差戴明說沒有真值的存在一致

3、性5丈量誤差來源儀器(量具)任務件(零件)人員(評價人)環境丈量系統變差規范維護,校準,敏感度,五性設計,接觸幾何,變形后果清潔,任務的定義彈性變形支持特性適宜的數據光線,空氣污染振動,照明,壓力,人機工程周期,熱的系數規范和環境關系閱歷,培訓,技藝了解,任務態度身體,教育目視規范,程序6丈量誤差的來源儀器方面：Discrimination(分辯力)Precision 精細度 (Repeatability 反復性)Accuracy準確度 (Bias偏向)Damage損壞Differences among instruments and fixtures(不同儀器和夾具間的差別)7丈量誤差的來源

4、一不同檢驗者的差別Difference in use by inspector 訓練技藝疲勞無聊眼力溫馨檢驗的速度指點書的誤解8丈量誤差的來源二不同環境所呵斥的差別Differences due to environment溫度濕度振動照明腐蝕污染(油脂)9丈量誤差的來源三方法方面：Differences among methods of use測試方法測試規范資料方面：預備的樣本,本身有差別搜集的樣本,本身有差別10MSA丈量系分析的目的目的: 應用統計方法來分析量測或試驗設備的準確度線性再現性反復性及穩定性,作為規劃以下事情的參考: -測試設備能否需求校驗? -能否可以提供運用? -能否有

5、人為要素呵斥的疏失? -能否需修訂校驗的週期及頻率?11量具量測及試驗設備的評價一 通常對量測系統品質的評價即為定量測系統之變異及辨認影響變異之要素。二 每一量測系統應被評估以決定能否適用於預估任務。通常此種評估意味執行一或數種測試(test)以決定量測系統能否能產出管理上需求之統計特性。三 量測系統測試方式應包含: (1).量測項目之規格。 (2).數據搜集分析規範。 (3).重要條件及原則之作業定義。 (4).依據之標準或研討資料之保管。12MSA主要的評價項目(各統計特性)重復性(Repeatability)再現性(Reproducibility)偏向(Bias)穩定性(Stabilit

6、y)線性(Linearity)零件變異(Part Variation)13丈量系統謀劃14典型的進展丈量系統的設計開發丈量系統的制造丈量系統實施定期校準、統計分析15一丈量系統設計和開發要丈量什么？特性的類型是什么？是動態還是靜態？是電性能嗎？有重要的零件內變差？丈量過程的結果(輸出)用作什么目的？消費改良、消費監控、實驗室研討、過程審核、裝運檢查、進貨檢查、對doe的反響嗎？誰將運用過程？操作者、工程師、技師、檢查者、審核員？要求的培訓：操作者、維護人員、工程師、教室、實踐運用、在職培訓、學徒期間。16確定變差來源了嗎？運用小組、頭腦風暴、淵博的過程知識、因果圖或矩陣建立誤差模型。開發丈量系

7、統或公用的丈量系統？丈量系統可以是永久的和公用的，或者也可以是柔性的且有可以丈量不同類型零件的才干；如：儀器車量具、夾具量具、三坐標丈量機等。柔性的量具會更昂貴，但長期運轉可以省錢。接觸或不接觸：可靠性、特性類型、樣件方案、本錢、維護、校準、人員技藝、兼容性、環境、速度、傳感器類型、零件偏向和圖像處置。這可以由控制方案要求和丈量(在延續抽樣期間全面接觸量具能夠有額外磨損)頻次確定。全外表接觸傳感、傳感器類型、空氣反響放射、圖像處置，CMM或光學比較儀等。17環境：污垢、潮濕、濕度、溫度、振動、噪聲、電磁干擾、周圍空氣挪動、空氣污染物等。實驗室、車間、辦公室等？以微米程度計算的嚴密公差使環境成為

8、關鍵的問題。同時，還有cmm、顯示系統及超聲波等。這能夠是過程內自動反響類型丈量的一個要素。切削油、切削碎片和超高溫也能夠成為問題。需求干凈房間嗎？丈量和定位點：運用GD&T清楚地確定固定和夾緊點以及在零件的何處進展丈量。固定方法：自在形狀或夾緊的零件定位。零件方向：主要部份位置與其它部份。18零件預備：丈量前零件應該干凈、無油、溫度穩定嗎？傳感器定位：角度方向，到最初定位器或網絡的間隔。相互關系問題1：在車間內或在車間之間需求加倍(或更多)的量具支持要求嗎？制造的思索、丈量誤差的思索、維修的思索。那個被認定是規范？怎樣使每項有資歷？相互關系問題2：方法分歧：從不同的丈量系統設計但運用于可接受

9、的實際和操作限制下一樣零件和過程的丈量變差結果。19自動或手動：線上、線下、操作者信任。破壞性或非破壞性的丈量：例如：拉伸實驗、鹽霧實驗、電鍍油漆涂層厚度、硬度、尺寸丈量、圖像處置、化學分析、壓力、耐久性、沖擊、轉矩、扭矩、焊接強度、電性能等。潛在丈量范圍：能夠丈量的尺寸和預期范圍。有效方分辨率：運用時特殊運用的丈量對物理變化(探測過程或產品變差的才干)敏感情況可接受嗎？靈敏度：最小輸入信號構成丈量設備可探測的(可區分的)輸出信號對運用這種丈量安裝可接受嗎？靈敏度由固有的量具設計和質量(oem)及運用中的維護和操作條件確定。20二丈量系統制造在系統設計中提出的變差源識別了嗎？設計評審、驗證和確

10、認。校準和控制系統：建議的校準方案及設備和文件的審核。頻率、內部的或外部的、參數、過程中驗證檢查。輸入要求：機械的、電的、液壓的、氣動的、浪涌抑制器、枯燥器、過濾器、濾清器，預備和操作問題、絕緣、分辨率和靈敏度。輸出要求：仿真或數字、文件和記錄、檔案、存放、檢索、文件備份。本錢：開發、采購、安裝、操作和培訓的預算要素。預防性維護：類型、進度表、本錢、人員、培訓、文件。21效力性：內部的和外部的、位置、支持程度、反響時間、備件的可提供性、規范零件清單。人機工程學：經過長時間裝載和操作機器不帶來損傷的才干。丈量設備討論需求聚焦于丈量系統與操作者是怎樣相互依賴的問題上。平安思索：人員、操作、環境、鎖

11、止。存儲和定位：建立關于丈量設備存儲和定位的要求。罩、環境、平安、可提供性(接近)問題。丈量周期時間：丈量一個零件或特性要花多少時間？丈量周期與過程和產品控制相結合。過程流程、批量完好性、記錄、丈量和前往零件有中斷嗎？22資料處置：需求特殊架子、支撐夾具、運輸設備或其它資料處置設備處置被丈量的零件或丈量系統本身嗎？環境問題：不論是影響該丈量過程或相鄰過程，有任何特殊環境要求、條件、限制嗎？有特殊的排放要求嗎？有溫度和濕度控制的必要嗎？濕度、振動、噪聲、EMI、清潔度。有特殊的可靠性要求或思索嗎？過了一段時間設備能支持嗎？在消費運用前有必要驗證嗎？備件：普通清單、適當的供應和定貨系統，可提供性、

12、了解提早期預備。并有充分的和平安存儲嗎？(軸承、軟管、皮帶、開關、螺線管、閥門等。)用戶闡明：夾緊順序、清潔程序、數據解釋、圖表、目視協助、全面。可得到、適當的顯示。文件：工程圖樣、診斷樹、用戶手冊、言語等。23校準：與可接受的規范比較。可接受的規范的可提供性和本錢。建議頻率、培訓要求。要求下次的時間嗎？存儲：有關丈量設備的存儲有特殊的要求或思索嗎？罩、環境、防損壞盜竊的平安性等。防錯：運用者能很容易地(太容易？)矯正知丈量程序的錯誤嗎？數據登錄、設備的誤用、防錯、錯誤預防。24三丈量系統實施支持：誰將支持丈量過程？實驗室技師、工程師、消費、維修、外包效力。培訓：需求對運用和維修丈量過程的操作

13、者技師工程師培訓什么？時間進度、資源和本錢問題。誰將培訓？在那進展培訓？提早期的要求？與丈量過程的實踐運用互本配合。數據管理：怎樣管理丈量過程輸出的數據？人工、用計算器處置、匯總方法、匯總頻率、評審方法、評審頻率、顧客要求、內部要求。可提供性、存儲、檢索、備份、平安、數據解釋。25人員：需求雇用人員支持這一丈量過程嗎？本錢、時間進度、可提供性。當前的或新的。改良方法：經過一段時間誰將改良丈量過程？工程師、消費、維護、質量人員？運用什么樣的評價方法？能否有一個系統確定改良？長期穩定性：評定方法、方式、頻率及長期研討的需求。漂移、磨損、污染、操作完好性。這種長期誤差能丈量、控制、了解和預見嗎？特殊

14、思索：檢查者的素質、身體限制或安康問題：色盲、視力、力量、疲勞、耐久力、人機工程學。26由于其目的是評價整個丈量系統，評價人的選擇應從日常操作該儀器的人中挑選。樣品必需從過程中選取并代表其整個任務范圍。有時每一天取一個樣本，繼續假設干天。這樣做是有必要的，由于分析中這些零件被以為消費過程中產品變差的全部范圍。由于每一零件將被丈量假設干次，必需對每一零件編號以便識別。27取樣的代表性不具代表性的取法28取樣的代表性具代表性的取法29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非常之一，例如特性的變差為0.001，儀器應能讀取0.0001的變化。確保丈量方法(即評價人和儀器)在按照規定的丈量

15、步驟丈量特征尺寸。30試驗次數K124.5633.05評價人次數2個人3個人K23.652.7031零件數量K323.6532.7042.3052.0861.9371.8281.7491.67101.6232重復性 EVRepeatability)33反復性(Repeatability)反復性 指由同一個操作人員用同一種量具經多次丈量同一個零件的同一特性時獲得的丈量值變差四同34反復不好的能夠緣由零件(樣品)內部：外形、位置、外表加工、錐度、樣品一致性。儀器內部：修繕、磨損、設備或夾緊安裝缺點，質量差或維護不當。基準內部：質量、級別、磨損方法內部：在設置、技術、零位調整、夾持、夾緊、點密度的變

16、差評價人內部：技術、職位、缺乏閱歷、操作技藝或培訓、覺得、疲勞。環境內部：溫度、濕度、振動、亮度、清潔度的短期起伏變化。違背假定：穩定、正確操作儀器設計或方法缺乏穩健性，一致性不好運用錯誤的量具量具或零件變形，硬度缺乏運用：零件尺寸、位置、操作者技藝、疲勞、察看誤差(易讀性、視差)35量具反復性：指同一個評價人，采用同一種丈量儀器，多次丈量同一零件的同一特性時獲得的丈量值數據的變差。 EV= K1 %EV=100EV/TV公式闡明：1、EV/為再現性，TV為全變異。2、 為一切作業者執行多次量測所得之變異平均值。3、K1為再現性之系數，為量測次數有關。4、TV為全變異，)2()2&(PVRRT

17、V+ =36重復性Repeatability) 例1:三位作業者對10個零件分別量測,每個零件量測兩次,數值如下表所列37重復性Repeatability) 由上表可先計算Ra，Rb，Rc，再計算其平均值Ra，Rb，Rc如上表所示。 =1/3(Ra+Rb+Rc= (0.05+0.05+0.03)=0.04EV= K1=0.04 4.56=0.18%EV=100EV/TV=1000.18/0.93)=18.7%R31R38再現性 AVReproducibility)39再現性(Reproducibility) 由不同操作人員，采用一樣的丈量儀器，丈量同一零件的同一特性時丈量平均值的變差三同一異再

18、現性40再現性AV Reproducibility)量具再現性：指由不同的評價人，采用一樣的丈量儀器，丈量同一零件的同一特性時丈量平均值的變差。AV)()2EV2(/nr XDIFFK2 - =%AV=100(AV/TV)公式闡明：1、AV為再現性，TV為全變異；2、XDIFF為不同作業者所量測之平均值之最大值與最小值之差別；3、K2為再現性之系數，與作業者之人數有關；4、n為被量測之零件數目；5、r為每位作業者量測之次數。41再現性不好的能夠潛在緣由零件(樣品)之間：運用同樣的儀器、同樣的操作者和方法時，當丈量零件的類型為A,B,C時的均值差。儀器之間：同樣的零件、操作者、和環境，運用儀器A

19、,B,C等的均值差規范之間：丈量過程中不同的設定規范的平均影響方法之間：改動點密度，手動與自動系統相比，零點調整、夾持或夾緊方法等導致的均值差評價人(操作者)之間：評價人A,B,C等的訓練、技術、技藝和閱歷不同導致的均值差。對于產品及過程資歷以及一臺手動丈量儀器，推蕮進展此研討。環境之間：在第1,2,3等時間段內丈量，由環境循環引起的均值差。這是對較高自動化系統在產品和過程資歷中最常見的研討。違背研討中的假定儀器設計或方法缺乏穩健性操作者訓練效果運用零件尺寸、位置、察看誤差(易讀性、視差)42再現性 Reproducibility)作業者b作業者a作業者c再現性43再現性 Reproducib

20、ility)例2(同例1):亦是三位作業者10個零件分別量測,每個零件量測兩次,如下表: 知 K2=2.70, TV=0.93, EV=0.18, n=10, r=244再現性 Reproducibility) 由上表我們可先計算個人每次量測10個零件之平均值,再計算兩次總平均值Xa,Xb,Xc如上表所示.XDIFF=Xa-Xb=0.83-0.77=0.06(EV2/nr) (XDIFFK2)2 AV- =(0.062.70)2(0.182/10 2)=0.16%AV=100(AV/TV) =100(0.16/0.93) =16.8%45偏 移 (Bias)46偏倚(Bias)基準值觀測平均值

21、偏倚偏倚：是丈量結果的觀測平均值與基準值的差值。真值的獲得可以經過采用更高等級的丈量設備進展多次丈量，取其平均值。47偏 移(Bias)偏倚:指同一操作人員運用一樣量具，丈量同一零件之一樣特性多次數所得平均值與采用更精細儀器丈量同一零件之一樣特性所得之平均值之差，即丈量結果的觀測平均值與基準值的差值，也就是我們通常所稱的“準確度VAVT偏移(準確度)VT：真值VA：量測平均值48呵斥過份偏倚的能夠緣由儀器需求校準儀器、設備或夾緊安裝的磨損磨損或損壞的基準，基準出現誤差校準不當或調整基準的運用不當儀器質量差設計或一致性不好線性誤差運用錯誤的量具不同的丈量方法設置、安裝、夾緊、技術丈量錯誤的特性量

22、具或零件的變形環境溫度、濕度、振動、清潔的影響違背假定、在運用常量上出錯運用零件尺寸、位置、操作者技藝、疲勞、察看錯誤49偏 移(Bias)例31位作業者量測1個零件10次，量測值如下所示： X1=0.75 X6=0.80 X2=0.75 X7=0.75 X3=0.80 X8=0.75 X4=0.80 X9=0.75 X5=0.65 X10=0.70丈量平均值VA= ,知該零件之真值VT為0.8mm,零件之制程變異為0.70mm.那么Bias=VA-VT=0.75-0.80=0.05%Bias=100( Bias /制程變異 =1000.05/0.70)=7.1%50穩定性 (Stabilit

23、y)51穩定性(Stability)穩定性時間1時間2是丈量系統在某繼續時間內丈量同一基準或零件的單一特性時獲得的丈量值總變差。52穩定性(Stability) 時間 2時間 1穩定性穩定性：指丈量系統在某繼續時間內丈量同一基準或零件的單一特性時獲得的丈量值總變差。53穩定性(Stability)1.以一樣規范件在不同時間量測同一量具所得之變異;2. 以一樣量具在不同時間量測同一零件所得之變異穩定性可下面圖形表表:穩定性時間1時間254不穩定的能夠緣由儀器需求校準，需求減少校準時間間隔儀器、設備或夾緊安裝的磨損正常老化或退化缺乏維護通風、動力、液壓、過濾器、腐蝕、銹蝕、清潔磨損或損壞的基準，基

24、準出現誤差校準不當或調整基準的運用不當儀器質量差設計或一致性不好儀器設計或方法缺乏穩健性不同的丈量方法安裝、安裝、夾緊、技術量具或零件變形環境變化溫度、濕度、振動、清潔度違背假定、在運用常量上出錯運用零件尺寸、位置、操作者技藝、疲勞、察看錯誤55MSA之穩定性(飄移)實務指南獲得穩定性實務指南包括以下內容:1) 獲得一個樣本並確定相對於追溯標準的基準值.假設不能得到,則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件,並指定它作為標準樣本進行穩定性分析,對追溯測量系統的穩定性不需求一知的基準值.2) 定期測量基準樣品至少3或5次.樣本容量和頻率基於對測量系統的了解.要素包括要求多長時間重新校準或維修,測量

25、系統運用的頻率,以及操作條件如何等.讀數應在不同的時間讀取以代表測量系統實際運用的情況3) 在X-R或X-控制圖中標繪數據56線性 (Linearity) 57 線性是指量具在預期作業範圍內偏倚值的差異。 與儀器所運用於作業量測範圍(長度)有關。基準值較小的偏倚基準值較大的偏倚量測平均值(低量程)量測平均值(高量程)基準值量測值無偏倚偏倚線性(變化的線性偏倚)線性(Linearity)58線性(Linearity)線性：指丈量系統在預期的任務范圍內偏倚的變化。 作業者量測5個不同零件,其真值分別為2.00mm,4.00mm,6.00mm,8.00mm及10.00mm,每個零件量測12次,如下頁

26、所示:59線性誤差的能夠緣由儀器需求校準，需減少校準時間間隔；儀器、設備或夾緊安裝磨損；缺乏維護通風、動力、液壓、腐蝕、清潔；基準磨損或已損壞；校準不當或調整基準運用不當；儀器質量差；設計或一致性不好；儀器設計或方法缺乏穩定性；運用了錯誤的量具；不同的丈量方法設置、安裝、夾緊、技術；量具或零件隨零件尺寸變化、變形；環境影響溫度、濕度、震動、清潔度；其它零件尺寸、位置、操作者技藝、疲勞、讀錯。60線性(Linearity)61線性(Linearity) 根據上表,可計算出每個零件之平均值及偏移,再根據真值與偏移之關系,可知其此量具之線性分布情況如以下圖所示:0.600.400.200-0.20-

27、0.40-0.602.004.006.008.0010.00X(真值)回歸線62線性(Linearity)我們可由上圖得到回歸線如下:(或由計算機求出a,b)y=a+bx其中a=y-bx=0.7367(y、x分別為y及x平均值(R2為回歸線之Goodness of Fit擬合優度63線性(Linearity) 我們可計算Bias，Linearity，%Linearity及Goodness of Fit之結果如下： Bias=a+bx=0.7367-0.1317x Linearity=slopeProcess Variation =0.13176.00=0.79 知process variati

28、on=6.00 %Linearity=100(linearity/process variation) Goodness of Fit(R2)=0.98 綜上可知Linearity(線性)是由slope(斜率)所決議,斜率愈小那么量測之線性愈佳,反之亦然.64零件變異(Part Variation)零件變異為制程中個別零件量測平均值之變異. PV=RPK3(RP為零件之最大差別, K3為系數,與零件數有關)(例5)同例1,可計算每個零件之平均值XP,再取XP之全距RP,即得RP =0.56,又查表得K3=1.62 PV=RPK3 =0.561.62 =0.9065將作業者分為A、B、C三人,零

29、件10個,但作業者無法看到零件號.預備所需之量丈量具.3. 使作業者A依隨順序量測10個零件并由另一觀者在第1行填入量測數據,請作業者BC量測一樣的10個零件,但不使他們看到他人的量測值,將量測分別記入第6行及第11行.(表1)4. 反復這個循環但以不同的隨機順序進展量測,將數據填入第2、7及12行之適當列中.例如第一個被量測為7號零件,那么在第7例中記錄量測值,如須第三次量測,那么反復此循環并將結果記入第3、8及13中(表1).量具反復性與再現性之計算66范 例 KCE公司預備評價量測系統，第一個被評價的量具為厚薄規。質量工程師決議運用10個零件以代表制程變異并檢驗單位，隨機選出三位檢驗人員

30、并執行二次量測，其結果如表1及表2所示。 個別全距的上控制界限UCLR及下控制界限LCLR計算結果如表1，這些數值可點繪在再現性全距控制圖。但經分析顯示，一切全距均在控制形狀下亦即在UCLR及LCLR之間。此表示一切的操作者是一致的，而且是以一樣的方法運用量具。 然后再計算各變異工程的量測單元分析及制程變異百分比如表2。 在本例中，%R&R等于25.2%，故此量測系統對制程變異的量測被以為是在接受邊緣。67將第1、2及3行的最大數值減最小數值，將結果記錄在第5行，第6、7、8行及第11、12、13行的作法一樣，而將其結果分別記錄入第10行及第15行表1。2. 第5、10行及15行之記錄應為正值

31、表13. 將第5行加總并除以量測零件數,那么得第一位作業者的平均全Ra,以一樣方法從第10及第15行求得Rb及Rc(表1)4. 將第5、10第15行的均值(Ra 、Rb、 Rc),填入第17行,將其加意后除以作業者人數而得的數值記R(一切全距的平均值)(表一)量具反復性與再現性之計算68將R(平均值)填入第1920并乘以D3及D4求下及上的控制界限,如為二次量測D3=0,D4=3.27,將個別全距的上控制界限(UCLR)的值記入第19行,下控制界限(LCLR)的值填入第20行如量測次數少于7那么為零(表1).將各行加總(第1、2、3、6、7、8、11、12及13行),將各行的總和除以取樣零件數,將此值記錄在最右邊一列標示為“平均值處(表1).7. 將1、2、3行的平均值加總,并除以量測次數,將其值記錄在第4行Xa方格處,以一樣方式處置6、7、8行及11、12、13行而將其值分別記入第9、14行的Xb及Xc處.量具反復性與再現性之計算698 . 將 第4914行的最大及最小平均值記錄在第18行的適當之位置計算其差將此差記錄在第18行標行為XDIFF處.(表1).9. 將每個零件的各次量測值加總除以量測值總數(量測