isots 16949：2002技术规范培训——测量系统分析（msa.ppt

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1、isots 16949：2002技技术规范培训术规范培训测量测量系统分析（系统分析（msa计量、检定的定义、目的计量检定:是指为评定计量器具的计量性能、确定其是否合格所进行的全部工作。目的:是确保量值的统一，确保量值的溯源性。主要评定的是计量器具的计量性能，确定其误差大小、准确程度、寿命、安全等，结论是确定该计量器具合格与否，并具有法制性。计量检定本身是国家对测量的一种监督。测量系统的定义、目的v测量系统：用来获得表示产品或过程特性的数值的系测量系统：用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量系统。测量系统是与测量结果有关的统，称之为测量系统。测量系统是与测量结果有关的仪器、设备、软件

2、、程序、操作人员、环境的集合。仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合。v分析的目的：使用数理统计和图表的方法对测量系统分析的目的：使用数理统计和图表的方法对测量系统的误差进行分析，以评估的误差进行分析，以评估测量系统对于被测量的参数测量系统对于被测量的参数来说是否合适，并确定测量系统误差的主要成份。来说是否合适，并确定测量系统误差的主要成份。通通过测量系统分析了解所有生产过程中使用的量具的变过测量系统分析了解所有生产过程中使用的量具的变差，并对不合格的量具进行分析、改进，提高检验、差，并对不合格的量具进行分析、改进，提高检验、测量、试验数据的真实性和报告的准确性；减少产品测量、试验数据的

3、真实性和报告的准确性；减少产品在检验、测量、试验过程中误判的可能性在检验、测量、试验过程中误判的可能性。影响测量结果的因素测量系统所应具有之统计特性 v测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性 。v测量系统的变差必须比制造过程的变差小 。v变差应小于公差带 。v测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者的十分之一 。（精度要高）v测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者 。（变差要小）测量系

4、统所应具有之统计特性MSA与16949标准及其它配套手册的联系在16949标准中7.6.1 测量系统分析 在控制计划中提及的测量系统进行统计研究。在PPAP手册中规定：对新的或改进的量具、测量和试验设备应参考MSA手册进行变差研究。APQP手册中，MSA为“产品/过程确认”阶段的输出之一。SPC手册指出MSA是控制图必需的准备工作。（计量）标准的传递 国际实验室国家实验室国家认可的校准机构内部实验室生产现场检测设备制造厂国际标准国家标准地方标准企业标准企业标准（计量）标准的传递 校准程序：把测量从它的标准值传递到其它测量系统，用来传递测量的程序被称为“校准”。通过校准程序，有助于减少有时生产者

5、和顾客之间的测量结果不一致时而产生的矛盾。追溯性：通过应用连接标准等级体系的适当标准程序，使单个测量结果与国家标准或国家接受的测量系统相联系。测量系统的评定 v测量系统的评定通常分为两个阶段，称为第一阶段和第二阶段 v第一阶段：（在使用测量系统之前）明确该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。第一阶段评定主要有二个目的 ：v 确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行 。（是否稳定？）v 发现哪种环境因素对测量系统有显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境 。（是否在正确的使用环境中？）v第二阶段的评定 （在使用过程中对测量系统进行研究）v目的是在验证一个

6、测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性 。v常见的就是“量具R&R”是其中的一种型式 。（是否持续地具有恰当的统计特性？）测量系统的三个基本问题 v是否具有足够的分辨力？v是否统计稳定？v统计特性用于过程控制和分析是否可接受？分析分类按照测量参数的统计特性：计量型量具（参数）分析计量型量具（参数）分析：1.量具的重复性，2.量具的再现性，3.稳定性，4.偏倚，5.线性。计数型量具（参数）分析计数型量具（参数）分析：1.大样法，2.小样法（一般已不用，淘汰）各项定义v偏倚:指同一操作人员使用相同量具，测量同一零件之相同特性多次数所得平均值与采用更精密仪器测量同一零件之相同特性所得之

7、平均值之差，即测量结果的观测平均值与基准值的差值，也就是我们通常所称的“准确度”各项定义n偏倚偏倚 (Bias)v线性：指测量系统在预期的工作范围内偏倚的变化。各项定义各项定义v稳定性：指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。各项定义量具重复性：指同一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值（数据）的变差各项定义 量具再现性：指由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。v基准值：也叫标准值，是一个基准。它可以通过采用更高级别的测量设备（例如，计量实验室或全尺寸检验设备）进行多次测量，取其平均值来

8、确定的。v量具: 任何用来获得测量结果的装置，包括用来测量合格/不合格的装置 。各项定义分析时机 v新生产之产品PV(零件间变差）有不同时 v新仪器，EV（重复性）有不同时 v新操作人员，AV（再现性）有不同时 v易损耗之仪器必须注意其分析频率 。盲测法、向传统观念挑战在实际测量环境下，在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件下，获得测量结果。长期存在的把测量误差只作为公差范围百分率来报告的传统，是不能面临未来持续改进的市场挑战。测量系统建议的可视分辨率小于测量过程变差的1/10，不是公差宽度的1/10。分辨率的定义：测量系统检出并如实指出被测定特性微小变化的能力。偏倚分析之执行 (Bi

9、as)v独立取样法 :获取一样本并确定其相对可追溯标准的基准值, 若无样本则可从生产线中取一个落在中心值域的零件, 当成标准值。（且应针对预期测试值的最低值、最高值及中程数的标准各取得样本或标准件，每个样本都要求单独分析，并对每个样本或标准件测量10次, 计算其平均值, 将其当成 “基准值” .）由一位作业者以常规方式对每个样本或标准件测量10次. 并计算出平均值, 此值为 “观测平均值” .v计算偏倚 : 偏倚= 观察平均值 基准值 过程变异= 6 如果需要一个指数，把偏倚乘以100再除以过程变差(或公差)，就把偏倚转化为过程变差(或公差)的百分比，偏倚占过程变差的百分比计算如下： 偏倚%=

10、100(偏倚)/过程变差 偏倚占公差百分比采用同样方法计算，式中用公差代替过程变差。偏倚(Bias)分析实例已知：基准值=0.8mm，零件过程变差=0.7mm一位评价人对样件测量10次结果（以mm为单位）0.750.750.800.800.650.800.750.750.750.70X=x10=107.5= 0.75mm偏倚=0.75-0.8=-0.05偏倚占过程变差百分比=0.05/0.70=7.1%判定:针对偏倚之部份，判定之原则为： 重要特性部份其偏倚%须=10%； 一般特性其偏倚%须30%；应依据仪器之使用目的来说明其接受之原因。 其偏倚%大于30%者，此项仪器不适合使用。 如果偏倚较

11、大，查找以下可能的原因：标准或基准值误差，检验校准程序。仪器磨损，主要表现在稳定性分析上，应制定维护或重新修理的计划。制造的仪器尺寸不对。仪器测量了错误的特性。仪器校准不正确，复查校准方法。评价人员操作仪器不当，复查检验方法。仪器修正计算不正确。线性分析之执行(Linear) v独立取样法 : 针对产品所须使用之范围，利用标准件或产品样本(一般区分为五个等分，其范围须包括产品之规格公差之范围)来做仪器之线性分析，如果是采用标准件须有真值，如果是使用产品样本时，则这些的产品样本须先经精密测量十次以上，再予以平均，以此当做是真值或基准值 。 由一位作业者以常规方式对每个样本或标准件测量10次. 并

12、计算出平均值, 此值为 “观察平均值” .v计算偏倚 :偏倚= 观察平均值 基准值 过程变差= 6v绘图 :X轴=基准值 Y轴= 偏倚 其方程式为: y=a+bx 再分别计算其截距，斜率，拟合优度，线性，线性%等 斜率=a=nxxnyxxy22)()( 截距=b=)(nxany 拟合优度=nyynxxnyxxyR222222)()( 线性=(斜率 X(过程变差) %线性=100%线性过程变差 公式v判定 :v针对重要特性其线性度%5% v一般特性其线性度%10%以上者判为不合格，此项之仪器不适合使用。如果测量系统为非线性，查找以下可能原因：在工作范围内上限或下限内仪器没有正确校准最小或最大值校

13、准量具的误差磨损的仪器仪器固有的设计特性稳定性分析之执行(Stability)v获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值, 若无样本则可从生产线中取一个落在中心值域的零件当成标准值, 并指定它作为标准样本进行稳定性分析。v定期(时、天、周)对标准件或样本测量35次. 注意, 决定样本量及频度的考虑因素应包括要求多长时间重新校正或修理次数, 测量系统使用的频度与操作环境(条件)等.v将测量(数据)值标记在X-R CHART 或XS CHART上. v计算控制界限, 确定每个曲线的控制限并按标准图判断失控或不稳定状态 v计算标准差, 并与测量过程偏差相比较, 以评估测量系统的重复性是否适于应用.

14、不可以发生此项之标准大于过程标准差之现象，如果有发生此现象，代表测量之变异大于过程变异，此项仪器是不可接受的 。v稳定性之判定：稳定性之判定一般之方式和控制图之判定方式是一致的，(一)不可以有点子超出控制界限，(二)不可有连续七点在控制图之同一侧，(三)不可以有连续七点持续上升或下降之情形（含相等的相邻点）；（四）明显的非随机图形；（五）相对中心线，数据过于集中或分散。如果有以上之情形，代表仪器已不稳定，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性之分析 。R&R之分析 （重复性和再现性）v决定研究主要变差形态的对象 .v于过程中随机抽取被测定材料需属统一过程 .v选2-3位操作员在不知

15、情的状况下使用校验合格的量具分别对10个零件进行测量, 测试人员将操作员所读数据进行记录, 研究其重复性及再现性(作业员应熟悉并了解一般操作程序, 避免因操作不一致而影响系统的可靠度)，同时评估量具及对不同操作员熟练度. v针对重要特性(尤指是有特殊符号指定者)所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/10, (即其最小刻度应能读到1/10过程变差或规格公差较小者; 如: 过程中所需量具读数的精确度是0.01m/m, 则测量应选择精确度为0.001m/m), 以避免量具的鉴别力不足，一般之特性者所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/5。 v试验完后, 测试人员将量具的重复性及再现性数据进行

16、计算 (R&R数据表), (R&R分析报告), 依公式计算并作成R控制图或直接用表计算即可 R&R之分析 结果分析 :v当重复性(EV)变差值大于再现性(AV)时 . 量具的结构需再设计增强. 量具的夹紧或零件定位的方式(检验点)需加以改善 . 量具应加以保养.v当再现性(AV)变差值大于重复性(EV)时 . 作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加强教育, 作业标准应再明确订定或修订 . 可能需要某些夹具协助操作员, 使其更具一致性的使用量具 . 量具与夹具于入厂校验及送修纠正后须再做测量系统分析, 并作记录 .测量系统R & R分析(均值极差法)这里介绍常用的均值极差法，用来研究测量系统的

17、双性：R & R。它也称大样法(Long Method)。研究R & R的前提是测量系统已经过校准，而且其偏倚、线性及稳定性已经过评价并认为可接受。以下举一典型情况说明此方法1 确定M名操作者A、B、C，选定N个被测零件，按1、2、，编号。被选定零件尽可能反映整个过程的变差。1.1 测取数据：A以随机顺序测取所有数据并记录之，B、C在不知他人测量结果的前提下，以同样方法测量各零件的数据并记录之。再以随机顺序重复上述测量r次(如23次)。2 数据处理2.1 极差计算。时，查表，当可根据试验次数，计算控制限（总平均极差极差计算每个操作者的平均次测量的极差各个分别计算每个操作者对07)4(;/ ).

18、)3(;,.,)2(;,.,2 , 1;,) 1 (34334DrrDDDRLCLDRUCLMRRRRRRRRNjRRRrRRmbamcbacjbjaj34DRLCLDRUCLRR下限上限2.2 均值计算jjPDIEFMcbaNAMCBAjjjjjjjjjMinXMaxXRMinXMaxXXXXXXMAAANXXXXXMCBAMXMCBA与最小值之差，认为求各零件均值中最大值最小值之差，认为求各人均值中最大值与总均值例如值求出各人所有零件的均值求出所有人各零件的均求出各人各零件的均值)6()5().(1)4().(1,.,)3().(1)2(,.,) 1 (213 结果分析以下计算的变差均以9

19、9%的正态概率为基础，即变差=5.15。3.1 重复性05. 3, 345. 4, 2111KrKrKREV当试验次数3.2 再现性070. 2365. 32.,/15. 5)()(22222222AVKmKmrNmddKNrEVKXAVDIFE若根号内为负值，则时，时，当评价人数试验数零件数，其中取决于其中3.3 测量系统双性（R & R）3.4 零件变差22)()(&AVEVRR3KRPVP。值见表1173K值表3117K零件数N2345678910K33.652.702.302.081.931.821.741.671.623.5 总变差3.6 各变差占总变差的百分比%AV=AV/TV X

20、 100%R&R=R&R/TV X 100%PV=PV/TV X 100%EV=EV/TV X 100%22)()&(PVRRTV应同时将EV、AV、R&R各值与公差带宽度比较，得出各变差占公差带的百分比。%R&R可接受的条件是：30%不可接受，应改进。有效分辨率（ndc）必须大于等于5。数值10%的误差测量系统可接受 .10%数值30%的误差测量系统不能接受, 须予以改进. 进行各种分析发现问题并改正，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 .量具重复性和再现性(R&R)的可接受性准则：均值图判

21、定准则（50%法则）必须有一半或一半以上的值在限值外，则测量过程能检测出零件间的变差。习题：XYZ公司根据控制计划中要求针对游标卡尺作R&R分析，选定3名操作者A、B、C，选定10个被测零件，按1、2、10编号，其所测结果均记录在表17-2中，请根据该表所测结果计算：EV=?,AV=?,R&R=?,PV=?,TV=?,%EV=?,%AV=?,%R&R=?,%PV=?,根据%R&R的计算结果请判定此游标卡尺是否符合要求？何谓计数型量具 v就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果满足限值则接受该零件，否则拒收。 v计数型量具不能象计量型量具指示一个零件多么好或多么坏，它只能指示该零件被接受还是拒收

22、。 小样法v先选取二十个零件来进行。 v选取二位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。 v在选取二十个零件时，必须有一些零件稍许高或低于规范限值。 v所有的测量结果(每个零件测四次)一致则接受该量具，否则应改进或重新评价该量具，如果不能改进该量具，则不能被接受并且应找到一个可接受之替代测量系统。 v一个典型的用于计数型量具研究小样法的表格如下：A评价人B评价人NO.12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG大样法v先选取五十个零件来进行。 v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。 v在选取五十个零件时，必须有一些零件稍许高或低于规范限值。 v所有的测量结果450个(每个零件测九次)。分别统计三位评价人，两两比较测量结果的 情况，根据公式分别计算两两的Kappa值,最后判定，当三个值都大于或等于0.75时，判定为测量系统可以接受。