测量系统分析教材1

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1、测量系统分析 (Measurement System Analysis),计量型数据测量系统的分析 计数型数据测量系统的分析,学习目标 理解测量误差 理解计量型数据测量系统的分析方法 理解计数型数据测量系统的分析方法,测量系统分析的定义 - MSA(Measurement System Analysis) - 为了确保数据的可信度而评价或检测测量系统的水准 - 为了把握改善对象流程的现在能力要采集数据并确认采集数据的可信度 用语的定义 测量 为了描述研究对象的某特定性质而对该性质赋予数值。 - Eisenhart, C.(1963) 测量系统 包括所有为了获得测量设备或测量方法及其他设备、软件

2、、测量环境、 测量程序、测量者等的集合。,什么是测量系统分析？,测量系统分析的必要性,在通过数据进行改善时，如果数据的可信度 无法保证的话，那么这种分析和改善将没有 实质性意义。 测量数据是用作决策的基础资料。 为了正确地理解作为决策基本的 数据的测量系统，测量系统的评价是改善 活动中最根本的也是最重要的。,这石头的重量是多少？,正确的测量是正确决策的 基础资料。,测量系统概要,8Kg,10Kg,7Kg,计量型数据测量系统分析,观测到的流程变动,实际流程的变动,反复性 (Repeatability),偏移 (Bias),稳定性 (Stability),再现性 (Reproducibility)

3、,测量系统的变动,计量型数据变动的类型,长期流程变动,短期流程变动,测量系统之间的变动,测量系统内部的变动,线性度 (Linearity),准确度 (Accuracy),精确度 (Precision),测量系统应具备的 基本识别能力,测量系统误差的种类 测量误差 = 准确度(中心)的误差 + 精确度(分散)的误差 准确度(Accuracy) 观测值体现接近真值的近似程度 （平均的观点） 校正(Calibration)分析的必要性 校正周期，方法及程序 精确度(Precision) 是指观测值之间的差异程度（分散的观点） Gage R&R 分析必要 测量仪器的改善, 测量方法标准化的改善,偏移,

4、分散,-准确度高 -精确度高,-准确度高 -精确度低,-准确度低 -精确度低,准确度低 精确度高,准确度与精确度,准确度,精确度,准确度变动的原因 偏移(Bias) 偏移指基准值和测值的平均间的差异，偏移越少越准确。,基准值 Reference value,观测平均 Observed Average,偏移(bias),0.75,0.80,mtotal = mproduct + mMS, - 基准值的误差 - 测量设备的老化 - 刻度不佳的测量设备 - 错误特性值的测量 - 没有良好的校正 - 测量者不能正确使用测量设备,稳定性(Stability) 稳定性指对于相同基准样品或者相同样品的特性，

5、长时间测量时得出的 测量值的总变动。,稳定性,Time 2,Time 1,mtotal = mproduct + mMS, 与测量设备物理特性相关 例) 温度造成的影响,线性度(Linearity) 线性度是指在测量设备的不同量程区域内测量值与真值间的差异程度。 如果在测量设备测量范围内的整个区域里偏移值呈一定值出现，可以说 线度性良好。,线性差,无偏移,线性好,真值,观测值,偏移, 测量设备不能对范围内的低端和 高端准确的校正 - 最少或最大基准数据的误差 - 测量工具的老化 - 测量工具的内部设计特性,精确度变动的原因 反复性(Repeatability) 反复性指对相同样本的相同特性用相

6、同的测量设备由一名测量者进行多次 测量而求出的测量值的变动。, 使用了落后的计测仪 实际错误造成的计测仪内在工具或内部发生散布 随工具位置变化的散布 环境因素(照明, 噪音) 身体因素(视力),再现性(Reproducibility) 再现性是指对相同样本的相同特性用不同的测量系统进行测量而求出的变动。 - 对相同样本的相同特性用相同的测量设备由不同测量者进行测量 - 对相同样本的相同特性由同一测量者利用不相同的测量设备进行测量,再现性,测量者 A,测量者 B,测量者 C, 测量者测量方法，技术的差异 测量者测量设备的使用法和 读取方法的不正确 测量顺序和方法不明确 为了帮助测量者保持一贯性，

7、 需要JIG,测量设备 C,测量设备 B,测量设备 A,识别能力 - 所谓的识别能力指测量系统可探知所测量特性微细变化的能力，也称为分辨率 - 测量系统的识别能力不足的话，就不能将它作为确定流程变动的分析依据 - 测量系统的最小测量单位应该能够精确到测量出流程分散的范围及规格幅度的 1/10个单位以上,识别能力差,识别能力好,计量型数据测量系统的分析程序,阶段 1,阶段2,阶段 3,阶段 4,阶段 5,测量数据的基本事项检讨,识别能力检讨,准确度检讨,精确度(Gage R&R) 检讨,稳定性检讨,分析对象(X,Y)确认 运营定义确认 数据类型，规格确认等,阶段 1,阶段2,阶段3,阶段4,阶段

8、 5,Gage R&R 计划,随机取样测量,Minitab分析 : Gage R&R Study,Minitab分析 : Gage Run Chart,后续措施实施,一般情况下，在整个测量系统中为了确保 识别能力、准确度及稳定性都进行了检测校正， 检讨只有在必须的情况下才实施。,计量型数据 Gage R&R 注意事项 随机顺序测量 盲测：测试者需在事先不知道测量具体的样品条件下进行，防止霍索恩效应(Hawthorne) 读取测量设备数值应为最接近的数值,可能的话以最小刻度的一半为准 例如最小刻度为0.1的话,读取推测值为0.05 各测量者为了求得测量值需使用相同的步骤 (包含所有阶段),霍索恩

9、效应：(Hawthorne effect) 1924-1926年进行照明实验总结出， (指工人、学生等因受到研究人员的关注而增加产量或提高成绩)， 受人关注带来的提高(或进步)。,例题 某电子元件生产商为了改善生产线由于产品外径的变动产生的不良制定了 项目。他们首先要对测量产品的测量设备的可信赖性做评估以求数据的正确。 以能够代表流程的10个产品,及测量者3人为对象,实施2次反复测量。 (Tolerance1.5） 参考前期已经确认识别能力、 准确度及稳定性方面没有问题。,阶段 1 Gage R&R 计划 选出10个能够代表整个流程范围最少 80%的样品。 反复 : 2次 测量 : 3人,参考

10、 标本的选定 样品采样从流程开始并且应能够代表整个过程的变化范围 样品范围 流程分散 样品范围 = 流程分散 样品范围 流程分散 测量系统的评价指标要 测量系统的评价指标 比实际要好 比实际要差,Good !,“Bad”,“Bad”,阶段 2 样品测量 - 尽可能地对测量者或产品进行随机测量 - 事先让测量者不知道要参与实验，进行盲测 - 整个测量反复2次,阶段 3 Minitab分析 Gage R&R Study 数据输入(文件名 : Gage R&R_Slide23.MTW),以Stack形式 输入数据,部品 测量者 测定值,3,Gage 名称,日期等 信息输入,2,6,1,Minitab

11、分析 Stat Quality Tools Gage Study Gage R&R Study (Crossed).,Minitab上的分析方法有ANOVA法和 Xbar and R法 , ANOVA法更为优越一些。因为 ANOVA法考虑到了测量者与部件间的交互作用。,4,如果知道Process Tolerance,请输入,5,Gage R&R %Contribution Source VarComp (of VarComp) Total Gage R&R 0.0044375 10.67 Repeatability 0.0012917 3.10 Reproducibility 0.003145

12、8 7.56 0.0009120 2.19 * 0.0022338 5.37 Part-To-Part 0.0371643 89.33 Total Variation 0.0416018 100.00 Process tolerance = 1.5 Study Var %Study Var %Tolerance Source StdDev (SD) (5.15 * SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 22.87 Repeatability 0.035940 0.18509 17.62 12.34 Reproduc

13、ibility 0.056088 0.28885 27.50 19.26 0.030200 0.15553 14.81 10.37 * 0.047263 0.24340 23.17 16.23 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52 66.19 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 70.03 Number of Distinct Categories = 4,Minitab Session 解析,规格对比测量系统造成的分散为 22.87%,测量系统的识别能力,分散的标准偏差构成要素,产品间的分散为 89.33% 测量系

14、统的总分散为 10.67% - 反复性造成的分散为 3.10% - 再现性造成的分散为 7.56% 测量者之间的再现性分散为2.19% 测量者和产品的交互作用的影响为5.37%,测量系统评价中使用的4种判定基准 %Contribution(测量系统分散对总分散中的占有比) %Study Variation(测量系统标准偏差对总标准偏差的占有比) %Tolerance(测量系统标准偏差对产品规格占有比) Number of Distinct Categories(测量系统分辨率级别),查看MSA结果时，应该怎样判定测量系统?,Total Variation,Total Gage R&R = 20

15、%,Total Gage R&R = 75%,Total Gage R&R = 100%,测量系统引起的分散为20%时，意味着什么?,由于Gage的分散， 工程发生变动,总分散中Gage引起的分散为 75%,总分散中Gage引起的 分散为20%,%Study Variation 说明,产品公差,LSL,USL,%Tolerance是什么意思?,%Tolerance = 20%,%Tolerance = 50%,%Tolerance = 100%,Gage引起的标准差与 产品公差相同,Gage引起的标准差对比 产品公差为50%,Gage引起的标准差对比 产品公差为20%,%Tolerance 说明,“整个分散中,Gage R&R所占的比重是否足够小? ”,Gage R&R的 Repeat, Reprod.的高度越接近0越好,“测量者反复测量是否稳定?”,注意 ! 如果数据