1、1,测量系统分析(MSA)培训教材,深圳市诸葛企业管理咨询有限公司2010年4月,主讲：冯建春电话：13538068637Q Q：617364625邮箱：,2,第一个问题,测量是否准确由什么决定?,3,测量的重要性,如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。 因此，要保证测量结果的准确性和可信度。,测量,4,测量误差,Y = x + 測量值 = 真值(True Value)+測量誤差,戴明說沒有真值的存在,一致,5,第二个问题,计量合格证标签如何看待,6,第二个问题续,传统的判断:计量合格与不合格-是不足够的真正的问题在于
2、要找出误差具体是多少范围?多大程度上会在此范围内?,7,测量误差的来源：,nDiscrimination 分辨能力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)nDifference in use by inspector 不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)nDifferences among methods of use (使用不同的方法所造成差异)nDifference
3、s due to environment (不同环境所造成的差异),8,测量的变异说明,9,为什么要进行测量系统分析,即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求： ISO/TS16949:2002标准7.6.1规定：为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合
4、顾客的测量系统分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。,10,测量系统的基本知识和概念,术语测量系统及其统计特性 分辨力、稳定性、偏倚 、重复性、再现性、线性理想的测量系统 测量系统的共同特性测量系统的评定步骤和准备,11,术语,测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而赋予的值定义为测量值。 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。测量系统： 用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。,12,测量系统的组成,测量系统,人,机,料,法,环,操作人员,量具/测量设备/工装,被测的材料/样品/特
5、性,操作方法、操作程序,工作的环境,13,测量系统的统计特性,通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：nDiscrimination 分辨力(ability to tell things apart) ;nBias 偏倚;nRepeatability 重复性;nReproducibility再现性 ;nLinearity 线性 ;nStability 稳定性 。,14,分辨力（率）,定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。,10,30,15,偏倚(Bias)：,基准值,观测平均值,偏倚,偏倚：是测量结
6、果的观测平均值与基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。,16,重复性(Repeatability),重复性,重复性是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。,17,再现性(Reproducibility)：,再现性是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。,再現性,操作者B,操作者C,操作者A,18,稳定性(Stability)：,稳定性,时间1,时间2,稳定性：是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差。,19,线性(Linearity
7、)：,量程,基准值,观测平均值,基准值,线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值,20,线性(Linearity)：,观测的平均值,基准值,无偏倚,有偏倚,21,测量系统的分析,测量系统的变差类型： 偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性测量系统特性可用下列方式来描述 ：位置：稳定性、偏倚、线性。 宽度或范围：重复性、再现性。,22,位置和宽度,位置,寬度,位置,寬度,标准值,23,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。,24,
8、IDEAL MEASUREMENT SYSTEM,真值,真值,25,测量系统所应具有的特性：,测量系统必须处于统计控制中，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；测量系统的变异必须比制造过程的变异小； 变异应小于公差带；测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一；测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。,26,测量系统的评定,第一阶段： 明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。主要有二个目的：
9、 1）、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。 2）、发现那种环境因素对测量系统显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用的环境要求。第二阶段： 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。 常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。,27,分辨率不足,当极差图出现以下情况时，表示测量系统的分辨率不足：只有一、二或三个数值的极差可读四分之一以上极差为零选择分辨率按比例小于规范或过程变差，以获得足够的分辨率,28,分辨率的决定原则,分辨率应当为(容限)公差或分布的十分之一在PPAP之前，APQP和测试期间进行量具分辨率的研究研究制造过程的极差图；
10、如果只有一、二或三个极差图时，表示测量系统的分辨率不够从不断改进的角度看，十分之一的公差值可能不够。MSA建议用6o制造标准差的十分之一。,29,理解分辨率,测量硬币的厚度哪种测量系统能更好地提供三个硬币厚度变差的信息？定义：“测量系统可能探测和表达被测特性最小变化的能力，即分辨力”,30,练习一：分辨率,31,偏倚,观测值与基准值之差。基准值可接受的参考值或标准值，用作测量值的认可基准。基准值可以由更高级别的测量设备而获得的测量均值决定。,32,偏倚范例,至 为 A 的偏倚,至 为 B 的偏倚,至 为 C 的偏倚,33,量具偏倚的工作指南,1. 用标准值或高等级量具，如完全尺寸检验设备，获得
11、基准值2. 用测量室或完全尺寸检验设备3. 由同一评鉴人对同一零件作至少10次测量4. 计算：读数的均值偏倚= 观值均值-基准值偏倚% =(偏倚/过程变差(公差)100,34,为何作量具偏倚分析,从比例上讲，不会象R&R那么大，但有助于量化准确度用于同一量具的稳定性和线性分析基准值应与其它统计特性评估相同在以后其他评鉴人作GR&R分析时，作读数比较 (Xa, Xb, Xc),35,量具偏倚大的原因,标准值有误测量设备：磨损错误的尺寸测量错误的特性校准不当作业员使用不当,36,偏倚范例,观测次数 外径观测值 (英寸) 1 0.72660 2 0.72440 3 0.72535 4 0.72630
12、 5 0.72710 6 0.72745 7 0.72630 8 0.72515 9 0.72525 10 0.72570,均值 (X-bar) = 0.72596偏倚 = 观测均值 - 基准值 = 0.72596 - 0.72650 = 0.00036% 偏倚 = (|偏倚|/过程变差) x 100 = (0.00036/0.00310) x 100 = 11.6%观测值要比基准值平均小0.00036”,占过程变差的11.6%,同一作业员对一条轴的外径作了10次测量，数据如下：过程变差估计为0.00310”,基准值为0.72650”，是一个名誉值，即假定产品与原样一致。估计偏倚,37,练习二
13、，偏倚,38,稳定性,稳定性(或漂移)是指一个测量系统在一段时间(指几天而不是几小时)获得的对同一标准件或零件的一个单一特性的测量总变差,39,稳定性范例,量具A的第一次均值,量具A的第二次均值,至 为A的稳定性,40,稳定性,稳定性是测量系统对特定零件或标准件在不同时间的偏倚的总变差当同时有多个测量系统介入时，偏倚最小的那个系统被认为是稳定的系统,41,量具的稳定性,一般没有R&R问题大有助于确定校准周期当多个系统测量同一标准件并在不同时间内有显著的变差时，有助于确定最稳定的测量系统应追溯二次测试并图表化(至少应记录实际读数和其它相关数据),42,对量具稳定性的影响,时间- 长时间的不用或间
14、歇使用二次稳定性试验的测量数很大或很小环境或系统变化，例如：湿度，气压与统计稳定性相混淆的其它因子，如预热效应、磨损度、缺乏维护、作业员或实验人员缺乏培训等,43,量具稳定性错误的原因,校准频度不够或太过频繁缺乏气压调节或过滤电子或其它量具的预热期缺少维护不易观察的磨损和损坏氧化(生锈),44,量具稳定性分析,量具稳定性工作指南1. 取样并建立基准值，使之具备追溯性；确定稳定性分析的标准样件如果不可能，选择处于中极差值(过程或公差)的生产零件最好的做法是选择低、中、高极差值的样本 - 同时图析/追踪三个类别,45,量具稳定性分析,量具稳定性工作指南(续)2. 对标准件在一天的不同时间作3至5次
15、测量(根据测量系统的具体情况而定)3. 把数据作成均值和极差图或均值和标准差图4. 根据通常的SPC要求作评估5. 将测量标准差与过程变差相比较，以确定适用性,46,稳定性图析,均值和极差或均值和标准差控制图是测量系统稳定性分析的好方法,47,对稳定性图的分析,如果稳定性有问题时，均值和极差图会出现漂移或非控制状态均值图出现非控制状态时，表明测量系统测量不正确偏倚改变了- 确定原因并改正如果原因是磨损 - 重复校准、维修测量系统控制图适用于标准件或期望测量的低/中/高极差的标准,48,对稳定性图的分析,将稳定性控制图在低/中/高极差间和在不同时间的不同测量系统间作比较不必计算测量系统稳定性数值
16、 - 通过减少系统变差改善稳定性,49,线性,量具在期望的作业范围偏倚值的差,50,量具的线性,量具的线性通过对量具期望作业范围内的偏倚分析而确定至少要作二次分析，在量具作业范围的开端和末端各一次量具作业范围的中部也应考虑,51,量具线性分析,量具线性工作指南1.选择可供测量系统不同作业范围作测量的5-8个零件2.用完全尺寸检验设备确定每个零件的基准值3. 由一个评鉴人和同一量具测量所有零件4. 每个零件重复10-12次测量,52,量具线性分析,量具线性工作指南(续)5. 计算零件的偏倚偏倚 = 观察平均值 - 基准值6. 将计算出的偏倚由小到大排序7. 以偏倚均值(Y-轴)对基准值(X轴)建
17、立散布图,53,量具线性分析,量具线性工作指南(续)9. 线性由这些点的最佳拟合直线的斜率确定。一般说来，斜率越小表示线性越好10. 计算量具的线性指数量具的线性指数 = 斜率 过程变差(或公差)线性% = 100线性/过程变差 (或公差),54,线性图析,55,分析线性,直线回归系数的符合性值(R2)反映了偏倚和基准值之间的相关程度如果符合性好且呈线性关系，评估回归线的可接受性 ( 或 45)如果不呈线性关系，应当采用其它工具分析测量系统的可接受性,56,非线性的原因,量具的作业范围的开端和末端未经恰当的校准用于最小和最大量程的标准件有误量具磨损量具的设计特性,57,练习三：线性,1. 计算
18、第1、2组数据的偏倚和线性2. 以标准值为X轴，以偏倚值为Y轴，将11点作图3. 分析图形和运算，以确定可接受性,58,练习三：线性,59,重复性,同一评鉴人员用同一测量仪器测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差,60,重复性范例,61,再现性,不同评鉴人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差,62,再现性范例,63,开展量具的重复性和再现性(GR&R)分析,64,GR&R,目的理解用AIAG计算方法所作的GR&R注意:重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或开展度偏倚、稳定性和线性用于对测量系统变差作定位,65,R&R,重复性同一评鉴人员用同一测量仪器测量多
19、次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差,再现性 - 不同评鉴人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差,66,量具R&R分析,量具R&R工作指南1. 在测量系统使用者中选出2-3个评鉴人2. 抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差极 差3.把零件从1至10编号，但号码不为被评鉴人所见4.如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准,67,量具R&R分析,量具R&R工作指南(续)5.由评鉴员A随机地对10个零件作测量，由一个观察员 记录测量结果6. 由其他评鉴员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得的读数7. 重复第5和第6步，用不同的随机组合测量8. 对每个评鉴员的读数计算
20、均值和极差,68,量具R&R分析,量具R&R工作指南(续)9. 用所附GR&R报告表，记录零件均值和极差均值10. 计算表示设备变差的重复性11. 计算表示评鉴人员变差的再现性12. 计算GR&R并转换成百分比13. 计算零件变差并转换为百分比14. 计算总变差,69,R&R的应用,当重复性比再现性大时：量具需要维护重新设计量具以更为严格改进量具的夹紧或定位零件内部变差太大,70,R&R的应用,当再现性比重复性大时：评鉴人员需要更好的量具使用培训需要更好的操作定义量具的刻度可读性太差需要辅助装置，以求量具使用的一致性,71,练习四：GR&R,72,GR&R 接受标准,根据估计的系统R&R值，接
21、受标准为:%R&R30%, 系统需要改进,73,方差分析法 ANOVA：,方差分析法中，变差分为4类：零件、评价人、量具、零件与评价人的交互作用；优点（与均值-极差法相比）：1、适用于任何试验调试；2、更精确地估计方差；3、可以从试验数据中分离出更多的信息；缺点：计算复杂，需借助计算软件；对分析人员要求高；,74,计数型测量系统研究,75,计数型量具：,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。 计数型量具只能指示该零件被接受或拒收。计数型测量系统的分析方法有： 小样法； 大样法。,76,小样法分析：,选取二十个零件来进行，其中应有一些零件稍许高或低于规范限值。 选
22、取二位评价人员以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。所有的测量结果(每个零件测四次)必须一致则接受该量具，否则应改进或重新评价，或找到一个可接受的替代测量系统。,77,78,检验和测试,实验室要求 1对测量系统和实验室的要求要有书面规定的范围、政策、程序和工作指导书文件控制、批准的供应商、产品标识和过程控制测试的可追溯性、测试状态的目视标识不合格品程序、纠正和预防措施、严格问题解决方法,79,检验和测试,实验室要求 2检验、测量和测试仪器的清单所有IMT 仪器必须有独一无二的标识(编号)，并用适当的标记、标签、标识物或其它经批准的识别记录，以标明其校准状态给定检验、测量和测试仪器的维护
23、和校准周期,80,检验和测试,实验室要求 3对测试和校准活动作专业判定的人员必须具备相关经验并经过培训记录对环境的控制和监控以证明相关技术活动在恰当的条件下进行限定权限对测量系统中所用的硬件和软件的维护和使用,81,检验、测量和测试仪器的控制,通用要求所有检验、测量和测试设备，包括硬件和软件，都应确定其测量不确定性，并使其在可接受的范围内,82,检验、测量和测试仪器的控制,控制程序 确定准确度和精确度对使用校准失效量具检验并接受的产品必须重复检验校准和测试时的“环境条件”必须加以评估，以评定其对测量系统的影响搬运、保护和储存对测试用的硬件和软件作保护，以防止过度调整,83,检验、测量和测试仪器
24、的控制,检验、测量和测试仪器记录必须包括员工自备量具量具在检查时，必须记录其条件和实际读数当有怀疑的产品装运后必须通知客户确认测量系统分析的方法被客户所批准。,84,检验、测量和测试仪器的控制,测量系统分析 对客户批准的控制计划中所确定的每一种检验、测量和测试系统作统计分析供应商应当把统计分析的范围从量具种类延伸到产品族分析方法和接受标准应符合客户批准的标准或MSA手册的要求,85,检验、测量和测试仪器的控制,优胜者的检验、测量和测试设备控制方法最大限度地减少量具种类最大限度地减少量具数量根据产品族添置量具根据MSA手册的要求，按产品族进行统计分析只采用符合MSA要求的量具不允许个人量具用6过程分布计算MSA结果，而不是规范或公差值,86,实施汽车质量体系的要求,标识所有检验、测量和测试设备，及其校准状态确定其准确度和精确度进行测量设备的变差分析 (MSA)当量具被发现处于非校准状态时，对其以前测量的结果作确认量具的搬运、保护和存放对量具作安全保护，防止校准记录应包括个人量具采用所有MSA手册中的标准,87,总 结,汽车行业质量管理体系对MSA的要求详见ISOTS-16949(2002版)之7.6.1条款。 MSA需考虑线性、偏倚、稳定性、重复性、再现性五个方面。 MSA的应用必须考虑范围、频率、时机、方法和接受准则的规定。 至少应对每种量具作属性类和变量类的研究。,
