工程方法_6sigma_10测量系统分析精编版.pptx

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1、MSA-Measurement System Analysis(GR&R)测量系统分析测量系统分析(重复性和再现性重复性和再现性)主主 要要 培培 训训 内内 容容Learning ObjectivesLearning Objectives学习目的学习目的学习目的学习目的Explainhowmeasurementisaprocess解释工序中如何进行测量的EffectsofMeasurementSystemvariabilityontheprocessvariability测量系统误差对工序误差的影响BasictermsandconceptsinMSAMSA的基本术语和内容Analysisof

2、VariableGR&R计量型GRR的分析AnalysisofAttributeGR&R计数型GRR的分析AnalysisandApplicationofNestedGR&R嵌套式GRR的分析和应用如果从你座位前的电脑上看上面的图片左边的脸是生气的脸而右边的脸是平静的脸但请你起立往后走35步突然间他们交换位置了!这个幻觉图片是由Glasgow大学的PhillippeG.SchynsandAudeOliva所设计由此证明,我们可能从来没看到过事情的真正面貌。看出来了别忘了回到座位上，呵呵What is a Measurement System?What is a Measurement Syst

3、em?测量系统是什么测量系统是什么测量系统是什么测量系统是什么?测量:以确定实体或系统的量值大小为目标的一整套作业测量系统:由人,量具,测量方法和测量对象构成的过程的整体测量系统分析:指用统计学的方法来了解测量系统中的各个波动源,以及它们对测量结果的影响,最后给出本测量系统是否合乎使用要求的明确判断.观测值观测值真实值真实值测量系统测量系统测量人员测量人员测量设备测量设备测量物料测量物料测量方法测量方法测量环境测量环境Verify product/process conformity to specifications验证产品验证产品/工序和规格的一直性工序和规格的一直性Assist in c

4、ontinuous improvement activities为连续性的改善活动提供支持为连续性的改善活动提供支持Why Worry About Measurement Variation?Why Worry About Measurement Variation?为什么担心测量系统误差为什么担心测量系统误差为什么担心测量系统误差为什么担心测量系统误差?Considerthereasonswhyweanalyzethemeasuresystem:想一下为何我们要分析测量系统:How might measurementvariation affect these decisions?测量变异影

5、响以上这些决定有多大程度测量变异影响以上这些决定有多大程度?What if the amount of measurement variation is unknown如果测量误差未知那又到如果测量误差未知那又到何种程度何种程度?Product产品Measurement测量Product产品Measurement测量Measurement variation can make our processes LOOK worse than they are.测量误差能使我们的工序看起来比实际更差测量误差能使我们的工序看起来比实际更差MSA:Warm-up ExerciseMSA:Warm-up E

6、xercise MSA:MSA:热身练习热身练习Line2拉2Line1拉1Fromongoinglinemonitoring,weconcludethatLine1andLine2areproducingsimilarparts(samespread).从观测结果看,我们认定拉1和拉2生产相同的产品(相同分布)Processvariabilitystudy工序方差研究s2observed(Equalforbothlines)两条拉观测值相同EngineeringdecidestoperformaMSAtounderstandmeasurementvariability,beforeproce

7、edingwithimprovementplans在进行改善计划前,工程部决定进行测量系统分析来分析测量变异,Line拉1Line拉2Total Variability(observed)全部变异全部变异(观测值观测值)Measurement Variability测量变异测量变异S2observed观测值s s2 MS1测量系统!s s2 MS2测量系统2MSA:Warm-up ExerciseMSA:热身练习Processvariabilitystudy工序方差研究Questions问题问题:1.Arethetwolinesequivalent?两条拉一样吗?2.Whichmeasurem

8、entsystemisusefultodetectprocessvariability?哪一个测量系统适用于检测工序变异?3.Whatwouldyoudonextforprocessimprovementforeachline?对于每一条拉的改善行动,你下一步打算做什么?Line拉1Line拉2Total Variability(observed)全部变异全部变异(观测值观测值)Measurement Variability测量变异测量变异True Process Variability真实工序变异真实工序变异s s2true process(真实状况真实状况)+s s2MS(测量系统测量系统

9、)=s s2observed(观测的观测的)MSA:Warm-up ExerciseMSA:热身练习Measurement System Analysis ApproachMeasurement System Analysis Approach测量系统分析方法测量系统分析方法测量系统分析方法测量系统分析方法Therearetwotypesofmeasurementspossible:两种可能的测量1.Variable计量值计量值Datacanbedescribedonacontinuousscale数据可以用连续的标尺描述2.Attribute计数值计数值Datacannotbeadequat

10、elydescribedonacontinuousscale数据不能以连续的标尺描述Pass/Fail,verylowcounts通过/不通过,好/坏Each must be approached differently.每一种方法必须用不同的处理方法每一种方法必须用不同的处理方法Variable Measurement System AnalysisVariable Measurement System Analysis计量值测量系统分析计量值测量系统分析计量值测量系统分析计量值测量系统分析Theidealmeasurementsystemwillproduce“true”measureme

11、ntseverytimeitisused(ZeroBias,ZeroVariance).理想的测量系统每次会得出”真”测量值(零偏差,零变异)Studyofyourmeasurementsystemwillrevealtherelativeamountofvariationinyourdatathatresultsfrommeasurementsystemerror.研究你的测量系统可以揭示数据中包含的测量误差的变异量Itisalsoagreattoolforcomparingtwoormoremeasurementdevicesortwoormoreoperators.它可以是一个很好的工具

12、比较两或更多测量设备或两或两个以上测量员工.MSAshouldbeusedaspartofthecriteriaforacceptinganewpieceofmeasurementequipmenttomanufacturing.MSA应该是制造业的新测量系统的合格接受标准Itshouldbethebasisforevaluatingameasurementsystemwhichissuspectofbeingdeficient.应该为受怀疑的测量系统能力不足提供评估基础Itshouldbepartoftheperiodicmaintenanceprogram.应该是定期维护程序的一部分.Po

13、ssible Sources of Process VariationPossible Sources of Process Variation测量误差的可能来源测量误差的可能来源测量误差的可能来源测量误差的可能来源Toaddressactualprocessvariability,variationduetothemeasurementsystemmustfirstbeidentifiedandseparatedfromthatoftheprocess为了准确定义实际的工序变异,和测量系统变异,我们必须首先从工序变异中验证和区分它们.Observed Process Variation观测的

14、工序误差观测的工序误差Actual Process Variation实际的工序误差实际的工序误差Measurement Variation测量误差测量误差Long-term Process Variation长期的工序误差长期的工序误差Short-term Process Variation短期的工序误差短期的工序误差Variation With Sample样本间误差样本间误差Variation dueTo instrument测量设备误差测量设备误差Variation dueTo Operators员工操作误差员工操作误差Repeatability重复性重复性Bias偏差偏差Stabil

15、ity稳定性稳定性Linearity线性线性Reproducibility再现性再现性Resolution精度精度Measurement VariationHumidityCleanlinessVibrationLineVoltageVariationTemperatureFluctuationOperatorTechniqueStandardProceduresSufficientWorkTimeMaintenanceStandardCalibrationFrequencyOperatorTrainingEaseofDataEntryTool工具工具Environment环境环境Work M

16、ethods工作方法工作方法Sources of Measurement VariationSources of Measurement Variation测量误差的来源测量误差的来源测量误差的来源测量误差的来源WARNING敬告敬告Ignoringthesevariablescanadverselyaffectthegagestudy.忽略这些变量会阻碍仪器研究Mechanical instability机械不稳定性机械不稳定性 Electrical instability 电子不稳定性电子不稳定性 Algorithm instability 运算不稳定性运算不稳定性 Wear 磨损磨损数据

17、输入不仔细数据输入不仔细 员工培训员工培训 校正频率校正频率 维护标准维护标准 不足够的工作时间不足够的工作时间 标准程序标准程序 员工技术员工技术测量误差测量误差 湿度湿度 清洁度清洁度 震动震动 电压变动电压变动温度波动温度波动Measurement System Variability-Determined through“R&R Study”测量系统误差测量系统误差通过通过”重复性和重复性和再现性研究决定再现性研究决定Accuracy准确性准确性Precision精确性精确性ssstotalproductmeasurement222totalproductmeasurementMeas

18、urement System Bias-Determined through“Calibration Study”测量系统偏差测量系统偏差通过通过”校正研究校正研究”决定决定Averages平均值Variability误差Effects of Measurement ErrorEffects of Measurement Error测量误差的影响测量误差的影响测量误差的影响测量误差的影响Common Terms in Variable MSACommon Terms in Variable MSA计量值测量系统分析的一般术语计量值测量系统分析的一般术语计量值测量系统分析的一般术语计量值测量系统

19、分析的一般术语“Accuracy”relatedterms:”准确性”相关的术语Bias偏差Linearity线性Stability稳定性“Precision”relatedterms:”精确性”相关的术语Repeatability重复性Reproducibility再现性Discrimination(Resolution)分辨力(精度)Concerned with the Mean和均值和均值有关有关Concerned with the Variance和方差有关和方差有关准确度和精确度1)准确但不精确2)精确但不准确3)既不精确也不准确4)既精确又准确AccuracyAccuracy准确性

20、准确性准确性准确性Instrumentaccuracy(orbias)isthedifferencebetweentheobservedaveragevalueofmeasurementsandthemastervalue.设备精确性(或偏差)是观测的平均值和基准值之间的差别Themastervalueisanaccepted,traceablereferencestandard(e.g.,NIST).基准值(标准值)是可接受的,可追述的参考标准(Master Value基准值基准值(Reference Standard)参考值参考值Average Value平均值平均值Accuracy or

21、 Bias精度或偏差精度或偏差Effects of AccuracyEffects of Accuracy精确度的影响精确度的影响精确度的影响精确度的影响ActualprocessAverage实际的工序均值MeasurementBias测量偏差ObservedprocessAverage观测到的工序均值Effectontheprocess:工序影响Shiftsthemeanofthedistribution分布均值的偏移Bias123全部全部产品产品测量系统测量系统Instrument 2Instrument 1Master Value(Reference Standard)AverageV

22、alueAccuracyAccuracy精确度精确度精确度精确度Accuracymaybeaffectedbytwodifferenttypesofsources:精确度可能受两种来源的影响:Lackofgoodcalibrationtoatruestandard缺乏真实标准值的良好校正AverageBias:differentoperatorsormachinesarecentereddifferently,suchthattheiraverageisoffsetfromthetruevalue平均偏差:不同的员工或不同的机器不同地集中,这样一来他们的均值和真实值有一定的偏移量.Averag

23、e BiasBias标准值标准值(参考标准参考标准)平均值平均值偏差偏差设备设备1设备设备2Accuracy or Bias精度或偏差精度或偏差Anengineerchosefive“goldenunits”thatrepresentedtheexpectedrangeofmeasurements.Twelverandommeasurementsweremadeoneachpart.Historicalprocessvariationwasfoundtobe12mm.一工程师选择五个”金标准样本”希望得出测量系统的偏差,每一个样本随机测量12次,历史工序误差是12mm.Datacanbefou

24、ndinthe01-05.MTWfile.数据在01-05文件Meanofthesixtymeasurements60次测量的均值x=5.9467mmMeanvalueofthefivestandards5个标准值的均值=6mmBias=x=5.94676=0.0533mm=0.444%ofprocessvariationExample1Example1例例1 1Ameasureofthechangeinbiasovertherangeofinstrumentcapability.测量系统的线性是指在其量程范围内,偏倚是基准值的线性函数.Linearity is an issue here线性

25、是这的一个结果线性是这的一个结果Linearity线性线性BiasTrue Value真实值真实值Accuracychangesoverpartrange精度在整个范围的变化TrueValue1真实值1TrueValue2真实值1TrueValue3真实值3TrueValue4真实值4偏倚偏倚定义定义Linearity线性线性BiasTrue Value真实值真实值Accuracychangesoverpartrange精度在整个范围的变化偏倚偏倚斜率斜率b线性线性=斜率斜率b X 过程变差过程变差Std Deviation标准偏差标准偏差Linearity线性Usingthedatasetf

26、romExample1,用例1的数据(01-05文件)MasterMeanError20.4916740.1250060.025008-0.2916710-0.61667BestFitLine最好的拟合线:MeanError均值偏差=0.7367-0.1317MasterLinearity线性=0.131712=1.58mm(13.17%ofprocessvariation)Example2Example2例例2 2=(Ave.of 12 measurements)-(Master Value)=(12个测量值的均值个测量值的均值)-(标准值标准值)LinearityLinearity线性线性

27、ComputetheaccuracyandlinearityforthedatainExample1,usingMiniTabsGage Linearity Study.计算在例1中数据的精度和线性,用MiniTab:Gage Linearity StudyExample3Example3例例3 3StatQualityToolsGageLinearityStudyExample3Example3此为此为MiniTab13版本版本Gage Linearity&Accuracy Study计量仪线性和精度研究计量仪线性和精度研究Gage Linearity&Accuracy StudyGage

28、Linearity&Accuracy Study计量仪线性和精度研究计量仪线性和精度研究计量仪线性和精度研究计量仪线性和精度研究StabilityStability稳定性稳定性稳定性稳定性Thedistributionofmeasurementsremainsconstantandpredictableovertimeforbothmeanandstandarddeviation对于均值和标准偏差测量的分布随时间保留恒定的可预测的Nodrifts,suddenshifts,cycles,etc无漂移,突然偏移,循环,等等.Evaluatedusingatrendchart用一个趋势图评估Ens

29、uredthrougharegularcalibrationandR&Rprogram通过定期的校正和重复性和再现性程序Master Value真实值真实值(Reference Standard)参考标准参考标准Time 2时间时间2Time 1时间时间1Ameasureofthechangeinbiasovertime.在一定时间内偏差变化的测量Effects of StabilityEffects of Stability稳定性的影响稳定性的影响稳定性的影响稳定性的影响Long term observedvariabilityActual processdistributionMeas.S

30、ystemday 1Meas.Systemday 2Meas.Systemday 3Effectontheprocess:工序的影响Increasesprocessvariabilityovertime.随时间增加工序变异Time实际的工序分布实际的工序分布测量系统第一天测量系统第一天测量系统第二天测量系统第二天测量系统第三天测量系统第三天长期观测到的变异长期观测到的变异PrecisionPrecision精确度精确度精确度精确度Actual processvariabilityMeasurement variabilityTotal observedvariabilityEffectonth

31、eprocess:工序的影响Increasesprocessvariability.增加工序变异实际的工序变异实际的工序变异测量变异测量变异全部观测到的变异全部观测到的变异Precision精确度精确度Totalvariationinthemeasurementsystem测量系统的全部变异Measureofthetotalvariationofrepeatedmeasurements重复测量的全部变异PrecisionequalsthesumofRepeatabilityandReproducibility精确度相当于重复性和再现性的总和 s reproducibilityrepeatabi

32、lityproducttotal2222 sss Precision:Repeatability精确度精确度:重复性重复性Repeatability重复性Theinherentvariabilityofthemeasurementdevice测量设备本身的变异Variationthatoccurswhenrepeatedmeasurementsaremadeofthesamevariableundersimilarconditions:在相同的状态下测量重复的数据时产生的变异:Samepart相同的产品Sameoperator相同的员工Sameset-up相同的设置Sameenvironmen

33、talconditions相同的环境状况Short-term 短期Estimatedbythepooled(average)standarddeviationofthedistributionofrepeatedmeasurements利用pooled(average)standarddeviation计算重复测量 sss s2222totalproductrepeatabilityreproducibility Precision:RepeatabilityPrecision:Repeatability精确度精确度精确度精确度:重复性重复性重复性重复性Repeatability:thevar

34、iationbetweensuccessivemeasurementsofthesamepart,samecharacteristic,bythesamepersonusingthesameinstrument.Alsoknownastest-retesterror;usedasanestimateofshort-termmeasurementvariation.重复性:同一个操作者利用相同的设备,连续测量相同部分,相同特性,所获得的测量值的变差.Master ValueGood RepeatabilityPoor Repeatability标准值标准值良好的重复性良好的重复性差的重复性差的重

35、复性sss s2222totalproductrepeatabilityreproducibility Precision:ReproducibilityPrecision:Reproducibility精确度精确度精确度精确度:再现性再现性再现性再现性Reproducibility:再现性Thevariationthatresultswhendifferentconditionsareusedtomakethesamemeasurements在不同状况下做相同测量而导致的变异:Differentoperators不同的操作者Differentset-ups不同的设置Differenttest

36、units不同的测量对象Differentenvironmentalconditions不同的环境状况Long-termmeasurementvariation长期的测量变异Estimatedbythestandarddeviationoftheaveragesofmeasurementsfromdifferentmeasurementconditions用不同的测量状况下的测量均值的标准差计算Inspector AMaster ValueInspector BInspector CMachine AMachine BMachine CReproducibility:Thestandardde

37、viationoftheaveragesofthemeasurementsmadebydifferentpersons,machines,tools,etc.whenmeasuringtheidenticalcharacteristiconthesamepart再现性:当测量相同元件的指定特性时,不同操作者,机器,工具等的测量均值的标准偏差.Precision:Reproducibility精确度精确度:再现性再现性标准值标准值操作者操作者A操作者操作者B机器机器A操作者操作者C机器机器B机器机器CExample:Accuracy vs PrecisionExample:Accuracy vs

38、 Precision练习练习练习练习:准确性和精确性准确性和精确性准确性和精确性准确性和精确性Supposewehaveareferencematerialwithatruehardnessof5.0:假设我们有一个”真”强度值5.0的参考材料Method1givesthefollowingreadings:方法1.给出下列读值3.8,4.4,4.2,4.0Method2givesthefollowingreadings:方法2.给出下列读值6.5,4.0,3.2,6.3Whichmethodismoreaccurate?哪种方法更准确?Whichmethodismoreprecise?哪种方

39、法更精确Whichmethoddoyouprefer?Why?你更愿意用哪种方法?为何?Discrimination(Resolution)Discrimination(Resolution)分辨力分辨力分辨力分辨力(精度精度精度精度)Thenumberofdecimalplacesthatcanbemeasuredbythesystem.Incrementsofmeasureshouldbeatleastone-tenthofthewidthoftheproductspecificationorprocessvariation.测量系统测量的小数点的位数,测量的增量至少是产品规格或工序总波动

40、的1/10.12Which ruler should be used to measure parts for the process represented by the distribution above?哪一个尺子应该用于测量上述工序分布哪一个尺子应该用于测量上述工序分布?MeasurementSystemVariance:s2meas=s2repeat+s2reprod测量系统方差Primary output of analytical Gage R&R分析GRR的主要输出Todeterminewhetherthemeasurementsystemis“good”or“bad”for

41、acertainapplication,youneedtocomparethemeasurementvariationtotheproductspecortheprocessvariation决定测量系统是否是”好的”或”怀的”对于一定的应用.Comparings2measwithTolerance:同公差比较s2measPrecision-to-ToleranceRatio(P/T)精确度对于公差比Comparings2measwithProcessVariation(P/TV):同工序变异比较s2meas%RepeatabilityandReproducibility(%R&R)重复性和再

42、现性的百分比DiscriminationIndex分辨指数Measurement System MetricsMeasurement System Metrics测量系统组成测量系统组成测量系统组成测量系统组成PrecisiontoToleranceRatio精确度对于公差比AddresseswhatpercentoftheToleranceistakenupbymeasurementerror.表明测量误差占了公差的百分比5.15smeasrepresents99%ofallmeasurements5.15smeas代表99%的测量Bestcase:10%MarginallyAcceptab

43、le:30%最好:10%最低可接受:30%Includesbothrepeatabilityandreproducibility包括重复性和再现性Usually expressed as percent通常用百分比表达通常用百分比表达Tolerance=USL-LSLP/T Ratio精确度对于公差比P/TV%R&R(or%Contribution)AddresseswhatpercentoftheTotalVariationisduetomeasurementerror表明测量误差占了全部方差的百分比P/TV:Bestcase:10%Acceptable:30%P/TV:最好:10%可接受:

44、MakePatternedDataSimpleSetofNumbers(foreachinput)Step4:Askthefirstoperatortomeasureallthesamplesonceinrandomorder.Blindsampling,inwhichtheoperatordoesnotknowtheidentityofeachpartshouldbeusedtoreducehumanbias.步骤4:让第一个员工随机测量所有的样本一次,模糊样本,让操作者不知道哪一个样本以减少人为误差.Step5:Havethesecondoperatormeasureallthesampl

45、esonceinrandomorderandcontinueuntilalloperatorshavemeasuredthesamplesonce(thisistrial1)步骤5.:让第二个操作者随机测量所有的样本,一直到所有的操作者测量完所有的样本一次.(这是第一次)Step6:Repeatsteps4&5fortherequirednumberoftrials.Itisbestifthesemeasurementscanbedoneoverseveraldays.步骤6.重复步骤4.和5完成需要的次数.最好是这些测量能在这几天内完成.Step7:Enterthedataandtolera

46、nceinformationintoMinitab步骤7:输入数据和公差在MiniTab中.StatQualityToolsGageR&RStudyStatQualityToolsGageRunChartStep8:Analyzetheresultsbyassessingthequalityofthemeasurementsystembasedontheguidelinesonthefollowingpage.Determinefollow-upactions.步骤8:根据下面的指引通过评估测量的质量来分析结果.决定下列步骤:The Method-Calculating Gage Capabi

47、lityThe Method-Calculating Gage Capability方法方法方法方法-计算测量仪器能力计算测量仪器能力计算测量仪器能力计算测量仪器能力MSA Sample GuidelinesMSA Sample Guidelines测量系统分析测量系统分析测量系统分析测量系统分析 样本指引样本指引样本指引样本指引Usually10samples,2-4operators(ifseveraloperatorsusethegauge),2-3trials用10个样本2-4个操作者(如果有几个操作者使用这个仪器),2-3次重复Dependingonthepurposeofthest

48、udy1ormoregageswillbeincluded由研究1或更多的仪器所决定.Ingeneralselectenoughsamplessothatnumberofsamplesxnumberofoperators/gages15一般来说选择足够的样本,样本数量和操作者成绩和仪器比大于15SAMPLE SELECTION 样本选择样本选择Option1:ifprocessvariabilityisunknown,thesamplesselectedshouldberepresentativeofthenormalprocess/productvariation(togetTV)选择1:如

49、工序变异不知,样本选择应该代表正常的工序/产品变异(取得全部变异)Option2:ifprocessvariabilityisknown,thesamplesselectedshoulduniformlyspanbeyondthewidthofthespecs选择2:如工序变异已知,则样本选择应均匀分布在规格范围内外(不应超过规格过多).*Example:MinitabExample:Minitab例例例例:MiniTab:MiniTabStep1:Randomlyselect10samples.Inaddition,identifytheoperatorswhousethisinstrume

50、ntdaily步骤1.随机选取10个样本,并且确认每日操作此设备的员工(Parts1through10werecollectedandthreeoperatorswereidentified).部分1到10被选取并三个确认的操作者Step2:Calibratethegageorverifythelastcalibrationdateisvalid步骤2.校正测量仪器或确认最近的一次校正是否有效UseCalcMakePatternedDataSimpleSetofNumberslStep3:SetuptheMinitabdatacollectionsheetfortheR&Rstudy.Crea