測量系統(tǒng)分析

測量系統(tǒng)分析(MSA)MeasurementSystemAnalysis

制定:王惠志第一頁，共四十一頁。MSA基本來源1、MSA與QS-9000關系、TS16949的關系。2、MSA與SPC關系。第二頁，共四十一頁。

第1章測量系統(tǒng)介紹1.一概述、目的、術語1.1.1概述我們知道，一個製程的狀況必須經由測量來獲取相關資訊，因此量測數(shù)據(jù)將會決定製程是否應被調整，如果統(tǒng)計結果，製程超出管制界限，即製程能力不足時，則須對製程作某些調整，否則，製程將會在無調節(jié)的狀態(tài)下運作。測量數(shù)據(jù)的另一用途是可以檢視二個或更多變異彼此之間是否存在某種關係性，如塑膠件的尺寸將與進料溫度有關。因此，測量數(shù)據(jù)的品質對於製程分析結果佔有相當重要的因素，為了確保分析結果不致對製程誤判，就必須重視數(shù)據(jù)的品質。第三頁，共四十一頁。量測數(shù)據(jù)品質與製程是否在穩(wěn)定狀況下所獲得的多種量測有關，若在穩(wěn)定狀況下所獲得某一特性的量測數(shù)據(jù)，其結果”近似於”該特性的標準值，則數(shù)據(jù)品質可謂”高”；若某些或全部數(shù)據(jù)偏離標準值甚遠，則數(shù)據(jù)品質可謂”低”。常用於表示數(shù)據(jù)品質高低的統(tǒng)計特性有偏差與方差，所謂偏差是指量測數(shù)據(jù)平均值與標準值之差異；所謂方差則是指量測數(shù)據(jù)本身之間差異。如果數(shù)據(jù)品質是不可接受，則必須加以改進，然而這常常應改進量測系統(tǒng)本身，而非改進數(shù)據(jù)。第四頁，共四十一頁。目的本篇的目的在於說明評價量測系統(tǒng)品質之準則，雖然也可以運用在其他量測系統(tǒng)上，但主要還是以使用在工業(yè)界製程的量測系統(tǒng)為主。（且特性數(shù)據(jù)可重複讀取。）第五頁，共四十一頁。術語測量（Measurement）：對某具體事物賦予數(shù)據(jù)，以表示他們對於特定特性之間的關係。賦予數(shù)據(jù)的過程稱為量測過程，而數(shù)據(jù)稱為量測值。

量具（Gage）：任一可用以量測之設備，通常是用以特別稱呼使用在生產現(xiàn)場者，包括GO/NO-GO設備。測量系統(tǒng)（MeasurementSystem）：操作、準則、量具和其他設備、軟體及指定之一群待量測之集合，經由完整程序而取得量測值。偏差：所謂偏差是指量測數(shù)據(jù)平均值與標準值之差異。

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

例:計算以下列數(shù)據(jù)均值、極差、中位數(shù)、標準方差、標準差：⑴56789例：請說明以下兩組數(shù)據(jù)哪組變異較大⑴105mm106mm108mm102mm104mm⑵1500m1495m1490m1510m1505m第八頁，共四十一頁。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準進行分類，那么這種數(shù)量便是定性數(shù)量。如：產品按標準分為一等品，二等品，等外品。二、定量數(shù)據(jù)⑴計量數(shù)據(jù)：如果總體X的取值是通過某種量具、儀器的測定獲得，這種數(shù)據(jù)是計量數(shù)據(jù)，它們可以取某一區(qū)間中的一切實數(shù)。直徑、溫度等等。⑵計數(shù)數(shù)據(jù)：如果總體X的取值是通過數(shù)數(shù)的方法獲得的，它們往往只能是取非負整數(shù)。如：不合格品數(shù)、鑄件上氣泡數(shù)。

第九頁，共四十一頁。測量系統(tǒng)分析：在量測過程中所得到的『量測值』絕不會是『真值』，因為量測者所讀取的數(shù)據(jù)包含了『真值』以及量測的『變異』量測系統(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，有多少是來自於量測系統(tǒng)的變異觀察值=實際值+量測誤差第十頁，共四十一頁。為什麼要進行量測系統(tǒng)分析確認目前的量測系統(tǒng)是否可接受獲得精確的量測資料找出量測系統(tǒng)的變異源確認改善量測系統(tǒng)的方向透過量測系統(tǒng)收集流程中所有的資訊透過量測系統(tǒng)收集流程中所有的資訊，同時也依據(jù)它作為系統(tǒng)修正的依據(jù)透過量測系統(tǒng)收集流程中所有的資訊，同時也依據(jù)它作為系統(tǒng)修正的依據(jù)透過量測系統(tǒng)收集流程中所有的資訊，同時也依據(jù)它作為系統(tǒng)修正的依據(jù)第十一頁，共四十一頁。測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性㈠測量與分析活動是“黑盒子”。㈡測量與分析活動是一個過程。㈢用來分析確定測量系統(tǒng)的質量好壞，測量系統(tǒng)產生多次測量結果，我們通常稱為“統(tǒng)計特性”。㈣理想測量系統(tǒng)特性——零方差、零倚倚、對所測的任何產品錯誤分類為零概率。㈤統(tǒng)計特性用于定義好測量系統(tǒng)：⑴有足夠分辨力、靈敏度。10-1法則（十進位法則）⑵測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性是受控的。⑶測量系統(tǒng)的變異性與公差相比必須小。⑷測量系統(tǒng)的變異性與總變差相比必須小。第十二頁，共四十一頁。國家標準一級標準(連接國家標準和私人公司、科研機構等)二級標準(從一級標準傳遞到二級標準)工作標準(從二級標準傳遞到工作標準)第十三頁，共四十一頁。變差源變差源——⑴普通原因⑵特殊原因控制測量系統(tǒng)變差步驟：⑴識別潛在的變差源⑵排除（可能時）或監(jiān)控這些變差源六個基本要素——

S—標準W—工件（零件）I—儀器P—人/程序E—環(huán)境第十四頁，共四十一頁。量測系統(tǒng)的變異PersonWorkpieceStandardInstrumentEnvironment量測系統(tǒng)變異的來源:S.W.I.P.E.第十五頁，共四十一頁。測量系統(tǒng)變異性的影響1、對產品決策的影響2、對過程決策的影響3、新過程的接受第十六頁，共四十一頁。測量系統(tǒng)分析2.1概述評估一量測系統(tǒng)時，應確定三項基本問題。(A)本量測系統(tǒng)是否具備適當?shù)蔫a別力？(B)是否具有全時的統(tǒng)計穩(wěn)定性？(C)量測誤差(變異)是否微小？2.1.1鑑別力量測系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)並真實地表示被測特性很小變化之能力，稱為鑑別力。如最小的量測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在R-CHART上顯現(xiàn)出來，因此，若使用鑑別力不足的量測系統(tǒng)所表現(xiàn)的R-CHART，將可能造成型I誤差。第十七頁，共四十一頁。測量系統(tǒng)變差的類型1、偏倚2、重復性3、再現(xiàn)性4、穩(wěn)定性5、線性第十八頁，共四十一頁。第十九頁，共四十一頁。重復性又稱為量具變異，是指用同一種量具，同一位作業(yè)者，當多次量測相同零件之指定特性時所得之變異，以公式表示如下：EV=，%EV＝100（EV／TV）公式說明：1.EV／為重復性，TV為全變異。2.為所有作業(yè)者執(zhí)行多次量測所得之變異平均值。3.K1為再現(xiàn)性之係數(shù)，與量測次數(shù)有關。4.TV為全變異，TV=第二十頁，共四十一頁。如果量測系統(tǒng)再現(xiàn)性不足，可能原因是：l

零件內部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性。l

儀器內部：維修、磨損、設備或夾具的失效、品質或保養(yǎng)不好。l

標準內部：品質、等級、磨損。l

方法內部：作業(yè)準備、技巧、歸零、固定夾持、點密度的變異。l

評價者內部：技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、疲勞。l

環(huán)境內部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。l

錯誤的假設—穩(wěn)定，適當?shù)牟僮?。l

缺乏穩(wěn)健的儀器設計或方法，一致性不好。l

量具誤用。l

失真（量具或零件）、缺乏堅固性。應用

—

零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。

第二十一頁，共四十一頁。再現(xiàn)性又稱為作業(yè)者變異，是指不同作業(yè)者以相同量具量測相同產品之特性時，量測平均值之變異，以公式表示如下：AV=%AV＝100（AV／TV）公式說明：1.AV為再生性，TV為全變異。2.為不同作業(yè)者所量測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。4.ｎ為被量測之零件數(shù)目第二十二頁，共四十一頁。如果測量系統(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、操作者和方法測量A、B、C零件類型時的平均差異。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

標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。l

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

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種研究方法。l

環(huán)境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，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化測量系統(tǒng)對產品和過程的鑑定。l

研究中的假設有誤。l

缺乏穩(wěn)健的儀器設計或方法。l

操作者培訓的有效性。應用—零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。

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

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。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。如果測量系統(tǒng)再生性不足，可能原因是：l

標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。l

方法之間：由於改變測量點密度、手動或自動系統(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，共四十一頁。l

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種研究方法。l

環(huán)境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，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化測量系統(tǒng)對產品和過程的鑑定。l

研究中的假設有誤。l

缺乏穩(wěn)健的儀器設計或方法。l

操作者培訓的有效性。應用—零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。

第二十六頁，共四十一頁。偏移又稱為準確度（Accuracy），是指量測平均值與真值之差值。而真值可藉由較高等級之量具量測數(shù)次之平均值而得，偏移可以下面圖形表示：ＶTＶA偏移(準確度)VT：真值VA：量測平均值第二十七頁，共四十一頁。(例3)1位作業(yè)者量測1個零件10次，量測值如下所示：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測量測平均值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，共四十一頁。如果量具偏性較大，則可能原因是:l

儀器需要校準l

遺棄、設備或夾具磨損l

基準的磨損或損壞，基準偏差l

不適當?shù)男驶蚴褂没鶞试O定l

儀器品質不良—設計或符合性l

線性誤差l

使用了錯誤的量具第二十九頁，共四十一頁。l

不同的量測方法—作業(yè)準備、載入、夾緊、技巧l

測量的特性不對l

變形（量具或零件）l

環(huán)境—溫度、濕度、振動、清潔l

錯誤的假設，應用的常數(shù)不對應用

—

零件數(shù)量、位置操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）

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

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

儀器需要校準，縮短校準週期l

儀器、設備或夾具的磨損l

正常的老化或損壞l

維護保養(yǎng)不好—空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔l

基準的磨損或損壞，基準的誤差l

不適當?shù)男驶蚴褂没鶞试O定l

儀器品質不好—設計或符合性l

儀器缺少穩(wěn)健的設計或方法l

第三十二頁，共四十一頁。不同的量測方法—作業(yè)準備、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、清潔l

錯誤的假設，應用的常數(shù)不對l

應用—零件數(shù)量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）第三十三頁，共四十一頁。線性是指量具在使用範圍內偏移（準確度）差異之分佈狀況。作業(yè)者量測5個不同零件，其真值分別為2.00mm，4.00mm，6.00mm，8.00mm及10.00mm，每個零件量測12次，如下頁所示：第三十四頁，共四十一頁。吾人可由上圖得到迴歸線如下：（或由計算機求出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，共四十一頁。如果線性不佳，可能原因是：l

儀器需要校準，縮短校準週期l

儀器、設備或夾具的磨損l

維護保養(yǎng)不好—空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔l

基準的磨損或損壞，基準的誤差—最小／最大l

不適當?shù)男剩]有涵蓋操作範圍）或使用基準設定l

儀器品質不好—設計或符合性l

儀器缺少穩(wěn)健的設計或方法l

應用了錯誤的量具l

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

隨著測量尺寸不同，（量具或零件）變形量不同l

環(huán)境—溫度、濕度、振動、清潔l

錯誤的假設，應用的常數(shù)不對l

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