测量系统分析MSA介绍

1、测量系统分析 (MSA) Measurement System Analysis 制定: 王惠志,MSA基本来源,1、MSA与QS-9000关系、TS16949的关系。 2、MSA与SPC关系。,第1章測量系統介紹,1.一概述、目的、術語 1.1.1概述 我們知道，一個製程的狀況必須經由測量來獲取相關資訊，因此量測數據將會決定製程是否應被調整，如果統計結果，製程超出管制界限，即製程能力不足時，則須對製程作某些調整，否則，製程將會在無調節的狀態下運作。測量數據的另一用途是可以檢視二個或更多變異彼此之間是否存在某種關係性，如塑膠件的尺寸將與進料溫度有關。 因此，測量數據的品質對於製程分析結果佔有相當重要的因素，為了確保分析結果不致對製程誤判，就必須重視數據的品質。,量測數據品質與製程是否在穩定狀況下所獲得的多種量測有關，若在穩定狀況下所獲得某一特性的量測數據，其結果”近似於”該特性的標準值，則數據品質可謂”高”；若某些或全部數據偏離標準值甚遠，則數據品質可謂”低”。常用於表示數據品質高低的統計特性有偏差與方差，所謂偏差是指量測數據平均值與標準值之差異；所謂方差則是指量測數據本身之間差異。如

2、果數據品質是不可接受，則必須加以改進，然而這常常應改進量測系統本身，而非改進數據。,目的,本篇的目的在於說明評價量測系統品質之準則，雖然也可以運用在其他量測系統上，但主要還是以使用在工業界製程的量測系統為主。（且特性數據可重複讀取。）,术语,測量（Measurement）：對某具體事物賦予數據，以表示他們對於特定特性之間的關係。賦予數據的過程稱為量測過程，而數據稱為量測值。 量具（Gage）：任一可用以量測之設備，通常是用以特別稱呼使用在生產現場者，包括GO/NO-GO設備。 測量系統（Measurement System）：操作、準則、量具和其他設備、軟體及指定之一群待量測之集合，經由完整程序而取得量測值。 偏差：所謂偏差是指量測數據平均值與標準值之差異。 极差：所謂方差則是指量測數據本身之間差異。最大 减去最小的。 均值: 它是样本的算术平均值。X,中位数: 样本方差:表示数据波动.数据与样本均值的差的平方和除以(样本-1). 样本标准差:表示数据波动. 变异系数:为了比较不同的指标波动,需要排除数据量纲的影响.因而常用变异系数,它是样本标准差与样本均值的比.,例:计算以下列数据均

3、值、极差、中位数、标准方差、标准差： 5 6 7 8 9 例：请说明以下两组数据哪组变异较大 105mm 106mm 108mm 102mm 104mm 1500m 1495m 1490m 1510m 1505m,数量类型： 一是定性数据，如果总体X的取值只按一定特征或标准进行分类，那么这种数量便是定性数量。如：产品按标准分为一等品，二等品，等外品。 二、定量数据 计量数据：如果总体X的取值是通过某种量具、仪器的测定获得，这种数据是计量数据，它们可以取某一区间中的一切实数。直径、温度等等。 计数数据：如果总体X的取值是通过数数的方法获得的，它们往往只能是取非负整数。如：不合格品数、铸件上气泡数。,测量系统分析： 在量測過程中所得到的量測值絕不會是真值，因為量測者所讀取的數據包含了真值以及量測的變異 量測系統分析 (MSA)提供一種系統性的方法，以鑑別出整體的製程變異中，有多少是來自於量測系統的變異 觀察值 = 實際值 + 量測誤差,為什麼要進行量測系統分析 確認目前的量測系統是否可接受 獲得精確的量測資料 找出量測系統的變異源 確認改善量測系統的方向 透過量測系統收集流程中所有的資訊透

4、過量測系統收集流程中所有的資訊，同時也依據它作為系統修正的依據透過量測系統收集流程中所有的資訊，同時也依據它作為系統修正的依據,透過量測系統收集流程中所有的資訊，同時也依據它作為系統修正的依據,测量系统的统计特性,测量与分析活动是“黑盒子”。 测量与分析活动是一个过程。 用来分析确定测量系统的质量好坏，测量系统产生多次测量结果，我们通常称为“统计特性”。 理想测量系统特性零方差、零倚倚、对所测的任何产品错误分类为零概率。 统计特性用于定义好测量系统： 有足够分辨力、灵敏度。10-1法则（十进位法则） 测量系统的统计特性是受控的。 测量系统的变异性与公差相比必须小。 测量系统的变异性与总变差相比必须小。,國家標準 一級標準(連接國家標準和私人公司、科研機構等) 二級標準(從一級標準傳遞到二級標準) 工作標準(從二級標準傳遞到工作標準),变差源,变差源普通原因 特殊原因 控制测量系统变差步骤： 识别潜在的变差源 排除（可能时）或监控这些变差源 六个基本要素,S标准 W工件（零件） I仪器 P人/程序 E环境,量測系統變異的來源:,S.W.I.P.E.,测量系统变异性的影响,1、对产品决策的

5、影响 2、对过程决策的影响 3、新过程的接受,测量系统分析,2.1概述 評估一量測系統時，應確定三項基本問題。(A)本量測系統是否具備適當的鑑別力？(B)是否具有全時的統計穩定性？(C)量測誤差(變異)是否微小？ 2.1.1鑑別力 量測系統能發現並真實地表示被測特性很小變化之能力，稱為鑑別力。如最小的量測刻度太大而不足以辨別製程變異，則為鑑別力不足。鑑別力不足的象徵將會在R-CHART上顯現出來，因此，若使用鑑別力不足的量測系統所表現的R-CHART，將可能造成型I誤差。,测量系统变差的类型,1、偏倚 2、重复性 3、再现性 4、稳定性 5、线性,重复性又稱為量具變異，是指用同一種量具，同一位作業者，當多次量測相同零件之指定特性時所得之變異，以公式表示如下： EV=，%EV100（EVTV） 公式說明： 1.EV為重复性，TV為全變異。 2.為所有作業者執行多次量測所得之變異平均值。 3.K1為再現性之係數，與量測次數有關。 4.TV為全變異，TV=,如果量測系統再現性不足，可能原因是： l 零件內部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性。 l 儀器內部：維修、磨損、設

6、備或夾具的失效、品質或保養不好。 l 標準內部：品質、等級、磨損。 l 方法內部：作業準備、技巧、歸零、固定夾持、點密度的變異。 l 評價者內部：技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、疲勞。 l 環境內部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。 l 錯誤的假設 穩定，適當的操作。 l 缺乏穩健的儀器設計或方法，一致性不好。 l 量具誤用。 l 失真（量具或零件）、缺乏堅固性。 應用 零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。,再现性又稱為作業者變異，是指不同作業者以相同量具量測相同產品之特性時，量測平均值之變異，以公式表示如下： AV= %AV100（AVTV） 公式說明： 1.AV為再生性，TV為全變異。 2.為不同作業者所量測之平均值之最大值與最小值之差異。 3.K2為再生性之係數，與作業者之人數有關。 4.為被量測之零件數目,如果測量系統再生性不足，可能原因是： l 零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測量A、B、C零件類型時的平均差異。 l 儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和

7、/或操作者的誤差。 l 標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。 l 方法之間：由於改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。 l 評價者（操作者）之間：評價者A、B、C之間由於培訓、技巧、技能和經驗所造成的平均值差異。推薦在為產品和過程鑑定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。 l 環境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，由於環境週期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑑定。 l 研究中的假設有誤。 l 缺乏穩健的儀器設計或方法。 l 操作者培訓的有效性。 應用零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。,l 零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測量A、B、C零件類型時的平均差異。 l 儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。 如果測量系統再生性不足，可能原因是： l 標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。 l 方法之間：由於改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定或夾緊方法等所造成

8、的平均值差異。,l 評價者（操作者）之間：評價者A、B、C之間由於培訓、技巧、技能和經驗所造成的平均值差異。推薦在為產品和過程鑑定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。 l 環境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，由於環境週期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑑定。 l 研究中的假設有誤。 l 缺乏穩健的儀器設計或方法。 l 操作者培訓的有效性。 應用零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。,偏移又稱為準確度（Accuracy），是指量測平均值與真值之差值。而真值可藉由較高等級之量具量測數次之平均值而得，偏移可以下面圖形表示：,T,A,偏移(準確度),VT：真值 VA：量測平均值,(例3)1位作業者量測1個零件10次，量測值如下所示： X1 = 0.75 X6 = 0.80 X2 = 0.75 X7 = 0.75 X3 = 0.80 X8 = 0.75 X4 = 0.80 X9 = 0.75 X5 = 0.65 X10 = 0.70 測量測平均值VA=Xi/10=0.75，已知該零件之真值VT為0.8mm，零件之製程變異為0.70mm 則Bi

9、as=VA-VT=0.750.80 = -0.05 %Bias100（Bias/製程變異） 100(0.05/0.70)=7.1%,如果量具偏性較大，則可能原因是: l 儀器需要校準 l 遺棄、設備或夾具磨損 l 基準的磨損或損壞，基準偏差 l 不適當的校準或使用基準設定 l 儀器品質不良 設計或符合性 l 線性誤差 l 使用了錯誤的量具,l 不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧 l 測量的特性不對 l 變形（量具或零件） l 環境 溫度、濕度、振動、清潔 l 錯誤的假設，應用的常數不對 應用 零件數量、位置操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）,穩定性又稱為漂移（Drift），是指不同時間量測值之變異，此量測之方式可有兩種： 1. 以相同標準件在不同時間量測同一量具所得之變異。 2.以相同量具在不同時間量測同一零件所得之變異穩定性可下面圖形表示：,如果量測系統穩定性不足，可能原因是： l 儀器需要校準，縮短校準週期 l 儀器、設備或夾具的磨損 l 正常的老化或損壞 l 維護保養不好 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔 l 基準的磨損或損壞，基準的誤差 l 不適當的校準或使用基準設定 l 儀器品質不好 設計或符合性 l 儀器缺少穩健的設計或方法 l,不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧 l 變形（量具或零件） l 環境變化 溫度、濕度、振動、清潔 l 錯誤的假設，應用的常數不對 l 應用 零件數量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）,線性是指量具在使用範圍內偏移（準確度）差異之分佈狀況。 作業者量測5個不同零件，其真值分別為2.00mm，4.00mm，6.00mm，8.00mm及10.00mm，每個零件量測12次，如下頁所示：,吾人可由上圖得到迴歸線如下：（或由計算機求出a，b） y = a bx 其中b = a = y-bx=0.7367 (y，x分別為y及x之平均值) R2= (R2為迴歸線之Goodness of Fit),如果線性不佳，可能原因是： l 儀器需要校準，縮短校準週期 l

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