测量系统分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汇集南北管理精英，传递先进企业文化,测量系统分析(MSA),潘政民,课程大纲,1、实施MSA的目的；,2、什么是测量系统；,3、名词解释；,4、测量系统实施的时机；,5、五性研究;,6、计数型研究；,7、测量系统实施前说明。,目的,通过对测量系统的评价，以了解测量系统是否满足产品生产过程的需要，找出测量系统的变差，并对其进行改进，以保证产品的质量。,测量系统的评定,测量系统的评定通常分为两个阶段，称为第一阶段和第二阶段,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。第一阶段试验主要有二个目的 ：,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 。,发现哪种环境因素对测量系统有显着的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境 。,第二阶段的评定,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 。,测量系统,测量系统,：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪,器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环,境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程,名词解释,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。这个定义由Eisenhart（1963）首,次提出。赋值过程定义为测量过程，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；包括通过/不通过装置。,标准,1、用于比较的可接受的基准,2、用于接受的准则,3、已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受,4、基准值,一个标准应该是一个可操作的定义：由供应商或顾客应用时，在昨天、今天和明天都具有同样的含义，产生同样的结果。,名词解释,分辨力、可读性、分辨率,别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探测度,由设计决定的固有特性,测量或仪器输出的最小刻度单位,总是以测量单位报告,1：10经验法则,名词解释,有效分辨率,1、对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性,2、产生有用的测量输出信号的最小输入值,3、总是以一个测量单位报告,基准值,1、人为规定的可接受值,2、需要一个可操作的定义,3、作为真值的替代,真值,1、物品的实际值,2、未知的和不可知的,名词解释,准确度,1、“接近”真值或可接受的基准值,2、ASTM包括位置和宽度误差的影响,偏倚,1、测量的观测平均值和基准值之间的差异,2、测量系统的系统误差分量,稳定性,1、偏倚随时间变化,2、一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控,3、别名：漂移,名词解释,线性,1、整个正常操作范围的偏倚改变,2、整个操作规程范围的多个并且独立的偏倚误差的相互关系,3、测量系统的系统误差分量,精密度,1、重复读数彼此之间的“接近度”,2、测量系统的随机误差分量,名词解释,重复性,1、由一位评价人多次使用一种测量仪器，测量同一零件的同一特性时获得的测量变差,2、在固定和规定的测量条件下连续（短期）试验变差,3、通常指E-设备变差,4、仪器（量具）的能力或潜能,5、系统内变差；,再现性,1、由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零,2、件的一个特性时产生的测量平均值的变差。,3、对于产品和过程条件，可能是评价人、环境（时间）或方法的误差,4、通常指A- 评价人变差,5、系统间（条件）变差,6、ASTM E456-96 包括重复性、实验室、环境及评价人影响,名词解释,GRR或量具R,1、量具重复性和再现性；测量系统重复性和再现性合成的评估,2、测量系统能力；依据使用的方法，可能包括或不包括时间影响,测量系统能力,1、测量系统变差的长期评估（长期控制图法）,一致性,1、重复性随时间的变化程度,2、一个一致的测量过程是考虑到宽度（变异性）下的统计受控,为,什麽要做,MSA,若我們要知道制程輸出是否達到要求及在控制之內, 所用的測量系統必須具備足夠能力去量度制程的變差, 原因是測量過程本身亦存在一定的變差, 所以我們必須對所選用的測量系統/儀器先作一些統計分析,才可決定這測量系統/儀器是否適用.,輸入,製程,測量過程,變差,變差,輸入,/輸出,製程變差,+,測量變差,輸出,有多大?,有什麽影響 ?,所得結果,产生测量变差的原因,测,量,系,统,变,异,性,人员,环境,仪器+（量具）,工件+（零件）,标,准,设,计,制,造,重复性,稳定性,制造变差,制造工差,清洁度,变形,能力,经验,态度,温度,照明,振动,测量系统实施的时机,在产品试作时建立测量系统分析计划，,在产品量试时，对用于产品的每个测量系统进行分析。,1、新生产之产品PV,（零件变差）,有不同时,2、新仪器，EV,（设备变差）,有不同时,3、新操作人员，AV,（评价人变差）,有不同时,4、易损耗之仪器必须注意其分析频率,测量系统开发检查表建议的要素,测量系统设计和开发问题：,要测量什么？,特性的类型是什么？是机械特性吗？是动态的还是静态的？是电性能吗？有重要的零件内变差吗？,测量过程的结果（输出）用作什么目的？,生产改进、生产监控、实验室研究、过程审核、装运检查、进货检查、对D.O.E的反馈吗？,谁将使用过程?,操作者、工程师、技师、检查者、审核员？,要求的培训：,操作者、维护人员、工程师、教室、实际应用、在职培训、学徒期间。,确定变差来源了吗？,使用小组、头脑风暴、渊博的过程知识，因果图或矩阵建立误差模型（S.W.I.P.E或P.I.S.M.O.E.A）,测量系统开发检查表建议的要素,开发测量系统的潜在失效模式及后果分析了吗?,柔性测量系统或专用的测量系统,：测量系统可以是永久的和专用的，或者也可以是柔性的且有可以测量不同类型零件的能力；如：仪器车量具、夹具量具、三坐标测量机等。柔性的量具会更昂贵，但长期运行可以省钱。,接触或不接触,：可靠性、特性类型、样件计划、成本、维护、校准、人员技能、兼容性、环境、速度、传感器类型、零件偏差和图像处理。这可以由控制计划要求和测量（在连续抽样期间全面接触量具可能有额外磨损）频次确定。全表面接触传感、传感器类型、空气反馈喷射、图像处理，CMM或光学比较仪等。,环境,：污垢、潮湿、湿度、温度、振动、噪声、电磁干扰（EMI）、周围空气移动、空气污染物等。实验室、车间、办公室等？以微米水平计算的紧密公差使环境成为关键的问题。同时，还有CMM、显示系统及超声波等。这可能是过程内自动反馈类型测量的一个因素。切削油、切削碎片和超高温也可能成为问题。需要干净房间吗？,测量系统开发检查表建议的要素,测量和定位点,：合作GDT清楚地确定固定和夹紧点以及在零件的何处进行测量。,固定方法,：自由状态或夹紧的零件定位。,零件方向：,主要部分位置与其它部分。,零件准备：,测量前零件应该干净、无油、温度稳定吗？,传感器定位,：角度方向，到最初定位器或网络的距离。,相互关系问题#1,在车间内或在车间之间需要加倍（或更多）的量具支持要求吗？制造的考虑、测量误差的考虑、维修的考虑。哪个被认定是标准？怎样使每项有资格？,测量系统开发检查表建议的要素,相互关系问题#2,方法分歧：从不同测量系统设计但应用于可接受的实践和操作限制下相同零件和过程的测量变差结果。（例如，CMM对应手动或开放调整测量结果）,自动或手动,：线上、线下操作者信任。,破坏性的与非破坏性（NDT）的测量：,示例：拉伸试验、盐雾试验、电镀/油漆涂层厚度、硬度、尺寸测量、图像处理、化学分析、压力、耐久性、冲击、转矩、焊接强度、电性能等。,潜在测量范围,：可能测量尺寸和预期范围。,有效方分辨率：,使用时特殊应用的测量对物理变化（探测过程或产品变差的能力）敏感情况可接受吗？,测量系统开发检查表建议的要素,灵敏度,：最小的输入信号形成测量设备可探测的（可辨别的）输出信号对应用这种测量装置可接受吗？灵敏度由固有的量具设计和质量（OEM）及使用中的维护和操作条件确定。,测量系统制造问题（设备、标准、仪器）：,在系统设计中提出的变差源识别了吗,？设计评审、验证和确认。,校准和控制系统：,建议的校准计划及设备和文件的审核。频率、内部的或外部的、参数、过程中验证检查。,输入要求：,机械的、电的、液压的、气动的、浪涌抑制器、干燥器、过滤器、滤清器，准备和操作问题、绝缘、分辨率和灵敏度。,测量系统开发检查表建议的要素,输出要求：,模拟或数字、文件和记录、档案、存放、检索、文件备份。,成本：,开发、采购、安装、操作和培训的预算因素。,预防性维护：,类型、进度表、成本、人员培训、文件。,服务性,：内部的和外部的、位置、支持水平、反应时间、备件的可提供性、标准零件清单。,人机工程学：,经过长时间装载和操作机器不带来伤害的能力。测量设备讨论需要聚焦于测量系统与操作者是怎样相互依赖的问题上。,测量系统开发检查表建议的要素,安全考虑,：人员操作、环境、锁止。,存储和定位,：建立关于测量设备存储和定位要求。罩、环境、安全、可提供性（接近）问题。,测量周期时间,：测量一个零件或特性要花多少时间？测量周期与过程和产品控制相结合。,过程流程、批量完整性、记录、测量和返回零件有中断吗？,材料处理,：需要特殊架子、支撑夹具、运输设备或其它材料处理设备处理被测量的零件或测量系统本身吗？,测量系统开发检查表建议的要素,环境问题：,不管是影响该测量过程或相邻过程，有任何特殊环境要求、条件、限制吗？有特殊的排放要求吗？有温度和湿度控制的必要吗？湿度、振动、噪声、EMI、清洁度。,有特殊的可靠性要求或考虑吗？,过了一段时间设备能支持吗？在生产使用前有必要验证吗？,备件：,一般清单、适当的供应和定货系统。可提供理解提前期并准备。有充分的和安全存储吗？（轴承、软管、皮带、开头、螺线管、阀门等。）,用户说明,：夹紧顺序、清洁程序、数据解释、图表、目视帮助、全面、可得到、适当显示。,测量系统开发检查表建议的要素,文件：,工程图样、诊断树、用户手册、语言等。,校准：,与可接受标准的比较。可接受标准的可提供性和成本。建议频率、培训要求。要求下次的时间吗？,存储：,有关测量设备的存储有特殊的要求或考虑吗？罩、环境、防止损坏/偷盗的安全性等。,防错,：使用者能很容易地（太容易？）改正已知测量程序的错误吗？数据登录、设备的误用、防错、错误预防。,测量系统开发检查表建议的要素,测量系统实施问题（过程）：,支持,：谁支持测量过程？实验室技师、工程师、生产、维修、外包服务？,培训：,需要对使用和维修测量过程的操作者/检验者/技师/工程师培训什么？时间进度、资源和成本问题。谁 将培训？在哪进行培训？提前期的要求？与测量过程的实际使用互相配合。,数据管理：,怎样管理测量过程输出的数据？人工、用计算机处理、汇总方法、汇总频率、评审方法、评审频率、顾客要求、内部要求。可提供性、存储、检索、备份、安全、数据解释。,测量系统开发检查表建议的要素,人员：,需要雇用人员支持这一测量过程吗？成本、时间进度、可提供性。当前的或新的。,改进方法：,经过一段时间谁将改进测量过程？工程师、生产、维护、质量人员？使用什么样的评估方法？是否有一个系统来确定改进？,长期稳定性,：评定方法、形式、频率及长期研究的需要。漂移、磨损、污染、操作完整性。这种长期误差能测量、控制、理解和预见吗？,特殊考虑,：检查者的素质、身体限制或健康问题：色盲、视力、力量、疲劳、持久力、人机工程学。,Bias (,偏倚),偏倚是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 。,偏倚是测量系统的系统误差的测量。它引起由各种已知的或未知的变差源的综合影响组成的总误差，它引起总误差的原因是在重复采用同样的测量过程进行测量时，总是趋向于使所有的测量结果发生持续及可预测的偏移。,实施方法,1）获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果不到，选择一个落在生产测量的中程数据的生产零件，指定其为偏倚分析的标准样本。在工具室测量这个零件n10次，并计算这n个读数的均值。把均值作为“基准值”。,可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程数的标准样本是理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。,2）让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上，结果分析-作图法,实施方法,3）相对于基准值将数据画出直方图。评审直方图，用专业,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，对于n546，应代表实际的或期望的过程变差范围。,2）选择评价人A，B，C等。零件的号码从1到n，评价人不能看到零件编号。见第二章，第三节。,3）如果是正常测量系统程序的一部分，应校准量具。主评价人以随机顺序测量n个零件，将测量结果输入第一行。,4）主评价人B和C测量同样的n个零件，而且他们之间不能看到彼此的结果。输入数据到第6和11行。,5）用不同的随机测量顺序重复该循环。输入数据到第2，7，12行。在适当的列记录数据。例如如果第一测量的是第7号零件，那么将结果记录在标示着零件7的列。如果需要试验3次，重复循环并输入数据3，8，13行。,6）当零件数量很大或同时多个零件不可同时获得时，测量步骤,4，5可能改变如下是需要的：,A、让评价人A测量第一个零件并在第1行记录读数。,B、让评价人B测量第一个零件并在第6行记录读数。,C、让评价人C测量第一个零件并在第11行记录读数。,A、让评价人A重复测量第一个零件并记录读数于第2行，,B、让评价人B重复测量第一个零件并记录读数于第7行，,C、让评价人C重复测量第一个零件并记录读数于第12 行，如果试验需要进行3次，重复这个循环将数据记录在第3，8，13行。,7）如果评价人属于不同的班次，可以使用一个替代方法。让评,价人A测量所有的10个零件输入数据于第1行，然后评价人A以不同的顺序读数，记录结果录结果于第2，3行，让评价人B，C同样做。,评价人/试验#,零件,平均值,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,A 1,0.29,-0.56,1.34,0.47,-0.8,0.02,0.59,-0.31,2.26,-1.36,2,0.41,-0.68,1.17,0.5,-0.92,-0.11,0.75,-0.20,1.99,-1.25,3,0.64,-0.58,1.27,0.64,-0.84,-0.21,0.66,-0.17,2.01,-1.31,均值,X,a,=,极差,R,a,=,B 1,0.08,-0.47,1.19,0.01,-0.56,-0.2,0.47,-0.63,1.80,-1.68,2,0.25,-1.22,0.94,1.03,-1.20,0.22,0.55,0.08,2.12,-1.62,3,0.07,-0.68,1.34,0.2,-1.28,0.06,0.83,-0.34,2.19,-1.50,均值,X,b,=,极差,R,b,=,C 1,0.04,-1.38,0.88,0.14,-1.46,-0.29,0.02,-0.46,1.77,-1.49,2,-0.11,-1.13,1.09,0.20,-1.07,-0.67,0.01,-0.56,1.45,-1.77,3,-0.15,-0.96,0.67,0.11,-1.45,-1.49,0.21,-0.49,1.87,-2.16,均值,X,c,=,极差,R,c,=,零件均值,X =,R,p,=,R= (R,a,= + R,b,= + R,c,= ) / 评价人 = =,R=,X,DIFE,= MaxX = MinX = =,*UCL,R,=R= D,4,= =,*2次试验D,4,=3.27,3次试验D,4,=2.58。UCL,R,代表了单个极差的控制限。将那些超出控制限的点圈出，识别原因并纠正。使用与开始时相同的评价人及单位重复这些读数，或除去某些值并从保留的观察值重新获得平均值，重新计算极差R。,数字计算,评价人/试验#,零件,平均值,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,A 1,0.29,-0.56,1.34,0.47,-0.8,0.02,0.59,-0.31,2.26,-1.36,0.1,2,0.41,-0.68,1.17,0.5,-0.92,-0.11,0.75,-0.20,1.99,-1.25,0.1,3,0.64,-0.58,1.27,0.64,-0.84,-0.21,0.66,-0.17,2.01,-1.31,0.2,均值,0.447,-0.607,1.260,0.537,-0.853,-0.100,0.667,-0.227,2.087,-1.307,X,a,= 0.19,极差,0.35,0.12,0.17,0.17,0.12,0.23,0.16,0.14,0.27,0.11,R,a,= 0.1,B 1,0.08,-0.47,1.19,0.01,-0.56,-0.2,0.47,-0.63,1.80,-1.68,0.0,2,0.25,-1.22,0.94,1.03,-1.20,0.22,0.55,0.08,2.12,-1.62,0.1,3,0.07,-0.68,1.34,0.2,-1.28,0.06,0.83,-0.34,2.19,-1.50,0.0,均值,0.133,-0.790,1.157,0.413,-1.013,0.027,0.617,-0.297,2.037,-1.600,X,b,= 0.06,极差,0.18,0.75,0.40,1.02,0.72,0.42,0.36,0.71,0.39,0.18,R,b,= 0.5,C 1,0.04,-1.38,0.88,0.14,-1.46,-0.29,0.02,-0.46,1.77,-1.49,-0.2,2,-0.11,-1.13,1.09,0.20,-1.07,-0.67,0.01,-0.56,1.45,-1.77,-0.2,3,-0.15,-0.96,0.67,0.11,-1.45,-1.49,0.21,-0.49,1.87,-2.16,-0.2,均值,0.073,-1.157,0.880,0.150,-1.327,-0.483,0.080,-0.503,1.697,-1.807,X,c,= -0.25,极差,0.19,0.42,0.42,0.09,0.39,0.38,0.20,0.10,0.42,0.67,R,c,= 0.3,零件均值,0.169,-0.851,1.099,0.367,-1.064,-0.186,0.454,-0.342,1.940,-1.571,X =,R,p,= .00,3.5,(R,a,= 0.184 + R,b,=0.513 + R,c,=0.328 ) / #评价人个数= 3 =,MaxX =0.1903 - MinX= -0.2543 = X,DIFF,= 0.446, R=0.3417*D,4,=2.5 8 = UCL,R,= 0.8816, 当试验次数为2次时D,4,=3.27, 3次时D,4,=2.58。,UCL,R,表示R的界限。圈出那些超出界限的值，了解原因并纠正。,用原来相同的评价人和仪器对同一个零件重复原来的测量,，,或剔除这些值并由其余观测值再次平均并计算R和UCL,R,值。,重复性或设备变差（EV或E）由平均极差R乘以常数出。K1取决于量具研究中试验的次数，等于d2*的倒数，d2*可以从附录C中查到。d2*取决于试验的次数(m)和零件的数量乘以评价人数（g）（假设计算K1值时g大于15）。,再现性或评价人变差（AV或A）由评价人均值的最大差异（XDIFF）乘以常数K2决定。K2取决于量个研究中使用评价人的数量并且是d2*的倒数，d2*可以从附录C中查到。d2*取决于评价人的数量（m）和g=1，因为只计算一个极差。由于评价人的变差包含设备变差，所以需要减去设备变差因素。因此评价人的变差（AV）可以计算为如下：,AV = （X,DIFF,K2） ,这里，n=零件数，r=试验次数,如果平方根下的值为负，评价人的变差（AV）默认为0。,由重复性和再现性得到的测量系统变差（GRR或M）可以通过求设备和评价人变差的平方和再开方得到。,R & R = （EV） +（AV）,（EV）,2,nr,2,2,2,零件与零件之间的变差（PV或P）由零件均值的极差（RP）乘以常数（K3）确定。,K3取决于量个研究中使用零件的数量并且是d2*的倒数，d2*可以从附录C中查到。d2*取决于评价人的数量（m）和g=1，因为只计算一个极差。研究中总变差（TV或T）可以通过求重复性再现性的变差的平方和加上零件间变差（PV）的平方现开方得到。,TV =,（GRR）2 +（PV）2,如果过程变差已知，并且其值以6为基础，则它可以取代量具研究总变差（TV）。由下列两个等式完成：,TV =,PV =,（TV）（GRR）,1、这两个值(TV和PV)可以替代前面计算的值。,2、一旦确定了量个研究的每个因素的变异性,就可以与过程总变差（TV）进行比较。这个步骤的完成可以通过量具报告表（表25）右侧的“%总变差”下面的计算得到。,3、设备变差（%EV）占总变差（TV）的百分比为100EV/TV。其他因素占总变差的百分比可以类似地计算如下：,%AV = 100AV/TV,%GRR= 100GRR/TV,%PV= 100PV/TV,过程变差,6.00,2,2,每个因素所占的百分比的和将不等于100%。,计数型测量系统分析,小组决定随机地从过程中抽取50个零件样本，以获得覆盖过程范围的零件。使用三名评价人，每位评价人对每个零件评价三次。,（1）指定为可接受判断，（0）为不可接受判断。表12中的基准判断和计量基准值不预告确定。表的“代码”列还用“-”、“+”、“X”显示了零件是否在第III，II，I区域。,假设检验分析- 交叉表方法,由于小组不知道零件的基准判断值，他们开发了交叉表比较每个评价人之间的差异。,Pr（不合格,判不合格）=,Pr（不合格,判不合格）=,Pr（不合格,判不合格）=,Pr（判不合格 判不合格）* Pr（不合格）,Pr（判不合格 判不合格）+ Pr（判不合格 判不合格）* Pr（不合格）,.,938 * (,.,0027),.,938 * (,.,0027)+,.,020 * (,.,9973),0.11,结果判定,测量问题分析,对测量变差及其对造成总变差的贡献的了解是解决基础问题的基本步骤。当测量系统的变差超过所有其他变量时，必须在使用系统其余部分进行工作之前分析和解决这些问题。在某些情况下，测量系统的变差的贡献被忽视或忽略了。当所记录的变差实际上是由测量装置造成时，把过程本身作为注意的重点就可能导致时间和资源的浪费。,识别问题,确定小组,测量系统和过程的流程图,因果图,计划实施研究措施（PDSA）,可能的解决方法和对纠正的验证,使更改制度化,测量系统研究的准备,就如在任何研究或分析中一样，实施测量系统研究之前应先进行充分的策划和准备。实施研究之前的典型准备如下：,1）先计划将要使用的方法。例如，通过使用工程决策，目视观察或量具研究来确定评价人是否在校舍准或者使用仪器中产生影响。有些测量系统的再现性影响可以忽略，例如按按钮， 打印出一个数字；,2）评价人的数量，样品数量及重复读数次数应预告确定。在此选择中应考虑的因素如下：,a）尺寸的关键性 关键尺寸需要更多的零件和/或试验。原因是量具研究评价所需的置信度；,b）零件结构 大或重的零件可规定较少样品和较多试验。,测量系统研究的准备,3）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挑选；,4）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。,5）仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一。例如，如果特性的变差为0.001，仪器应能读取0.0001的变化；,6）确保测量方法（如评价人和仪器）正测量特性的尺寸并遵守规定的测量程序。,1、测量应按照随机顺序31，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。评价人不应知道哪个被编号的零件正在被检查，以避免可能的认识偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查哪一零件，并相应记下数据，即评价人A，零件1，第一次试验；评价人B，零件4，第二次试验等。,2、在设备读数中，测量值应记录到仪器分辨率的实际限度。机械装置必须读到和记录到最小的刻度单位。对于电子读数，测量计划必须为记录所显示的最右有效数位建立一个通用的原则。模拟装置应记录到最小刻度的一半或灵敏度和分辨力的极限。对于模拟装置，如果最小刻度为0.0001”,则测量结果应记录到0.00005”。,3、研究工作应由了解进行可靠研究的重要性的人员进行管理和观察。,谢谢大家!,