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1、2022/12/30,1,Measurement Systems Analysis主讲：陈远景,MSA 第4版（测量系统分析）,培训师主要资质,2022/12/30,2,课程主要内容,2022/12/30,3,TS对测量系统分析的要求,7.6.1 测量系统分析为分析各种测量和试验设备系统得出的结果中呈现的变差，应进行统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所使用的分析方法及接受准则应符合顾客关于测量系统分析的参考手册的要求。如果得到顾客的批准，也可使用其他分析方法和接受准则。测量系统分析与控制计划及APQP的关系控制计划中“评价及测量技术”栏目中所体现的测量和试验系统都必须进行测量系
2、统分析。APQP的小组准备工作中，项目进度策划应考虑所需的测量系统分析，过程设计和开发阶段（第三阶段）应确定测量系统分析计划，产品和过程确认（第四阶段）应按计划进行所需的测量系统评价。测量系统分析与PPAP的关系PPAP要求对新的或改进后的量具、测量、试验系统进行分析。保存并在客户要求时提交。测量系统分析与SPC的关系进行SPC研究的测量系统应在进行SPC研究前进行测量系统分析，且结果须符合接受准则。测量系统分析与FMEA的关系FMEA中未体现对测量系统分析的要求。,2022/12/30,4,测量系统分析与APQP的关系,2022/12/30,5,测量系统分析与APQP的关系,2022/12/
3、30,6,测量系统分析的重要性,测量数据的作用：用于判定产品的符合性（控制用测量系统）；用于判定过程是否稳定（分析用测量系统）；对过程进行调整的依据；通过回归分析（或分析研究法）确定两个或两个以上变量是否存在重要关系的依据。测量数据质量（偏倚和变差）低的危害：数据质量定义：测量系统稳定运行情况下，利用多次测量结果的统计特性来评价(与参考值越接近则数据质量越高）。错误地判定产品的符合性；错误地判定过程的稳定性(如掩盖过程的变差，即产生，风险）；错误地对过程进行调整；错误地得出变量之间的重要关系。,差之毫厘 谬以千里,2022/12/30,7,测量系统分析的重要性,7,如果测量过程有问题，那么好的
4、结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。,PROCESS,原料,人,机,法,环,测量,测量,结果,好,不好,测量,2022/12/30,8,测量基础术语及知识,测量：赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋予的值定 义为测量值。 （1963年C.Eisenhart首次提出）量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在工厂现场的装置，包括用来测量合格不合 格的装置（并不包括用于清点数量的计数器）。测量系统：用来对被测特性赋值的操作、程序、量 具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。,2
5、022/12/30,9,量值溯源性及其相关：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准（通常是国家或国际计量基准）联系起来的特性。量值溯源的最主要技术手段：校准和检定。校准：在规定条件下，确定测量仪器（或测量系统）所指示的量值，或实物量具（或参考物质）所代表的量值，与对应的由其测量标准所复现的量值之间的关系的一组操作。校准的含义：1）在规定条件下，用参考测量标准给包括实物量具（或参考物质）在内的测量仪器的特性赋值，并确定其示值误差。 2）将测量仪器所指示或代表的量值，按照比较链或校准链，将其溯源到测量标准所复现的量值。 3）自下而上的一种溯源方式，目
6、的确保量值准确，对象是强制性检定之外的测量设备，依据校准规范或校准方法，特殊情况下也可自行制定。,测量基础术语及知识,2022/12/30,10,量值溯源性及其相关：检定：查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序。包括检查、加标记和/或出具检定证书。 自上而下的量值传递方式，目的确认符合规定要求，对象是强制性检定测量仪器（贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测及组织最高测量标准），依据检定规程进行。监视：对某项事物按规定要求给予应有的观察、注视、检查和验证。测量：以确定量值为目的的一组操作。这里指包括几何量（长度）、温度、力学、电磁学、电子（无线电）时间频率、电离辐射、光学、声学、物理学（含标
7、准物质）等十大类测量的广义测量概念。,测量基础术语及知识,2022/12/30,11,量值溯源性体系图：,2022/12/30,12,夹量具,千分尺,CMM,量块,激光干涉仪,引用量具量块比测,波长标准,干涉比测器,量值溯源示例图,2022/12/30,13,数据：计量型数据（结果是连续的）与计数型数据（结果是离散的）。同时显示连续及离散数据的测量系统分析时尽量当作计量型测量系统。,测量基础术语及知识,2022/12/30,14,参考值：某一个物品可接受的值。需要一个可操作的定义（由更高一级测量设备或全尺寸 实验室进行多次测量的平均值）。 法定值：由法律定义并强制执行（如计量检定时）。 理论值
8、：由科学原理而得（如重力）。 给定值：根据某些国家或国际组织的实验工作(由可靠的理论支持)而得。通常被用于替代真值。真 值：某一个物品真实的值。真值通常是不可获得的。,测量基础术语及知识,2022/12/30,15,分辨力、可读性、分辨率(解析度）最小的读数单位、刻度限度；由设计决定的固有特性；测量或仪器输出的最小刻度；10:1经验法则（过程变差与公差较小者1/10）。,测量基础术语及知识,2022/12/30,16,灵敏度灵敏度是指能产生一个可检测到（有用的）输出信号的最小输入。它是测量系统对被测特性变化的回应。灵敏度由量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）、使用中保养，以及仪器操作条件和标
9、准来确定。它通常被表示为一测量单位 ；影响灵敏度的因素包括：一个仪器的衰减能力；操作者的技能；测量装置的重复性；对于电子或气动量具，提供无漂移操作的能力；仪器使用所处的条件，例如：大气条件、尘土、湿度。,测量基础术语及知识,2022/12/30,17,分辨率对测量结果的影响测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。看看下面的部件A和部件B，它们的长度相似。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。,测量基础术语及知识,2022/12/30,18,有效分辨率考虑整个测量系统变差时的数据分级大小(ndc)。ndc=1.41x(PV/GRR) 。,测量基础术语及知识,
10、2022/12/30,19,一致性一致性是随时间得到测量变差的区别。它也可以看成重复性随时间的变化。影响一致性的因素是变差的特殊原因，如：零件的温度电子设备的预热要求设备的磨损,测量基础术语及知识,2022/12/30,20,均匀性均匀性是量具在整个工作量程内变差的区别。它也可被认为是重复性在量程上的均匀性(同质性)。影响均匀性的因素包括：夹紧装置对不同定位只接受较小较大尺寸刻度的可读性不好读数视差,测量基础术语及知识,2022/12/30,21,测量不确定度不确定度是赋值给测量结果的范围，在规定的置信水平内描述为预期包含有真值的范围。测量不确定度通常被描述为一个双向量。 标准不确定度不是指由
11、标准引起的不确定度，而是不确定度以标准差来表征被测量值的分散性。U=扩展不确定度。扩展不确定度是测量过程中合成标准误差Uc，乘以一个代表所希望的置信范围中的正态分布的分布系数(K)。ISO/IEC（测量中不确定度指南）确定了足以代表正态分布的95%的不确定度的分布系数。通常认为K=2， U=KUc。,测量基础术语及知识,2022/12/30,22,测量不确定度不确定度分类。,测量基础术语及知识,2022/12/30,23,理想测量系统理想的测量系统是在每次使用时，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，应具有零偏倚、零线性和所测的任何产
12、品错误分类为零概率的统计特性。理想测量系统几乎是不存在的。,测量基础术语及知识,2022/12/30,24,测量系统应有的特性足够的分辨率和灵敏度。为了测量的目的，相对于过程变差或规范控制限，测量的增量应该很小。通常所有的十进制或1/10法则，表明仪器的分辨率应把公差(过程变差)分为十份或更多。这个规则是选择用于过程控制的量具期望的实际最低起点，用于产品是否合格的量具通常要求至少将规范分成三份。测量系统应该是统计受控制的。这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成。所以统计稳定性最好由图形法评价。,测量基础术语及知识,2022/12/30,25,测量系统应有的特
13、性对产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须小于依据特性的公差评价测量系统。对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并与过程变差相比要小。根据6变差和或来自MSA研究的总变差评价测量系统。偏倚、重复性、再现性、线性应是可接受的。,测量基础术语及知识,2022/12/30,26,置信区间期望包括一个参数的真值的值的范围(在希望的概率情况下叫置信水平)。统计检定时，常常取用置信水平=95%时，表示1.96的范围。显著性水平被选择用来测试随机输出概率的一个统计水平，也同风险有关，表示为风险，代表一个决定出错的概率。第一种错误又称风险（错报），属于生产方风险，即弃真错误。第二种错误又称风险（
14、漏报），属使用方风险，即存伪错误。,测量基础术语及知识,2022/12/30,27,风险与风险,测量基础术语及知识,2022/12/30,28,准确度与精密度判读,测量基础术语及知识,2022/12/30,29,Y = x+测量值=真值(True Value) + 测量误差,真值不可获得,一致性,测量系统误差来源及影响,2022/12/30,30,测量系统误差来源及影响,2022/12/30,31,仪器方面：分辨力精密度 (重复性)准确度 (偏倚)稳定性（校准）不同仪器和夹具间的差异线性损坏,不同检验者的差异： 训练技能疲劳无聊眼力舒适检验的速度,测量系统误差来源及影响,2022/12/30,
15、32,不同环境所造成的差异：温度湿度振动照明腐蚀污染(油脂),方法方面：测试方法、程序测试标准材料方面：准备的样本本身有差异收集的样本本身有差异,测量系统误差来源及影响,2022/12/30,33,测量系统主要统计特性,2022/12/30,34,位置变差之准确度,一个或多个测量结果的平均值与参考值之间一致的接近程度；测量过程必须处于统计受控状态，过程的准确度才有意义； 有些组织将准确度和偏倚互用； ISO和ASTM用准确度覆盖偏倚和重复性； ASTM建议只使用偏倚描述位置变差； 偏倚是指对相同零件的同一特性观测平均值与真值（参考值）的差异，是由系统误差构成。,偏倚过大的原因：仪器需要校准仪器
16、、设备或夹紧装置磨损基准的磨损或损坏，基准偏差校准不当或调整基准的设定不当仪器质量差设计或一致性不好线性误差使用错误的量具不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性变形（量具或零件）环境温度、湿度、振动、清洁违背假定、常数应用不对应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观察错误,2022/12/30,35,位置变差之稳定性,指经过一段长时间，用相同的测量系统对同一基准或零件同一特性进行测量所获得的总变差；稳定性是整个时间的偏倚变化量。,造成不稳定的原因：仪器需要校准，调整校准周期仪器、设备或夹紧装置磨损正常的老化或磨损维护保养不好通风、动力、过滤器、腐蚀、清洁基准的磨损或损坏，基准偏差校
17、准不当或调整基准的设定不当仪器质量差设计或一致性不好仪器缺少稳健的设计和方法使用错误的量具不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术变形（量具或零件）、违背假定环境变化温度、湿度、振动、清洁应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观察错误,稳定性,2022/12/30,36,位置变差之线性,指测量设备在预期的工作量程内偏倚值的差异，是由系统误差构成；可视为偏倚对于量程不同所发生的变化。,造成线性误差的原因：仪器需要校准，调整校准周期仪器、设备或夹紧装置磨损维护保养不好通风、动力、过滤器、腐蚀、清洁基准的磨损或损坏，基准偏差校准不当或调整基准的设定不当仪器质量差设计或一致性不好仪器缺少稳健的设计和方法使
18、用错误的量具不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术量具或零件的特性值随着值的大小变形量不同环境变化温度、湿度、振动、清洁违背假定、常数应用不对应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观察错误,2022/12/30,37,线性,量具预期的量程范围内的偏倚值。,偏倚1,偏倚2,偏倚3,偏倚4,2022/12/30,38,宽度变差之重复性,指由同一操作人员用同一量具经多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差（四同）；通常称之为设备变差（称之为系统内部变差较合理）。,造成重复性的可能原因：零件(样品)内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性差。仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护
19、不当。基准内部：质量、级别、磨损。方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度的变差。评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化。违背假定：稳定、正确操作。仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好。应用错误的量具。量具或零件变形，硬度不足。应用：零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易读性、视差)。,2022/12/30,39,宽度变差之再现性,由不同操作人员，采用同一量具，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差（三同一异） ；通常称之为人员变差（包括人员、环境等变差，属系统间变差）。,造成再现性的可能原因：
20、零件(样品)之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为A,B,C时的均值差。 仪器之间：同样的零件、操作者、和环境，使用仪器A,B,C等的均值差。标准之间：测量过程中不同的设定标准的平均影响。方法之间：改变点密度，手动与自动系统相比，零点调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差。评价人(操作者)之间：评价人A,B,C等的训练、技术、技能和经验不同导致的均值差。对于产品及过程资格以及一台手动测量仪器，推荐进行此研究。环境之间：在第1,2,3等时间段内测量，由环境循环引起的均值差。这是对较高自动化系统在产品和过程资格中最常见的研究。仪器设计或方法缺乏稳健性。操作者训练效果。应用零件尺
21、寸、位置、观察误差(易读性、视差)。,2022/12/30,40,测量系统的规划由APQP小组根据被测量特性的重要程度确定测量系统。同时考量：产品规范是什么？预期的过程变差是多少？需要什么样的分辨率？量具需要怎样的操作方式？需要操作者具备哪些技能？怎样培训？如何测量？是否人工测量？在哪里测量？零件的位置和固定是否是可能的变差来源？接触测量还是非接触测量？,测量系统研究准备,2022/12/30,41,计划所使用的方法评价人影响仪器的使用或校准，使用工程判断、目视观察或量具研究来确定。如评价人不影响测量结果，则忽略再现性的影响。确定评价人数、抽样数量、重复读数次数尺寸的重要程度（关键尺寸可能需要
22、更多的零件和重复次数）。零件的形态（大零件可能减少样本及重复次数）。评价人应该能够熟练操作测量仪器样品的选择（可以也可能必要每天抽取一件）用于产品控制情形：样品不需包含整个过程变差。用于过程研究情形：样品必须包含整个过程变差。,测量系统研究准备,2022/12/30,42,仪器应有足够分辨率10：1原则测量方法遵循已定义的测量程序分析时机新生产之产品PV有不同时新仪器或改进仪器，EV有不同时新操作人员，AV有不同时(appraiser)依照规定的频次对测量系统进行分析。,测量系统研究准备,2022/12/30,43,测量系统评定第一阶段：了解测量过程并确定测量系统是否满足要求的两个目的确定该测
23、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。发现哪种环境因素对测量系统有显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。,测量系统研究准备,2022/12/30,44,测量系统评定第二阶段：了解测量过程并确定测量系统是否满足要求的两个目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行时，应持续具有恰当的统计特性。通常用线性分析、偏倚分析、R&R分析等方法。,测量系统研究准备,2022/12/30,45,测量系统分析执行注意要点测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人不应知道正在检查零件的编号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件
24、，并记下数据。在设备读数中，读数应估计到可得到的最接近的数字。如果可能，读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度为0.01，则每个读数的估计应圆整为0.005。研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。每一位评价人应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。,测量系统研究准备,2022/12/30,46,测量系统分析方法选择,2022/12/30,47,测量系统分析方法选择,测量误差主要来源于重复性和再现性；偏倚和线性由测量系统的系统误差构成；精确度由随机误差构成；重复性由测量系统内部变差构成；再现性由系统之间（条件）变差构成；计量型测量系统通常要求对重复性和再现性进行分析，内部或外部校验分
25、析其偏倚、线性，量具各种量程都使用得到（如用于实验室） ，则先分析线性再偏倚，量具只有个别量程使用到则仅分析其偏倚，量具非完全自动的，需分析其重复性和再现性。量具完全自动的，不需分析其再现性，但是需再分析其稳定性。,2022/12/30,48,测量系统分析方法选择,测量系统分析讨论游标卡尺用于工序仅测量特定范围内（或某一个）的尺寸。游标卡尺用于实验室（量程内都会使用到）。电子秤、电测机。硬度计、拉力测试机（破坏性）。,2022/12/30,49,基本计量型分析方法稳定性分析偏倚分析独立样件法线性分析指南重复性和再现性分析指南基本计数型分析方法（大样法）信号探测法假设试验分析法不可重复测量系统（
26、破坏性试验）分析方法控制图法,测量系统分析方法,2022/12/30,50,稳定性分析方法及注意事项,分析方法及注意事项：测量系统：通常需要针对控制计划中的自动型测量系统进行分析。特性：针对控制计划中重要程度较高的质量特性。样本：1PCS（可以是可追溯到相关标准的参考值的基准件。也可以是落在生产测量范围中间的样品）。参考值：只要测量系统稳定，并不要求参考值已知。测量周期：每天或每周一次。重复次数：3-5次。计算控制限：输入相应的表格。判稳：先判R图，再判Xbar图。前面分析测量系统是稳定的，后续同SPC中的控制用控制图。没有合适的特定数值或指数用于稳定性分析。保留分析相应记录。,稳定性分析软件
27、,2022/12/30,51,偏倚分析方法及注意事项,51,分析方法及注意事项：测量系统：通常针对控制计划中的计量型测量系统均需分析。特性：针对控制计划中重要程度较高的质量特性。样本：1PCS（可以是可追溯到相关标准的参考值的基准件。也可以是落在生产测量范围中间的样品，用更高一级测量设备获得参考值）。测量人数、重复次数：一个评价人，重复10次以上。将数据输入EXCEL中。计算t值。判定：可能需要使用直方图进行判定，0需要在偏倚的上限、下限之间，方可接受，如不可接受视必要采取修正补偿。保留分析相应记录。,MSA偏倚研究-独立样件法软件,2022/12/30,52,线性分析方法及注意事项,52,分
28、析方法及注意事项：测量系统：通常针对控制计划中的计量型测量系统均需分析（但用于特定工序或只使用单个行程的测量系统可不分析）。特性：针对控制计划中重要程度较高的质量特性。样本：5PCS（覆盖整个工作量程）。测量人数、重复次数：一个评价人，重复10次以上（尽量盲测）。将数据输入EXCEL中。计算ta,tb值。判定：0需要在偏倚的上限、下限之间，方可接受，如不可接受视必要采取修正补偿。保留分析相应记录。,线性分析软件,2022/12/30,53,GRR重复性和再现性分析,GRR对过程变差及过程能力计算的影响GRR对过程变差计算的影响。,2022/12/30,54,GRR重复性和再现性分析,GRR对产
29、品决策的影响,或,或,第II型错误：漏判，将不合格的判断成合格的,第I型错误：误判，将合格的判断成不合格的,2022/12/30,55,GRR重复性和再现性分析,GRR对过程变差及过程能力计算的影响GRR对过程能力计算的影响。,2022/12/30,56,GRR重复性和再现性分析,GRR分析主要注意事项：测量人员：必须熟悉测量仪器的使用取样应具有代表性 所取样品应该尽量覆盖整个过程变差（样品不可以在生产过程中连续取样，可以按规定的时间间隔及人、机、料、法、环变化时取样，最好事先选取，如尺寸规格为10.00.05，实际过程变差10.00.04，取样时尽量覆盖9.96-10.04）。测量的要求：盲
30、测 评价人不知自已测量的样品的编号，但记录的人员必须知道，且每个评价人间不知道其他评价人的测量结果。判定准则 1. Xbar图约有一半或一半以上的点在控制限外才OK（控制限为测量系统变差的控制限而产品均值包含测量系统变差和产品变差）。 2.R图不能有点落在控制限外的情形出现。 3. ndc5同下列同时配合进行判定。 4. %GRR10%，测量系统可以接受。 10%GRR 30%，测量系统视测量特性的重要性、量具成本等可能可以接受。 %GRR30%，测量系统不能接受，必须改进。,GRR均值极差法软件,2022/12/30,57,GRR重复性和再现性分析,GRR分析主要注意事项续：不合格改进指南
31、确认每个评价人针对样件的极差R。 确认每个零件的均值Xp变异是否覆盖过程变差(即Rp够不够大）。,具代表性的取法,2022/12/30,58,信号探测法及注意事项,58,分析方法及注意事项：测量系统：通常针对控制计划中的计数型测量系统（需要同时具备计数型及更高一级计量型测量系统）。特性：针对控制计划中的质量特性。样本：50PCS（覆盖整个过程变差且必须有I、II、III、II、I区域）。测量人数、重复次数：三个评价人。重复3次（尽量盲测）。将数据输入EXCEL表格中。计算%GRR值。判定：同均值极差法的%GRR接受准则。保留分析相应记录。,信号探测法软件,2022/12/30,59,假设试验分
32、析法及注意事项,59,分析方法及注意事项：测量系统：通常针对控制计划中的计数型测量系统（只需具备计数型而不需更高一级计量型测量系统）。特性：针对控制计划中的质量特性。样本：50PCS（覆盖整个过程变差且必须有I、II、III、II、I区域）。测量人数、重复次数：三个评价人。重复3次（尽量盲测）。将数据输入EXCEL中（注意，输入数据须与相应人员及次数对应）。计算Kappa值。判定：Kappa0.75,则一致性良好。保留分析相应记录。,假设试验分析软件,2022/12/30,60,第四版MSA主要变化,第四版MSA主要是补充提示某些分析手法，没有太重大的变化偏倚分析前需进行重复性分析，且重复性需符合要求方进行偏倚分析，重复性标准差计算公式变化，t统计值的选择方法变化、偏倚的上、下限计算公式略有变化线性分析前需进行重复性分析，且重复性需符合要求方进行偏倚分析信号探测法以6个标准差替代原先的5.15个标准差，计算结果与第三版有些差异如果过程能力Cpk足够大，或许可以考虑不用进行MSA分析,2022/12/30,61,Thanks for joining us！,一般人我还不告诉他/她：还有更多精彩课程哟！,
