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测量系统MSA作业指导书

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一、 目的
1． 了解测量器具量测的性能, 是否能满足测量要求。
2．对新进或维修后的量测设备, 能提供一个客观正确的变异分析及评价量测质量。
3．应用统计方法来分析测量系统之再现性及重复性, 作为下列各项事项之参考:
3.1试验设备是否需要校验;
3.2是否可供使用;
3.3是否有人为因素造成之失准;
3.4是否需要修正校验的周期及频率。
二、 适用范围
适用于公司测量系统的分析。
除客户特别要求, MSA只作重复性和再现性的分析。
三、 测量系统分析实施流程图
见下页
四、 工作流程
4.1 测量系统分析计划的制订
4.1.1 确定要采用的研究方法;
4.1.2 在考虑图下因素基础上确定测量者的数量、 样件数量和重复测量次数。
a) 特性重要性—如研究测量关键特性的测量系统需要采用更多的样件或增加对每个样件的重复测量次数, 以保证分析结果的置信水平。
b) 被测对象的结果特点—对尺寸大或重量大的零件采用较少数量的样件, 增加对每个样件重复测量次数来保证分析结果的置信水平。
4.1.3 选择日常使用过程的测量系统人员参加研究。
4.1.4 在过程中选择能够代表过程的整个工作范围的样件。
4.1.5 量具最小刻度应该不超过预期的过程变差的十分之一。
4.1.6 规定测量所应遵循的程序, 确定要测量的特性。
4.1.7 设计测量系统分析的研究方式。
a) 确保各次读数的统计独立性;
b) 测量读数应该顾及到可能获得的最接近数值;
c) 规定专人对测量系统分析的过程进行监督;
d) 每个测量者都应以使用同样的方法和步骤获取读数

是
测量是否已准备?
测量是否任意分配?
供测试用零件是否超过300件?
是否有不同的测量仪器?
适用的分析时间?
是
是
是
是
超过本指导书的范围见QS9000-MSA手册
否
否
是否有不同的测量仪器?
计数型量具研究( 小样法)
极差法
否
否
计数型量具研究( 大样法)
否
图表分析
均值和极差或方差分析法
短期
长期

测量系统分析实施流程图

重复性和再现性——均值极差法
一、 术语
1. 重复性——又称设备变差( 符号EV) , 是指在固定和规定的测量条件下由一位测量者使用一种测量仪器, 连续( 短期) 多次测量同一试样的同一特性时获得的测量变差。它是系统内变差。
2. 再现性——又称评价人变差( 符号AV) , 是指由不同的评价人使用相同的测量仪器, 测量同一试样的同一特性时测量平均值的变差。它是系统间变差。
3. GRR——又称量具重复性和再现性, 它是对测量系统重复性和再现性合成变差的估计。
4. 零件变差——符号PV, 指零件与零件之间的变差。
5. 分级数——符号ndc, 指覆盖预期的产品变差所用不重叠的97%置信区间的数量。
二、 研究前的准备
1. 样本的选取
选择同一型号规格的10个试样, 这10个试样必须能代表实际的过程变差范围, 即这批试样应包含这个规格的从最大到最小的不同值。( 试样个数由分析人员根据置信概率和试样的可获得性来确定, 一般不得少于5个)
2. 人员选择
选择一名工艺员负责数据的记录、 采集, 三名专门从事此试样测量的人员( 操作工) 进行实际测量。( 实际测量人数由分析人员根据置信概率要求和选择的试样个数来确定, 但不得少于2人)
3. 测量器具
测量器具选用平时所用的器具或相同型号、 精度、 分辨率的器具并确保此测量器具准确可靠。测量设备的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一。
三、 数据采集步骤
1. 数据记录人员把10个试样分别编为1-10号, 确保测量人员不能看到试样编号。
2. 让测量者A分别测量这10个试样, 将测量结果输入第一行。
3. 让测量者B、 C测量同样的10个试样, 将测量结果输入第6和第11行, 且她们不能彼此看到结果。
4. 用不同的随机顺序重复该循环, 输入数据到第2、 7、 12行中相应的列( 试样号相同的测量数据输入同一列, 例如测量的是7号试样, 则把结果记录在7号试样所对应的列中) 。再次重复该循环。
5. 当10个试样不可同时获得时, 可用以下步骤来代替:
① 若每次只能获得一个试样时:
让测量者A重复测量第一个试样3次并在第1列1-3行记录数据, 让测量者B重复测量第一个试样3次并在第1列6-8行记录数据, 让测量者C重复测量第一个试样3次并在第1列10-12行记录数据。
重复此循环把数据分别记录在第2-10列。
② 若每次能够获得大于两个试样时, 即能够分少于5次完成数据采集时, 每次均可采用步骤1-4中的方法, 以减少测量者记忆所带来的误差。
6. 当测量者属于不同的班次时, 能够使用以下替代方法:
让测量者A测量所有的10个试样并把数据记录在第1行, 然后测量者A以不同的顺序再次测量这10个试样, 读数分别记录在第2、 3行。测量者B、 C同样进行测量。
数据收集表见附录1。
四、 数值的计算
1. 第1、 2、 3行中最大的读数减去最小的读数, 结果记入第5行。用同样的方法处理6、 7、 8行和11、 12、 13行, 将结果记入对应的第10、 15行。( 第5、 10、 15行记录的均为极差, 因此为正值)
2. 求第5行的总和再除以试样的数量, 得到第一个测量者试验的的极差均值, 用同样的方法处理第10、 15行得到、 。
3. 将第5、 10、 15行、 、 数据记入第17行, 求其平均值, 结果记为( 所有极差的均值) 。
4. 将输入到19和20行, 分别乘以D4、 D3得到上下控制限。D4、 D3具体取值见附表1中说明。
5. 对于任何大于计算的UCLR值的极差读数, 使用原来的测量者和试样重新读数, 或者剔除那些值, 基于新的样本容量重新计算和UCLR值。纠正造成失控的特殊原因。如果用控制图作图或分析数据, 这种情况已经被修正, 这里就不会出现。
6. 分别求第1、 2、 3, 6、 7、 8, 11、 12、 13行的平均值, 将计算值输入最右边标有”平均值”的列。
7. 求行1、 2、 3的均值的平均值, 将结果输入第4行格中。重复此过程, 将结果输入第9、 14行的相应、 格中。
8. 将第4、 9、 14行的最大和最小均值输入第18行对应位置, 确定她们的差值, 将差值填入第18行标有的位置以确定差异。
9. 求每个试样的平均值, 将结果输入第16行试样均值格内。
10. 用最大试样均值减去最小试样均值, 将结果输入到第16行标有的格中, 表示试样均值的极差。
11. 将计算的结果值、 、 转记到提供的报告表格相应的地方。( 报告表见附录2)
12. 根据报告表中给出的公式计算出所有的参数值并检查结果确认没有发生错误。
五、 结果分析
1. 均值图
经过极差均值确定的全部均值和控制限可形成均值图, 此图结果提供了测量系统的”可用性”指示。控制限内部区域表示的是测量灵敏度”噪声”。因为研究中使用的试样子组数代表过程变差, 大约一半或更多的均值应落在控制限以外, 这样的测量系统应该能够充分探测试样-试样之间的变差而且测量系统能提供对过程分析和过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外, 则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。
2. 极差图
极差控制图用于确定过程是否受控, 这也是我们要在测量研究完成前识别并去除特殊点的原因。
若所有的极差都受控, 则所有测量者的工作状态是相同的;
若一个测量者不受控, 说明她的方法与其它人不同;
若所有测量者都不受控, 则测量系统对测量者的技术很敏感, 需要改进以获得有用的数据。
经过极差图能够帮我们确定与重复性有关的统计控制及测量过程中测量者之间对每个试样的一致性。
3. 报告表中的数据分析
报告表左侧测量单元分析中计算的是变差的每个分量的标准偏差。
报告表右侧计算”总变差%” 。
该分析能够估计变差和整个测量系统占过程变差的百分比以及其重复性、 再现性和零件与零件间的变差的构成, 这些信息需要与作图分析的结果相比较, 并作为作图法补充。
六、 接受准则
1. 误差低于10%——一般认为测量系统是可接受的。
2. 误差在10%到30%之间——基于应用的重要性、 测量装置的成本、 维修的成本等方面的考虑, 可能是可接受的。
3. 超过30%——认为是不可接受的——应该作出各种努力来改进测量系统。
4. 过程能被测量系统区分开的分级数( ndc) 应该大于或等于5。

偏倚
一、 术语
1. 偏倚——又称准确度, 是指对同样的试样的同一特性, 真值( 基准值) 和观测到的测量平均值的差值。它也对测量系统的系统误差的测量。
二、 研究前的准备
1. 样本选取
选择一个落在生产测量的中程数的试样, 在工具室测量此试样n≥10次, 并计算这n个读数的均值作为”基准值”, 或者选用高一级别量具测量此试样10次, 求其平均值作为”基准值”。
2. 人员选择
选择生产线上专门从事此试样检测的人员对试样进行评价。
3. 测量器具
测量器具选用平时所用的器具或相同型号、 精度、 分辨率的器具并确保此测量器具准确可靠。测量设备的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一。
二、 数据采集
1. 在工具间测量此试样10次以上, 求其平均值作为”基准值”, 或选用高一级别量具测量此试样10次, 求其平均值作为”基准值”。
2. 让所选择的测量者以一般方法测量样本15次, 读数依次记入附录3中的表格。
三、 数据计算
1. 计算15个读数的平均值。

2. 计算可重复性标准偏差。

其中能够从MSA测量系统分析( 第三版) 附录C中查到, g=1, m=n。
3. 确定偏倚的t统计量。
偏倚=观测测量平均值-基准值
, t=
——偏倚的不确定度
说明: 如果总的样本容量超过20, 建议将样本分成多个子组并使用控制图法, 或使用传统的一个样本t实验得到标准偏差的均方差RMS计算。
4. 置信区间的计算。

说明: 如果水平不是用默认值0.05( 95%置信度) 则必须得到顾客同意。
数据计算分析表见附录3。
四、 接受准则
如果0落在围绕偏倚值置信区间以内, 即0在置信区间低值和高值之间, 偏倚在水平是可接受的。

线性
一、 术语
1. 线性——在设备的预期操作( 测量) 范围内偏倚的不同被称为线性, 它是测量系统的系统误差分量。
二、 研究前的准备
1. 试样的选择
选择g≥5个试样, 这些试样测量值覆盖量具的操作范围。如称量范围为0-10kg的秤, 能够选择重量分别为2、 4、 6、 8、 9kg的 试样进行评定。
2. 人员选择
选择一般见这个仪器的操作者中的一人测量每个试样12次, 另选一人负责记录数据。
3. 测量器具
测量器具选用平时所用的器具或相同型号、 精度、 分辨率的器具并确保此测量器具准确可靠。测量设备的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一。
三、 数据采集汽车基地
1. 记录人员把所选择的5个试样分别编为1-5号, 并确保测量者在测量过程中看不到此编号。
2. 以一种顺序让测量者分别测出这5个试样的值并记录在所对应的试样编号下。( 数据记录表格见附录4)
3. 记录人员把5个试样以另一种顺序排列, 再让测量者以这新的顺序测出5个试样的值并记录在所对应的试样编号下。
4. 重复3中的过程直到12行数据全部得到。
四、 数据计算
1. 计算每次测量的试样偏倚及试样偏倚均值。

2. 用下面等式计算和画出最佳拟合线和置信带。
对于最佳拟合线, 用公式:
其中: ——基准值
——偏倚平均值
=斜率

对于给定的x0, 水平置信带是:

低值:
高值:
3. 在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值及”偏倚=0线”。
五、 接受准则及不合格处理
”偏倚=0”线必须完全在拟合线置信带以内。如果测量系统存在线性问题, 需要经过调整软件、 硬件或两项同时进行来再校准以达到0偏倚。如果偏倚在测量范围内不能被调整到0, 只要测量系统保持稳定, 仍可用于产品/过程的控制, 但不能进行分析, 直到测量系统达到稳定。

稳定性
一、 术语
1. 稳定性——指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量平均值总变差,即偏倚随时间的增量。
二、 步骤
1. 样本的选择
选择一个落在产品测量中程数的生产零件作为样本。
2. 数据采集
每天测量标准样本5次, 持续23天, 数据记入稳定性分析报告( 附录5)
3. 将数据按时间顺序画在附录5中的控制图上。
4. 计算均值( ) 和极差( R) 。

5. 将均值、 极差画在控制图上。
6. 计算控制限。
,
,
三、 接受准则及原因分析。
1. 无超出控制限的点。
a．控制限计算错误或描点时描错。
B．零件间的变化性或分布的宽度已经增大, 这种增大能够发生在某个时间点上, 也可能是整个趋势的一部分。
C．测量系统变化( 例如, 不同的检验员或量具) 。
D．测量系统没有适当的分辨力。
2. 连续7点位于平均值的一侧; 连续7点上升( 后点等于或大于前点) 或下降。
A．高于平均极差的链或上升链说明存在下列情况之一或全部:
· 输出值的分布宽度增加, 其原因可能是无规律的( 如设备工作不正常或固定松动) 或是由于过程中的某个要素变化( 例如使用新的不是很一致的原材料) 。
· 测量系统改变( 例如, 新的检验员或量具) 。
B．低于平均极差的链, 或下降链表明存在下列情况之一或全部:
· 输出值分布宽度减小, 这常常是一个好状态, 应研究以便推广应用和改进过程。
· 测量系统改变, 这样会遮掩过程真实性能的变化。
3. 明显的非随机图形。
· 控制限或描点已计算错或描错。
· 过程或取样方法被分层。( 每个子组系统化包含两个或多个具有完全不同的过程均值的过程流的测量值)
· 数据已经过编辑。
· 过程或抽样方法造成连续的分组中包含从两个或多个具有明显不同的变化性的过程流的测量值。

小样法
一、 术语
计数型数据——能够用来记录和分析的定性数据, 其结果简单地用”是/否”的形式来记录。
计量型数据——定量的数据, 可用测量值来表示。
二、 步骤
1． 任取同一型号的产品20件(应包括有合格及不合格的产品)并予以编号,编号不可让检验员知道,也不可让她们知道正在做测量系统分析,以保证盲测。
2． 选择两位检验员分为A、 B。
3． 由这两位检验员测量所有产品两次, 并将测量结果记录于附录6, 合乎规格界线的零件则填入”YES”, 反之则填入”NO”。
4． 结果判读
A、 若测量结果( 每只产品四个数据) 相同, 则测量系统被接受。
B、 若测量结果不一致, 则此测量系统须被改进或再评价。
C、 若测量系统不能被改进, 则不能被接受, 应寻求替代的测量系统。
5． 计数型测量系统只能指出产品是好是坏, 不能指出产品好坏程度。

五: 附件
MSA表格

核 准

审 核

制 订