TSMSA测量系统分析培训教材第三版.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2012-9-28,#,TS16949,：,2009-MSA,测量,系统分析培训教材（第三版）,1,课程大纲,测量系统分析的意义和目的；,测量系统分析的定义：,测量系统、量具、测量、测量过,程；,测量系统分析的基础知识：,1,）、测量系统的统计特性：偏倚、,重复性、再现性、稳定性、线性、,分辨力,2,）、理想的测量系统,计量型测量系统的分析方法,1,）偏倚,2,）稳定性,3,）线性,4,）重复性和再现性（,R&R,）,计数型测量系统的分析方法,1,）小样法,2,）大样法,3,）、测量系统的共同特性,4,）、测量系统的评定步骤和准备,2,测量的重要性,人 机 法 环,测量,合格,原料,过程活动,测量,结果,不合格,如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合,格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真,正的产品或过程特性。,因此，要保证测量结果的准确性和可信度。,3,测量误差,Y=x+,测量值,真值,+,测量误差,戴明说没有真,一致,值的存在,4,5,测量误差的来源,分辨能力,精密度,准确度,(,重复性,),(,偏差,),损坏,不同仪器和夹具间的差异,不同使用人员的差异,使用不同的方法所造成差异,不同环境所造成的差异,(,再现性,),测量的变异说明,工件,+(,零件,),仪器,+(,量具,),弹性变形,清洁度,溯源性,隐藏的,几何形状,制造,设计,维护,测,量,系,标准,统,稳定性,振动,热膨胀,照明,压力,温度,经验,培训,理解,体力,温度,变,异,性,环境,人员,6,为什么要进行测量系统分析,即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测,等五方面的原因，会带来测量误差。,检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。,满足,QS9000,、,ISO/TS16949,标准的要求：,ISO/TS16949:2009,标准规定：为分析出现在各种测量和试验设,备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用,于在控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用,必须符合顾客的测量系统分析参考手册。采用其他的分析方法和接受,准则必须获得顾客的批准。,7,测量系统分析的目的,运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差,（测量误差），了解变差的来源。,确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进,提供信息。,保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。,8,测量系统的基本知识和概念,术语,测量系统及其统计特性,分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性,理想的测量系统,测量系统的共同特性,测量系统的评定步骤和准备,9,术语,测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而,赋予的值定义为测量值。,量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特,指用在车间的装置，包括用来测量合格不合格的,装置。,测量系统：用来对被测量特性赋值的操作、程序、,量具、设备、软件以及操作人员的集合。,10,测量系统的组成,人,操作人员,测量,系统,机,料,法,环,量具,/,测量设备,/,工装,被测的材料,/,样品,/,特性,操作方法、操作程序,工作的环境,11,测量系统的统计特性,通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质,量：,1,）分辨力,2,）偏倚,3,）重复性,4,）再现性,5,）线性,6,）稳定性,Discrimination,Bias,Repeatability,Reproducibility,Linearity,Stability,12,分辨力（率）,定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的,能力。,传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程,6(,标,准偏差,),的十分之一。,10,T,30,13,分辨力（率）,分辨力差,1,2,3,4,5,分辨力好,1,2,3,4,5,14,偏倚,基准值,偏倚,偏倚：是测量结果的,观测,平均值,与,基准值,的差值。,基准值的取得可以通过采,用更高级别的测量设备进,行多次测量，取其平均值,来确定。,观测平均值,15,重复性,重复性是由,一个,评价人，采,用,一种,测量仪器，多次测量,同一,零件的,同一,特性时获得,重复性,真值,重复性好,均值,的测量值变差。,真值,重复性差,均值,16,再现性,操作者,C,再现性是由,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。,操作者,B,操作者,A,再现性,再现性好,真值,真值,再现性差,17,稳定性,稳定性：是测量系统在某,持续时间,内测量,同一,基,准或零件的,相同,特性时获得的测量值的总变差。,稳定性,时间,2,时间,1,18,线性,线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值：,可以用整个仪器量程范围内的偏移之差（或偏差）的量度来,度量样本的线性度。如果偏移在整个量程范围内不变，则具,有很好的线性度。,基准值,基准值,观测平均值,量程,观测平均值,19,平,线性,此时线性度是个问题,有偏倚,偏移,观,测,的,无偏倚,.0001,.001,测量单元,.01,.1,此时线性度不是个问题,均,值,偏移,基准值,.0001,.001,.01,.1,测量单元,20,测量系统的分析,测量系统的变差类型：,偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性,测量系统特性可用下列方式来描述 ：,1,）位置：稳定性、偏倚、线性。,2,）宽度或范围：重复性、再现性。,21,位置和宽度,标准值,位置,宽度,位置,宽度,22,理想的测量系统,理想的测量系统在每次使用时：,应只产生“正确”的测量结果。,每次测量结果总应该与一个标准值相符。,一个能产生理想测量结果的测量系统，,应具有零方差、零偏倚和所测的任何产,品错误分类为零概率的统计特性。,23,测量系统所应具有的特性,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；,测量系统的变异必须比制造过程的变异小；,变异应小于公差带；,测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，,一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较,高者的十分之一；,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。,24,测量系统的评定,第一阶段：,明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需,要。主要有二个目的：,1,）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。,2,）发现种环境因素对测量系统显著的影响，例如温度、,湿度等，以决定其使用的环境要求。,第二阶段：,目的是在验证一个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。,常见的量具,R&R,分析是其中的一种试验型式。,25,计量型测量系统研究,26,计量型测量系统研究,作业步骤：,（,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。,（,2,）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。,（,3,）再以随机顺序重复上述测量,r,次,(,如,2,3,次,),27,=,（,4,）数据处理,-,极差计算,(1),分别计算每个操作者对各个零件进行,r,次测量的极差,R,aj,R,bj,R,cj,;,j,=1,2,.,N,;,(2),计算每个操作者的平均极差,R,a,R,b,R,c,.,R,m,;,(3),总平均极差,R,（,R,a,+,R,b,+.+,R,m,)/,M,;,(4),计算控制限,UCL,R,=,RD,4,LCL,R,=,RD,3,D,3,，,D,4,可根据试验次数,r,查表，,当,r,7,时，,D,3,=0,。,28,j,j,值,j,j,j,值,=,j,（,5,）数据处理,-,均值计算,(1),求出各人各零件的均值,A,j,B,j,C,.,M,(2),求出所有人各零件的均,X,=,1,M,(,A,j,+,B,j,+,C,+,.,+,M,),(3),求出各人所有零件的均,X,A,X,B,X,C,.,X,M,例如,X,A,=,1,N,(,A,1,+,A,2,+,.,+,A,N,),(4),总均值,1,M,(,X,a,+,X,b,+,X,c,.,+,X,M,),(5),求各人均值中最大值与,最小值之差，认为,X,DIEF,=,MaxX,MinX,(6),求各零件均值中最大值,与最小值之差，认为,R,P,=,MaxX,j,MinX,29,1,1,1,（,6,）结果分析,以下计算的变差均以,99%,的正态概率为基础，即变差,=5.15,重复性,EV,=,R,K,当试验次数,r,=,3,K,r,=,2,K,=,3.05,=,4.45,30,0,0,7.5,（,6,）结果分析,重复性示例：,评价人,1,评价人,2,零件试验,1,2,1,217,216,2,220,216,3,217,216,4,214,212,5,216,219,1,216,219,2,216,216,3,216,215,4,216,212,5,220,220,3,平均值,极差,216,216.3,1.0,218,218.0,4.0,216,216.3,1.0,212,212.7,2.0,220,218.3,4.0,X,216.3,220,218.3,4.0,220,217.3,4.0,216,215.7,1.0,212,213.3,4.0,220,220.0,0.0,X,216.9,R,图控制,限,R=2.5,UCL,R,=R*D,4,=,LCL,R,=R*D,3,=,6.4,0.0,子组内观察次数,2,3,D,3,D,4,3.267,控制图常数,2.575,零件变差,试验次数,e,=,R/d2,m=3,g,1,m,2,1.41,3,1.91,g,5,m,2,1.19,3,1.74,g,9,m,2,1.16,3,1.72,零件数量*评价人,g=10,d2=1.72(,查表,),零件变差,e,=2.5/1.72=1.45,2,3,4,1.28,1.23,1.21,1.81,1.77,1.75,6,7,8,1.18,1.17,1.17,1.73,1.73,1.72,10,11,12,1.16,1.16,1.15,1.72,1.71,1.71,重复性,=,5.15,e,=,平均极差分布的,d2,值,31,2,),（,6,）结果分析,再现性,AV,=,(,X,DIFF,K,2,),(,EV,2,Nr,其中,K,2,=,5.15/,d,2,d,2,取决于,m,.,其中,N,零件数，,r,试验数,当评价人数,m,=,2,时，,K,2,=,3.65,m,=,3,时，,K,2,=,2.70,若根号内为负值，则,AV,=,0,32,（,6,）结果分析,再现性示例：,评价人,1,评价人,2,零件试验,1,2,1,217,216,2,220,216,3,217,216,4,214,212,5,216,219,1,216,219,2,216,216,3,216,215,4,216,212,5,220,220,3,平均值,极差,216,216.3,1.0,218,218.0,4.0,216,216.3,1.0,212,212.7,2.0,220,218.3,4.0,X,216.3,220,218.3,4.0,220,217.3,4.0,216,215.7,1.0,212,213.3,4.0,220,220.0,0.0,X,216.9,m,m,m,平均值极差,R,0,=216.9-216.3=0.6,评价人数,m=2,g=1(,只有,1,个极差,),评价人标准偏差,=R,0,/d2=0.4,再现性,=5.15R,0,/d2=2.2,g,1,2,3,4,2,1.41,1.28,1.23,1.21,3,1.91,1.81,1.77,1.75,g,5,6,7,8,2,1.19,1.18,1.17,1.17,3,1.74,1.73,1.73,1.72,g,9,10,11,12,2,1.16,1.16,1.16,1.15,3,1.72,1.72,1.71,1.71,平均极差分布的,d2,值,因量具变差影响了再现性的估计值，必须减去重复性部分来校正。,校正过的再现性,=(5.15R,0,/d2),2,-(5.15,e,),2,/nr =1.0,n=,零件数量，,r,=,试验次数。,校正的评价人标准偏差,0,=1.0/5.15 0.19,33,（,6,）结果分析,零件间变差（,PV,）,零件间变异：是指同一人或不同人使用同一量具测量,不同零件之相同特性所得之变异。,PV=Rp K3,其中,:Rp,为样品的平均值极差,K3=5.15/d2,注,:d2,取决于零件数,(n),当,n=10,时,d2=1.62,34,（,6,）结果分析,零件间变差示例：,评价人,1,评价人,2,零件试验,1,2,3,平均值,极差,1,217,216,216,216.3,1.0,2,220,216,218,218.0,4.0,3,217,216,216,216.3,1.0,4,214,212,212,212.7,2.0,5,216,219,220,218.3,4.0,1,216,219,220,218.3,4.0,2,216,216,220,217.3,4.0,3,216,215,216,215.7,1.0,4,216,212,212,213.3,4.0,5,220,220,220,220.0,0.0,平均值,217.3,217.7,216.0,213.0,219.2,极差,R,P,6.2,m,零件间的标准偏差,P,=R,P,/d2,零件数,m=5,g=1(,只有,1,个极差,),P,=,6.2/2.48,=,2.50,零件间变差,PV,=5.15*,P,=12.88,g,1,2,3,4,2,1.41,1.28,1.23,1.21,3,1.91,1.81,1.77,1.75,2.24,2.15,2.12,2.11,4,5,2.48,2.40,2.38,2.37,6,2.67,2.60,2.58,2.57,平均极差分布的,d2,值,35,（,6,）结果分析,参数表,:,36,2,2,2,2,（,6,）结果分析,测量系统双性（,R&R,）,R&R=,(,EV,)+(,AV,),总变差,(TV),TV=,(,R,&,R,)+(,PV,),37,（,6,）结果分析,测量系统,GR&R(%R&R):,(Gauge Reproducebility and Repeatability),%R&R=100(R&R/TV),示例,38,（,6,）结果分析,%R&R,可接受的条件是：,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。进行各种努力发现问题并改正，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,39,（,6,）结果分析,当重复性,(AV),变差值大于再现性,(EV),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,40,（,6,）结果分析,当再现性,(EV),变差值大于重复性,(AV),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,量具与夹治具校验频率于入厂及送修纠正后须,再做测量系统分析,并作记录,41,（,7,）线性分析,线性：,在测量仪器的工作范围内选择一些零件可确定线性。,这些被选零件的偏倚由基准值与测量观察平均值之,间的差值确定。,正如在偏倚研究中一样，零件的基准值可由工具室,或全尺寸检验设备确定。在操作范围内选取的那些,零件由一个或多个评价人测量，确定每一零件的观,察平均值，基准值与观察平均值之间的差值为偏,倚，要确定各个被选零件的偏倚。线性图就是在整,个工作范围内的这些偏倚与基准值之间描绘的。,42,（,7,）线性分析,线性示例,:,某工厂领班对确定某测量系统的线性感兴趣。,基于该过程变差，在测量系统工作范围内选定,五个零件。通过全尺寸检验设备测量每个零件,以确定它们的基准值。然后一位评价人对每个,零件测量,12,次。零件随机抽取，每个零件平均,值与偏倚平均值的计算如下表所示。零件偏倚,由零件平均值减去零件基准值计算得出。,43,偏倚,2,R,2,=,2,（,7,）线性分析,零件,基准值,1,2,3,1,2.0 0,2.7 0,2.5 0,2.4 0,2,4.0 0,5.1 0,3.9 0,4.2 0,3,6.0 0,5.8 0,5.7 0,5.9 0,4,8.0 0,7.6 0,7.7 0,7.8 0,5,1 0.0 0,9.1 0,9.3 0,9.5 0,0.60,0.40,0.20,线性图,试,验,4,5,6,2.5 0,2.7 0,2.3 0,5.0 0,3.8 0,3.9 0,5.9 0,6.0 0,6.1 0,7.7 0,7.8 0,7.8 0,9.3 0,9.4 0,9.5 0,0.00,0.00,-0.20,2.00,4.00,6.00,8.00,10.00,12.00,次,数,7,8,9,2.5 0,2.5 0,2.4 0,3.9 0,3.9 0,3.9 0,6.0 0,6.1 0,6.4 0,7.8 0,7.7 0,7.8 0,9.5 0,9.5 0,9.6 0,-0.40,-0.60,10,11,2.4 0,2.6 0,4.0 0,4.1 0,6.3 0,6.0 0,7.5 0,7.6 0,9.2 0,9.3 0,-0.80,基准值,12,2.4 0,3.8 0,6.1 0,7.7 0,9.4 0,最佳拟合这些点的线性回归直线及该直线的拟合优度（,R,）计算如下：,零件均值,2.4 9,基准值,2.0 0,偏倚,0.4 9,4.1 3,4.0 0,0.1 2,6.0 3,6.0 0,0.0 2,7.7 1,8.0 0,-0.2 9,9.3 8,1 0.0 0,-0.6 2,y,b,ax,式中：,x,基准值,y,偏倚,a,斜率,极差,0.4 0,1.3 0,0.7 0,0.3 0,0.5 0,a =,xy-(x*y/n),x,2,-(x),2,/n,=-0.13167,偏倚,=b,ax =0.7367 -0.1317*,基准值,b =,y/n-a*(x/n)=,0.7367,斜率越低，线性越好。,(xy-(x*y/n),2,x-(x),2,/n)(y,2,-(y),2,=0.977907,44,计量型测量系统研究,45,计数型量具,就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果,满足限件则接受该零件否则拒收。,计数型量具只能指示该零件被接受或拒收。,计数型测量系统的分析方法有：,1,）小样法；,2,）大样法。,46,（,8,）,GO/NO GO,分析,(,小样法分析,),先选取,20,个零件来进行。,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。,在选取,20,个零件时，必须有一些零件稍许高或低于,规范限值。,所有的测量结果,(,每个零件测,4,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,（续）,47,（,8,）,GO/NO GO,分析,(,小样法分析,),当为不能接受时，可能有但不限于下列情况，,并应采取相对应的措施,仪器性能不稳定，检查并修理或更换仪器；,对测量者进培训，提高测量者测量水平；,量具的夹紧或定位装置需要改进。,（续）,48,（,8,）,GO/NO GO,分析,(,小样法分析,),GO/NO GO,示例,:,橡胶软管内径通过不通过塞规,49,大样法分析,对于某计数型量具，用量具特性曲线的概念来进行量具研究，,GPC,是,用于评价量具的重复性和偏倚；,这种量具研究可用于单限值和双限值量具；,对于双限值量具，假定误差是线性一致的，只需检查一个限值。,一般地，计数型量具研究包括获得多个被选零件的基准值。这些零,件经过多次,(m),评价，连同接受总次数,(a),，逐个零件地记录，从这,些结果就能做估计重复性和偏倚。,50,分析步驟,选取零件；最根本的是已知研究中所用零件的基准值。应,尽可能按实际情况等间隔选取八个零件，其最大和最小值,应代表该过程范围；,八个零件必须用量具测量,m=20,，并记录接受的次数,(a),；,对于整个研究，最小的零件必须,a=0,，最大的零件,a=20,，,记录接受的次数,(a),。其余,1a19,；,如果不满足这些准则，必须用量具测量更多的已知其基准,值的零件,(X),；,如果不满足上述零件这些点可选在量具研究已测量的零件,测量中间点；,一直重复以上直到满足上述要求。,51,a,0.5,a,m,a,计算,Kappa,值,a,+,0.5,a,m,if m,0.5,a,0,m,0.5,if,=,0.5,m,a,=,0 set,p,a,=,0.025,a,=,20 set,p,a,=,0.975,52,计算偏倚,Bias,=,X,T,(,at P,a,=,0.5),Lower limit,Repeatability,=,X,T,(,at P,a,=,0.975),X,T,(,at P,a,=,0.005),1.08,1.08 is an adjustment factor,1.08,是个判断因子,53,确定偏倚是否明显偏离“,0”,t,=,31.3,Bias,repeatability,If this calculated value is greater than,2.093(0.025,19)then the bias is significantly,differet from zero.,如果计算结果远大于,2.093,（,0.025,19,），那么偏倚明,显偏离“,0”,54,0,1,3,5,8,大样法示例,计数型量具用于测量容差为,+-0.010,的一个尺寸，该量具是一,个线端自动检查量具，为完成计数研究，,8,个零件用该量具各,自测量,20,次，这,8,个零件基准值从,-0.016,至,-0.008,。各零件接,受次数为：,X,T,-0.0160,-0.0150,-0.0140,-0.0130,-0.0120,-0.0110,-0.0105,-0.0100,-0.0080,a,16,18,20,20,Pa,0.025,0.075,0.175,0.275,0.425,0.775,0.875,0.975,1.000,55,Pa,Pa&Xt,图,1.0,0.9,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,0.0,-0.016-0.015-0.014-0.013-0.012-0.011-0.010-0.009-0.008,Xt,56,Pa,回归图,Regression Plot,Y=2.31411+148.192X,R-Sq=0.925,1.0,0.5,0.0,-0.016,-0.015,-0.014,-0.013,-0.012,-0.011,-0.010,-0.009,-0.008,Xt,57,=,所以明顯的偏，可能須加補正值或適用,计算结果,Bias,=,0.0123,(,0.010),=,0.0023,R,=,0.0084,(,0.0163),1.08,=,0.0073,t,=,31.3,Bias,31.3,0.0023,R,0.0073,=,9.86,