测量系统分析-(3).ppt

量測系統分析(MSA)簡介講師講師:鄭閏元鄭閏元WWEI/總經理室/專案副理/TQM總幹事90年5月2日MSA課程內容n n1.常態分配的特性常態分配的特性n n2.量測系統概述量測系統概述n n3.量具的再現性與再生性量具的再現性與再生性(GRR)n n4.P/T Ration n5.偏性偏性,穩定性穩定性,線性線性n nQ&A1.常態分配的特性常態分佈圖形+1+2+3-3-2-1常態分佈的特性n鐘型分佈n曲線與橫軸所圍面積為1n以為中心,左右平均且對稱,各佔50%n機率函數f(x)=1/(2)0.5)exp(-(x-)0.5/22)n為常態分佈的中心n2為常態分佈的變異數n為常態分佈的標準差常態分佈的特性常態分佈的特性-與良率的關係與良率的關係與良率的關係與良率的關係33 99.73%99.73%LCL22 95.45%95.45%11 68.26%68.26%UCL+1+2+3-3-2-12.量測系統概述既精且準既精且準精但不準精但不準不精也不準不精也不準不精但準不精但準變異的來源n機遇性原因所產生的變異自然就有,不可(易)控的原因天氣,氣壓,風n非機遇性原因所產生的變異可歸咎的原因人為操作,濃度,機台保養,生產條件等之不良n量測系統本身的變異人員,量具,軟體,量測程序(方法),環境量測系統的統計性質n理想零偏量:準度高零變異:精度高n不可能達到量測系統的統計性質需滿足A.在控制之中控制之中(穩定,管制狀態下)B.相對於製程變異製程變異,量測變異量測變異必須很小C.相對於規格規格,量測變異量測變異必須很小D.量具最小刻度增量1/10的製程變異或規製程變異或規格格例例例例:量測量測量測量測5 5milmil1mil1mil線寬之量具最小刻度要線寬之量具最小刻度要線寬之量具最小刻度要線寬之量具最小刻度要0.20.2milmil,若生產之製程變異若生產之製程變異若生產之製程變異若生產之製程變異6 6=0.4mil,0.4mil,則則則則最小刻度要最小刻度要最小刻度要最小刻度要0.040.04milmil,兩者取其一使用兩者取其一使用兩者取其一使用兩者取其一使用量測儀器品質評價法一覽表量測儀器品質評價需考慮n量具的鑑別力鑑別力是否足夠n長時間之下量具之穩定性穩定性是否足夠n量具的誤差誤差/變異變異是否夠小例:取同樣5個樣本以A,B兩量測系統進行量測量測系統量測系統量測系統量測系統鑑別力不足鑑別力不足鑑別力不足鑑別力不足3.量具的再現性與再生性量具的再現性與再生性(GRR)量具的再現性重覆性(Repeatability)n同一個操作人員一個操作人員,同一件量具,量測相同的零件數次量具的變異量具的變異量具的再現性量具的再現性量具的再現性量具的再現性/重覆性重覆性重覆性重覆性5.155.15(99%)(99%)量具的量具的再現性再現性分佈分佈量具的再生性(Reproducibility)n n不同操作人員不同操作人員,同一件量具,量測相同的零件數次人員的變異人員的變異操作員A操作員B操作員C量具的再生性量具的再生性Xmax-Xmin執行執行GRR時時的注意事項的注意事項n儀器應先行校正過校正過校正過校正過n操作員應受過足夠的訓練足夠的訓練足夠的訓練足夠的訓練n量測的程序需夠穩定穩定穩定穩定(X-R管制圖)n零件樣本需能代表生產中全部的變異,n零件樣本需事先加以編號編號編號編號(不需讓操作員知道)n量具最小刻度增量1/101/10的製程變異製程變異製程變異製程變異,即量具需有足夠的鑑別力足夠的鑑別力足夠的鑑別力足夠的鑑別力n以隨機抽樣方式隨機抽樣方式隨機抽樣方式隨機抽樣方式取得數值n由瞭解GRR重要性的專人專人專人專人進行監督執行監督執行監督執行監督執行GRR的流程的流程選定執行GRR量具決定操作員:m,零件:n,次數:t及操作程序進行GRR量測分析量測穩定程度:R圖與量具的鍵別力:X圖進行GRR分析GRR判定穩定?鑑別力?OK!NG!GRR的事前準備事項的事前準備事項n操作員:隨機選取幾位幾位(m3),使用量具使用量具的操作員n零件:自同一規格同一規格的零件中取510個(n3)n反覆量測次數:t:210次次/件/人GRR實例解說實例解說n選定一量測系統n隨意抽取5件同一規格零件n任意取3位操作員進行量測n每個零件量測2次n將數據記錄下來或輸入STATISTICA計算計算R及及X管制圖管制界限管制圖管制界限n計算各組全距R與總平均值XnR管制圖CLR=R=0.018UCLR=RD4=0.0183.267=0.0588LCLR=RD3=0.0180=0nX管制圖CLX=X=0.695UCLX=X+A2R=0.695+1.880.018=0.72334LCLX=X-A2R=0.695-1.880.018=0.66116GRR的穩定性判定的穩定性判定-全距全距(R)管制圖之判讀管制圖之判讀n穩定性判定:若所有的全距點值均落於全距管制界線之內內內內則判定量測程序穩定量測程序穩定量測程序穩定量測程序穩定,即操作員使用量具的一致性良好若有某些全距落於全距管制界線之外外外外則判定量測程量測程量測程量測程序穩定性差序穩定性差序穩定性差序穩定性差,即操作員使用量具的一致性良好n鑑別力判定:若R管制圖在管制界限內只有33種的可能全距值,則表示此量測系統的鑑別力不佳鑑別力不佳鑑別力不佳鑑別力不佳若R管制圖在管制界限內有4 4種的可能全距值,但是有1/41/4的的的的R=0R=0,則表示此量測系統的鑑別力不佳鑑別力不佳鑑別力不佳鑑別力不佳STATISTICA軟體中選取Rangechartbyoperators即可繪出由此圖可發現由此圖可發現由此圖可發現由此圖可發現本量測程序之本量測程序之本量測程序之本量測程序之穩定性良好穩定性良好穩定性良好穩定性良好GRR的鑑別力判定的鑑別力判定-平均值平均值(X)管制圖之判讀管制圖之判讀n上下限表量測誤差的幅度n鋸齒狀圖形表零件間之差異性n鑑別力判讀1/21/2的點落於管制界限外,表示此量測系統鑑別力足夠,適用適用適用適用於此特性值之量測1/21/2的點落於管制界限外,表示此量測系統鑑表示此量測系統鑑表示此量測系統鑑表示此量測系統鑑別力不足別力不足別力不足別力不足,不適用於此特性值之量測不適用於此特性值之量測不適用於此特性值之量測不適用於此特性值之量測STATISTICA軟體中選取Combinedplotbyoperators&parts即可繪出UCL=0.72334LCL=0.66116CL=0.695由此圖可發現由此圖可發現由此圖可發現由此圖可發現本量測系統之本量測系統之本量測系統之本量測系統之鑑別性良好鑑別性良好鑑別性良好鑑別性良好GRR計算之假設計算之假設5.1599%量具誤差量具誤差GRR的計算的計算(平均值全距法平均值全距法)nn個零件,m個操作員,重覆量測t次n量具再現性:EV=5.15R/d2*n量具再生性:AV=(5.15R0/d2*)2-(EV)2/nt)0.5n再現性與再生性:R&R=(EV)2+(AV)20.5n零件變異:PV=(5.15RP/d2*)2-(EV)2/mt)0.5n全變異:TV=(R&R)2+(PV)20.5表表5-2 d2*表表(g:組數組數,T:數字個數數字個數)(EV:g=mn,T=t,AV:g=1,T=m,PV:g=1,T=n)EV:g=mn,T=t,AV:g=1,T=m,PV:g=1,T=n)GRR案例案例n5個零件,3個操作員,重覆量測2次厚度n=5,m=3,t=2R&R計算計算(一一)R&R計算計算(二二)nEV=5.15R/d2*=0.06(算量具變異故g=mn=35=15,T=2,d2*=1.15)nAV=(5.15R0/d2*)2-(EV)2/nt)0.5=0.1579(算人員變異故g=1,T=m=3人,d2*=1.91)n nR&R=(EV)2+(AV)2 0.5=0.1689nPV=(5.15RP/d2*)2-(EV)2/mt)0.5=1.0288(算零件變異故g=1,T=n=5件,d2*=2.48)n nTV=(R&R)2+(PV)20.5=1.043量測系統適用性評價量測系統適用性評價n以製程變異製程變異為評價基礎%R&R=R&R/TV100%=16.2%-B級n以產品允差允差為評價基礎(設公差=2)%R&R=R&R/允差允差100%=8.4%-A級n判定:A A級級級級:%:%R&R10%R&R10%系統狀況良好系統狀況良好系統狀況良好系統狀況良好B B級級級級:10%10%R&R30(25)%R&R30(25)%R&R30(25)%系統必須加以改進系統必須加以改進系統必須加以改進系統必須加以改進R&R計算案例計算案例以以STATISTICA軟體進行計算軟體進行計算n進入STATISTICA軟體n選擇ProcessAnalysis模組n選擇Gagerepeatability&repoducibility功能n選好m,n,tn選standardgageR&Rdatasheetn輸入資料n分析選擇Analysis/Gagerepeatability&reproducibility選StandardR&Rdatasheet按OKn按SelectAlln按OKn選Perc.Toler.n輸入Tolerancen按OKn計算出結果如下n%R&RforVariation=15.746-B級n%R&RforTolerance=8.443-A級n若想了解其它圖型可以試選各個選項即可繪出其相關的圖形4.P/TRatio精度精度:P/T Ratio所做的分析所做的分析:6/T10%XUSLLSL6TP/T Ratio的公式的公式nP/TRatio=E E2 2+A A2 2+T T2 2 0.50.5nE2:再現性(量具)變異數(同一人,量30次)nA2:再生性(人員)變異數(五人,各量6次)nT2:穩定性(時間)變異數(同一人,分五天,各量6次)P/T Ratio的的判定判定n判定:A級級:%R&R10%系統狀況良好系統狀況良好B級級:10%R&R30(25)%系統必須加以系統必須加以改進改進5.偏性,穩定性,線性偏性偏性(比對校驗比對校驗)圖示圖示(同一人同一人同一人同一人,使用同一量具使用同一量具使用同一量具使用同一量具,多次量測平均值與真值之偏差多次量測平均值與真值之偏差多次量測平均值與真值之偏差多次量測平均值與真值之偏差)XUCLLCL6 6(製程變異製程變異製程變異製程變異)參考值參考值X-偏性公式及判定偏性公式及判定n只要有管制特性就要做n%偏性=(偏性/製程變異)100%n判定:%偏性10%:可接受%偏性10%:不可接受,需了解問題真因,進行調整偏性之分析評估偏性之分析評估n真值或參考值錯誤n量具磨損n量具本身尺寸錯誤n量測錯誤特性n量具未經適當校正n作業者未正確使用量具偏性之分析案例偏性之分析案例n一位作業員使用量具量測一零件10次,其量測值如下:n0.75,0.75,0.8,0.8,0.65,0.8,0.75,0.75,0.75,0.7n觀測平均值:X=0.75n真值=0.8,製程變異(6)=0.7n偏性=真值-觀測平均值=0.8-0.75=0.05n偏性對製程變異百分比(%偏性)=(偏性/製程變異)100%=(0.05/0.7)100%=7.1%10%故可接受故可接受穩定性圖示穩定性圖示(同一人同一人同一人同一人,使用同一量具使用同一量具使用同一量具使用同一量具,不同時不同時不同時不同時(1515週週週週),),量測同樣量測同樣量測同樣量測同樣3 3個零件個零件個零件個零件)TIME1TIME2TIME3量具的穩定性量具的穩定性穩定性分析穩定性分析n量具穩定性=R/d2*n判定:量具穩定性量具穩定性製程標準差製程標準差n評價:R管制圖失去管制,表有不穩定的再現性X管制圖失去管制,表量測系統之量測不再正確,即已有偏性出現若標準件有高,中,低端三種量測值時,若能採用三種三種量測管制圖則更好穩定性之分析案例穩定性之分析案例一位作業員使用量具量測3個零件,每週一次,持續15週以上,製程標準差為0.7,其量測值之R=0.65n量測程序標準差R/d2*=0.65/1.693=0.38415,查P17表2即可得d2*)線性圖示線性圖示非偏性偏性線性計算公式線性計算公式%線性線性=(線性線性/製程變異或公差製程變異或公差)100%線性之線性之分析案例分析案例在量具全範圍選取5個零件,已求得零件真值分別為2.00,4.00,6.00,8.00,10.00,每一零件由同一作業者量測12次線性適合度線性適合度R2計算計算以電子業而言以電子業而言以電子業而言以電子業而言0.90.9判定為判定為判定為判定為okok但但但但此標準非為此標準非為此標準非為此標準非為固定固定固定固定偏性平均值Yax+b0.1317(真值平均)0.73670.0535線性|斜率|製程變異(設製程變異為6.0)0.13176.00.79%線性(線性/製程變異)100%(0.79/6.0)100%13.17%線性計算線性計算線性分析線性分析nMSA量测系统分析中关于NDC与GRR的理解NDCNumberofDistinctCategories,是指测量得到数据分组的数量值大小的代码。您搞过直方图的话，知道数据要分组才能绘制直方图。这个分组的数量就是ndc值。它决定于测量设备的分辨力。如果分辩力不足的话，这个数值就小了。标准规定必须大于5。如果数值小，就没有办法计算得出有效的测量系统误差了。好多极差控制图中极差值都是零。或者零的数值太多，就是说明分辨力不足。讲到测量设备的分辨力，过去按照公差范围的十分之一来确定的。现在是按照被测量过程总变差的十分之一来确定的。公式ndc=1.41*PV/GRR告诉您，这个ndc的数值从何而来的。它是反应PV（被测量零件误差）和GRR（测量系统双星误差）这两个数值之间的相互比例。为什么要乘以1.41？因为，这是矢量计算，不是单单数值计算。这个1.41就是根号2。n这里可以看出，为什么要用过程总变差的十分之一来判定测量设备的分辨力，而不用被测量零件公差要求的十分之一。过去，三西格玛原则确定质量成本最小的原则的时候，过程能力指数通常是1就够了。考虑到中心偏移，提出要求大于1.33。测量设备的分辨力用被测量零件公差要求的十分之一就够了。现在质量提高了。譬如质量水平达到六西格玛的话。也就是公差除以过程总变差得到的过程能力指数不是1，而是2。再用这个原则来确定分辨力。那么测量得到的数值就很难像直方图那样分成好多数据组了。ndc值来表示就无法大于5。也就难以判定数据分布是否属于正态分布。无法判定测量系统是否正常了。举例来说，零件要求20mm+/-0.10mm。公差范围0.20mm。测量设备分辨力选0.02mm，过去可以了。现在质量水平提高了，譬如，过程总变差是0.10mm的话，这样的分辨力就显得不足了。应当选0.01mm了。如果再用0.02mm，测量得到的读数值之间的差异就难以加以区别了，nGRR就大了。上面公式中分母大了。分子PV和过程总变差有关系，不变，ndc值就小了。如果您用测量得到数据绘制极差控制图，就会发现有很多极差值是零。变差是一种有方向的数值叫矢量。力就是一种矢量。两种力的相加，如果方向不同的话，就不能用数值直接相加。而是用几何矢量的相加。这个“1.41”就是一个系数。是两个垂直方向数值为1的矢量相加。应当是1的平方加1的平方等于2，再把这个2开方。也就是两个垂直方向数值1组成的正方形的对角线开方。n说老实话，这个ndc公式中的1.41是怎么来的。这是统计学家才能解释。我是把1.41作为开根号2这个系数来记的。我们只要懂得如何用这个公式来计算这个ndc。这要懂得这个ndc应当达到多少。标准告诉我们，如果大于5，这个测量可以用来分析，如果小于5，大于2，不可以用来分析，但是，用这个测量系统得到的数据还能区别特殊原因引起的变差，因此，还可以用于控制图中起控制作用。如果小于2就根本不能用了。GRR为什么测量系统的分辨率应为获得测量参数的过程变差的十分之一，为何不是八分之一或七分之一？1、这个问题和测量设备的分辨率有联系。譬如，某特性10mm+/-0.1mm。公差范围0.2mm。传统质量管理执行三西格玛原则。选择测量设备的分辨力是按照公差范围十分之一。用0.02mm的游标卡尺就满足要求了。通常测量得到的数据，譬如是10.02、10.03、9.92.。现在质量提高了，实际做出来的零件，测量得到的数据可能集中在10mm+/-0.01的数据范围内。再用0.02mm的游标卡尺就不能满足要求了。通常分辨力要用过程变差的十分之一。这样才能测量得到更加细分的数据。譬如，10.019、10.032、9.919.。如果分辨力不满足要求的话，数据分析结果会出大的误差。这样的测量系统就不能满足过程测量或者产品测量的要求。不能反应实际的情况。也就是说，测量得到的数据的质量不满足要求了。2、这个测量数据的误差应当利用GRR来判别。在判别GRR的时候，首先要检查分辨率是否满足要求。检查的方法是利用ndc这个指标。必须大于5.它的意思是，我们把数据分组绘制直方图的时候，就需要把数据分组。如果这个分组的数量太少，直方图是无法绘制成的。实践经验得到的结果，如果设备的分辨力不满足过程总变差十分之一或公差范围十分之一两者取小的，譬如，按照公差范围十分之一，0.02mm，按照过程总变差十分之一，应当是0.002mm.那么，取0.002mm。才能满足ndc大于5的要求。进一步可以看本帖子中清华的教材（已经无法下载了。对于用MSA的人来说，懂得以上这些，已经足够了）。我们一般要求分辨率为过程公差及容差较小值的1/10,即（6*标准差/10,T/10）的较小者，请问：当一个过程还不稳定的时候能否用计算得出的6*标准差/10作为所需求的分辨率？问题是，当一个过程还不稳定的时候能否计算得出标准差？不能。利用方差公式计算得到的不是标准差，只是方差，不能叫标准差。如果过程不稳定，得到的数据对过程控制没有什么用，只能知道过程的性能，不是过程的能力。利用过程性能数据和公差要求对比，计算得到的是PPK。可以用来分析离开过程能力的要求有多大的差距。譬如，PPK大于1.67，那么，把过程搞稳定后计算Cpk，一般大于1.33，是没有问题的。如果利用不稳定的数据计算得到的PPK只有1.33。那么，搞稳定后，Cpk肯定不会大于1.33了。Q&A歡迎來電指教歡迎來電指教:鄭閏元鄭閏元總經理室總經理室總經理室總經理室/專案副理專案副理專案副理專案副理/TQMTQM總幹事總幹事總幹事總幹事蘆竹廠蘆竹廠:3244800分機分機:12108