《MSA培训教材.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MSA培训教材.ppt（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 1,测量系统分析Measurement System Analysis,2011年11月,2,内容提要,MSA的简单介绍和基本概念什么是MSA?MSA的目的和作用测量和测量系统测量误差正态分布抽样计划和控制图MSA各要素及分析方法和要求分辨率准确度线性重复性再现性稳定性MSA的实施GRRMSA实施前的计划,3,MSA的简单介绍和基本概念什么是MSA?MSA的目的和作用测量和测量系统测量误差正态分布抽样计划和控制图,4,MSA的简单介绍和基本概念-什么是MSA?,MSA:测量系统分析使用数理统计和图表的方法对测量系统的主要特性进行分析，以评估测量系统对于被测量的参数来说是否合适，并确定测量系统
2、误差的主要成分。测量系统的主要特性分辨率(Discrimination)：测量系统能够适当的区分出重复测量差异的能力准确度(Accuracy)：偏倚，反映测量值的均值偏离基准值的距离重复性(Repeatability)：反映同一个测量者用相同的测量工具测量同一个样品的相同特性时的变差再现性(Reproducibility)：反映不同操作者测量同一零件统一特性的变差线性(Linearity)：表征在量具的工作范围内其偏倚变化规律的一个统计特性稳定性(Stability)：测量系统长期稳定地保持适当分辨率，偏倚，重复性，再现性的能力MSA与GRRGRR只是研究重复性和再现性的一种方法GRR属于MS
3、A的一部分GRR提供了统一的表格和公式进行分析，在汽车行业普遍使用,注意：本培训内容只针对计量型测量系统进行分析，对于计数型测量系统并不适用。,5,MSA的简单介绍和基本概念-MSA的目的和作用,测量系统分析的目的是确定所使用的数据是否可靠提高测量数据的质量测量系统分析还可以：评估新的测量仪器将两种不同的测量方法进行比较对可能存在问题的测量方法进行评估确定并解决测量系统误差问题,6,MSA的简单介绍和基本概念-测量和测量系统,测量测量是一种过程，用来对被测特性赋值的过程所赋予的值称为测量值或测量结果量具用来获得测量结果的任何装置都被称为量具：卡尺，三次元，“通过/不通过”量规量具本身并不能给出
4、测量结果，一般都需要由人来按照一定的规程进行操作才能给出测量结果测量系统：用来对被测特性赋值的量具和其他设备、人员、标准（例如基准值）、规程、操作、软件、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。,测量品测试员测试程序测试仪器测试环境,测量值测量结果,7,MSA的简单介绍和基本概念-测量误差,真值被测特性本身的固有值，希望任何单独读数都尽可能地接近它。“真值”永远也不可能知道，只有通过测量才能估计它。基准值在进行测量系统分析时，一般是通过采用比要分析的测量系统具有更高级别分辨率的测量系统对被测特性进行多次测量、取平均值作为它的估计值测量值实际测量的结果，一般近似服从正态分布测量误差在测量系
5、统分析中，用基准值代替其本身所固有的值，要分析的测量系统引入的测量误差为相对于基准值的误差,测量值被测特性的基准值测量误差,8,MSA的简单介绍和基本概念-测量误差,过程变差分解,长期,过程变差,短期,抽样产生的变差,实际过程变差,重复性,宽度变差,测量误差,过程变差观测值,过程变差,位置变差,再现性,偏倚,估计,X 是测量值，XT 是被测特性的基准值，E 是测量误差，,9,MSA的简单介绍和基本概念-测量误差,测量系统变异性-因果图,10,MSA的简单介绍和基本概念-正态分布,在测量过程中存在大量的随机因数影响，使得过程的输出测量值也是随机变量。尽管在过程中存在大量随机因素，在测量过程稳定运
6、行时，每个因素的影响都不大，它们综合作用的结果往往是使得测量值近似表现出正态分布特性。在测量系统分析中，正态分布占有重要地位，是理论基础。正态分布的两个重要参数：和。表示的是分布的位置特性，表现为正态分布曲线的平均值。表示的是分布的范围特性(变差)，表现为正态分布曲线的形状。可以通过直方图模拟正态分布曲线,11,MSA的简单介绍和基本概念-抽样计划和极差均值控制图,抽样计划是指为了获得所需要的测试结果，而设计出的样品选择和测试方案。抽样方案取决于设计者想要得到什么信息，想要研究哪些变差,和实际的制造或测量情况。典型的GRR研究的抽样计划：十个零件:1，2,10三个操作者：A,B,C每个操作者每
7、个零件测3次用抽样树来表示抽样计划：直观的表示出抽样计划方便的理解组内和组间变差,Subgroup(子组)Within subgroup(组内)Between subgroup(组间),12,MSA的简单介绍和基本概念-抽样计划和极差均值控制图,极差均值控制图：Xbar-R chart,是由休哈特发明的根据假设检验原理而构造的一种控制图。极差均值控制图是统计过程控制的基本工具。作用：监控和判断日常生产或测量过程是否受控确定异常变差(special cause)和普通变差(common cause)计算组内变差确认改正措施是否有效,13,MSA的简单介绍和基本概念-抽样计划和极差均值控制图,控制
8、图解释X:单独测量值n:子组容量S:子组数X-bar:子组平均值,X-bar=(x1+x2+.xn)/nX-bar-bar:子组平均值的平均值,X-bar-bar=(X-bar1+X-bar2+.+X-barS)/SR:子组极差,R=Max(X)-Min(X)R-bar:子组极差的平均值,R-bar=(R1+R2+.+RS)/SUCL:上控制限,公式见后页LCL:下控制限,公式见后页R-chart:极差控制图Xbar-chart:均值控制图A2,d2,D3,D4:绘制控制图需要的一些系数,计算控制图所需要的各个系数，从附录A查阅,14,MSA的简单介绍和基本概念-抽样计划和极差均值控制图,控制
9、图的作法1.按照抽样计划进行数据收集2.计算出X-bar，R，X-bar-bar,R-bar3.计算极差控制图的上下控制限UCLR=R-bar*D4,LCLR=R-bar*D34.计算均值控制图的上下控制限UCLX-bar=X-bar-bar+R-bar*A2,LCLX-bar=X-bar-bar-R-bar*A25.绘制极差控制图：5.1 根据R值大小及子组数量确定适当的坐标轴5.2 将R-bar用点划线绘制在极差控制图上作为中心线5.3 将UCLR及LCLR用实线绘制在控制图上5.4 将各子组R值描出，并用实线连接起来6.绘制均值控制图：6.1 根据X-bar值大小及子组数量确定适当的坐标
10、轴6.2 将X-bar-bar用点划线绘制在均值控制图上作为中心线6.3 将UCLX-bar及LCLX-bar用实线绘制在控制图上6.4 将各子组X-bar值描出，并用实线连接起来,15,MSA的简单介绍和基本概念-抽样计划和极差均值控制图,控制图的分析1.观察极差图，看有没有点超出控制极限。均值图表示的是组内的变差 1.1 如果有点超出，说明有特殊变差的变差，过程不受控，需要针对问题数据点，找出特殊变差并更新数据进行重新作图分析。1.2 如果没有点超出，说明过程受控。1.3 过程受控的情况下，可以用以下公式估计子组内的变差,2.观察均值图，均值图是用来比较子组内变差和子组间变差的大小。2.1
11、 如果有点超出控制限，说明子组间的变差大于组内的变差。超出的点数越多，说明子组间的变差越大。2.2 如果没有点超出，说明子组内的变差大于子组间的变差。3.在控制图的分析之前，需要结合抽样树结合实际情况，确定出哪些因素造成组内变差，哪些因素造成组间变差。,Subgroup(子组)Within(组内)Between(组间),没有异常超差点，OK,15个点中有8个超出控制极限，组间变差大于组内变差,16,MSA各要素及分析方法和要求分辨率准确度线性重复性再现性稳定性,17,MSA各要素及分析方法和要求-分辨率,分辨率：测量系统能够适当的区分出测量差异的能力分辨率的要求：测量仪器的分辨率必须小于或等于
12、规范或过程变差的10%,规范：公差范围，上公差-下公差；例如:螺钉帽直径为50.5mm，则产品规范为1.0mm。量具的最小刻度至少应为0.1mm。过程变差：通过统计过程控制(SPC)得出的由生产过程导致的产品变差，用6表示 例如:通过SPC计算出螺钉帽直径的过程变差6为6*0.15mm=0.9mm,则量具的最小刻度应小于或等于0.09mm。当产品规范与过程变差不同时，取其小者作为分辨率的要求。当分辨率不足时：选择拥有更小刻度的测量设备,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,18,MSA各要素及分析方法和要求-分辨率,当分辨率不足时，可以从极差控制图上看出当极差图中只有一、二或三
13、种可能的极差值在控制界限内时。如果及差图显示有四种可能的极差值在控制界限内，且超过1/4以上的极差值为零。,19,MSA各要素及分析方法和要求-准确度,基本定义：也称作偏倚，反映测量值的均值偏离基准值的距离,20,MSA各要素及分析方法和要求-准确度,分析方法：,X1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65mm X10=0.7mm,步骤1.同一操作者对同一工件测量10次,过程变差来源于统计过程控制的研究，产品规范反映了公差范围。假定本例的过程变差为0.70mm。,偏倚Bias=0
14、.75-0.8=-0.05,%Bias=100%*0.05/0.70=7.1%,表明 7.1%的过程变差是偏倚 BIAS,=0.75,步骤2.确定基准值,基准值是一个预先认定的参考标准.该标准可用更高一级测量系统测量的平均值来确定(例如：高一级计量室)。假定本例的基准值为0.80mm。,步骤3.确定过程变差或产品规范,步骤4.计算偏倚值及所占过程变差/规范百分比,21,MSA各要素及分析方法和要求-准确度,判断准确度的简单标准为：小于过程变差或容差的 1%,可认为是精确的.大于过程变差或容差的 1%则需要研究和调整测量系统,或者临时用补偿值来修正以后的测量值偏倚的研究还可以通过作图的方式来进行
15、,即作出直方图,然后根据经验判断是否可以接受。偏倚的研究还可以通过计算置信区间来判断是否可以接受。,22,偏倚统计上非0 的可能变差：基准值误差仪器磨损仪器制造尺寸有误仪器测量了错误的特性仪器未得到完善的校准评价人操作仪器不当仪器修正运算不正确如果测量系统偏倚非0的改正措施：应该通过调整硬件、软件或同时调整它们以达到0。如果偏倚不能调整到0，也可以通过改变程序（例如，用偏倚调整每一读数）使用。但是这样作存在较高的风险。准确度的问题可以通过校准来探测.,MSA各要素及分析方法和要求-准确度,23,MSA各要素及分析方法和要求-线性,定义测量系统的线性是表征在量具的工作范围内其偏倚变化规律的一个统
16、计特性。,测量尺寸下限,测量尺寸上限,24,MSA各要素及分析方法和要求-线性,分析方法,步骤1.根据过程所生产的产品特性的变化范围，选择了至少五个零件作样本,步骤2.把它们送到比要研究的测量系统更高级别的测量系统上进行多次测量，取多次测量值的平均值作为它们各自的基准值,步骤3.选择一个测量者对每个零件重复测量至少10次。在进行这种测量时，应注意保持各次测量结果之间的统计独立性，即使后面的测量读数不受前面读数的影响。,步骤4.计算出每一个零件所对应的偏倚值。并按照以基准值为横坐标，偏倚值为纵坐标，将各个点描在图上。,步骤5.以最小二乘法拟合出直线(可以通过excel实现)，并得出直线方程：y=
17、b+ax,步骤6.如果拟合系数R2越高，说明线性越好，如果拟合系数越低，说明线性越不好，甚至不适合直线拟合。,25,MSA各要素及分析方法和要求-线性,造成线性误差的可能变差如下：仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损维护保养不好空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差最小/最大线性误差可以通过仪器校验进行确认,26,MSA各要素及分析方法和要求-重复性,定义：同一 人使用同一测量工具对同一对象（产品）的同一特性进行多次测量中产生的变差，用于估计短期的变差。本质：一般被称为仪器的变差(EV),但重复性反映的是测量系统中除测量者以外所有其他因素(包括量具)
18、所引起的误差，并不仅仅指仪器变差。,基准值,从重复性考虑，你选择哪一个测量系统？,27,MSA各要素及分析方法和要求-重复性,重复性不好的可能变差包括：零件（样品）内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不当基准内部：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，在应用常量上出错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、
19、疲劳、观察错误（易读性、视差）当重复性不能满足要求时，应结合实际情况从以上可能变差中寻找出关键的影响因素,28,MSA各要素及分析方法和要求-再现性,定义：由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差本质：一般被称为操作者的变差(EA),但实际上再现性体现的是系统之间的或测量条件之间的平均变差。除了操作者的变差之外，还包括实验室，环境等变差。,29,MSA各要素及分析方法和要求-再现性,分析方法：均值极差控制图,通过观察不同测试者测量相同零件的排列图的形状和位置判断是否有明显再现性问题。a.如果形状一致，且位置没有明显偏移，说明再现性很好b.如果形状一致，但位置
20、有明显偏移，说明再现性变差较大c.如果形状不一致，说明测试者与测试样品有交互作用,30,MSA各要素及分析方法和要求-再现性,造成再现性误差的潜在变差评价人（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。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。环境之间：在经过1、2、3等时段所进行的测量，由于环境周期所造成的平均值差异。这种研究常用在使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定。应用零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）当再现性误差过大时，可以通过对实际的
21、测试过程的调查，发现出真实的变差并纠正，从而减小再现性误差。,31,MSA各要素及分析方法和要求-稳定性,定义：稳定性表示的是测量系统长期稳定保持其分辨率，准确度，线性，重复性，再现性的能力。理解：不管是位置变差还是宽度变差都需要保持长期稳定，没有特殊变差。评估方法：选择一个落在过程产品测量值中程数的产品作为研究的标准样本。周期性(每天或每周等)地对标准样本测量多次,一般为3 到5 次。子组容量及其采集周期的选择应该取决于测量系统的情况，例如需要进行重新标定或维修的周期是多长、该测量系统使用的频繁程度如何、工作条件的紧张程度如何，等。做出极差均值控制图，确认是否受控如果受控，说明稳定性符合要求
22、；如果不受控，说明有异常变差发生，需要针对异常点进行调查分析。并消除异常变差使其重新受控。,32,MSA的实施GRRMSA实施前的计划,33,MSA的实施-GRR,定义：GRR是Gauge(量具)Repeatability(重复性)&Reproducibility(再现性)的缩写，它只是针对测量系统的重复性和再现性而制定出的标准的研究方法和计算表格。GRR的理论基础是通过ANOVA-Analysis of Variation(变差分析)分析确定出各个变差来源的数量以及相对于总变差所占的比例，来确认测量系统的是否满足要求。参数介绍：EV-Equipment Variation-量具变差，用来表示
23、重复性变差AV-Appraiser Variation-测量者变差，用来表示再现性变差GRR-Gauge Repeatability&Reproducibility，重复性再现性总变差PV-Part Variation-零件变差，由零件不同导致的变差，表示了生产及原材料的变差等等。TV-Total Variation-总变差，以上所有变差的总和。ndc-Number of Distributed Category-分级数，反映了测量系统能够适合区别零件变差的能力。,34,MSA的实施-MSA实施前的计划,在为进行测量系统分析制订计划阶段，应该明确和解决如下一些问题：(1)确定要采用的研究方法。
24、例如，是否需要考虑再现性。可以通过肉眼观察或量具研究来确定在标定或使用量具中是否存在评价人的影响。测量系统不存在再现性影响的例子有些测量系统只需测量者一按按钮便打印出测量结果，这类系统一般不存在再现性问题。(2)确定测量者的数量、样件数量和重复测量次数。在确定它们时需要考虑如下一些因素：a.特性的重要性为研究测量关键特性的测量系统一般需要采用更多的样件或增加对每个样件的重复测量次数。这样作的目的是保证分析结果的置信水平。b.被测对象的结构特点对尺寸大或重量大的零件一般采用较少数量的样件，但通过增加对每个样件重复测量次数也可以保证分析结果的置信水平。(3)选择在过程中日常使用所要研究测量系统的人
25、员参加研究，这是由进行测量系统分析的目的所决定的目的是揭示在过程中该测量系统所表现出的真实性能。所以，为研究而进行的测量应尽可能与在实际使用中一样，尽可能逼真。(4)样件必须在过程中选择，并且能够代表过程的整个工作范围如果在测量系统分析中要确定零件间的变差6 p，一定要这样作。一种取样方法：每天取一个样，持续若干天（例如10 天）获取若干个样件（例如10 个）。这实际上就是对过程进行简单随机抽样，所抽得的一些个体（零件）能很好地反映总体（过程生产出的所有零件）的分布规律，。(5)量具的最小刻度应该不超过预期的过程变差的十分之一。例如，如果一个过程的变差是0.01，则量具的最小刻度至少应该是0.
26、001。(6)规定测量所应遵循的程序，确定要测量的特性。(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前面所述的测量系统分析方法都是在假定各次读数的统计独立性的前提下得到的，只有当上述假定得到满足才成立。所以，在进行测量中，应该采取措施尽可能保证各次读数的统计独立性测量者应该不知道他所测量的是哪个零件；零件的测量顺序应该随机化。但是负责记录的人应该知道各次测量是针对哪个零件的第几次测量。b.测量读数应该估计到可能获得的最接近数值。如果可能的话，应该把读数读到最小刻度的二分之一。例如，千分尺的最小刻度是0.01mm,应该把读数圆整到0.005mm。c.应该规定专人对测量系统分析的过程进行监督，他应该清楚地认识到仔细和认真对进行可靠的测量系统分析的重要性。d.每个测量者都应使用同样的方法和步骤获取读数。,
