ISO-TS-16949---测量系统分析解读课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,78,QIANSI,consulting,单击此处编辑母版标题样式,强思企管,*,测,量系,统,分析,（,MSA）,(Measurement Systems Analysis,),为什么要用测量系统,在日常的检验中，你经常会遇到以下问题或困惑：,我可以信赖我收集的数据吗？,不同的操作人员的测量结果有什么差异？,为什么测量同一个零件得到的结果不尽相同？,我对测量数据进行分析的结果用于过程分析和控制可靠吗？,测量是一个过程,2024/9/17,测量过程示意图,测量值,=,被测特性,+,测量误差,测量过程变差,测量过程的构成因子及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。,测量值,变差,环境,方法,仪器,(,机器,),材料,人员,2024/9/17,测量过程变差分析,环境影响测量数据,温度变化引起热涨冷缩，使同一零件的同一特性产生不同的读数,光线不足妨碍正确读值,刺眼的光导致读值不正确,在绞线制造中，电线绝缘层的厚度会因测量方法不同而不同,二种方法的,测量结果,不一样,扁平,圆形,同心轴,测量方法影响测量结果,什么叫测量系统分析,测量体系分析,(MSA),MSA,用于分析测量系统对测量值的影响,强调仪器和人的影响,我们对测量体系作测试，以确定测量数值的统计特性，并与可接受的标准相比较,测量系统的变差,测量系统的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作,的判定,测量系统的误差可分为五类：偏倚、重复性、再现性、稳定性,和线性,偏倚、稳定、线性属位置变差，重复性、再现性属宽度变差。,必须在采纳一个测量系统前知道其测量变差,2024/9/17,测量系统的基本概念,测量,：,定义为赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特,定性的关系。,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；包括通过不通过装置。,测量系统：,对被测产品特性赋值的操作者 、量具、操作程序、,设备、软 件的集合，用来获得测量结果的整个过程称,为测量过程或测量系统。,2024/9/17,真值：,真值是零件的“实际”测量值，虽然这个值是不知道的，,并且是不可知的，但是它是测量过程的目标。,参考值：,也称为可被接受的参考值或,基准值,。它是一个人工制,品值或总效果值用作约定的比较基准值。,在进行测量系统分析时，一般是通过采用比要分析的测,量系统具有跟高级别分辨率的测量系统对被测特性进行,多次测量、取平均值作为它的估计值，也叫做基准值、,参考值或标准值。,测量系统的基本概念,2024/9/17,测量值,=,被测特性的基准值,+,测量误差,在确定基准值时一般需要引用,可溯源的标准等级体系,，因为比要分析的测量系统更高级别的测量系统一般位于更高的标准等级上。,测量系统的基本概念,2024/9/17,测量系统的基本概念,2024/9/17,分辨力：,是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量。它,也可以称为可读性或分辨率。,测量仪器分辨力的第一准则应该至少是被测范围的十,分之一。统上此范围就是产品范围。最近，,10,比,1,规,则被解释为测量设备能够分辨至少十分之一的过程变,差。这符合持持续改进的原理。,测量系统的基本概念,2024/9/17,例如： 某特性,10mm+/-0.1mm,。公差范围,0.2mm,。选择测量设备的分辨力是按照公差范围十分之一。用,0.02mm,的游标卡尺就满足要求了。通常测量得到的数据，譬如是,10.02,、,10.03,、,9.92.,。现在质量提高了，实际做出来的零件，测量得到的数据可能集中在,10mm+/-0.01,的数据范围内。再用,0.02mm,的游标卡尺就不能满足要求了。通常分辨力要用过程变差的十分之一。这样才能测量得到更加细分的数据。譬如，,10.019,、,10.032,、,9.919.,。如果分辨力不满足要求的话，数据分析结果会出大的误差。,测量系统的基本概念,2024/9/17,准确度：,一个表示准确的通用概念，它涉及一个或多个测量结,果的平均值与一个参考值之间一致的接近程度。测量,过程必须处于统计控制状态，否则过程的准确度就毫,无意义。,精确度：,是指使用同种备用样品进行重复测定所得到的结果之,间的重现性。（非手册）,测量系统的基本概念,2024/9/17,测量系统的基本概念,2024/9/17,测量系统的基本概念,2024/9/17,精密度,：,传统上，精密度描述了测量系统在操作范围（大小、量,程和时间）内分辨力、灵敏度和重复性的最终影响。,更广泛地把精密度定义为包括来自不同的读数、量具、,人员、实验室或条件的变差。,测量系统的基本概念,Bias,偏倚,:,-,对同样的零件的同样特性，真值（基准值）和观测到的测,量平均值的差值。,-,是测量系统的系统误差所造成的,只有当测量系统处于统计稳定状态时，进行偏倚研究才有意义,测量系统的基本概念,Stability,稳定性,:,稳定性（或漂移）是测量系统在某一阶段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。,换句话说，,稳定性是偏倚随时间的变化,。,测量系统的基本概念,Linearity,线性,:,-,在量具正常工作量程内偏倚变化量,-,多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的关系,-,是测量系统的系统误差构成的,观测的平均值,基准值,无偏倚,有偏倚,图：线性,测量系统的基本概念,Repeatability,重复性,-,一个评价者使用一台测量仪器，对同一零件的某一特性 进行多次测量下的变差,-,是在固定的和已定义的测量条件下，连续（短期内）多次测量中的变差,-,通常被称为,E.V,（设备变差）,-,设备（量具）本身固有的变差或性能,-,系统内部变差,测量系统的基本概念,量具,A,量具,B,量具,C,量具,A,的均值,量具,B,的均值,量具,C,的均值,哪个重复性好？,2024/9/17,测量系统的基本概念,Reproducibility,再现性,-,不同评价者使用相同的量具，测量一个零件的一个特性进,行多次测量下的变差,-,传统上被称为,A.V,（评价者变差）,-,系统之间（条件）的变差（自动操作系统中操作者不是主,要的变差源,-,其可能包括：重复性、实验室、环境以及评价者影响,测量系统的基本概念,2024/9/17,测量系统的基本概念,至 为,A,和,B,的再现性,至 为,A,和,C,的再现性,至 为,B,和,C,的再现性,人员,A,人员,B,人员,C,量具,A,的均值,量具,B,的均值,量具,C,的均值,2024/9/17,测量系统的基本概念,量具,R&R,或,GRR:,量具,R&R,是重复性和再现性合成变差的一个估计。换句话,说，,GRR,等于系统内部和系统之间的方差的总和。,测量系统的基本概念,测量系统是否有足够的分辨力？,测量系统在一定时间内是否统计稳定？,测量系统的误差是否足够小？,评价测量系统的三个基本问题,测量系统的统计特性,理想的测量系统的统计特性：,零偏倚,对所测的任何产品错误分类为零概率,可是这样的测量系统几乎不存在的，但是确定一个测量系统质量的正是其产生数据的统计特性。,测量系统的统计特性,每一个测量系统可能被要求有不同的统计特性，但有一些,基本特性用于定义,“,好的,”,测量系统。它们包括：,足够的分辨率和灵敏度；通常所知的是,10-1,法则，表明仪器的分辨率应把公差,(,过程变差,),分为十分或更多，这个规则是选择量具期望的实际最低起点。,测量系统应该是统计受控的,；,对于产品控制,，测量系统的变异性与公差相比必须小。依据特性的公差评价测量系统。,对于过程变差,，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并且与制造过程相比要小。,2024/9/17,关于测量系统哪些变异特性需要评价，需要根据具体的测量系统特点及被测特性的实际情况来确定。一般来说，首先量具的分辨力肯定要确定的；如果量具有不同的人员来重复使用和操作，,GRR,大多数情况也要做；如果量具在全量程范围内使用线性分析就十分必要；如果量具的偏倚与时间相关则稳定性需要做。,测量系统的评价,测量系统研究的准备,(,一,),实施测量系统研究之前应先进行充分的策划和准备,A,、先计划将要使用的方法；,B,、评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预先决定。,在此选择中应考虑的因素如下：,尺寸的关键性,-,关键尺寸需要更多的零件和或试验。,零件结构,大或重的零件可选择较少样品和较多试验。,C,、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选择；,D,、样品的选择对正确的分析至关重要，它完全取决于,MSA,研究的设计、测量系统的目的以及能否获得代表生产过,程的样品。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。,2024/9/17,测量系统研究的准备,(,二,),E,、 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。,F,、 在读数时，读数应估计到可得到的最接近的数字。即读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度为0.0001，则每个读数的估计值应四舍五入到0.00005。,G,、 研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。,H,、 每一位评价人应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。,2024/9/17,2024/9/17,进行测量系统分析的目的，是要预测在不远的未来测量系统所引入的测量误差具有什么样的统计特性。为了能够进行这样的预测，测量系统必须表现出统计稳定性，即测量系统引入的测量误差的分布规律不随时间发生变化。,在稳定状况下工作的测量系统其测量误差一般近似服从正态分布，统计稳定性便意味着分布的均值和方差都不随时间发生变化。在统计过程控制中应用控制图来监控过程是否处于统计稳定状态，在测量系统分析中也可以这样作，主要是应用,X,R,或,X,S,控制图。,稳定性分析指南,稳定性分析指南,(1),应选择一个落在过程产品测量值中程数的产品作为研究的标准样本。,具备预期测量的最低值、最高值和中程数的标准样本是比较理想的。,建议对上述每个标准样本分别进行测量和控制图。,(2),周期性,(,每天或每周等,),地对标准样本测量多次,一般为,3,到,5,次。,应该在每天的不同时间测取读数，以反映该测量系统实际使用时的情况，例如预热、环境温度、湿度等的影响。,(3),画,X,R,或,X,S,控制图。,(4),解释,X,R,或,X,S,图。,2024/9/17,应用同一把量具对同一个零件上的同一特性进行测量，每天测两次，得到两个测量结果，以它们组成一个子组。判定其稳定性。,稳定性分析案例,可以看出，极差图受控；再观察,X,图，从第,13,个子组开始，连续有,10,个点（子组,13-22,）位于中心线以下，所以,X,图是失控的。,这样的测量系统的统计特性是无法预测的。,不稳定性的原因,仪器需要校准，减少校准周期,仪器，设备或夹紧装置的磨损,正常老化或退化,缺乏维护例如腐蚀，锈蚀等,基准出现误差,环境变化，温湿度，振动，清洁度,应用零件尺寸，位置，作业人技能，疲劳，观测错误等。,校准不当,2024/9/17,偏倚分析指南,独立样本法,取一个样品并建立相对于可追溯标准的基准值。如果该样,品不可获得，选择一个落在产品测量中程数的生产零件。,指定其为偏倚分析的标准样本，在工具室测量这个零件,n=10,次，并计算这,n,个数据的均值。把均值作为,“,基准值,”,。,让一个评价人，以通常方法测量样本,10,次以上。,相对于基准值将数据画出直方图。评审直方图，以专业的知识,确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有继续分析。,偏倚分析指南,计算,n,个读数的均值。,X=,计算可重复性标准偏差,r,=R/d2*,R=max (Xi)- min(Xi),这里,d2*,可以查表求得,i=1,n,1,n,Xi,偏倚分析指南,确定偏倚的,t,统计量,偏倚,=,观测测量平均值,-,基准值,b,=,r,/ n,t=,偏倚,/,b,如果,0,落在围绕偏倚值,1-a,置信区间以内，偏倚在,a,水平,是可以接受的。,d2,b,d2*,(,t,v,，,1-a/2),-,偏倚,d2,b,d2*,(,t,v,，,1-a/2),-,偏倚,=0=5,个零件，由于过程变差，这些零件测量值覆盖量具,的操作范围,。,2),用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认了包括量,具的操作范围。,3),通常用这个仪器的操作者的一人测量每个零件,m=10,次。,(,隨机选择零件,),4),计算每次测量的零件偏倚及零件偏倚值。,5),在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值。,2024/9/17,例：某领班对其测量系统的线性特征感兴趣，特在其量程内,选定五个标准件，经检验，它们的基准值分别为：,2.00,、,4.00,、,6.00,、,8.00,、,10.00,然后请一个合格的操作者，对每一个标准件各重复测量,12,次，其测量值及其均值和极差都列表如下：,线性分析指南,2024/9/17,零件基准值,1 2 3 4 5,2.00,4.00,6.00,8.00,10.00,试,验,次,数,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.70,5.10,5.80,7.60,9.10,2.50,3.90,5.70,7.70,9.30,2.40,4.20,5.90,7.80,9.50,2.50,5.00,5.90,7.70,9.30,2.70,3.80,6.00,7.80,9.10,2.30,3.90,6.10,7.80,9.50,2.50,3.90,6.00,7.80,9.50,2.50,3.90,6.10,7.70,9.50,2.40,3.90,6.40,7.80,9.60,2.40,4.00,6.30,7.50,9.20,2.60,4.10,6.00,7.60,9.30,2.40,3.80,6.10,7.70,9.40,零件平均值,基准值,偏倚,极差,2.49,4.13,6.03,7.71,9.38,2.00,4.00,6.00,8.00,10.00,+0.49,+0.13,+ 0.03,- 0.29,-0.62,0.40,0.13,0.7,0.3,0.5,线性分析指南,2024/9/17,1.20,1.00,0.80,0.60,4.00,0.40,0.20,0.00,-0.20,-0.40,-0.60,6.00,8.00,10.00,偏,倚,基准值,偏倚,Y,与基准值,X,的散点图如左,，从图上看，诸点在一条直线,附近。设此直线的方程为,Y=b+aX,则其中的截距,b,和斜,率,a,可用最小二乘估计法求得：,a= =-0.1317,b=Y-aX=0.7367,该测量系统的线性方程为,Y=0.7367-0.1317X,还可算得其相关系数,r=0.98,，说明偏倚,Y,和基准值,之间有良好的线性关系,线性分析指南,2024/9/17,线性,=,斜率,X,过程变差,它用来表示量具的线性,程度，愈小愈好。,线性分析指南,2024/9/17,在工作范围内上限或下限内仪器没有正确校准,最小或最大值校准量具的误差,磨损的仪器,仪器固有的设计特性,线性不好的原因,在测量系统使用者中选出,2-3,个评价人,抽取,10,个零件，以此代表实际或期望的过程变差,把零件从,1,至,10,编号，但号码不为被评价人所见,如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准,由评价员,A,随机,地对,10,个零件作测量，由一个观察员记录测量结果,由其他评价员重复第,5,步，隐藏其他评价员所获得的读数,重复第,5,和第,6,步，用不同的,随机组合,测量,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,试验步骤,对每个评价员的读数计算均值和极差,用所符,GR&R,报告表，记录零件均值和极差均值,计算表示设备变差的重复性,计算表示评价人员变差的再现性,计算,GR&R,并转换成百分比,计算零件变差并转换为百分比,计算总变差,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,试验步骤,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,第,1,、,2,、,3,行中最大的读数减去最小的读数；结果记入第,5,行。同样方法处理,6,、,7,、,8,行和,11,、,12,、,13,行，将结果记入对应的,10,、,15,行。,在第,5,、,10,、,15,行都是极差，所有为正值。,求第,5,行的总和再除以零件样本的数量，得到第一个评价人试验的极差均值,R,a,，用同样方法处理第,10,、,15,行得到,R,b,和,R,c,。,将第,5,、,10,、,15(R,a,、,R,b,、,R,c,),行的数据记到第,17,行。将其求和再除以评价人数，结果记为,R(,所有极差的均值,),。,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,将,R(,平均值,),输入到,19,和,20,行，乘以,D4,得到上下控制限。注意如果做,2,次试验,D4,为,3.27,。单个极差的上控制限,(UCL,R,),记到第,19,行。试验少于,7,次时，下控制限,(LCL,R,),为,0,。,求这些行,(,第,1,、,2,、,3,、,6,、,7,、,8,、,11,、,12,和,13,行的和。用每行的总和除以样本零件数，将计算值输入最右边标有,“,平均值,”,的列。,将行,1,、,2,、,3,的均值加起来，用总数除以试验次数，将结果输入第,4,行,X,a,格中，第,6,、,7,、,8,和,11,、,12,、,13,行重复同样的计算，将结果输入第,9,行、,14,行的相应的,X,b,、,X,c,格中。,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,将第,4,、,9,、,14,行的最大和最小均值输入第,18,行对应位置，确定它们的差值，将差值填入第,18,行标有,X,DIFF,的位置以确定差异。,对于每个零件的每次试验的测量值求和，用总和除以试验次数，将结果输入第,16,行零件均值格内。,用最大的零件值减去最小的零件均值，将结果输入到第,16,行标有,Rp,的格中。表示零件均值的极差。,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,将计算的结果值,R,、,X,DIFF,、,Rp,转记到提供的报告表格栏中。,在表格左边标以,“,测量单元,”,的列进行计算。,在表格右边标以,“,总变差,%,”,的列进行计算。,检查结果确认没有发生错误。,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,重复性或设备变差,(EV),是由极差平均值,R,乘以一个常数,(K1),来决定，,K1,取决于量具研究中的测量次数，可由查表得知。,再现性或评价人变差,(AV),是由评价人的平均值的最大差值,(X,DIFF,),乘以一个常数,(K,2,),来决定，,K,2,取决于量具研究中的评价人的人数，可由查表得知。由于评价人的变差被包括在设备变差中，因此必须通过减去设备变差的一个分数来对其进行调,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,由重复性和再现性得到的测量系统变差,(GRR),可以通过求设备和评价人变差的平方和再开方得到。,零件与零件之间的变差,(PV),由零件均值的极差,Rp,乘以常数,K3,确定，,K3,可以查表求得。,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,计算步骤,研究中总变差,TV,可以通过求重复性再现性的变差平方再开方得到。,各变差占总变差的百分比,%,AV = AV/TV X 100%,%R&R = R&R/TV X 100%,%PV =P V/TV X 100%,%EV = EV/TV X 100%,2024/9/17,在判别,GRR,的时候，首先要检查分辨率是否满足要求。检查的方法是利用,ndc,这个指标。必须大于,5.,它的意思是，我们把数据分组绘制直方图的时候，就需要把数据分组。如果这个分组的数量太少，直方图是无法绘制成的。实践经验得到的结果，如果设备的分辨力不满足过程总变差十分之一或公差范围十分之一两者取小的，譬如，按照公差范围十分之一，,0.02mm,，按照过程总变差十分之一，应当是,0.002mm.,那么，取,0.002mm,。才能满足,ndc,大于,5,的要求。,量具,GR&R,分析指南,数据分析,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,数据分析,当重复性,(,EV),变差值大于再现性,(,AV),时,.,量具的结构需再设计增强.,量具的夹紧或零件定位的方式(检验点)需加以改善,.,量具应加以保养.,当再现性,(,AV),变差值大于重复性,(,EV),时,.,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,.,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,.,量具与夹治具校验频率于入厂及送修纠正后须再做测量系统,分析,并作记录,.,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,接受准则,数值,=10%,的误差测量系统可接受,.,10%数值30%的误差测量系统不能接受, 须予以改进. 进行各种势力发现问题并改正，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,.,2024/9/17,量具,GR&R,分析指南,接受准则,控制限内部区域表示的是测量灵敏度。因为研究中使用的零件子组代表过程变差，大约一半或更多的均值应落在控制界限以外。如果数据显示出这样的图形 那么测量系统应该能够充分探测零件与零件之间的变差并且测量系统能够提供对过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外，则测理系统缺乏足够的分辨力或样本不能期望的过程变差。,观测变异的构成,2024/9/17,GRR,和产品公差的对比,计数类量具的工作指南,2024/9/17,将样品与规格规定,的,标准进行比较,与规格相符则为合格，否则为不合格。,只能作出允,收,与拒收的判断,而不能,指出,样品,好,与,不好,的,具,体,程度,.,PASS,FAIL,2024/9/17,可用,来确定,一,个测量系统,的,能力、一致性,及,信赖,程度,.,评估,一,个检验过程,的,可靠程度:,重复性,:,检验,者,个,人,对,一,样品,进行,多次,判断,的,一致性;,再现性,:多,个检验人员之间对,某,样品进行,判定,的一致性;,校验结果,:,检验者,的,判断结果与公认,的,标准,是否,一致,计数类量具的工作指南,2024/9/17,计数类量具的工作指南,确定,待,检样品,的特征,种类,及,制定检验,程序,.,样品,的,数量,要大,于,满足产生,一,个,可,接受,的,狭窄,的,信赖区间,.,试验,的,样品尽,可能,是在允,收,与,拒收,边缘,且,合格,与,不合格的,样品数,大致,相等.,由,两个,或,两个,以上,从事,特征,检验,的,专家对选出,的,样品进行签定,以作,为试验的标准,.,2024/9/17,计数类量具的工作指南,将专家,判定的,结果记入电子,表格之,相应栏,位,中.,(,必须,确保与,“,特性,说明,”,栏,中的,拼写,要,一致),选出参加,此,项试验,的,检验,者,.,告知,检查,者,检验,的特征,种类,.,强调,缺陷,的,判定,标准,和,检验过程步骤,.,应,避免,检查,者知道,样品,的,编号,及其,对应,的,参考,值,以免,有,检验,的,偏差.,每,名,检查,者,均需,完成,规定次数试验,.,2024/9/17,计数类量具的工作指南,在,目视,特性,检验过程,中,检查,者不,许,使用,任何,工具,进行,判定,和得,到,任何,帮助,.,不容,許,检查,者,间进行对照的记录,.此,检验,的,实质,是,进行,一,种,训练,.,所有,检验,者,完成,第一次,试验,后再,进行,第二,次,的,试验,工作,.,两次试验样品的顺序是随机选取,避免检查者识别出样品的编号，影响结果,询问并记下检查,者,对样品,判定,拒收的原因,以,用作,结果,的,详细,分析,.,检查,者,也可,自行,记录结果,并,注明,判断为,不合格品,的原因,随后,由,负责,人,将结果输入标准,表格中,并,作出,说明,.,2024/9/17,计数类量具的工作指南,GRR,最终结果,用,百分比的,形式,给出,.,一般,客户,要求,做,特性,检验,的,GRR,結果要在70%以上,才,认可,若,结果较差,则应,分析,:,试验的环境有无变化,;,规格,的,叙述,是否,确切,、,详细,;,检验,者,对规格标准,的,掌握是否一致;,检查,者,的,本身,条件,是否,达到,.,2024/9/17,Thank You !,