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1、量測系統分析(MSA)Measurement System AnalysisMSA III (Mar.2003)內部教育訓練用 (教材系列八) AFOP Johnny 編撰 May.04.2004修訂1. MSA概念1.1製程變異是經由檢測而發現，故量測系統之準確度與精確度必須事先加以研究與分析。1.2製程變異源概分為人、材料、設備、方法、量測、環境等類別，而這些變異源也將是影響量測系統準確度與精確度的因素。1.3準確度與精確度A.準確但不精確 B.精確但不準確 C.不準確也不精確 D.準確且精確 1.4在未能確定量測系統之準確與精確度適合量測對象前，使用該量測系統所得到的檢測結果或製程能力將
2、不可信賴。1.5影響量測系統準確度與精確度的因素因 素校 驗使 用人實驗室專業人員管制計畫規劃的使用者被測物主規管制計畫規劃的產品或製程特性設備被研究的設備被研究的設備方法國際或國家標準自定標準且使用者可能未遵守環境標準實驗室環境管制計畫規劃的現場環境變化造成的熱漲冷縮將可能影響被測物與檢測設備，且使用者不同其使用方法也可能不同，都可能影響檢測的信賴度，故檢測設備非但需要校驗且需進行MSA，以確保檢測的結果的可信度。例如：A公司B公司產品規格30.5mm30.5m生產環境3030量規熱漲冷縮總合+0.0001mm+0.0001mm熱漲冷縮佔產品規格比率0.0001mm1.0mm=0.01%0.
3、0001mm0.001mm=10%環境影響檢測結果小大改善免溫控於2352. MSA類型計量值穩定性研究偏性研究線性研究 RR研究全距法(無法分再生性與再現性) 平均值與全距法(無法分人與樣 圖表分析 本之交互作用) RR計算 全變異(TV) 設備變異(EV) 人或方法變異(AV) 樣本間變異(PV) 變異數分析法(均可) 計數值短期法 長期法3. 定義時間2時間1穩定性 3.1穩定性(Stability)研究環境變化對量測系統的影響同一人使用同一量具於不同時間在同一地點量測同一樣本相同特性所得之變異。再現性 3.2再現性(Repeatability)研究設備與樣本受環境影響的變異同一人使用同
4、一量具量測同一樣本之相同特性多次所得變異。再生性操作者A操作者B操作者C 3.3再生性(Reproducibility)研究因人與方法不同所產生的變異不同人使用同一量具量測同一樣本之相同特性所得之變異。 3.4偏性(Bias)研究校驗環境與使用現場環境不同所產生的變異觀測平均值參考值偏性同一人使用同一量具在管制計畫規劃地點與在實驗室量測同一樣本之相同特性所得平均值與參考值之間的差異。偏性參考值觀測平均值不偏 3.5線性(Linearity)研究設備各使用範圍之偏性趨勢指量具各作業範圍之偏性。 3.6樣本間變異研究時所取得樣本之間的差異。 3.7鑑別力即區別分類數（ndc Number of D
5、istinct Categories）製程分配鑑別力計量值管制計數值管制只能用1種數據分級l 只能顯示其製程主要變異來自於平均值偏移l 不可用於估計製程參數與指數l 只能顯示製程生產符合或不符合產品可用24種數據分級l 只能用於製程變異較大的管制l 不可用於估計製程參數與指數l 只能提供粗糙的估計可用5種以上數據分級l 能與管制圖一起使用l 被推薦例如：產品規格為30.5(即2.503.50)量規精度所能量測值ndc1310.52.5,3.0,3.530.22.6,2.8,3.0,3.2,3.450.12.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3.0,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5114
6、. MSA建議實施步驟(須校驗完成接受後始可實施)計量型穩定性OK自動檢測停止 非自動檢測再生性 穩定性NGX bar偏性線性R自動檢測再現性非自動檢測R&R 計數型短期法 自動檢測設備：指作業之操作與檢測結果不因人之方法或判斷的誤差而有所不同的檢測設備，如電子顯示型電錶、電性測試機。5. MSA限制條件 5.1管制計畫未規劃之量測系統，可免實施MSA(即對管制計畫規劃之量測系統類型實施即可)。 5.2使用於量測之特性無法重複量測者(如破壞性、微塵量)， 可免實施MSA。 5.3設備無法移動者，可免實施偏性與線性研究。 5.4管制計畫規劃之現場恰為實驗室或校驗室者，可免實施偏性與線性研究。6.
7、 MSA之基本假設 6.1設備零誤差即進行MSA操作時，所有量測皆必須考量校驗誤差之補正。 6.2樣本本身零誤差即每次量測必須量測相同部位的相同特性 ；可於樣本的量測位置標示明顯的標記，而每次必須量測該處。 如未能確實把握上述兩項原則，則設備與樣本本身的誤差將被納入MSA分析時考量，使得再現性不僅只受環境影響，會令再現性變異佔製程變異的較高比率，而造成MSA的研究誤差。7. MSA實施要領 7.1選擇同型設備中狀況最差者(即被接受之校驗後誤差最大者) 7.2優先選擇管制計畫規劃之所有重要特性作為檢測標的，否則選擇公差最嚴格者。 7.3同一型設備用於不同特性之檢測時，應對各特性分別分析。 7.4
8、於管制計畫規劃使用該設備之現場進行(除偏性外)。 7.5選擇管制計畫規劃使用該類型設備之人員與其操作方法較差 者。 7.6樣本必須依特性規格設定，於上、下限邊緣值之樣本須有一定比率，其他樣本則可於規格值內任意取樣。(注意：不應至製程中隨機取樣) 7.7操作時應令操作者隨機抽樣盲目測試，即不令操作者預知自己或他人對每個樣本先前的檢測結果，以避免操作者預設檢測結果而影響分析真確性。8. MSA實施時機 8.1新類型檢測設備增設校驗後 8.2新重要特性產生時 8.3新規格公差加嚴時 8.4新材質產生時 8.5使用環境不同時 8.6非自動檢測設備使用者更換且其資格與操作方法未被鑑定合格時 8.7檢測設
9、備翻新、重組或改裝後(該類型設備為唯一數量時或翻新、重組、改裝後之校驗結果與同類型其他設備比較，狀況為最差者)9. 穩定性分析如果量測系統穩定性不足，可能原因是：儀器需要校準，縮短校準週期儀器、設備或夾具的磨損正常的老化或損壞 維護保養不好 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔基準的磨損或損壞，基準的誤差不適當的校準或使用基準設定儀器品質不好 設計或符合性儀器缺少穩健的設計或方法不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧變形（量具或零件）環境變化 溫度、濕度、振動、清潔錯誤的假設，應用的常數不對 應用 零件數量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）10. 再現性與再生性分析(
10、1)將第1、2、3列之最大值減最小值之全距記於第5列，同樣地，第6、7、8列之全距記於第10列，第11、12、13列之全距記於第15列(表1)。(2)將第5列加總後除以零件數，則得第一位作業者的平均全距，同法，由第10、15列求得、(表1)。(3)將第、轉記入第17列，並加總後除以作業者人數即得全距平均(表1)。(4)將轉記入第19、20列，並乘以D3及D4求其管制界限(D3、D4查常數表)(表1)。(5)若有全距值超過管制界限者，則可依原方法請同一作業者將同一零件再量測一次，或刪除其值，再重新計算及管制界限。(6)將1、2、3、6、7、8、11、12、13各列分別加總並除以零件數，即得平均值
11、(表1)。(7)將1、2、3列之平均值加總除以量測次數，即得作業者A之平均值，記入第4列，同法6、7、8及11、12、13列得出之值記入第9及14列的及(表1)。(8)將第4、9、14列的最大平均值及最小平均值記入第18列，並計算其差(表1)。(9)將每個零件之所有量測值加總並除以量測值總數得出各零件之平均值，記入第16列。並將各零件平均值加總除以零件數或將、加總除以作業者數，則得總平均(表1)。(10)將零件平均值之最大值減最小值，得平均值全距(表1)。(11)將、轉記於表2之表頭。(12)計算表2左半邊之”量測分析”各欄。(13)計算表2右半邊之”總變異”各欄。(14)檢查上述13項作業是
12、否有錯誤。表1.GRR數據收集表評價者測量次數零件平均值123456789101.A 10.29-0.561.340.47-0.80.020.59-0.312.26-1.360.1942. 20.41-0.681.170.5-0.92-0.110.75-0.21.99-1.250.1663. 30.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.310.2114. 平均值0.447-0.6071.2600.537-0.853-0.1000.667-0.2272.087-1.3070.19035. 全距0.350.120.170.170.120.230.160.
13、140.270.110.1846.B 10.08-0.471.190.01-0.56-0.20.47-0.631.8-1.680.0017. 20.25-1.220.941.03-1.20.220.55-0.082.12-1.620.0998. 30.07-0.681.340.2-1.280.060.83-0.342.19-1.50.0899. 平均值0.133-0.7901.1570.413-1.0130.0270.617-0.3502.037-1.6000.063010. 全距0.180.750.401.020.720.420.360.550.390.180.49711.C 10.04-1
14、.380.880.14-1.46-0.290.02-0.461.77-1.49-0.22312. 2-0.11-1.131.090.2-1.07-0.670.01-0.561.45-1.77-0.25613. 3-0.15-0.960.670.11-1.45-0.490.21-0.491.87-2.16-0.28414. 平均值-0.073-1.1570.8800.150-1.327-0.4830.080-0.5031.697-1.807-0.254315. 全距0.190.420.420.090.390.380.200.100.420.670.32816. 零件平均值0.169-0.8511
15、.0990.367-1.064-0.1860.454-0.3601.940-1.571-0.00033.5111 17. (0.1840.4970.328) / 評價者人數3 0.336318. 最大值 0.1903最小值 -0.2543 DIFF0.444719. * 0.3363 D42.575 UCLR0.86612次測量時D43.27；3次測量時D42.575。UCLR代表個別R值的限值。圈出那些超出這限值的點，查明原因並採取矯正措施；讓相同的評價者使用相同的量具並用原來的方法重新讀值，或剔除這些數值並由其餘的數值重新平均和計算，以及控制限值。表2.GRR報告表量具再生性與再現性報告表
16、零件編號和名稱：特性：規格：操作表： 0.3363量具名稱：量具編號：量具型式：DIFF0.4447日期：操作者：3.5111測量單元分析總變異(TV)再現性設備變異(EV)EVK1試驗次數K123.846132.56410.33632.56410.87615EV 100EV / TV1000.87615/4.9741117.614%再生性評價者變異(AV)AV0.99685評價者數量23K23.06882.2703n零件數 r測量次數AV 100AV / TV1000.99685/4.9741120.041%再生性及再現性(GRR)GRR零件數量K323.068832.27031.32716
17、GRR100GRR / TV1001.32716/4.9741126.681%零件變異(PV)PVRP K33.51111.36544.7937941.9387PV 100PV / TV1004.79379/4.9741196.375%51.749061.6240總變異(TV)TV4.97411789101.53381.46481.41011.3654ndc 1.41(PV/GRR)1.41(4.79379/1.32716)5.0935研究RR是否可接受，其可否接受之一般指引為： RR10，則量測系統OK。10RR30，則量測系統可能被接受，但須視其應用的重要性、量測費用或修理費而定。RR30
18、，則量測系統須加以改進。ndc 5，則量測系統鑑別力足夠，反之則不足。（ndc, the number of distinct categories區別分類數）如果量測系統再現性不足，可能原因是：零件本身（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性。儀器本身：維修、磨損、設備或夾具的失效、品質或保養不好。標準本身：品質、等級、磨損。方法本身：作業準備、技巧、歸零、固定夾持、點密度的變異。評價者本身：技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、疲勞。環境本身：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。錯誤的假設 穩定，適當的操作。缺乏穩健的儀器設計或方法，一致性不好。量具誤用。失真（量具或
19、零件）、缺乏堅固性。應用 零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。如果測量系統再生性不足，可能原因是：零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測量A、B、C零件類型時的平均差異。儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。方法之間：由於改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。評價者（操作者）之間：評價者A、B、C之間由於培訓、技巧、技能和經驗所造成的平均值差異。推薦在為產品和過程鑑定和使用手動測量儀器時使用這
20、種研究方法。環境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，由於環境週期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑑定。研究中的假設有誤。缺乏穩健的儀器設計或方法。操作者培訓的有效性。應用零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。11. 偏性分析如果偏性在統計上不等於0，檢查是否存在以下原因：基準件或參考值有誤，檢查確定標準件的程序。儀器磨損這問題會在穩定性分析中呈現出來，建議進行維修或重新整修計畫。儀器產生錯誤的尺寸。儀器所測量的特性有誤。儀器沒有經過適當的校準對校準程序進行審查。評價者使用儀器的方法不正確對測量指導書進行審查。儀器矯正的指令錯誤。如果量具偏性較大，
21、則可能原因是:儀器需要校準儀器、設備或夾具磨損基準的磨損或損壞，基準偏差不適當的校準或使用基準設定儀器品質不良 設計或符合性線性誤差使用了錯誤的量具不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧測量的特性不對變形（量具或零件）環境 溫度、濕度、振動、清潔錯誤的假設，應用的常數不對應用 零件數量、位置操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）12. 線性分析計算公式如下: 線性=製程變異(或公差)線性=100(線性/製程變異(或公差)如果線性不佳，可能原因是：儀器需要校準，縮短校準週期儀器、設備或夾具的磨損維護保養不好 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔基準的磨損或損壞，基準的誤差 最小最大
22、不適當的校準（沒有涵蓋操作範圍）或使用基準設定儀器品質不好 設計或符合性儀器缺少穩健的設計或方法應用了錯誤的量具不同的量測方法 作業準備、載入、夾緊、技巧隨著測量尺寸不同，（量具或零件）變形量不同環境 溫度、濕度、振動、清潔錯誤的假設，應用的常數不對應用 零件數量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）13. 計數值短期法研究本法通常採取3個作業者對已選擇的50個零件量測3次。零件中應適當選擇規格邊緣之適量的合格與不合格件，且應選擇原使用量具的作業者。例說如下：零件A-1A-2A-3B-1B-2B-3C-1C-2C-3參考參考值代碼111111111110.4769012111111
23、11110.509015300000000000.576459400000000000.566152500000000000.570360611011010010.544951X711111110110.465454X811111111110.502295900000000000.4378171011111111110.5155731111111111110.4889051200000001000.559918X1311111111110.5427041411011110010.454518X1511111111110.5173771611111111110.53193917111111111
24、10.5196941811111111110.4841671911111111110.5204962011111111110.4772362111010101010.452310X2200101011000.545604X2311111111110.5290652411111111110.5141922500000000000.5995812601000000100.547204X2711111111110.5024362811111111110.5216422911111111110.5237543000000100000.561457X3111111111110.5030913211111
25、111110.5058503311111111110.4876133400100101100.449696X3511111111110.4986983611011110110.543077X3700000000000.4092383811111111110.4881843900000000000.4276874011111111110.5011324111111111110.5137794200000000000.5665754310111111010.462410X4411111111110.4708324500000000000.4124534611111111110.4934414711
26、111111110.4863794800000000000.5878934911111111110.4838035000000000000.446697若所有的檢測判定均與分析者原設定相同(即代碼欄均無”時，則可被接受；若檢測判定不同，則檢測系統須依P1719加以改善並再價；若不能改善，應尋求替代的檢測系統。但如某一樣本，所有操作者之所有檢測結果均相同，但卻與分析者之設定迥異時，則應判定為NG，因為樣本事先已被分析者以計量型量規量測確定過。附錄： 常數表d2*每 組 數 據 數 (m)23456789101112131415組數(g)11.411.912.242.482.672.832.963
27、.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.4951.191.742.102.362.562.732.872.993.103.193.283.353.423.4961.181.732.092.352.562.732.872.993.103.193.27
28、3.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.4881.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.343.423.48111.161.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.343.413.481
29、21.151.712.072.342.552.722.852.983.093.183.273.343.413.48131.151.712.072.342.552.712.852.983.093.183.273.343.413.48141.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.343.413.48151.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.263.343.413.48151.1282.0592.5342.8473.0783.2583.4071.6932.3262.7042.9703.1733.3363.472每組數據數A2D3D421.880*3.26731.023*2.57440.729*2.28250.577*2.11460.483*2.00470.4190.0761.92480.3730.1361.86490.3370.1841.816100.3080.2231.777110.2850.2561.744120.2660.2831.717130.2490.3071.693140.2350.3281.672150.2230.3471.653
