【正文】 測量系統(tǒng)分析 1 MEASUREMENT SYSTEMS ANALYSIS 測量系統(tǒng)分析第四版 測量系統(tǒng)分析 2 MSA，測量系統(tǒng)分析培訓(xùn)的目標(biāo) ? 1介紹 MSA參考手冊的目的 ? 2掌握 MSA中的有關(guān)概念 ， 如：分辨率 、 有效分辨率 、 偏倚 、 線性 、 穩(wěn)定性 、 重復(fù)性 、 再現(xiàn)性 、 雙性（ GRR） 等 。 ? 3掌握數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ? 4了解為什么量具的校準(zhǔn)或檢定不能代替 MSA ? 5了解測量數(shù)據(jù)的用途 ? 6掌握測量過程 ， 清楚測量數(shù)據(jù)是如何影響我們的判斷的 ? 7掌握測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性 、 測量過程變差的來源 ? 8掌握測量系統(tǒng)分析的時機和步驟 測量系統(tǒng)分析 3 MSA，測量系統(tǒng)分析培訓(xùn)的目標(biāo) ? 9掌握測量系統(tǒng)變差的類型 ? 10掌握測量系統(tǒng)分析的用途 ? 11掌握測量系統(tǒng)分析的策劃 ? 12掌握測量系統(tǒng)的接收準(zhǔn)則 ? 13掌握如何計算和分析測量系統(tǒng)的偏倚 、 線性 、 穩(wěn)定性 、 重復(fù)性 、 再現(xiàn)性 、 雙性 （ GRR） ? 14掌握計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法 ? 15通過實際測量 、 計算和進(jìn)行分析將理論和實踐結(jié)合 ? 以上所說的分析和計算是針對可重復(fù)測量的測量系統(tǒng)。對于不可重復(fù)測量的測量系統(tǒng)，如破壞性試驗，介紹一下方法，因為這不是本手冊的分析范圍。 測量系統(tǒng)分析 4 ISO/TS 16949與 MSA ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn) 監(jiān)視和測量裝置的控制 測量系統(tǒng)分析 為分析每種測量和試驗設(shè)備系統(tǒng)結(jié)果中呈現(xiàn)的變差，應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計研究。此要求應(yīng)用于控制計劃中提及的測量系統(tǒng)。所用的分析方法及接受準(zhǔn)則應(yīng)與顧客關(guān)于測量系統(tǒng)分析的參考手冊相一致。如果得到顧客的批準(zhǔn)，其他分析方法和接受準(zhǔn)則也可應(yīng)用。 測量系統(tǒng)分析 5 課程內(nèi)容 1 引言 2 術(shù)語 3 測量過程 4 測量系統(tǒng)分析基礎(chǔ) 5 簡單測量系統(tǒng)分析的實踐 6 復(fù)雜測量系統(tǒng)的分析 測量系統(tǒng)分析 6 1 引言 ? 按照質(zhì)量管理的八項原則，應(yīng)按“以事實為基礎(chǔ)的決策方法”進(jìn)行決策，因此用數(shù)據(jù)說話就成為必然，所以數(shù)據(jù)的使用比以前更加頻繁。在產(chǎn)品的制造生產(chǎn)過程中，測量數(shù)據(jù)主要有三個用途，一、用于判斷產(chǎn)品合格與否，二、用于分析生產(chǎn)過程，判斷生產(chǎn)過程是否統(tǒng)計穩(wěn)定，三、用于確定兩個或多個變量之間是否有顯著關(guān)系，如：線性回歸分析、方差分析。用測量數(shù)據(jù)進(jìn)行決策的關(guān)鍵就是：這些數(shù)據(jù)反映的是否是“事實”，即數(shù)據(jù)的質(zhì)量是否高。 測量系統(tǒng)分析 7 1 引言 ? 人們往往習(xí)慣于相信測量數(shù)據(jù)，認(rèn)為測量的結(jié)果就是客觀事實，其實不然，因為測量過程如同制造過程一樣，也是隨機現(xiàn)象，即，有規(guī)律的不確定現(xiàn)象。因此，評價測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，即評價隨機現(xiàn)象的結(jié)果，應(yīng)以在統(tǒng)計穩(wěn)定條件下運行的某一測量系統(tǒng)得到的多次測量結(jié)果的統(tǒng)計特性來確定。 測量系統(tǒng)分析 8 ? 數(shù)據(jù)的類型 – 計量型數(shù)據(jù) Variable data – 計數(shù)型數(shù)據(jù) Attribute data ? 如何評定數(shù)據(jù)的質(zhì)量 – 測量結(jié)果與 “ 真值 ” 的差越小越好 – 數(shù)據(jù)質(zhì)量是用多次測量的統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行評定 測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 測量系統(tǒng)分析 9 測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ? 計量型數(shù)據(jù)的質(zhì)量 – 均值與真值（基準(zhǔn)值）之差 – 方差的大小 ? 計數(shù)型數(shù)據(jù)的質(zhì)量 – 對產(chǎn)品特性產(chǎn)生錯誤分級的概率 測量系統(tǒng)分析 10 測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ? 一組測量的變差大多是由于測量系統(tǒng)和環(huán)境之間的交互作用造成的，交互作用產(chǎn)生太大變差，則數(shù)據(jù)質(zhì)量低！ ? 一個具有大量變差的測量系統(tǒng)，用來分析制造過程，是不恰當(dāng)?shù)模?為什么？ ? 管理一個測量系統(tǒng)的許多工作是監(jiān)視和控制變差。 ? 絕大部分變差是不希望的，但也有例外。 ? 如果數(shù)據(jù)質(zhì)量不可接受，則必須改進(jìn)測量系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)分析 11 檢定或校準(zhǔn)能否取代 MSA？ ? 也許有人認(rèn)為，量具定期進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)就夠了，不必進(jìn)行麻煩的測量系統(tǒng)分析，此觀點謬矣。檢定或校準(zhǔn)解決的是某量具是否合格的問題，而測量系統(tǒng)分析解決的是某測量系統(tǒng)能否用來判斷產(chǎn)品合格，或用來判斷生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定。兩者作用各不相同，誰也取代不了誰。例如，通過測量系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，某家企業(yè)至少有一半以上的工序是用不了控制圖的，這就是明證！ 測量系統(tǒng)分析 12 MSA手冊的目的 ? 本手冊的目的是為評價測量系統(tǒng)的質(zhì)量提供指南，主要關(guān)注的是能對零件進(jìn)行重復(fù)讀數(shù)的測量系統(tǒng)。但第四版也簡單介紹了復(fù)雜測量系統(tǒng)的評定。 ? 本手冊主要針對的是工業(yè)生產(chǎn)中測量系統(tǒng)的分析，并不針對所有的測量系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)分析 13 2 術(shù)語 測量系統(tǒng) （ Measurement System） ： ? 是用來對被測特性定量測量或定性評價的儀器或量具 、 標(biāo)準(zhǔn) 、 操作 、 方法 、 夾具 、 軟件 、 人員 、 環(huán)境和假設(shè)的集合；用來獲得測量結(jié)果的整個過程 。 ? 根據(jù)此定義，我們可以把測量過程看成制造過程，這個過程輸出的不是產(chǎn)品而是數(shù)據(jù)，僅此差別而已，這樣我們就可以利用在 SPC中學(xué)到的研究制造過程的方法來研究分析測量過程。 此術(shù)語很重要！ 測量系統(tǒng)分析 14 2 術(shù)語 分辨力 （ Discrimination） ? 又稱 最小可讀單位 ，分辨力是測量分辨率、刻度限值或測量裝置和標(biāo)準(zhǔn)的最小可探測單位。它是量具設(shè)計的一個固有特性，并作為測量或分級的單位被報告。數(shù)據(jù)分級數(shù)通常稱為“分辨力比率”，因為它描述了給定的觀察過程變差能可靠地劃分為多少級。 測量系統(tǒng)分析 15 2 術(shù)語 分辨率 （ Resolution） ? 可用作 測量 分辨率或 有效 分辨率。測量系統(tǒng)探測并如實顯示被測特性微小變化的能力。（參見分辨力） 有效分辨率 （ Effective Resolution） ? 考慮整個測量系統(tǒng)變差時的數(shù)據(jù)分級大小叫有效分辨率。基于測量系統(tǒng)變差的置信區(qū)間長度來確定該等級的大小。通過把該數(shù)據(jù)大小劃分為預(yù)期的過程分布范圍能確定數(shù)據(jù)分級數(shù)（ ndc）。對于有效分辨率，該 ndc的標(biāo)準(zhǔn)（在 97%置信水平）估計值為[PV/GRR]。 測量系統(tǒng)分析 16 過程分布的數(shù)據(jù)分級 對控制與分析活動的影 響 1個數(shù)據(jù)分組 5個或更多個數(shù)據(jù)分組 24個數(shù)據(jù)分組 只有下列才可用于控制 ?與規(guī)范相比過程變差較小 ?預(yù)期過程變差上的損失函 數(shù)很平緩 ?過程變差為主要原因?qū)е? 均值偏移 ?依據(jù)過程分布可用于半計量 控制 ?可產(chǎn)生不敏感的控制圖 ?可用于計量控制圖 ?一般來講對過程參數(shù)及指數(shù) 估計不可接受 ?只提供粗略的估計 ?對過程參數(shù)及指數(shù)估計不可 接受 ?只能表明過程是否正在生產(chǎn) 合格零件 ?建議使用 控制 分析 測量系統(tǒng)分析 17 2 術(shù)語 基準(zhǔn)值 （ Reference Value） ? 被承認(rèn)的一個被測體的數(shù)值 ， 作為一致同意的用于進(jìn)行比較的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)樣本： 一個基于科學(xué)原理的理論值或確定值； 一個基于某國家或國際組織的指定值； 一個基于某科學(xué)或工程組織主持的合作試驗工作產(chǎn)生的一致同意值； 對于具體用途 ， 采用接受的參考方法獲得的一個同意值 。 該值包含特定數(shù)量的定義，并為其它已知目的自然被接受，有時是按慣例被接受。 測量系統(tǒng)分析 18 2 術(shù)語 真值 （ True value） ? 物品的實際值，是未知的和不可知的。 偏倚 （ 偏移 ， Bias） ? 測量的觀測平均值（在可重復(fù)條件下的一組試驗）和基準(zhǔn)值之間的差值。傳統(tǒng)上稱為準(zhǔn)確度。偏倚是在測量系統(tǒng)操作范圍內(nèi)對一個點的評估和表達(dá)。 基準(zhǔn)值 偏倚 觀測平均值 測量系統(tǒng)分析 19 2 術(shù)語 穩(wěn)定性 （ Stability） ? 是偏倚隨時間變化的統(tǒng)計受控 ， 又稱 ， 漂移 。 時間 基準(zhǔn)值 測量系統(tǒng)分析 20 穩(wěn)定性 Stability ? 測量系統(tǒng)兩種穩(wěn)定性 – 一般概念：給定零件或標(biāo)準(zhǔn)零件隨著時間的變化系統(tǒng)偏倚的總變差，是定量概念。 – 統(tǒng)計穩(wěn)定性概念：測量系統(tǒng)只存在普通原因的變差，而沒有特殊原因的變差，是定性概念。 ? 在測量系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時，評價該系統(tǒng)的重復(fù)性、再現(xiàn)性才更有意義 測量系統(tǒng)分析 21 2 術(shù)語 線性 （ Linearity） ? 測量系統(tǒng)預(yù)期操作范圍內(nèi)偏倚誤差值的差別。換句話說，線性表示操作范圍內(nèi)多個和獨立的偏倚誤差值的相關(guān)性。 基準(zhǔn)值 偏倚較大 觀測平均值 基準(zhǔn)值 偏倚較小 觀測平均值 范圍較低的部分 范圍較高的部分 測量系統(tǒng)分析 22 2 術(shù)語 重復(fù)性 （ Repeatability） ? 在確定的測量條件下，來源于連續(xù)試驗的普通原因隨機變差。通常指設(shè)備變差（ EV），盡管這是一個誤導(dǎo)。當(dāng)測量條件固定和已定義時，即確定零件、儀器標(biāo)準(zhǔn)、方法、操作者、環(huán)境和假設(shè)條件時，適合重復(fù)性的最佳術(shù)語為系統(tǒng)內(nèi)變差。除了設(shè)備內(nèi)變差，重復(fù)性也包括在特定測量誤差模型下條件下的所有內(nèi)部變差。 重復(fù)性 測量系統(tǒng)分析 23 2 術(shù)語 再現(xiàn)性 （ Reproducibility） ? 測量過程中由于正常條件改變所產(chǎn)生的測量均值的變差。一般來說，它被定義為在一個穩(wěn)定環(huán)境下，應(yīng)用相同的測量儀器和方法，相同零件（被測體）不同評價人（操作者）之間測量值均值的變差。這種情況對受操作者技能影響的手動儀器常常是正確的，然而，對于操作者不是主要變差源的測量過程（如自動系統(tǒng)）則是不正確的。由于這個原因，再現(xiàn)性指的是測量系統(tǒng)之間和測量條件之間的均值變差。 操作者 A 再現(xiàn)性 操作者 C 操作者 B 測量系統(tǒng)分析 24 2 術(shù)語 GRR或量具 R＆ R（ Gage Repeatability Reproducibility） ? 一個測量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性的合成變差的估計。 GRR變差等于系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間變差之和。 測量系統(tǒng)分析 25 3 測量過程 ? 為了有效地控制任何過程變差，需要了解： – 過程應(yīng)該做什么？什么能導(dǎo)致錯誤？過程在做什么 ？ ? 規(guī)范和工程要求規(guī)定過程應(yīng)該做什么。 ? PFMEA用來確定與潛在過程失效相關(guān)的風(fēng)險，并在這些失效出現(xiàn)前提出糾正措施。 PEMEA的結(jié)果轉(zhuǎn)移至控制計劃。 ? 通過評價過程結(jié)果或參數(shù)，可以獲得過程正在做什么的知識。這種活動，通常稱為檢驗。 ? 通過檢驗確定產(chǎn)品是否合格、生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，這種檢驗行為本身就是過程。 測量系統(tǒng)分析 26 3 測量過程 ? 測量：賦值給具體事務(wù)以表示它們之間關(guān)于特定特性的關(guān)系。 ? 賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。 – 測量結(jié)果由一個數(shù)字和一個標(biāo)準(zhǔn)的測量單位構(gòu)成。 – 測量結(jié)果是測量過程的輸出。 ? 應(yīng)將測量看成一個制造過程，它產(chǎn)生數(shù)據(jù)作為輸出。 人、設(shè)備、材料 方法、環(huán)境 測量過程 數(shù)據(jù) 輸 入 輸 出 測量系統(tǒng)分析 27 帶反饋的過程控制系統(tǒng)模型 我們的工作方法 / 各種資源的融合 產(chǎn)品或 服務(wù) 確定改進(jìn)的 可能 使用統(tǒng)計學(xué) 方法準(zhǔn)確的 測量 人 方法 材料 設(shè)備 環(huán)境 輸入 輸出 過程 /系統(tǒng) 測量系統(tǒng)分析 28 質(zhì)量循環(huán)中的測量系統(tǒng) 管理職責(zé) 資源管理 產(chǎn)品實現(xiàn) 測量分析改進(jìn) 測量系統(tǒng)分析 29 測量過程變差及其對決策的影響 測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 ? 理想的測量系統(tǒng)在每次使用時，應(yīng)只產(chǎn)生“正確”的測量結(jié)果，每次測量結(jié)果總應(yīng)該與一個標(biāo)準(zhǔn)相一致。一個能產(chǎn)生理想測量結(jié)果的測量系統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚和對所測的任何產(chǎn)品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性。遺憾的是，具有這樣理想統(tǒng)計特性的測量系統(tǒng)幾乎不存在，因此過程管理者必須采用具有不太理想統(tǒng)計特性的測量系統(tǒng)。一個測量系統(tǒng)的質(zhì)量經(jīng)常用其多次測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性來確定。 測量系統(tǒng)分析 30 測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 ? 對于一個產(chǎn)品或生產(chǎn)過程來說，測量系統(tǒng)并非分辨率越高越好，因為分辨率越高，對環(huán)境的要求越苛刻。再如，如果表面粗糙度達(dá)不到要求，高分辨率也沒有意義。期望的統(tǒng)計特性應(yīng)包括： 測量系統(tǒng)分析 31 測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 ? 測量系統(tǒng)應(yīng)具備的特性 – 處于統(tǒng)計控制狀態(tài) 。 – 對于過程控制：測量系統(tǒng)的 變異性 （ Variability）比過程變異性小很多，根據(jù)總過程