测量系统分析在MINITAB中的运用例PPT.ppt

2,*,重庆泰利福汽车零部件有限公司,Chongqing Teleflex Automotive Parts Co.,Ltd.,实例,测量系统分析,Measurement System Analysis,1,2011-1-17,一、计量型测量系统分析,二、计数型测量系统分析,三、计数型数据性能曲线（偏倚）,四、在线量具,Gage R&R,五、如何针对,Gage R&R,运用保护带,六、量具校准和使用,2,2011-1-17,GR&R,分析的三种方法,极差法,：短期方法，快速的近似值,均值,极差法,：长期方法，将变差分解为重复性和再现性。,ANOVA,分析法,：标准的统计技术，可将变差分为四类：,零件、评价人、零件与评价人之间的相互作用，以及量具造成的重复误差,。,3,2011-1-17,快速,GR&R,（极差法）,极差法：极差法是一种改良的计量型量具的研究，它可迅速提供一个测量变差的近似值。,只能提供测量系统的整体概况,不能将变差分为重复性和再现性。,它典型的好处就是快速检查验证,GRR,是否发生了变化,。,4,2011-1-17,典型的极差法：,2,个评价人,5,个零件,两个评价人各将每个零件测量一次。,计算极差的和与平均极差。,通过将平均极差均值乘以,1/d2*(d2,可以查表找到,m=2,g=5).,5,2011-1-17,平均极差,=(2+1+1+2+1)/5=7/5=1.4,GR&R=/d,2,=1.4 /1.19 =1.176,%Gage R&R=GR&R/,过程标准差*,100%=1.176/3.33*100%=35.315%,极差法,-,示例,d,常数表,制造过程标准差,=3.33,R=,最大值,-,最小值,R,零件,操作员,1,操作员,2,极差,(R),1,4,2,2,2,3,4,1,3,6,7,1,4,5,7,2,5,9,8,1,极差之和,7,平均极差,1.4,R,R,R,结论的正确性,80%,6,2011-1-17,极差法能够潜在的检测出测量系统为不可接受的概率,:,样本容量为,5,结论正确性,80%,样本容量为,10,结论正确性,90%,练习：,3min,零件号,操作员,A,操作员,B,极差,(A,B),1,0.85,0.80,2,0.75,0.70,3,1.00,0.95,4,0.45,0.55,5,0.50,0.60,过程标准差,=0.0777,7,计算结果,8,2011-1-17,均值,极差法,：,是一种可同时对测量系统提供,重复性,和,再现性,的评估值的研究方法。,与极差法不同，它可以将测量系统的变差分成两个部分：,重复性,再现性,不能确定他们两者之间的交互作用。,均值,-,极差法,9,2011-1-17,均值,-,极差（,X-R,）法是确定测量系统的重复性和再现性的数学方法，主要步骤如下：,1,选择,3,个测量人（,A,B,C,）和,10,个测量样品,(,典型,),。,测量人应有代表性，代表经常从事此项测量工作的,QC,人员或生产线人员,10个样品应在过程中随机抽取，可代表整个过程的变差，否则会严重影响研究结果。,2,校准量具,3,测量，让三个测量人对,10,个样品的某项特性进行测量，每个样品每人测量 三次，将数据填入表中。试验时要遵循以下原则：,盲测原则,1,：对,10,个样品编号，每个人测完第一轮后，由其他人对这,10,个样品进行随机的重新编号后再测，避免主观偏向。,盲测原则,2,：三个人之间都互相不知道其他人的测量结果。,4,结果分析,10,2011-1-17,极差,评价人,/,试验,#,零件,平均值,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,A 1,0.29,-0.56,1.34,0.47,-0.8,0.02,0.59,-0.31,2.26,-1.36,2,0.41,-0.68,1.17,0.5,-0.92,-0.11,0.75,-0.20,1.99,-1.25,3,0.64,-0.58,1.27,0.64,-0.84,-0.21,0.66,-0.17,2.01,-1.31,均值,B 1,0.08,-0.47,1.19,0.01,-0.56,-0.2,0.47,-0.63,1.80,-1.68,2,0.25,-1.22,0.94,1.03,-1.20,0.22,0.55,0.08,2.12,-1.62,3,0.07,-0.68,1.34,0.2,-1.28,0.06,0.83,-0.34,2.19,-1.50,均值,极差,C 1,0.04,-1.38,0.88,0.14,-1.46,-0.29,0.02,-0.46,1.77,-1.49,2,-0.11,-1.13,1.09,0.20,-1.07,-0.67,0.01,-0.56,1.45,-1.77,3,-0.15,-0.96,0.67,0.11,-1.45,-0.49,0.21,-0.49,1.87,-2.16,均值,极差,零件均值,11,2011-1-17,*2,次试验,D,4,=3.27,，,3,次试验,D,4,=2.58,。,UCL,R,代表了单个极差的控制限。,将那些超出控制限的点圈出，识别原因并纠正。使用与开始时相同的评价人及单位重复这些读数，或除去某些值并从保留的观察值重新获得平均值，重新计算极差。,12,2011-1-17,在进行其他统计分析之前，应先使用图表工具对数据进行系统的筛选,。,从而找到变差明显特殊原因,。,结果分析,-,图示法,13,2011-1-17,极差图,极差图,-,非层叠,极差图,-,层叠,14,2011-1-17,在包括平均极差和控制限的标准的极差图上画出了由每个评,价人对每个零件测量的多个读数范围。从画在图中得出的数据分,析可以得出很多有用的解释。如果所有的极差都受控，则所有评,价人的工作状态是相同的，可以认为每人重复测量的重复性是一,致的。,如果一个评价人不受控，说明他的方法与其他人不同。如果,所有评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要,改善以获得有用的数据。,极差图可以帮助我们确定：与重复性相关的统计控制，测量,过程中评价人之间对每个零件的一致性。,以上图形的评审显示评价人之间变异性是不同的，应分析并,消除其影响。,15,2011-1-17,从图中我们可以获取什么信息？,16,2011-1-17,均值图,均值图,-,非层叠,均值图,-,层叠,17,2011-1-17,少于一半的点落在控制限外边：,测量系统缺乏足够的分辨率,样本不能代表期望的制造过程变差。,多于一半的点落在控制限外边，,测量系统能够充分探测零件之间的变差,测量系统能够提供对过程分析和过程有用的信息。,18,2011-1-17,A,B,那组数据可以接受？,19,2011-1-17,R=(R,A,+R,B,+R,C,)/3,X,DIFF,=MaxX,A,X,B,X,C,-MinX,A,X,B,X,C,重复性,-,设备变差,EV=R,K,1,再现性,-,测验人变差,AV=(X,DIFF,K,2,),2,-(EV,2,/nr),过程变差,PV=R,P,K,3,R&R=(EV,2,+AV,2,),总变差,TV=(R&R,2,+PV,2,),%EV=EV/TV,%AV=AV/TV,%R&R=R&R/TV,%PV=PV/TV,P/T=R&R/Tolerance,n=,样品个数,r=,每个人对每个样品的试验次数,r,K,1,2,3,4.56,3.05,K,2,2,3,3.65,2.70,测试人数,n,K,3,7,8,9,10,1.82,1.74,1.67,1.62,K,1,=6/d*,2,*AV,计算中，如根号下出现负值，,AV,取值,0,结果分析,计算,计算公式：,20,2011-1-17,TV,或,T,：总变差（,Total Variation,）,制造系统变差与测量系统变差的合成，用标准差表示。若所选,样本能代表实际的制造过程变差范围，其计算公式如下：,21,2011-1-17,零件间变差,(Part-to-part Variation),零件间的差异是制造系统造成的，因此，如果所选样本能代表,实际的制造过程变差范围，,PV,就是制造系统变差的标准差。,PV,=,R,P,/d,2*=,R,P,K3,PV,的计算中必须消除测量系统的影响。它是通过如下的计算,来达到的：评价人,A,测量了,1,号零件,3,次，对其取平均，就消除,了量具的影响，评价人,B,、,C,同理取平均，再将三人的均值取,平均，就消除了人的影响,22,2011-1-17,测量系统的双性,GR&R,的计算,如果总过程变差由,SPC,控制图中已知，并且其值以,6,为基础，,则它可以取代量具研究总变差（,TV,）。由下列两个等式完成：,1,）,2,）,这两个值（,TV,和,PV,）,可以替代前面的计算值。,23,2011-1-17,ANOVA,分析法,：标准的统计技术，可将变差分为四类：零件、评价人、零件与评价人之间的相互作用，以及量具造成的重复误差。,使用,Mintab,分析,24,2011-1-17,2,样品必须从实际生产检验过程中选择，并考虑尽可能代表实际生产中存在的所有产品变差（可根据生产特性在一天或几天内生产出的产品抽出）；,如果一个量具适用于多个规格产品的尺寸,/,特性测量，在做该量具的,MSA,分析时，应选择其中一个过程变差最小的规格产品作为样品以避免过大的零件变差造成分析结果的不准确；,给每个样品编号并加上标签，但要避免测试操作人员事先知道编号以确保按随机顺序测量,;,抽取数量是,10,个零,至少,2,个作业者,(,推荐,3,个,),同一个零件至少测,2,次,(,推荐,3,次,),25,2,数据的输入可直接输入变动的尾数,26,2,仅应用于非破坏性测量分析,27,2,对应双击,可以得到作业者和零件间的交互作用,会至结果不一样,28,2,29,2,这是,MINI-TAB,默认的不用改,过程公差在这里选填,点确定得结果,30,2,先确认每个图形是否正常,再看结果数据,31,2,Xbar,图至少有一半的点落在控制线外，帮助识别不正常的测量分辩率,/,稳定性,用,“,嵌套,”,研究法无得到此图,R,图应受控，否则重复、分辩率和稳定性有问题,如果只有一个作业者无法得到此图,这个应该大,这个应该小,32,2,33,2,34,2,35,2,36,2,重复性和再现性的影响,要这个方差，对底盘和安全件方差,10%,接收,，,特别情况经客户认可,20%,接收,分级数应大于等,5，,否则意味着你的测量系统不能探测部分零件间的差异。改善：增加分辩率,P,值小于,0.05,表示量具能够区分零件间的差异,(,零件是显著的,),P,值小于,0.05,表示量具能够区分作业者,(,作业者影响是显著的,),P,值大于,0.05,表示零件和作业者之间交互不显著,37,零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面光度、锥度、样本的一致性,仪器内部：维修、磨损、设备或夹具的失效、质量或保养不好,标准内部：质量、等级,方法内部：作业准备、技巧、归零、固定、夹持、点密度的变差,评价人内部：技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳,环境内部：对温度、湿度、振动、清洁的小幅度波动,缺乏稳健的仪器设计或方法，一致性不好,量具误用,失真（量具或零件）、缺乏坚固性,应用,零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）,造成重复性变差的可能原因：,38,2011-1-17,造成再现性误差的潜在原因,零件之间（抽样样本）：使用相同的仪器、操作者和方法测量,A,、,B,、,C,零件类型时的平均差异。,仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用,A,、,B,、,C,仪器测量的平均值差异。注意：在这种情况下，再现性误差通常还混有方法和,/,或操作者的误差。,标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响。,方法之间：由于改变测量点密度、手动或自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成的平均值差异。,评价人（操作者）之间：评价人,A,、,B,、,C,之间由于培训、技巧、技能和经验所造成的平均值差异。推荐在为产品和过程鉴定和使用手动测量仪器时使用这种研究方法。,39,2011-1-17,GRR,的分析法提供测量系统的信息：,重复性比再现性大,仪器需要维护,量具刚度不够,夹紧和检测点需改进,零件内变差（圆度，锥度等）过大,再现性比重复性大,评价人培训不足,刻度不清晰,40,2011-1-17,计数型测量系统分析,公差下限,公差上限,41,2011-1-17,计数型测量系统属于测量系统中的一类，其测量值是一种有限的分级数。与结果是连续值的计量型测量系统不同。最常见的是,go/no go,量具，只可能有两个结果。前面所描述的分析法不能用于评价这种系统。,计数型测量系统分析,福特特殊要求：,计数型量具研究应该使用,50,个零件,3,个人,进行,3,次测量。,采样必须包含来自工程规范线两侧的零件。为了判定所选零件是否符合要求，运用一已知的，样准的且,MSA,合格的测量系统，如三坐标，高度尺等测量,42,2011-1-17,1、,选取至少,50,个零件,(,从过程中抽取,一此情况下,我们需要创造超出公差带的零件以满足如下要求,),25%,的零件应在下公差带附近,25%,的零件应在上公差带附近,30%,的零件应反映正态过程变差分布,10%,的零件应超出上公差同时也超出那,25%,在公差带附近的零件,10%,的零件应超出下公差同时也超出那,25%,在公差带附近的零件,如下图,:,计数型测量系统分析方法,43,2011-1-17,10%,超出下公差,10%,超出上公差,30%,反映正态过程变差分布,44,2011-1-17,2、,确定评价者,3、,每个评价者评测这些零件并判断是通过不是拒绝。必须独立并且按照随机顺序完成。每个评价者必须重复该步骤至少,3,次。,4、,将数据输入,MINITAB,用以得到计数型测量系统分析有效的报告。,5、,存档计算结果。必要时，实施适当的措施改善测量过程。,6、,构建计数型性能曲线并存档。,计数型测量系统分析方法,45,2011-1-17,假设检验分析,交叉表法,交叉表法用来分析测量人测量一致性,下面是一个交叉表试验，由,A,，,B,，,C,三个人分别重复测量,50,个样品三次，结果如下：,风险分析法,假设检验分析,信号探测法,解析法,计数型测量系统分析的方法,46,2011-1-17,计数型研究数据表,47,2011-1-17,“,1,”,指定为可接受判断，,“,0,”,为不可接受判断。表中的基准判断和计量基准值不预,告确定。表的,“,代码,”,列还用,“,-,”,、,“,+,”,、,“,X,”,显示了零件是否在第,III,，,II,，,I,区域,48,2011-1-17,假设检验分析,交叉表法,P0,和,pe,的计算,P(A0)=50/150,，,P(B0)=47/150,P(A1)=100/150,，,P(B1)=103/150,P(A0B0)=(5047)(150150)=0.104,P(A0B1)=(50103)(150150)=0.229,P(A1B0)=(10047)(150150)=0.209,P(A1B1)=(100103)(150150)=0.458,期望值的计算,A,0,B,0,的期望值,=0.104,150=15.7,A,0,B,1,的期望值,=0.229,150=34.3,A,1,B,0,的期望值,=0.209,150=31.3,A,1,B,1,的期望值,=0.458,150=68.7,Kappa,统计量的计算,p,0,=(44,97)/150=0.94,，,p,e,=0.104,0.458=0.562,AB,的,Kappa=(p,0,p,e,)/(1,p,e,),=(0.94,0.562)/(1,0.562),=0.86,49,2011-1-17,示列：,50,2011-1-17,Kappa,统计量的计算结果如下：,A,B,C,Kappa,0.88,0.92,0.77,评价人之间,评价人与参考值,51,Kappa,值的参考评价准则,（,0.75,，,1,：一致性极好,（,0.4,，,0.75,：一致性好,（,0,，,0.4,：一致性差,注意：合格与不合格都应占一定比例，最好在灰色区间内选择样品，否则会使结果扭曲，即,p0,很高而,Kappa,很低。,52,2011-1-17,MINITAB,中的运用：,53,MINITAB,中的运用：,54,55,选用数据填,“,多列,”,56,57,58,59,点,“,确定,”,60,61,62,评价者相对标准的一致度（每个评价者在多大程度上与真值一致,评价者内部的一致度（每个评价者在多大程度上与他,/,她自己一致,63,每个评价者在多大程度上与她,/,他自已一致性（重复性）,作业者的的有效性,80%,才合格,64,评价者相对标准的一致度的,FleissKappa,统计是对测量系统的确认项,65,评价者之间的一致度，这个有点类似于再现性,70%,才合格,计算,FleissKappa,每个评价者要多次测量,66,这个有点类似于准确度检查，也是对测量系统确认点,70%,才合格,所有作业者相对标准的,Kappa,统计,67,1、,至少选取,8,个零件，这此零件被多次测量，最好每个测,20,次,1,个超出下公差零件,1,个刚刚超出下公差零件,1,个在下公差内的零件,1,个距下公差稍远的零件,1,个距下公差再稍远的零件,1,个距下公差较远些的零件,2,个靠近规范中间的零件,如下图,:,计数型数据性能曲线（偏倚）,一种风险评估方法,68,2011-1-17,10%,超出下公差,10%,超出上公差,30%,反映正态过程变差分布,69,2011-1-17,2、,所有被选零，必须知道基准值,3、,这些零件被多次评价（,m,次,4、,需要记录接受零件的总数,(a),最大（最小）零件的,a,值为,0，,这意味着零界边的零件永远不会被量具接收。位于分布中心的零件的,a,值为,20，,这意味着该零件一直会被量具接收。至少有一个零件,a=0，,至少有一个零件,a=20，,至少有,6,个零件,1 a19。,目的是评价边界情况时的有效性。作用是判定量具接收,“,超差,”,和拒收,“,公差内,”,的概率,5、,根据结果，可评价重复性和偏倚,MINITAB,运用,计数型数据性能曲线（偏倚）,70,2011-1-17,a,值,多次测得的值,71,72,73,结果,74,在下线,185,位置，,13%,的概率接收零件（也就是,87%,的机会拒绝零件）,75,在,190,运高于下差位置，,71%,的概率接收零件（也就是,29%,的机会拒绝零件）,76,在,194,这个很接近名义值,195,的位置，,99%,的概率接收零件（也就是,1%,的机会拒绝零件）,77,在线量具如何执行,Gage R,&,R,(,自动线,),78,2011-1-17,1、,必须涵盖所有班次、不同日期和生产线设定,2、,保留这些零件直到收集完,30,个,3、,以随机顺序在线检测这,30,个样件至少,2,次,79,必须做线性研究：,如果仅有一副在线检测设备（量具），则必须将它与一个已知的经过校准的测量系统进行比较。,如果有多副在线检测设备（量具），则不仅需将他们与一个已知的经过校准的测量系统进行比较，还应该比较这些在线量具的差异，,80,2011-1-17,81,82,两次读数是否有偏差就从,45,度上能体现,83,两次读数是否有偏差就从,45,度上能体现,84,85,数据两次堆叠成一列，新建到,C5,列中,86,87,“,零件号,”,双击两次,“,零件号,”,堆叠成一列，新建到,C6,列中,88,转成一列数据,89,90,91,92,结果,93,如何针对,Gage R,&,R,运用保护带,(,缩减公差以补偿测量系统影响,),94,2011-1-17,保护带是一种在量具误差过大而不可接受的情况下，用于减少计量型量具合格界限的方法；,保护带对单边公差和双边公差都可运用；,保护带用于减少因过度的量具误差从而交付不合格零件给顾客的可能性；,保护带分用于量具误差是由显著的重复性（同一位置、同一作业者、同一测量对象、重复测量的差异）问题引起的情况，没有显著的再现性（不同位置、不同作业者，重复测量的差异）问题，或者作业者、零件、量具之间的显著交互作用,就是量具本身的问题,95,2011-1-17,96,1、,量具必须能够区分零件之间的变差（,P,值小于,0.05）,2、,再现性的,P,值必须不显著（,P,值大于,0.05），,表示量具不能区分作业者的测量,3、,零件和作业者这间没有显著交互作用（,P,值大于,0.05）,确定再现性显著：,0.74/27.03=2.7%,最好为,0,此例适用运用保护带,?,97,原下公差是,704,原上公差是,916,用,3*0.52274=1.57,现假设量具误差是均等分布的,上下公差两边都必须被补偿；上公差减去,3,位,Gage R,&,R,标准差，就得到修正后的上公差。下公差加上,3,位,Gage R,&,R,标准差，就得到修正后的上公差,现上公差,:916-3*0.52274=914.43,现下公差,:704+3*0.52274=705.57,识别出来的零落在初始规范和修正后的规范之,找用通过分析的量具重测,(,如三坐标,),或报废,98,量具校准和使用,(,Manufacture Site Assessment,),99,2011-1-17,量具校准和使用,(,现场评审,),II.5.1,供应商确保控制计划中规定的所有量具可有效使用。量具校准和量具维护计划需确保有备份量具或备份测量过程以有效支持控制计划要求的检查,:,a,供应商能验证每个控制计划的量具有效性。,b,现场量具可用并具有适当的能力,(,比如,适当的量具、测量方法以及数据点,),以满足控制计划中的测量要求,.,对于一些特殊情况,如果现场的测量能力不能满足,供应商应有一个规定的方法来使用第三方的量具进行这些项目的测量,包括时间的选择和适用性等,.,c,供应商有证据显示已具有一个公布的进度表，并依此表行事并追踪有关测量与测试设备,(,包括测试软件,),的校准与检验维护,d,有可视化的测量程序书张贴在作业点上。,100,2011-1-17,量具校准和使用,(,现场评审,),II.5.2,对所有的,SC,和,CCs,尽可能运用计量型量具。,HIC,量具则按各控制计划所列使用。所有的量具（公司和员工个人的）均按控制计划明确表列。,a,公司和员工个人的量具都得到评估和追踪。,b,有促进符合要求的程序书在运作中,c,如果没有使用计量型量具，供应商需提出足以令人完全信服的理由,d,计数型量具也必须做量具的重复性和再现性分析,(Gage R&R),101,2011-1-17,量具校准和使用,(,现场评审,),II.5.3,GageR&R,与,AIAG,测量系统分析手冊的指导要求相一致。一旦,GagR&R,不符合这些指导要求，需有特定的计划来保证符合这些指导要求。此外，供应商需具备适当的测量能力以满足所有生产阶段的测量要求。,a,无论产品类型或测量系统是什么，凡事用于检查福特产品的所有量具，都需要进行重复性及再现性分析。,b,每一个测量系统,(,包含计数型量具,),的重复性及再现性分析,(Gage R&R),的操作方法和频度都有明文规定,c,对无法达到,AIAG MSA,的指导要求的，必须有改善计划,102,2011-1-17,量具校准和使用,(,现场评审,),II.5.4,供应商有明文的量具废弃,/,损坏规定，且所有员工必须遵守。这确保了仅有功能具备又符合规范的量具才会被使用。,a,操作者了解并熟知这一程序。,b,量具的丢弃,/,损坏记录都满足。,103,2011-1-17,量具校准和使用,(,现场评审,),II.5.5,量具,标准可追溯至符合国家标准或同等的国际标准。量具校准和维护按相应的日程安排表和规范实施,。,a,供应商有量具维护计划,b,记录显示符合。若供应商使用块规来检定千分尺和游标卡尺，则须得到国家标准局,/,国家技术标准研究院,(NIST),，或同等国际性机构的验证,104,2011-1-17,II.5.6,供应商对防错装置进行了定期评估,a,有记录证明对于车间级的所有失效模式的防错装置都进行了定期的检查（比如，每天或每一班生产前），以确保工作的有效性。,b,检查频率应区分同一批次产品,量具校准和使用,(,现场评审,),105,2011-1-17,Thank you very much,106,2011-1-17,