量测系统训练

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1、GR&R Training 量測系統評鑑訓練 -Strong_suen,-課程目的 企業內部,中心廠與供應商,企業與客戶之間的管理,必須依靠實際檢驗與測試的客觀數據來評價品質運作之優劣,然而,企業之檢測相關活動,包括R&D測試,進料檢驗,製程中檢驗或成品檢驗等,必須依賴可靠之量測系統才能獲得正確之品質數據. 因此,量測系統(等)的穩定性與能力直接決定量測數據之可靠度.本課程量具之再現性與再生性(Gage R&R)提供一統計手法用來自我評鑑量測系統能力之好坏,並依據評鑑的結果進行量測系統之改善與校正. 由於品質數據必需依靠量測系統產生,因此必須先確認量測系統能力足夠,才能認可量測系統所產生之品質

2、數據的正確性.也因此,此項工作被列入QS9000必須具備之條件,故此各產業(如汽車工業,電子業等)逐步強制要求各企業施行Gage R&R,以確保企業內部,中心廠與供應商,企業與客戶之間的品質管理正確性,避免爭議之產生品質.,-課程大綱 常態分配的特性 量測系統概述 量具再現性與再生性之定義 圖解說明 平均值與全距法 量測系統適用性評價基准 案例分析 案例演練-測試,常態分配(Normal Distribution)的特性,計量值的變异規律-正態分布 (常態分配), : 常態分配的中心值（Mean)-以為中心呈對稱性分布 2 : 常態分配的變異（Variance)-以為中心數据離散程度 : 常態

3、分配的標准差（Standard Deviation) -STD,時為標準常態分配,變異來源的分類,“4M1E”, 即: 人(Man) 如: 熟練程度、習慣、体力与情緒等 机(Machine) 如:切割机器刀具鋒利度、沖壓机沖程的變動等 料(Material) 如:供應商更換、材料(部件)變動等 法(Method) 如:流程的變更、作業方法的變更等 環境(Environment) 如:電源穩定度、溫度、濕度、空气粉塵等,製程中或多或少有變異,但造成變異的原因是有不同的,大致分為兩種: 普通原因和特殊原因 普通原因(chance causes): 又稱為:非人為原因、共同原因、偶然原因、一般原因、

4、機遇原因. 操作者細微的不穩定性 設備的微小振動、 車床轉速、進給速度、刀具的正常磨損 同批材料內部結构的不均勻性 用同一量測器,由同一人量測同產品數次,在短期間量測差異. 其他如:氣候及環境之變化.,變異性質的分類,特殊原因(Assignable causes): 又稱為:可避免原因、人為原因、非機遇原因、異常原因、局部原因. 操作者未遵照操作標準而操作. 雖然遵照操作標準,但操作標準不完善. 機器設備的不正确調整. 刀具的嚴重磨損 操作人員的更動. 使用不合規格標準的原材料. 量具不準确.,計量值的變化規律-正態分布(常態分配),管制界限(UCL、LCL)設計規格(USL、LSL)關系：

5、UCL、LCL是基于制造的數據，而不是制造規格 如果製程受控的話，計算的管制界限要比設計規格嚴 如果製程受控，但產品仍然不合規格，則說明現有的工具生產不出符合條件的產品,參數與的估計量,僅從母体中抽取一組n個數据(一個樣本) X1,X2,X3, Xn,若從母体中抽取g組數据,每一組皆有n個數字,6有多小?,Sigma,PPM,0.002,0.5742,63.37,2,700,45,500,317,310,百分比,99.9999998%,99.999943%,99.9937%,99.73%,99.45%,68.27%,時間,1 秒鐘,4.8 分鐘,9 小時,半個月,約 9 個月,5 年, 量測系

6、統概述 量具(Gauge):任何用來產生數据的設備或工具. 量測系統(Measurement System):操作程序,操作環境,量具,軟体與人員等用以測量品質特性數据的組合. (a) 量測系統的統計性質 理想的量測系統擁有零偏量(Zero bias)與零變異(Zero variance)的統計性質. 1.量測系統必須在控制中(統計穩定性)變異由通常而非特定原因造成 2.與制程的變異相比,量測系統的變异必須很小. 3.與規格相比,量測系統的變异必須很小. 4.量具的最小刻度增量必須比制程變異或規格為小.( 1/10),(b) 量測系統通則 評價量測系統是否适合其測量的功能需經兩階段 (一）依照

7、統計性質測試量測系統是否符合任務需要. * 測試結果可接受-繼續使用 * 測試結果無法接受-需校正或更換 (二) 量測系統定期必須重復測試其統計性質的适當性.(無論是否 定期校驗或維護,均需定期進行統計測試的程序,否則將無法 了解請專人校正或維護的有效性) * 量測系統的統計測試程序必須完整記錄並建立檔案. (c) 量測系統的評价法 評价量測系統的統計方法 再現性(Repeatability) * 再生性(Reproducibility) * 精确度(Accuracy) * 穩定性(Stability) * 線性(Linearity),評价一個量測系統能力時應考慮的三大問題 1. 此量測系統的

8、鑒別力(Discrimination)是否足夠? 例自生產線抽取5個零件作為樣品,以量測系統A和B測量 此5個樣品的長度,得出如下數据 單位:mm 從上表看:A量測系統鑒別力不佳,B則可分辨零件間的長度變異 2. 此量測系統是否會隨著時間的變化呈現不穩定性? 3. 測量的誤差(或變异)是否非常小?, 量具再現性與再生性之定義 a.量具的再現性(Gauge Repeatability):一個操作員使用一個量具測量相同零件的相同特性數次所產生測量數据的誤差,又稱為亂蓋具的變异(Gauge Variation) *相同零件:自一批生產來相同規格的零件中所抽取出的樣品 *相同特性:指每一個零件所被測量

9、的特性(如長度)皆相同 *數次:指每一零件皆被測量好敗次(非破坏性試驗） b.量具的再生性(Gauge Reproducibility): 不同的操作員使用相同一個量具測量相同零件的相同特性數次所得到操作員數据平均值之間的變異此又稱之為操作員變异（Operator Variation),c.GR&R前的准備工作 *操作員(m):隨机選取几個使用量具的操作員 *零件(n):自同一規格的件中隨机選取5-10個零件進行測量 *重復量測次數(t):每一零件量測特性被每一操作員重復測量至少兩次 *若m x n x t愈大,則准确度愈高,但試驗成本愈高.,d.GR&R研究的准備 *一般性准備 1.方法在使

10、用前應先預以確定 2.應預先決定操作員人數,樣本數及重復量測次數 3.測試者盡量選擇日常使用此量具的操作員(操作員應該 受過足夠訓練以确保可正确的使用量具) 4.樣本應該能代表整個作業范圍地制程中挑選 5.量具的刻度應能直接讀取特性預期制程變異的1/10值,*預先准備（可將不准確結果的可能性降至最低） 1.應以隨機抽樣的方式取得量測數據,以確保在整個研究的隨機性,而不致有任何的偏移或改變.操作員亦應不知道何種號碼的零件已檢驗過以避免任何可能之偏斜.當然,執行研究者應了解那個零件已檢驗過而且同時記錄數據,例:這是作業者A,零件1,第一次量測;作業者B,零件4,第二次量測等. 2.讀取儀器,其讀值

11、應被估計至能取得的最近數值.最少其讀值應取至1/2最小刻度,例如,如最小刻度為0.0001,則每一個估計的讀值應在0.00005附近. 3.此研究應由一位瞭解在執行一個可靠的研究,其所應注意事項之重要性者所觀測., 圖解說明 從P20表中可得mnt個數据,這些數据間差異有以下原因 a.量具:量具所產生的變異 b.零件:零件規格雖相同但因制程非完美的故此n個同規格的零件之間仍存在某种程度的差異 c.操作員: d.操作員與零件間的交互作用 利用上述變異項目進行GR&R研究前應先研究量測系統的兩個重要課題 1.測量的程序是否穩定? 2.量具是否有足夠的鑒別力? 應該先行确認測量的程序相當穩定,量具具

12、有足夠鑒別力時,進行GR&R才有意義 評估1和2的最佳方法X-R CHART,例:隨机抽取5個同一規格零件,任意選取3個操作員使用量具測量這 5個零件的厚度,每一個零件被每一個操作員測量兩次,得出數据如下,R管制圖顯示測量的程序是否穩定在數據來自常態分配的假設之下，若測量的程序穩定，則約有的全距將落在全距管制上，下限之間 （）若所有的全距皆落在全距管制上下限之間，則測量的程序穩定；也就是，說操作員使用量具的一致性很好 （）若有某些全距落在管制上下限外，則表示某些操作員在使用量具的時候，其穩定性很差，應進一步研究造成全距管制圖失控的現象 （）管制圖亦可用於判定量測系統是否有適當的鑒別力，提供以下

13、二點辨定方法： 若管制圖顯示在管制界限內僅有，或種可能的全距值，則此量測系統的臨別力不佳 若管制圖顯示在管制界限內有種可能的全距值，然有的全距為，則此量測系統的臨別力不足,X管制圖的管制上下限代表測量誤差的幅度，在管制圖內鋸齒狀的圖形表示零件之關的差異性一個好的量測系統，其測量誤差必須比零件之間的差異小才可分析判別零件之間的差異 因此愈多的點落在管制界限外，表示廖量測系統愈適合伻估零件間的差異性此與傳統的想法不同 判圖：若或更多的平均值落在管制界限外，則該量測系統 適合測量零件間的差異性若低於的平均值落在管 制界限外，則該量測系統不適合測量零件間的差異, 平均值與全距法(Average and

14、 Range Method) 兩大优點 1.計算方便 2.t 10准确度高 使用AV法進行評估步驟 1.准備工作如前(p21-p22) 2.在第三章中曾提及Gauge R&R之目的乃在於以統計的手法評估數據間的變異有多少是由量具所產生 的,有多少是由使用量具的操作員產生等等問題.平均值與全距法(Average and Range Method,以下簡稱AR 法)則是通常使用於Gauge R&R的變異數分析研究,AR法的優點為: (1) 計算簡便 (2) 若每一個Cell內(見表3-1)所測量的反覆次數t10,則此法之準確度极高(注：若t10,則建議改用 下一章所介紹的“變異數分析法“). (a

15、) Gauge R&R前的準備工作,請參閱第三章 (b) 我們可以引用表3-1加以說明數據的配置.,表5-1說明 (1) 我們總共有m個操作員與n個零件,每一個操作員與零件的組合含有t個數據.因此可以視為總共有mn給數據,每一組數據含t個數據. (2) Rij表示第 I 位操作員測量第j個零件所得第ij組數據的全距. (3) X1 表示第1個操作員測量所有數據的平均值,其餘依些類推(稱之為操作員平均值),Rp = 零件全距(零件平均值之最大值減最小值). R = 所有全距之總平均. 則 : 量具誤差(Gauge errors)之分配可視為一變異數為2.之常態分配.e的估計量為 R /d2。d2

16、是自表5-2 中取得,以組數(g)與每組所含數據數目(t)求出.,(4) X.1.表示第1個零件被測量所有數據的平均值,其餘依此類推(稱之為零件平均值). 定義 : Ro = 操作員全距(操作員平均值之最大值減最小值).,在量具誤差分佈是呈常態分配的假設之下,寬度5.15.包含99%的量具誤差(見圖), 量測系統適用性評價基准 量測系統的适應性:是決定于TV或允差Gauge R&R所消耗的百分比 計算方法%R&R= 100(R&R/TV)% 或 100(R&R/允差)% 判定方法 a:%R&R30% -量測系統必須加以改造 上例結論 5r&r=100(0.1689/1.043)%=16.2%, 案例分析 *案例1 *案例2