測(cè)量系統(tǒng)分析

測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)MeasurementSystemAnalysis

制定:王惠志第一頁(yè)，共四十一頁(yè)。MSA基本來(lái)源1、MSA與QS-9000關(guān)系、TS16949的關(guān)系。2、MSA與SPC關(guān)系。第二頁(yè)，共四十一頁(yè)。

第1章測(cè)量系統(tǒng)介紹1.一概述、目的、術(shù)語(yǔ)1.1.1概述我們知道，一個(gè)製程的狀況必須經(jīng)由測(cè)量來(lái)獲取相關(guān)資訊，因此量測(cè)數(shù)據(jù)將會(huì)決定製程是否應(yīng)被調(diào)整，如果統(tǒng)計(jì)結(jié)果，製程超出管制界限，即製程能力不足時(shí)，則須對(duì)製程作某些調(diào)整，否則，製程將會(huì)在無(wú)調(diào)節(jié)的狀態(tài)下運(yùn)作。測(cè)量數(shù)據(jù)的另一用途是可以檢視二個(gè)或更多變異彼此之間是否存在某種關(guān)係性，如塑膠件的尺寸將與進(jìn)料溫度有關(guān)。因此，測(cè)量數(shù)據(jù)的品質(zhì)對(duì)於製程分析結(jié)果佔(zhàn)有相當(dāng)重要的因素，為了確保分析結(jié)果不致對(duì)製程誤判，就必須重視數(shù)據(jù)的品質(zhì)。第三頁(yè)，共四十一頁(yè)。量測(cè)數(shù)據(jù)品質(zhì)與製程是否在穩(wěn)定狀況下所獲得的多種量測(cè)有關(guān)，若在穩(wěn)定狀況下所獲得某一特性的量測(cè)數(shù)據(jù)，其結(jié)果”近似於”該特性的標(biāo)準(zhǔn)值，則數(shù)據(jù)品質(zhì)可謂”高”；若某些或全部數(shù)據(jù)偏離標(biāo)準(zhǔn)值甚遠(yuǎn)，則數(shù)據(jù)品質(zhì)可謂”低”。常用於表示數(shù)據(jù)品質(zhì)高低的統(tǒng)計(jì)特性有偏差與方差，所謂偏差是指量測(cè)數(shù)據(jù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之差異；所謂方差則是指量測(cè)數(shù)據(jù)本身之間差異。如果數(shù)據(jù)品質(zhì)是不可接受，則必須加以改進(jìn)，然而這常常應(yīng)改進(jìn)量測(cè)系統(tǒng)本身，而非改進(jìn)數(shù)據(jù)。第四頁(yè)，共四十一頁(yè)。目的本篇的目的在於說(shuō)明評(píng)價(jià)量測(cè)系統(tǒng)品質(zhì)之準(zhǔn)則，雖然也可以運(yùn)用在其他量測(cè)系統(tǒng)上，但主要還是以使用在工業(yè)界製程的量測(cè)系統(tǒng)為主。（且特性數(shù)據(jù)可重複讀取。）第五頁(yè)，共四十一頁(yè)。術(shù)語(yǔ)測(cè)量（Measurement）：對(duì)某具體事物賦予數(shù)據(jù)，以表示他們對(duì)於特定特性之間的關(guān)係。賦予數(shù)據(jù)的過(guò)程稱為量測(cè)過(guò)程，而數(shù)據(jù)稱為量測(cè)值。

量具（Gage）：任一可用以量測(cè)之設(shè)備，通常是用以特別稱呼使用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)者，包括GO/NO-GO設(shè)備。測(cè)量系統(tǒng)（MeasurementSystem）：操作、準(zhǔn)則、量具和其他設(shè)備、軟體及指定之一群待量測(cè)之集合，經(jīng)由完整程序而取得量測(cè)值。偏差：所謂偏差是指量測(cè)數(shù)據(jù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之差異。

極差：所謂方差則是指量測(cè)數(shù)據(jù)本身之間差異。最大減去最小的。均值:它是樣本的算術(shù)平均值。X第六頁(yè)，共四十一頁(yè)。中位數(shù):樣本方差:表示數(shù)據(jù)波動(dòng).數(shù)據(jù)與樣本均值的差的平方和除以(樣本-1).樣本標(biāo)準(zhǔn)差:表示數(shù)據(jù)波動(dòng).變異系數(shù):為了比較不同的指標(biāo)波動(dòng),需要排除數(shù)據(jù)量綱的影響.因而常用變異系數(shù),它是樣本標(biāo)準(zhǔn)差與樣本均值的比.第七頁(yè)，共四十一頁(yè)。

例:計(jì)算以下列數(shù)據(jù)均值、極差、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)方差、標(biāo)準(zhǔn)差：⑴56789例：請(qǐng)說(shuō)明以下兩組數(shù)據(jù)哪組變異較大⑴105mm106mm108mm102mm104mm⑵1500m1495m1490m1510m1505m第八頁(yè)，共四十一頁(yè)。數(shù)量類型：一是定性數(shù)據(jù)，如果總體X的取值只按一定特征或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，那么這種數(shù)量便是定性數(shù)量。如：產(chǎn)品按標(biāo)準(zhǔn)分為一等品，二等品，等外品。二、定量數(shù)據(jù)⑴計(jì)量數(shù)據(jù)：如果總體X的取值是通過(guò)某種量具、儀器的測(cè)定獲得，這種數(shù)據(jù)是計(jì)量數(shù)據(jù)，它們可以取某一區(qū)間中的一切實(shí)數(shù)。直徑、溫度等等。⑵計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)：如果總體X的取值是通過(guò)數(shù)數(shù)的方法獲得的，它們往往只能是取非負(fù)整數(shù)。如：不合格品數(shù)、鑄件上氣泡數(shù)。

第九頁(yè)，共四十一頁(yè)。測(cè)量系統(tǒng)分析：在量測(cè)過(guò)程中所得到的『量測(cè)值』絕不會(huì)是『真值』，因?yàn)榱繙y(cè)者所讀取的數(shù)據(jù)包含了『真值』以及量測(cè)的『變異』量測(cè)系統(tǒng)分析(MSA)提供一種系統(tǒng)性的方法，以鑑別出整體的製程變異中，有多少是來(lái)自於量測(cè)系統(tǒng)的變異觀察值=實(shí)際值+量測(cè)誤差第十頁(yè)，共四十一頁(yè)。為什麼要進(jìn)行量測(cè)系統(tǒng)分析確認(rèn)目前的量測(cè)系統(tǒng)是否可接受獲得精確的量測(cè)資料找出量測(cè)系統(tǒng)的變異源確認(rèn)改善量測(cè)系統(tǒng)的方向透過(guò)量測(cè)系統(tǒng)收集流程中所有的資訊透過(guò)量測(cè)系統(tǒng)收集流程中所有的資訊，同時(shí)也依據(jù)它作為系統(tǒng)修正的依據(jù)透過(guò)量測(cè)系統(tǒng)收集流程中所有的資訊，同時(shí)也依據(jù)它作為系統(tǒng)修正的依據(jù)透過(guò)量測(cè)系統(tǒng)收集流程中所有的資訊，同時(shí)也依據(jù)它作為系統(tǒng)修正的依據(jù)第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性㈠測(cè)量與分析活動(dòng)是“黑盒子”。㈡測(cè)量與分析活動(dòng)是一個(gè)過(guò)程。㈢用來(lái)分析確定測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量好壞，測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生多次測(cè)量結(jié)果，我們通常稱為“統(tǒng)計(jì)特性”。㈣理想測(cè)量系統(tǒng)特性——零方差、零倚倚、對(duì)所測(cè)的任何產(chǎn)品錯(cuò)誤分類為零概率。㈤統(tǒng)計(jì)特性用于定義好測(cè)量系統(tǒng)：⑴有足夠分辨力、靈敏度。10-1法則（十進(jìn)位法則）⑵測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性是受控的。⑶測(cè)量系統(tǒng)的變異性與公差相比必須小。⑷測(cè)量系統(tǒng)的變異性與總變差相比必須小。第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(連接國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和私人公司、科研機(jī)構(gòu)等)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(從一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn))工作標(biāo)準(zhǔn)(從二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作標(biāo)準(zhǔn))第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。變差源變差源——⑴普通原因⑵特殊原因控制測(cè)量系統(tǒng)變差步驟：⑴識(shí)別潛在的變差源⑵排除（可能時(shí)）或監(jiān)控這些變差源六個(gè)基本要素——

S—標(biāo)準(zhǔn)W—工件（零件）I—儀器P—人/程序E—環(huán)境第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。量測(cè)系統(tǒng)的變異PersonWorkpieceStandardInstrumentEnvironment量測(cè)系統(tǒng)變異的來(lái)源:S.W.I.P.E.第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。測(cè)量系統(tǒng)變異性的影響1、對(duì)產(chǎn)品決策的影響2、對(duì)過(guò)程決策的影響3、新過(guò)程的接受第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。測(cè)量系統(tǒng)分析2.1概述評(píng)估一量測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)確定三項(xiàng)基本問(wèn)題。(A)本量測(cè)系統(tǒng)是否具備適當(dāng)?shù)蔫a別力？(B)是否具有全時(shí)的統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性？(C)量測(cè)誤差(變異)是否微小？2.1.1鑑別力量測(cè)系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)並真實(shí)地表示被測(cè)特性很小變化之能力，稱為鑑別力。如最小的量測(cè)刻度太大而不足以辨別製程變異，則為鑑別力不足。鑑別力不足的象徵將會(huì)在R-CHART上顯現(xiàn)出來(lái)，因此，若使用鑑別力不足的量測(cè)系統(tǒng)所表現(xiàn)的R-CHART，將可能造成型I誤差。第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。測(cè)量系統(tǒng)變差的類型1、偏倚2、重復(fù)性3、再現(xiàn)性4、穩(wěn)定性5、線性第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。重復(fù)性又稱為量具變異，是指用同一種量具，同一位作業(yè)者，當(dāng)多次量測(cè)相同零件之指定特性時(shí)所得之變異，以公式表示如下：EV=，%EV＝100（EV／TV）公式說(shuō)明：1.EV／為重復(fù)性，TV為全變異。2.為所有作業(yè)者執(zhí)行多次量測(cè)所得之變異平均值。3.K1為再現(xiàn)性之係數(shù)，與量測(cè)次數(shù)有關(guān)。4.TV為全變異，TV=第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)。如果量測(cè)系統(tǒng)再現(xiàn)性不足，可能原因是：l

零件內(nèi)部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性。l

儀器內(nèi)部：維修、磨損、設(shè)備或夾具的失效、品質(zhì)或保養(yǎng)不好。l

標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部：品質(zhì)、等級(jí)、磨損。l

方法內(nèi)部：作業(yè)準(zhǔn)備、技巧、歸零、固定夾持、點(diǎn)密度的變異。l

評(píng)價(jià)者內(nèi)部：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗(yàn)、操作技能或培訓(xùn)、意識(shí)、疲勞。l

環(huán)境內(nèi)部：對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)、清潔的小幅度波動(dòng)。l

錯(cuò)誤的假設(shè)—穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)牟僮?。l

缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法，一致性不好。l

量具誤用。l

失真（量具或零件）、缺乏堅(jiān)固性。應(yīng)用

—

零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）。

第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。再現(xiàn)性又稱為作業(yè)者變異，是指不同作業(yè)者以相同量具量測(cè)相同產(chǎn)品之特性時(shí)，量測(cè)平均值之變異，以公式表示如下：AV=%AV＝100（AV／TV）公式說(shuō)明：1.AV為再生性，TV為全變異。2.為不同作業(yè)者所量測(cè)之平均值之最大值與最小值之差異。3.K2為再生性之係數(shù)，與作業(yè)者之人數(shù)有關(guān)。4.ｎ為被量測(cè)之零件數(shù)目第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。如果測(cè)量系統(tǒng)再生性不足，可能原因是：l

零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測(cè)量A、B、C零件類型時(shí)的平均差異。l

儀器之間：在相同零件、操作者和環(huán)境下使用A、B、C儀器測(cè)量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現(xiàn)性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。l

標(biāo)準(zhǔn)之間：在測(cè)量過(guò)程中，不同的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的平均影響。l

方法之間：由於改變測(cè)量點(diǎn)密度、手動(dòng)或自動(dòng)系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。l

評(píng)價(jià)者（操作者）之間：評(píng)價(jià)者A、B、C之間由於培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗(yàn)所造成的平均值差異。推薦在為產(chǎn)品和過(guò)程鑑定和使用手動(dòng)測(cè)量?jī)x器時(shí)使用這種研究方法。l

環(huán)境之間：在經(jīng)過(guò)1、2、3等時(shí)段所進(jìn)行的測(cè)量，由於環(huán)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(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品和過(guò)程的鑑定。l

研究中的假設(shè)有誤。l

缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法。l

操作者培訓(xùn)的有效性。應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）。

第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。再現(xiàn)性作業(yè)者ａ作業(yè)者bａ作業(yè)者cａ第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。l

零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測(cè)量A、B、C零件類型時(shí)的平均差異。l

儀器之間：在相同零件、操作者和環(huán)境下使用A、B、C儀器測(cè)量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現(xiàn)性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。如果測(cè)量系統(tǒng)再生性不足，可能原因是：l

標(biāo)準(zhǔn)之間：在測(cè)量過(guò)程中，不同的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的平均影響。l

方法之間：由於改變測(cè)量點(diǎn)密度、手動(dòng)或自動(dòng)系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。l

評(píng)價(jià)者（操作者）之間：評(píng)價(jià)者A、B、C之間由於培訓(xùn)、技巧、技能和經(jīng)驗(yàn)所造成的平均值差異。推薦在為產(chǎn)品和過(guò)程鑑定和使用手動(dòng)測(cè)量?jī)x器時(shí)使用這種研究方法。l

環(huán)境之間：在經(jīng)過(guò)1、2、3等時(shí)段所進(jìn)行的測(cè)量，由於環(huán)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(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品和過(guò)程的鑑定。l

研究中的假設(shè)有誤。l

缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法。l

操作者培訓(xùn)的有效性。應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）。

第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。偏移又稱為準(zhǔn)確度（Accuracy），是指量測(cè)平均值與真值之差值。而真值可藉由較高等級(jí)之量具量測(cè)數(shù)次之平均值而得，偏移可以下面圖形表示：ＶTＶA偏移(準(zhǔn)確度)VT：真值VA：量測(cè)平均值第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。(例3)1位作業(yè)者量測(cè)1個(gè)零件10次，量測(cè)值如下所示：X1=0.75 X6=0.80X2=0.75 X7=0.75X3=0.80 X8=0.75X4=0.80 X9=0.75X5=0.65 X10=0.70測(cè)量測(cè)平均值VA=Xi/10=0.75，已知該零件之真值VT為0.8mm，零件之製程變異為0.70mm則Bias=VA-VT=0.75－0.80=-0.05%Bias＝100（│Bias│/製程變異）＝100(0.05/0.70)=7.1%第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。如果量具偏性較大，則可能原因是:l

儀器需要校準(zhǔn)l

遺棄、設(shè)備或夾具磨損l

基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)偏差l

不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)或使用基準(zhǔn)設(shè)定l

儀器品質(zhì)不良—設(shè)計(jì)或符合性l

線性誤差l

使用了錯(cuò)誤的量具第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。l

不同的量測(cè)方法—作業(yè)準(zhǔn)備、載入、夾緊、技巧l

測(cè)量的特性不對(duì)l

變形（量具或零件）l

環(huán)境—溫度、濕度、振動(dòng)、清潔l

錯(cuò)誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)不對(duì)應(yīng)用

—

零件數(shù)量、位置操作者技能、疲勞、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）

第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)。穩(wěn)定性又稱為漂移（Drift），是指不同時(shí)間量測(cè)值之變異，此量測(cè)之方式可有兩種：1.

以相同標(biāo)準(zhǔn)件在不同時(shí)間量測(cè)同一量具所得之變異。2.以相同量具在不同時(shí)間量測(cè)同一零件所得之變異穩(wěn)定性可下面圖形表示：穩(wěn)定性時(shí)間1時(shí)間2第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。如果量測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，可能原因是：l

儀器需要校準(zhǔn)，縮短校準(zhǔn)週期l

儀器、設(shè)備或夾具的磨損l

正常的老化或損壞l

維護(hù)保養(yǎng)不好—空氣、動(dòng)力、液體、過(guò)濾器、腐蝕、塵土、清潔l

基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)的誤差l

不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)或使用基準(zhǔn)設(shè)定l

儀器品質(zhì)不好—設(shè)計(jì)或符合性l

儀器缺少穩(wěn)健的設(shè)計(jì)或方法l

第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。不同的量測(cè)方法—作業(yè)準(zhǔn)備、載入、夾緊、技巧l

變形（量具或零件）l

環(huán)境變化—溫度、濕度、振動(dòng)、清潔l

錯(cuò)誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)不對(duì)l

應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、操作者技能、疲勞、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。線性是指量具在使用範(fàn)圍內(nèi)偏移（準(zhǔn)確度）差異之分佈狀況。作業(yè)者量測(cè)5個(gè)不同零件，其真值分別為2.00mm，4.00mm，6.00mm，8.00mm及10.00mm，每個(gè)零件量測(cè)12次，如下頁(yè)所示：第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。吾人可由上圖得到迴歸線如下：（或由計(jì)算機(jī)求出a，b）y=a＋bx其中b=a=y-bx=0.7367(y，x分別為y及x之平均值)R2=(R2為迴歸線之GoodnessofFit)

第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。如果線性不佳，可能原因是：l

儀器需要校準(zhǔn)，縮短校準(zhǔn)週期l

儀器、設(shè)備或夾具的磨損l

維護(hù)保養(yǎng)不好—空氣、動(dòng)力、液體、過(guò)濾器、腐蝕、塵土、清潔l

基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)的誤差—最?。畲髄

不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)（沒有涵蓋操作範(fàn)圍）或使用基準(zhǔn)設(shè)定l

儀器品質(zhì)不好—設(shè)計(jì)或符合性l

儀器缺少穩(wěn)健的設(shè)計(jì)或方法l

應(yīng)用了錯(cuò)誤的量具l

第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。不同的量測(cè)方法—作業(yè)準(zhǔn)備、載入、夾緊、技巧l

隨著測(cè)量尺寸不同，（量具或零件）變形量不同l

環(huán)境—溫度、濕度、振動(dòng)、清潔l

錯(cuò)誤的假設(shè)，應(yīng)用的常數(shù)不對(duì)l

應(yīng)用—零件數(shù)量、位置、操作者技能、疲勞、觀測(cè)誤差（易讀性、視差）第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。零件變異為製程中個(gè)別零件量測(cè)平均值之變異。PV=Rp×K3(Rp為零件之最大差異，K3為係數(shù)，與零件數(shù)有關(guān))(例5