1、测量系统分析,测量系统分析 Measurement Systems Analysis,目的: 简要介绍测量系统分析的基本知识 目标: 掌握测量系统的概念 针对不同形式的测量/试验设备应用 MSA方法 评价MSA结果,测量系统分析,目录: 1. 测量系统分析简介 2. 相关术语与定义 3. 测量系统的变差 4. 相关的统计概念 5. 测量系统研究准备 6. 测量系统的评估方法 7. 计量型测量系统的评估方法 稳定性 线性 量具的重复性和再现性 极差法 均值极差法 方差分析法,测量系统分析,目录(续): 8. 计数型测量系统的评估方法 交叉表法 解析法 9. 复杂的和非重复的测量系统分析 10. 测量系统分析应用流程,测量系统分析,1. 测量系统分析简介,测量系统分析,理想的测量系统 只产生“正确”的测量结果 每次测量结果总应该与一个标准相一致 具有零变差、零偏倚和对所测的产品错误分类为零概率的统计特性,测量系统分析,测量与过程的类比 将测量过程看作产生数据的生产过程 这使我们可以使用统计过程控制中的所有概念、原理和工具,测量系统分析,变差来源,测量系统分析,好的测量系统 足够的分辨率和灵
2、敏度测量分量应该小于相关的过程变差或工程规范 统计受控变差仅来源于普通原因 测量系统变异与过程变异相比必须相对较小用于过程控制 测量系统变异与工程规范相比必须相对较小用于产品控制,测量系统分析,2. 相关术语与定义,测量系统分析,术语 量具: 任何用来获得测量结果的装置,包括判断通过/不通 过的装置; 测量: 赋值(或数)给具体事物以表示它们之间特定特性 的关系; 测量系统: 用来获得测量结果的整个过程,测量系统分析,定义 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; 由某一权力机构确定和建立,可能是一件人工制品或总效果。 参考标准: 所进行的测量可追溯的“地方”标准; 可得到的最高计量质量标准。,测量系统分析,定义 基准值: 一个人工制品或总效果值用作约定的比较参考 真值: 零件的“实际”测量值(是不知道并且不可知的),是测量过程的目标; 参考值被用作真值的最佳近似值。,测量系统分析,定义 分辨力: 仪器的最小刻度值 如果测量系统不能探测变差,则其不可接受 至少是被测量范围的十分之一 分级数(ndc): 将零件变差与测量系统的宽度相比较 建议ndc5,测量系统分
3、析,3. 测量系统的变差,测量系统分析,测量系统的变差 位置变差: 偏倚 稳定性 线性 宽度变差(分散): 重复性 再现性 量具R&R,测量系统分析,偏倚 测量结果的平均值与真值/基准值的差值 对测量系统的系统性误差的测量 可能的原因包括:校准不当、仪器磨损、基准磨损或损坏,测量系统分析,稳定性 测量系统在某一阶段时间内,测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量变差 是测量随时间的变化 可能的原因包括:仪器老化、仪器需要校准、环境变化,测量系统分析,线性 在设备的预期操作范围内偏倚的变化 可能的原因包括:仪器设计缺乏稳健性、应用错误的量具、仪器磨损,测量系统分析,重复性 一个评价人,使用同一个测量仪器,多次测量用一零件的同一特性时获得的测量值变差 普通原因变差(随机误差)或系统内部变差 可能的原因包括:零件内部变差、设备内部变差、评价人内部变差,测量系统分析,重复性,测量系统分析,再现性 不同的评价人,使用相同的测量仪器,测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差 系统之间的平均变差 手动仪器受操作者技能影响通常是实际情况 可能的原因包括:方法之间变差、评价人之间变差,测量系统分析,再现
4、性,再现性,测量系统分析,量具R&R 评价重复性和再现性的合成变差,测量系统分析,4.相关的统计概念,测量系统分析,主题 平均值和标准差 常用分布 区间估计 置信区间 置信水平 假设检验临界值法 假设检验P-value法 方差分析,测量系统分析,过程模式 变差存在于所有过程中 理解并减少变差是改进的关键,测量系统分析,测量过程输出变差,测量系统分析,过程输出可能如何变化,测量系统分析,位置测量,宽度测量,标准差:,测量系统分析,一些常用分布 不同的概率分布用于模拟不同的数据类型,这使数据分 析变的更容易,测量系统分析,正态分布,测量系统分析,t分布,测量系统分析,F分布,测量系统分析,使用样本统计估计总体参数,测量系统分析,哪一个样本均值是对总体均值的正确估计?,测量系统分析,区间估计,测量系统分析,置信区间,测量系统分析,置信水平,测量系统分析,置信区间公式,测量系统分析,假设检验,测量系统分析,测量系统分析,假设检验步骤临界值法,测量系统分析,测量系统分析,测量系统分析,测量系统分析,测量系统分析,测量系统分析,测量系统分析,5. 测量系统研究准备,测量系统分析,测量系统分析,测量
5、系统研究的淮备 先计划将要使用的方法。例如,通过利用工程决策,直观观察或量具研究决定,是否评价人在校准或使用仪器中产生影响。有些测量系统的再现性(不同人之间)影响可以忽略,例如按按钮,打印出一个数字; 评价人的数量,样品数量及重复读数次数应预先确定。在此选择中应考虑的因素如下: 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。 零件结构:大或重的零件可规定较少样品和较多试验。,测量系统分析,测量系统研究的淮备 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; 样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围。有时每一天取一个样本,持续若干天。这样做是有必要的,因为分析中这些零件被认为生产过程中产品变差的全部范围。由于每一零件将被测量若干次,必须对每一零件编号以便识别;,测量系统分析,取样的代表性 1,不具代表性的取法,测量系统分析,具代表性的取法,取样的代表性 2,测量系统分析,测量系统研究的淮备 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,例如特性的变差为0.001,仪器应能读取0.0001的变化; 确保测量方法(即评价人
6、和仪器)在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。,测量系统分析,测量系统分析执行注意点 测量应按照随机顺序,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。评价人不应知道正在检查零件的编号,以避免可能的偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件,并记下数据; 在设备读数中,读数应估计到可得到的最接近的数字。如果可能,读数应取至最小刻度的一半。例如,如果最小刻度为0.0001,则每个读数的估计应圆整为0.00005; 研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行; 每一位评价人应采用相同方法,包括所有步骤来获得读数。,6. 测量系统的评估方法,测量系统分析,MSA方法分类,测量系统分析,MSA,计量型,计数型,破坏型,计量型MSA,测量系统分析,计量型,位置分析,宽度分析 GR&R,稳定性分析,偏倚分析,线性分析,重复性分析,再现性分析,稳定性分析,计数型MSA,测量系统分析,计数型,交叉表法,解析法,7. 计量型测量系统的评估方法,测量系统分析,稳定性 取一个样本并建立其基准值 定期(天、周)测量样本35次 将数据画在Xbar/R或Xbar/S控制图上 建立控制限并评价失控或不稳定状态,
7、当没有出现明显的特殊原因时,测量系统是稳定的。,测量系统分析,稳定性-示例,测量系统分析,为了确定某一新测量仪器的稳 定性是否可接受,选取了接近 中间值得一个零件。经测量该 零件参考值为6.01,每班测量 该零件5次,共测了四周(共 20个子组),控制图表明没有出现明显的特殊原因时,该测量系统是稳定的。,线性 选择g5个零件,这些零件测量值覆盖量具的操作范围; 用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值; 由一名操作者测量每个零件m 10次(随机地); 计算每次测量的零件偏倚以及零件偏倚均值,测量系统分析,线性 画出偏倚均值和相关基准值,并确定置信带,测量系统分析,线性 用R2检查置信带的可接受性。一般的准则是:,测量系统分析,线性 进行有关线性的假设检验:,测量系统分析,线性 进行有关偏倚的假设检验:,测量系统分析,线性示例 在测量系统操作量程内选择5个零件,并且已经确定其基准值; 由领班分别测量每个零件12次,并且计算它们的偏倚,测量系统分析,线性示例,测量系统分析,线性示例,测量系统分析,线性示例,线性示例,测量系统分析,量具重复性和再现性 极差法 快速提供测量变异的近似值,但是不能
8、分解为重复性和再现性 均值极差法 提供测量系统的重复性和再现性两个特性,但不是它们的交互作用 方差分析法,测量系统分析,量具重复性和再现性 GRR应依据过程的应用范围来进行,测量系统分析,极差法 要求: 1、评价人数m2(典型的是2); 2、零件数g2(典型的是5); 3、测量次数=1; 4、标记每个零件,评价人按随机顺序测量零件; 5、清楚地显示测量结果是如何得到的。,测量系统分析,极差法 程序: 1、将测量结果记录在一表格中; 2、计算每一零件测量结果的极差; 3、将极差求和得到总极差; 4、将总极差除以零件数得到平均极差;,测量系统分析,极差法 程序: 5、计算GRR; 6、计算%GRR;,测量系统分析,接受准则(指南),测量系统分析,极差法举例,测量系统分析,均值极差法 评价人数、测量次数和零件数可能改变,但分析应 按如下步骤进行。步骤1到4参见表1 1、指定评价人A、B和C,将零件按1至10编号,评 价人不能看到编号; 2、分析之前校准量具; 3、让评价人A以随机的顺序测量10个零件,并将结 果记录在第1行。让评价人B和C重复相同的过程,并互相不看对方的数据,然后将结果分别记
9、录在第6行和第11行; 4、用不同的随机测量顺序重复该循环,将数据记录在第2、7和12行;,测量系统分析,均值极差法,测量系统分析,表1,测量系统分析,表1,测量系统分析,均值极差法,表格样式,实际例子,方差分析法(ANOVA) 这种方法的原理与前面介绍的单因子ANOVA类似; 将总变差分解成4部分:零件、评价人、零件与评价人之间的交互作用以及设备的重复误差; 因为涉及两个因素:零件和评价人,所以需要使用双因子ANOVA; 较之均值极差法,它的优点是: 具有处理任何实验室装置的能力 可以更精确的估计方差 评价了料件和人的交互作用影响 在应用计算机的情况下,推荐使用,测量系统分析,方差分析法(ANOVA),测量系统分析,收集数据:选取10个零件,3个评价人;实验以随机的顺序使评价人和每个零件结合3次(与均值极差法相似)。 (即测量后,共产生90个数据),表格样式,实际例子,GRR分析,测量系统分析,GRR分析(接受标准),测量系统分析,%GRR30%; 测量系统不能接受, 须予以改进. 必要时更换量具或对量具重新进行调整, 并对以前所测量的库存品再抽查检验, 如发现库存品已超出规格应立即追踪出货通知客户, 协调处理对策. Ndc 5,8. 计数型测量系统的评估方法,测量系统分析,计数型测量系统,测量系统分析,交叉表法,测量系统分析,程序: 从过程中收集至少五十个零件来进行; 根据其基准值将每一零件分为“接受或”拒绝“。方针45%”接受“,45%拒绝”,10%在边缘; 选取三位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式三次测量所有零件; 每一个评价人随机地测量所有的样本,并记录结果,交叉表法,测量系统分析,一个典型的用于计数型量具研究风险分析法的表格如下:,表格样式,实际例子,交叉表法,测量系统分析,系统评定指南: 1、Kappa系数 75% 2、满足下表,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法,测量系统分析,解析法
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