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1、1,测量系统分析 Measurement Systems Analysis,TS16949质量体系系列培训教材之四,北京世纪拓普管理顾问有限公司,2,课程大纲：,测量系统术语介绍 测量系统分析的目的和意义 测量系统分析的基础知识 计量型测量系统评价 偏倚 稳定性 计数型测量系统评价 一致性 有效性,线性 重复性和再现性（R&R）,3,测量系统术语介绍,测量：赋值给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系。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/不通过装置等。 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
2、、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。 测量和试验设备：完成一次测量所必需的所有测量仪器、测量标准、基准材料以及辅助设备。 测量系统分析(MSA) 用于分析测量系统对测量值的影响 测量设备或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设对测量值的影响 强调测量仪器和人的影响,4,测量系统的组成,5,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。 如果过程特性值测量出现问题，会使过程测量失真，影响过程控制的可靠性，导致出现不合格品。 因此，要保证测量结果的准确性和
3、可信度。,6,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、测等六方面的原因，仍会带来测量误差。 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。 为了满足ISO/TS16949标准的要求 ISO/TS16949标准7.6.1规定：为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的变差，应进行统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接收准则应符合顾客关于测量系统分析的参考手册的要求。如果得到顾客的批准，也可使用其他分析方法和接收准则。,7,测量系统分析的
4、目的,获得一个高质量的数据。 (1) 通过测量数据来决定是否对产品的品质能接受. (2) 通过测量数据来决定是否调整制造过程. 运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差）， 寻找变差的来源。从而确定测量系统的质量，为测量系统的改进提供信息。 保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。 表征数据质量最通用的统计特性:测量系统的偏倚和方差. 所谓偏倚的特性: 是指数据相对基准(标准)值的位置. 所谓方差的特性: 是指数据的分布.,8,测量误差,Y = x + 测量值 = 真值(True Value)+测量误差,戴明说没有真 值的存在,一致,9,位置和宽度,测量系统特性可用下列方式来描述
5、 ： 位置：准确度、稳定性、偏倚、线性。 宽度或范围：精密度、重复性、再现性。,10,准确度与精密度,11,理想的测量系统,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。,12,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
6、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。,13,测量系统的基本知识和概念,测量数据的特性分类 计量型数据 计数型数据 测量系统的分类 计量型测量系统 可采取多种方法量化评定 计数型测量系统： 计数型量具研究无法对量具有多“好”作出量化判断，它只能用于确定量具合格与否。,14,计量型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： Discrimination 分辨力; Bias 偏倚; Repeatability 重复性; Reproducibility再现性
7、; Linearity 线性 ; Stability 稳定性 。,15,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。 通用准则是一个量具的分辨率是所测特性公差/过程变差的十分之一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。,16,分辨力,可读性,分辨率,有效分辨率,17,测量系统能力,测量系统变差的短期评估.(例如“GRR”包括图形) 对测量误差(随机的和系统的)合成误差的估计.包括: 1)不正确的偏倚或线性. 2)重复性和再现性(GRR),包括短期 一致性.,18,测量系统性能,测量系统变差的长期评估.(长期控制图法) 是所有有效的和可确定的变差源随时间的最终影
8、响. 对测量误差(随机的和系统的)合成误差的长期评估包括: 1) 能力(短期误差) 2) 稳定性和一致性,19,测量系统的评定阶段,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。主要有二个目的： 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。,20,分析时机,新研究之产品PV有不同时 新仪器(包括修理后)，EV有不同时再现性 新操作人员，AV有不同时
9、 易损耗之仪器必须注意其分析频率 测量系统分析至少每年一次 新产品开发时，按项目计划的时间要求进行测量系统分析。 对于测量特殊特性的量检具，必须进行测量系统分析。 对于生产中发生问题,经分析怀疑是测量系统问题时,应进行测量系统分析 对新建的和新维修过或修正过的测量系统必须进行测量系统分析,21,计量型测量系统评价,稳定性 偏倚 线性 重复性和再现性（R&R）,22,稳定性(Stability)(漂移),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。稳定性是偏倚随时间的变化。,23,确定稳定性的指南,1）取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不
10、可获得，选择一个落在产品测量中程数据生产零件 ，指定其为稳定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知基准值。 具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。 2）定期(天,周)测量标准样本35次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的维护，测量系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在分析测量时的周围环境和其他因素发生的变化的 测试条件一致。 3）将数据按时间顺序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。,24,结果分析作图法 4）建立控制限并用标
11、准控制图分析评价失控或不稳定状态。 结果分析数据法 除了正态控制图分析法，对稳定性没有特别的数据分析或指数。 如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。 同样，测量的标准偏差可以用作测量系统重复性的近似值。这可以与（生产）过程的标准偏差进行比较以决定测量系统的重复性是否适于应用。 可能需要实验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定性不足的主要原因。,25,稳定性举例,为了确定一个新的测量装置稳定性是否可以接受，工艺小组在生产工艺中程数附近选择了一个零件.这个零件被送到测量实验室，确定基准值为6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量5周（25个子组）。收集所有数据以后，Xb
12、ar&R图就可以做出来了(见图示)。 控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显可见的特殊原因影响。,26,稳定性的均值-极差图,27,偏倚(Bias),偏倚：是测量结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。,28,确定偏倚指南独立样本法,1）获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。 如果得不到，选择一个落在生产测量的中程数的生产零件，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，
13、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。,29,结果分析1）直方图法 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n30时的解释或分析，应当特别谨慎。 结果分析2）数据法 4）计算n个读数的均值。 X=xi/n 5）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法，如下）： r= max(xi)-min(xi)/d2* , 这里d2*可以从附录C中查到，g=1,m=n 如果GRR研究可用（且有效），重复性 标准偏差计算应该以研究结果为基础。,30,6）确定偏倚的t统计量： 偏倚=观测测量平均值-基准值
14、b= r /（n）1/2 t=偏倚/ b 7）计算偏倚的置信区间,置信水平取95% 偏倚 t1-/2 (v) b d2 /d2* 其中参数d2 、d2* 、v 可查书上附录C或 t1-/2 (v)可从标准t分布表中查到 8）判断置信区间是否包括0，如果0落在置信区间内，偏倚在水平是可接受的，如果0没有落在置信区间内，偏倚在水平是不可接受的。 注：如果a水平不是取0.05，必须取得顾客的同意。,31,偏倚举例,一个制造工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统。测量装置分析表明没有线性问题，所以工程师只评价了测量系统偏倚。在已记录过程变差基础上从测量系统操作范围内选择一个零件。这个零件经全尺
15、寸检验测量确定其基准值为6.0mm。而后这个零件由领班测量15次。,32,偏倚研究数据,33,偏倚计算,均值 (X-bar)=6.0067 偏倚=观测均值 - 基准值 =6.0067- 6.0 = 0.0067 标准偏差=(6.4-5.6)/3.553 =0.22514 均值的标准偏差= =0.22514/(sqrt15)=0.05813 t=0.0067/0.05813=0.1153 95%置信区间：-0.11850 0.1319 结论：偏倚是可以接受的，同时假定实际使用不会导致附加变差源,观测次数 外径观测值 Bias 1 5.8 -0.2 2 5.7 -0.3 3 5.9 -0.1 4
16、5.9 -0.1 5 6.0 0.0 6 6.1 0.1 7 6.0 0.0 8 6.1 0.1 9 6.4 0.4 10 6.3 0.3 11 6.0 0.0 12 6.1 0.1 13 6.2 0.2 14 5.6 -0.4 15 6.0 0.0,34,偏倚研究偏倚研究分析,因为0落在偏倚置信区间（-0.1185，0.1319)内,工程师可以假设测量偏倚是可以接受的,同时假定实际使用不会导致附加变差源。,35,偏倚研究的分析,如果偏倚从统计上非0，且不可接受，寻找以下可能的原因： 标准或基准值误差； 仪器磨损。这在稳定性分析可以表现出，建议按计划维护或修整； 仪器制造尺寸有误； 仪器测量了错误的特性； 仪器未得到完善的校准，评审校准程序； 评价人设备操作不当，评审测量说明书等；
