测量系统分析之MSA概述

1,测量系统分析-MSA(第三版),授课人:张建中,2,第一章 通用测量系统指南,一、引言、目的和术语,3,问自己几个问题,在你的组织中,需要测量什么加工和/或产品特性? - - -,4,测量这些数据有什么用途: 过程调整的依据? 各种分析研究(确定变量间的某种显著关系) 以更好地理解各种过程?,5,一个好的或高质量的测量应具备哪些特点? 一个差的或低质量的测量应具备哪些特点?,6,测量数据的质量,应用以数据为基础的方法的好处,取决于所用测量数据的质量 测量数据的质量是由在稳定的操作条件下运行的某一个测量系统获得的多个测量值的统计特性确定,7,测量数据由一个数字和一个标准的测量单体构成,是测量过程的输出 测量过程是一个制造过程,它的输出是所产生的测量数据. 测量过程是赋值的过程.,8,测量数据的质量,基准值:一个被认同的作为比较参考的值. 基准值对于理解我们的测量值的“真实性”是十分重要的.一个零件的基准值可能是实验室条件下确定的或是使用更为精确的量具建立起来的一个真的测量值.,9,如果某一特性的多次测量值都接近它的基准值,则称数据的质量高. 如果某一特性的测量值中的一些或全部远离它的基准值,则称数据质量低.,10,低质量数据的原因之一是数据变差太大 测量的变差是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的.例如,测量某容器内流体的容积,使用的测量系统可能对它周围的环境温度敏感,此时数据的变差可能由于其体积的变化或周围温度的变化,使得分析数据有困难.,11,术语,测量:赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。 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,12,术语,测量系统:用来对被测特性赋值的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件以及操作人员、环境和假设的组合. 用来获得测量结果的整个过程.,13,术语,标准： 根据普遍认同的意见使之作为比较的基础。 是一个可接受的模型。 用于接受的准则。 是已知数值。 在表明的不确定度界限内，作为真值被接受。,14,术语,测量和试验设备（M& TE）:完成一次测量所必须的所有测量仪器、测量标准、基准材料以及辅助设备。,15,术语,校准标准：在进行定期校准中作为基准的标准。 传递标准：用于把一个独立的已知值的标准与正在校准的元件进行比较的标准,16,术语,基准：用于校准过程的参考标准（一般在给定位置可得到的最高计量质量标准）在这个位置进行的测量，都是以此标准为最终标准。 工作标准：在试验室中用于进行定期测量的标准。不用于校准标准，但是也许可以用作传递标准。 检查标准：一个非常类似测量过程的测量人工制品。它本身比被评价的测量过程更稳定。,17,术语：不同标准之间的关系,18,术语,基准值：人为规定的可接受值/需要一个可操作的定义/作为真值的替代。 真值：物品的实际值/是未知的和不可知的 可操作：是可以交流的，对于卖主和买主应用时具有同样的意义，对于昨天、今天和明天具有同样的意义，产生同样的结果,19,术语,分辨力、可读性、分辨率：是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量。 是最小的读数单位，如果仪器刻度“粗”，那么可以使用它的半刻度。 是由设计决定的固有特性。 1：10经验法则。,20,有效分辨率：对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性， 是产生有用的测量输出信号的最小输入值. 可操作：是可以交流的，对于卖主和买主应用时具有同样的意义，对于昨天、今天和明天具有同样的意义，产生同样的结果,21,术语,公差:是指一个零件某一特性允许的变差.是一个零件的特性宽度 鉴别力:是指一个测量仪器监视出被测量量的变差的能力.,22,受控:当一个过程显示出本身所固有、可预见的变差时.没有造成变差的特殊原因 失控:各种特殊原因对变差的影响均未消除的过程状态,23,二、 测量过程,24,变差对测量数据的影响,变差是客观存在 影响变差的原因有两个-普通原因和特殊原因,25,一组数据的变差大多是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的 变差大的测量系统可能会掩盖制造过程中的变差,26,测量系统的统计特性：位置变差,表征数据质量最常用的统计特性是偏倚和方差，以及错误分类率. 偏倚:是测量结果的观测平均值与基准值的差值.是数据相对标准值的位置，是测量系统的系统误差分量,27,位置的变差还包括：稳定性和线性 稳定性：偏倚随时间的变化，一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控.又叫漂移 线性：整个正常操作范围的偏倚的改变,是整个操作范围的多个并且独立的偏倚误差的相互关系.,28,统计特性：宽度变差,方差:是指数据的分布(宽度) 精密度:重复读数彼此间的“接近度” 是测量范围内重复测量的预期变差.（测量范围包括量程和时间） 是测量系统的随机误差分量,29,重复性:是评价人内的变异性.由一位评价人多次用一种测量仪器,测量同一个零件的同一特性时获得的测量变差. 在固定和规定的条件下的短期试验变差 通常指设备变差EV,是量具的能力或潜能 是随机误差,系统内变差,30,再现性:是评价人之间的变异。由不同的评价人用一种测量仪器,测量同一个零件的同一特性时获得的测量平均值变差. 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 通常指评价人的变差- AV 是系统之间或测量条件之间的变差,31,GRR:是测量系统重复性和再现性合成的评估,是系统内部和系统之间的方差的总和.,统计特性：宽度变差,32,统计特性：宽度变差,灵敏度:最小的输入产生可探测的输出信号,在测量特性变化时测量系统的响应。 由量具设计、固有质量、使用中的维修及仪器和标准的操作条件确定 总是以一个测量单位报告,33,一致性:是重复性随时间变化的程度。一个一致的测量过程是考虑到宽度下的统计受控。 均匀性：是量具在整个工作量程内变差的区别,是重复性在量程上的均一性.,34,统计特性：系统变差,测量系统变差可以具有如下特征： 能力:短期获得读数的变异性 性能:长期获得读数的变异性,是以总变差为基础 不确定度: 关于测量值的数值估计范围,相信真值包括在此范围内.,35,统计特性,理想的测量系统应具有零偏倚,零方差,错误分类零概率的统计特性 但是它几乎是不存在的 我们能得到的特性：（P37）,36,为了有效控制任何过程变差,需要了解: 过程应该做什么？(规范和工程要求) 什么能导致错误？(PFMEA、控制计划) 过程正在做什么？（通过检验获得）,37,所有的测量系统应具备的特性,足够的分辩率、灵敏度，测量的刻度必须小于过程变差或技术规范限值中较小者，(1/10)是选择量具期望的实际最低起点 测量系统必须处于统计控制中,其变差只能是由于普通原因产生的,有统计的稳定性,38,所有的测量系统应具备的特性,对于产品控制，测量系统的变差性应小于技术规范限值和/或允许公差,39,对于过程控制，测量系统的变差性应该显示有效的分辨率并且要小于制造过程的变差 根据6 过程变差评价测量系统,40,当被测项目变化时,测量系统的统计特性可能也会变化,那么测量系统的最大的变差必须小于过程变差或技术规范中的较小者,41,变差源,与所有的过程相似，测量系统受随机和系统变差源影响。它们由两种原因造成，为了控制测量系统变差： 识别潜在的变差源 可能时排除或监控这些变差源 一些典型的变差源是可以识别的,42,六个方面的基本因素： S 标准：刻度、基准、检查标准、等级、接受准则 W 工件：生产件、样本、人 I 仪器：量具、测量机构、试验台 P 人/程序：评价人、检查员/岗位培训、作业文件、培训 、计划 E 环境：温度、湿度、照明、位置、振动、噪音、时间、空气,43,变差源的因果图,44,测量系统变异性的影响,不同的变差源对测量系统的影响应经过短期和长期评估 测量系统能力是短期的测量系统（随机）误差。是由线性、一致性、重复性和再现性误差合成定量的。,45,测量系统性能是所有变差源随时间的影响。 是通过确定过程是否统计受控（稳定且一致，变差仅由普通原因造成）。 对准目标（无偏倚） 且在预期结果的范围有可接受的变差（GRR）来完成的。,46,对产品决策的影响,测量系统的输出值用于做出关于产品和过程的决定。所有的误差在产品决策上会有影响。 在产品控制原理下，关心的是测量后零件的分类（好、坏、返工、返修、报废），零件是否在明确的目录内。,47,在过程控制原理下，关心的是零件变差是由过程中的什么原因造成的，过程是否稳定和可接受。 典型是型错误：生产者风险 型错误：消费者风险,48,对过程决策的影响,对于过程控制，需要确定以下要求： 统计控制 对准目标 可接受的变异性,49,测量误差可引起对产品产生不正确的决策。对过程决策的影响可能是： 把普通原因报告为特殊原因 把特殊原因报告为普通原因 测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标以及变差的决定,50,实际和观测的过程变差之之间的基本关系是：,51,过程作业准备/控制,通常生产操作是在一天的开始时使用一个零件检验过程是否对准目标。若在目标外，就调整过程。过一段时间再测一个零件并且再次调整过程。 戴明把这种类型的测量和做决策称为干预。 有一个描述干预影响的漏斗试验案例。,52,有一个零件的精密金属涂层的重量控制目标为5.00g.要求操作者以一个样件为基础在作业准备时及每小时对重量进行验证,如果重量超过4.905.10g,操作者再次设定过程. 作业准备时,4.95g,但是由于误差操作者观测为4.85g,操作者试图上调0.15g.为了对准目标,现在过程的运行为5.10g 再次观测为5.08g,因此允诺过程运行,过程的过度调整增加变差并会持续影响 说明测量误差将问题复杂化,53,过程作业准备/控制,过程的过度调整会增加变差，并会持续影响 测量误差只是把问题复杂化 漏斗试验的四项规则：,54,过程作业准备/控制,规则1:除非过程不稳定，否则不作调整或不采取行动。 规则2:在上次进行测量的相反方向以等量调整过程 规则3:对准目标重新设定过程，然后在目标的相反方向以等量调整过程。 规则4:调整过程至上次测量点,55,上述案例的作业准备指导书是规则3的示例 规则1是产生最小的变差的最佳选择。 规则2、3、4增加了更多的变差 其它漏斗试验的示例是:,56,示例,基于任意限制的量具重新校准如,限制没有反映测量系统的变异性（规则3） 在没有任何更改的指示或历史的记录(特殊原因)情况下，使用任意数值重新控制过程控制测量系统（规则3）,57,以上次生产的零件为基础自动补偿调整过程（规则2） 在职培训方面,工人A 培训工人B，后来工人B又培训C 没有标准培训材料。（规则4） 测量零件，发现在目标之外，但画在控制图表上过程显示稳定，因此，没有采取行动。（规则1）,58,三、测量战略,59,测量系统实施问题,并不是所有产品和过程特性都需要测量系统。简单的标准测量工具（千分尺、卡尺）可能不需要这样深度的战略来计划。关键是否是特殊特性或该特性在确定产品或过程是否可接受时是重要的,另外是对特定尺寸的公差水平。,60,测量水平依赖对过程理解的水平 相同的测量，针对相同的特性，在过程的相同领域，经过很长的时间，是缺少理解或者是一个停滞的测量过程的证据。,61,应了解：,支持：谁将支持测量过程 培训：需要对操作者、检验者、工程师培训什么，谁实施培训。 数据管理：怎样管理测量过程输出的数据 人员： 改进方法：经过一段时间怎样改进测量过程，使用什么样的评估方法 长期的稳定性：评定方法、形式、频率,62,第二章 测量系统评定,一、测量系统研究准备,63,测量系统研究准备,根据研究的目的,先计划将要使用的方法.比如有些测量系统的再现性影响可以忽略. 评价人的数量,样品数量及重复读数应预先确定.应考虑尺寸的关键性/零件的结构.,64,测量系统研究准备,评价人的选择应来自日常经常操作人中间. 对每个零件编号