【正文】 量測系統(tǒng)分析(MSA)目錄第1章 量測系統(tǒng)介紹 概述、目的、術(shù)語 1 量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性 2 量測系統(tǒng)的標準 3 量測系統(tǒng)的通則 3 選擇/制定檢定方法 3第2章 量測系統(tǒng)之評價2. 1概述 5 5 7 8 8 9 10 10 11 13 15 20 21 21 21 21 22 23 23 23 23 24 26 34 38 43 47 47 48第3章 附錄 52 54 55 56(Measurement System Analysis)第1章量測系統(tǒng)介紹1. 1概述、目的、術(shù)語我們知道，一個制程的狀況必須經(jīng)由量測來獲取相關(guān)信息，因此量測數(shù)據(jù)將會決定制程是否應(yīng)被調(diào)整，如果統(tǒng)計結(jié)果，制程超出管制界限，即制程能力不足時，則須對制程作某些調(diào)整，否則，制程將會在無調(diào)節(jié)的狀態(tài)下運作。量測數(shù)據(jù)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(guān)系性，如塑料件的尺寸將與進料溫度有關(guān)。因此，量測數(shù)據(jù)的品質(zhì)對于制程分析結(jié)果占有相當重要的因素，為了確保分析結(jié)果不致對制程誤判，就必須重視數(shù)據(jù)的品質(zhì)。量測數(shù)據(jù)品質(zhì)與制程是否在穩(wěn)定狀況下所獲得的多種量測有關(guān)，若在穩(wěn)定狀況下所獲得某一特性的量測數(shù)據(jù)，其結(jié)果”近似于”該特性的標準值，則數(shù)據(jù)品質(zhì)可謂”高”；若某些或全部數(shù)據(jù)偏離標準值甚遠，則數(shù)據(jù)品質(zhì)可謂”低”。常用于表示數(shù)據(jù)品質(zhì)高低的統(tǒng)計特性有偏差與方差，所謂偏差是指量測數(shù)據(jù)平均值與標準值之差異；所謂方差則是指量測數(shù)據(jù)本身之間差異。如果數(shù)據(jù)品質(zhì)是不可接受，則必須加以改進，然而這常常應(yīng)改進量測系統(tǒng)本身，而非改進數(shù)據(jù)。因此，對于量測系統(tǒng)品質(zhì)的評估，是極其重要的，其評價程序應(yīng)包括l 設(shè)計及驗證l 長時間的能力評價l 追溯標準l 作業(yè)定義l 管制l 維修及再驗證1. 本篇的目的在于說明評價量測系統(tǒng)品質(zhì)之準則，雖然也可以運用在其它量測系統(tǒng)上，但主要還是以使用在工業(yè)界制程的量測系統(tǒng)為主，且特性數(shù)據(jù)可重復(fù)讀取。1. 量測（Measurement）：對某具體事物賦予數(shù)據(jù)，以表示他們對于特定特性之間的關(guān)系。賦予數(shù)據(jù)的過程稱為量測過程，而數(shù)據(jù)稱為量測值。量具（Gage）：任一可用以量測之設(shè)備，通常是用以特別稱呼使用在生產(chǎn)現(xiàn)場者，包括GO/NOGO設(shè)備。量測系統(tǒng)（Measurement System）：操作、準則、量具和其它設(shè)備、軟件及指定之一群待量測之集合，經(jīng)由完整程序而取得量測值。理想之量測系統(tǒng)是一個具有零偏差、零變異的統(tǒng)計特性，但很不幸的是，這種理想的量測系統(tǒng)幾乎很少見的，因此，我們必須存在一個觀念，就是當在決策時，必須考慮到所依據(jù)的是一個非理想統(tǒng)計特性之量測系統(tǒng)。所以設(shè)備管理之責(zé)任是確認當每一量測系統(tǒng)被使用時都具有適當?shù)慕y(tǒng)計特性。雖然每一量測系統(tǒng)可能需具備一些各別的統(tǒng)計特性，但下列舉出五項所有量測系統(tǒng)必備的統(tǒng)計特性：(1) 量測系統(tǒng)須在統(tǒng)計管制下，亦即量測纟統(tǒng)之變異僅根源于共同原因，而非特殊原因。(2) 量測系統(tǒng)的變異必須小于制程變異。(3) 量測系統(tǒng)的變異必須小于規(guī)格界限。(4) 量測之最小刻度必須小于制程變異或規(guī)格界限之較小者，一個通用的法則是：最小刻度應(yīng)小于制程變異或規(guī)格界限較小者之1/10。(5) 因量測項目的改變，量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性可能變更，但最大的量測系統(tǒng)變異必須小于制程變異或規(guī)格界限較小者。量測標準分級中，最高級為國家級標準，由國家級標準對應(yīng)的次一級標準，稱為初級，通常由政府部門或?qū)W術(shù)機構(gòu)取得，當然私人公司亦可由國家級標準取得初級的對應(yīng)。但因初級標準常常顯得太昂貴，故又可對應(yīng)至次一級標準，稱為第二級標準，通常由一般私人企業(yè)所取得。第二級標準又可被對應(yīng)到另一級，稱為作業(yè)標準，本級常用于調(diào)整在生產(chǎn)中使用的量測系統(tǒng)，又稱為生產(chǎn)標準?？傊?，不采用可追溯之標準而去確定一個量測系統(tǒng)的精度是難以被接受的，尤其是當生產(chǎn)者與客戶之間的量測可能不統(tǒng)一而產(chǎn)生沖突時，更顯得可追溯的量測標準之信賴度的重要。每一量測系統(tǒng)均應(yīng)被評估以決定是否適用于預(yù)期之工作。通常以兩階段來評估，第一階段評估是執(zhí)行測試以決定量測系統(tǒng)是否具有需求之統(tǒng)計特性，以執(zhí)行被要求之工作，又稱為階段一評估。第二階段評估是執(zhí)行定期之檢定以決定此一量測系統(tǒng)是否維持在可接受狀態(tài)，即使量測系統(tǒng)例行執(zhí)行保養(yǎng)及/或再校正、再檢定，又稱為階段二評估。量測系統(tǒng)之測試方法應(yīng)有書面化程序，包含：l 范例l 選擇量測項目之規(guī)格及執(zhí)行測試的環(huán)境。l 規(guī)定數(shù)據(jù)收集、記錄及分析之方式。l 定義重要條件及原則之作業(yè)方式。l 追溯之標準。當選擇或制定檢定方法時，一般考慮之因素如下：(1) 是否使用可追溯國家標準之標準？其適用標準是何級水準？標準通常為評估量測系統(tǒng)精確度之基本。(2) 在階段二評估測試時，應(yīng)采用盲目測量或是易于取得量測值的方式。所謂盲目測試是指當作業(yè)者執(zhí)行量測時，事先不知被測物是否有任何不同，而在實際的量測環(huán)境下執(zhí)行量測。(3) 檢定之成本。(4) 檢定所需之時間。(5) 對于非眾所皆知的條文應(yīng)予以定義，如再現(xiàn)性、再生性….等。(6) 是否此量測系統(tǒng)所取得之量測將用以比較其它量測系統(tǒng)所取得之量測？如是，則其中之一的量測系統(tǒng)應(yīng)考慮采用可追溯(1)項標準之檢定方法。(7) 階段二評估之頻率，應(yīng)視該量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性對設(shè)施之重要性而定。第2章 量測系統(tǒng)之評價準則2. 1概述評估一量測系統(tǒng)時，應(yīng)確定三項基本問題。(A)本量測系統(tǒng)是否具備適當?shù)蔫b別力？(B)是否具有全時的統(tǒng)計穩(wěn)定性？(C)量測誤差(變異)是否微?。苛繙y系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)并真實地表示被測特性很小變化之能力，稱為鑒別力。如最小的量測刻度太大而不足以辨別制程變異，則為鑒別力不足。鑒別力不足的象征將會在RCHART上顯現(xiàn)出來，因此，若使用鑒別力不足的量測系統(tǒng)所表現(xiàn)的RCHART，將可能造成型I誤差。下圖將介紹不同鑒別力之量測系統(tǒng)，所能對制程做不同的管制。鑒 別 力計量值管制計數(shù)值管制制程分配只用1種數(shù)據(jù)分級l 只能顯示其制程主要變異來自于平均值偏移l 不可用于估計制程參數(shù)與指數(shù)l 只能顯示制程生產(chǎn)符合或不符合產(chǎn)品制程分配用2~4種數(shù)據(jù)分級l 只能用于制程變異較大的管制l 不可用于估計制程參數(shù)與指數(shù)l 只能提供粗糙的估計制程分配用5種以上數(shù)據(jù)分級l 能與管制圖一起使用l 被推薦（Number of Distinct Categories, ndc）上對管制與分析的影響圖2可說明鑒別力不足的量測系統(tǒng)被使用在制程上的例子－ －－－－ －－－－ －平均值（）（LCL）（UCL）－－－－－平均值（）（UCL）（LCL）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－（UCL）0(a)全距(b)全距－－－0圖2制程管制圖管制圖(a)；(b)。當R值只有2或3個值落在管制界限內(nèi)，或R值雖有4個落在管制界限內(nèi)，但超過1/4的 R值為0，則此量測系統(tǒng)為鑒別力不足，如管制圖(b)再現(xiàn)性Repeatability()2. (量具變異)(Repeatability)－ 同一人使用同一量具量測同一零件之相同特性多次所得變異。再生性Reproducibility操作者A操作者B操作者C2. (人的變異)(Reproducibility)－不同人使用同一量具量測同一零件之相同特性所得之變異。 時間2時間1穩(wěn)定性2. (Stability)－同一人使用同一量具于不同時間在同一地點量測同一零件之相同特性所得之變異。觀測平均值參考值偏性3. (Bias)－同一人使用同一量具量測同一零件之相同特性多次所得平均值與工具室或精密儀器量測同一零件之相同特性所得之偏性參考值觀測平均值不偏真值或參考值之間的偏差值2. (Linearity)－指量具各作業(yè)范圍之偏性。指量具變異本身是定值，因量具本身誤差及產(chǎn)品在量具之位置差，則構(gòu)成量測再現(xiàn)性差異。如RCHART在管制狀態(tài)下，則再現(xiàn)性之標準差或量具變異估計值量具變異或再現(xiàn)性﹪信賴度(即99﹪信賴度=，故信賴區(qū)間=1－2)()。如果量測系統(tǒng)再現(xiàn)性不足，可能原因是：l 零件內(nèi)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(nèi)部：維修、磨損、設(shè)備或夾具的失效、品質(zhì)或保養(yǎng)不好。l 標準內(nèi)部：品質(zhì)、等級、磨損。l 方法內(nèi)部：作業(yè)準備、技巧、歸零、固定夾持、點密度的變異。l 評價者內(nèi)部：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗、操作技能或培訓(xùn)、意識、疲勞。l 環(huán)境內(nèi)部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。l 錯誤的假設(shè) — 穩(wěn)定，適當?shù)牟僮鳌 缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)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。l 應(yīng)用 — 零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。指作業(yè)者變異是定值，由－CHART中比較每一平均值可發(fā)現(xiàn)。再生性或作業(yè)者變異之估計標準差作業(yè)者變異或再生性為某一作業(yè)者最大平均全距與最小平均全距之差，但再生性受量具變異之影響，故必須減去量具變異，即調(diào)整后 n:零件數(shù) r:量測次數(shù)如果測量系統(tǒng)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(huán)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(xiàn)性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。l 標準之間：在測量過程中，不同的設(shè)定標準的平均影響。l 方法之間：由于改變測量點密度、手動或自動系統(tǒng)、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之間由于培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗所造成的平均值差異。推薦在為產(chǎn)品和過程鑒定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。l 環(huán)境之間：在經(jīng)過3等時段所進行的測量，由于環(huán)境周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(tǒng)對產(chǎn)品和過程的鑒定。l 研究中的假設(shè)有誤。l 缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計或方法。l 操作者培訓(xùn)的有效性。應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。2. 可由－CHART發(fā)現(xiàn)，若組平均值無落在管制界限外，則零件間變異隱藏在再現(xiàn)性內(nèi)，且量測變異支配制程變異。反之，若有過半的平均值落在管制界限外，則此量測系統(tǒng)被認為是適用的。若量測程序是定值(RCHART在管制狀態(tài)下)且能鑒別零件間變異(－CHART之過半點落于管制界限外)，則能估計量測系統(tǒng)標準差，而零件間標準差 故零性間變異，量測系統(tǒng)變異或量具R＆R=為每一零件平均值最大值與最小值之差。制程變異百分比相關(guān)量測系統(tǒng)之再現(xiàn)性與再生性，通常稱為﹪R＆R=來估算。全制程變異標準差故亦可由來求得，且全制程變異公差之百分比相對于量測系統(tǒng)之再現(xiàn)性與再生性是以來估算，而區(qū)別分類數(shù)可用來決定。()因此，公差百分比、制程變異百分比、不同數(shù)據(jù)級別數(shù)均為評估量測系統(tǒng)之可接受性的不同方法。為求出量具偏性，首先必須由工具室或精密檢驗設(shè)備取得樣本中的真值或參考值，而真值或參考值與觀測平均值之差即為偏性。[偏性/制程變異(或公差)]100=制程變異(或公差)百分比如果量具偏性較大，則可能原因是:l 儀器需要校準l 遺棄、設(shè)備或夾具磨損l 基準的磨損或損壞，基準偏差l 不適當?shù)男驶蚴褂没鶞试O(shè)定l 儀器品質(zhì)不良 — 設(shè)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(yè)準備、加載、夾緊、技巧l 測量的特性不對l 變形（量具或零件）l 環(huán)境 — 溫度、濕度、振動、清潔l 錯誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)