1、第一章第一章測量系統分析的基礎知識測量系統分析的基礎知識l如果測量出現問題，那么合格的產品可能被判為不合格，不合格的產品可能被判為合格，此時便不能得到真正的產品或過程特性。 l因此，要保證測量結果的準確性和可信度。PROCESS原料人機 法環測量測量測量測量結果合格不合格測量測量Y = x +l 測量值 = 真值(True Value)+測量誤差戴明戴明說沒說沒有真有真值的存在值的存在一致一致nDiscrimination 分辨能力nPrecision 精密度 (Repeatability 重復性)nAccuracy 準確度 (Bias偏差)nDamage 損壞nDifferences amo

2、ng instruments and fixtures (不同儀器和夾具間的差異)nDifference in use by inspector 不同使用人員的差異(Reproducibility再現性)nDifferences among methods of use (使用不同的方法所造成差異)nDifferences due to environment (不同環境所造成的差異) 測量系統人機料法環操作人員量具/測量設備/工裝被測的材料/樣品/特性操作方法、操作程序工作的環境l 即使量具經過檢定或校準，由于人、機、料、法、環等方面的原因，會帶來測量誤差。因此，還需要對測量系統進行評價，分

3、析測量結果的變差，從而確定測量系統的質量，以滿足測量的需要。l ISO/TS16949:2009標準規定：為分析出現在為分析出現在各種測量和試驗設備系統測量結果的變差，必須各種測量和試驗設備系統測量結果的變差，必須進行適當的統計研究。此要求必須適用于在控制進行適當的統計研究。此要求必須適用于在控制計劃中提及的測量系統。這些分析方法以及接收計劃中提及的測量系統。這些分析方法以及接收準則的使用必須符合顧客的測量系統分析參考手準則的使用必須符合顧客的測量系統分析參考手冊。冊。采用其他的分析方法和接受準則必須獲得顧采用其他的分析方法和接受準則必須獲得顧客的批準。客的批準。l運用統計分析方法，確定測量系

4、統測量運用統計分析方法，確定測量系統測量結果的變差（測量誤差），了解變差的結果的變差（測量誤差），了解變差的來源。來源。 從而確定一個測量系統的質量，從而確定一個測量系統的質量，并且為測量系統的改進提供信息。并且為測量系統的改進提供信息。l保證所用統計分析方法及判定準則的一保證所用統計分析方法及判定準則的一致性。致性。l1、測量、測量 l2、量具、量具 Gagel3、測量系統、測量系統 l4、分辨、分辨力力 Discrimination l5、偏倚、偏倚 Bias;l6、重復性、重復性 Repeatabilityl7、再現性、再現性 Reproducibility;l8、線性、線性 Linea

5、rity l9、穩定性、穩定性 Stability l1、測量、測量：賦值給具體事物以表示他們之：賦值給具體事物以表示他們之間的關系。而賦予的值定義為測量值。間的關系。而賦予的值定義為測量值。 l2、量具、量具：任何用來獲得測量結果的裝置，：任何用來獲得測量結果的裝置，經常用來特指用在車間的裝置，包括用經常用來特指用在車間的裝置，包括用來測量合格不合格的裝置。來測量合格不合格的裝置。l3、測量系統、測量系統： 用來對被測量特性賦值用來對被測量特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件以及的操作、程序、量具、設備、軟件以及操作人員的集合。操作人員的集合。 l定義：指測量系統檢出并如實指示被測特性中極

6、小變化的能力。l傳統是公差范圍的十分之一。建議的要求是總過程6(標準偏差)的十分之一。T1030基準值觀測平均值 偏倚偏倚偏倚：是測量結果的觀測觀測平均值平均值與基準值基準值的差值。基準值的取得可以通過采用更高級別的測量設備進行多次測量，取其平均值來確定。 重復性重復性重復性是由是由一個一個評價人，采用評價人，采用一件一件測量儀器，測量儀器，多次多次測量測量同一同一零件的零件的同一同一特性時獲得的測量特性時獲得的測量值變差。值變差。 再現性再現性是由是由不同不同的評價人，采的評價人，采用用相同相同的測量儀器，測量的測量儀器，測量同一同一零件的零件的同一同一特性時測量平均值特性時測量平均值的變差

7、。的變差。 再再現現性性操作者操作者B B操作者操作者C C操作者操作者A量程量程基準值觀測平均值 基準值線性：線性：是在量具預期的是在量具預期的工作范圍工作范圍內，偏倚值的差值，內，偏倚值的差值，即量具在使用范圍內偏移量具在使用范圍內偏移(準確度準確度)差異之分布狀況差異之分布狀況. 觀測的平均值 基準值無偏倚有偏倚穩定性 時間1時間2穩定性穩定性：是測量系統在某持續時間持續時間內測量同一同一基準或零件的相同相同特性時獲得的測量值的總變差。第二章第二章測量系統的分析方法測量系統的分析方法l測量系統的變差類型：測量系統的變差類型：l 偏倚、重復性、再現性、穩定性、線性偏倚、重復性、再現性、穩定

8、性、線性l測量系統特性可用下列方式來描述測量系統特性可用下列方式來描述 ：位置：穩定性、偏倚、線性。位置：穩定性、偏倚、線性。 寬度或范圍：重復性、再現性。寬度或范圍：重復性、再現性。 位置寬度位置寬度標準值 理想的測量系統在每次使用時：應只產生理想的測量系統在每次使用時：應只產生“正確正確”的測量結果。每次測量結果總應該與一的測量結果。每次測量結果總應該與一個標準值相符。一個能產生理想測量結果的測量個標準值相符。一個能產生理想測量結果的測量系統，應具有系統，應具有零方差、零偏倚零方差、零偏倚和所測的任何產品和所測的任何產品錯誤分類為零概率錯誤分類為零概率的統計特性。的統計特性。 真值真值l

9、測量系統必須處于統計控制中，這意味著測測量系統必須處于統計控制中，這意味著測量系統中的變差只能是由于普通原因而不是由于量系統中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。這可稱為統計穩定性特殊原因造成的。這可稱為統計穩定性；l 測量系統的變異必須比制造過程的變異小測量系統的變異必須比制造過程的變異小；變異應小于公差帶變異應小于公差帶；l 一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一。者中精度較高者的十分之一。1）取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值。如果該樣品不可獲得，選擇一個落在生產測量范圍中間的生產零件 ，指定其為穩定性分析

10、的標準樣本。具備預期測量的最低值，最高值和間位置的標準樣本是較理想的。建議對每個標準樣本分別做測量與控制圖。2）定期(天,周)測量標準樣本35次，樣本容量和頻率應該基于對測量系統的了解。因素可以包括重新校準的頻次、要求的修理，測量系統的使用頻率，作業條件的好壞。應在不同的時間讀數以代表測量系統的實際使用情況，以說明在一天中預熱、周圍環境和其他因素發生的變化。3）將數據按時間順序畫在Xbar&R或Xbar&S控制圖上。l結果分析結果分析作圖法作圖法4）建立控制限并用標準控制圖分析法來評價失）建立控制限并用標準控制圖分析法來評價失控或不穩定狀態。控或不穩定狀態。l結果分析結果分析數據法數據法如果測

11、量過程是穩定的，數據可以用于確定測如果測量過程是穩定的，數據可以用于確定測量系統的偏倚。量系統的偏倚。同樣，測量的標準偏差可以用作測量系統重復同樣，測量的標準偏差可以用作測量系統重復性的近似值。這可以與（生產）過程的標準偏性的近似值。這可以與（生產）過程的標準偏差進行比較以決定測量系統的重復性是否適于差進行比較以決定測量系統的重復性是否適于應用。應用。可能需要實驗設計或其他分析和解決問題的技可能需要實驗設計或其他分析和解決問題的技術以確定測量系統穩定性不足的主要原因。術以確定測量系統穩定性不足的主要原因。l舉例舉例穩定性穩定性 為了確定一個新的測量裝置穩定性是否可為了確定一個新的測量裝置穩定性

12、是否可以接受，工藝小組在生產工藝中選擇了一個零以接受，工藝小組在生產工藝中選擇了一個零件件.這個零件被送到測量實驗室，確定基準值為這個零件被送到測量實驗室，確定基準值為6.01。小組每班測量這個零件。小組每班測量這個零件5次，共測量次，共測量5周周（25個子組）。收集所有數據以后，個子組）。收集所有數據以后，Xbar&R圖就可以做出來了圖就可以做出來了.6.36.05.7樣本均值子組0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0樣本極差R=0.47792ULC=1.01LCL=0控制圖分析顯示，測量過程是穩定的，因為沒控制圖分析顯示，測量過程是穩

13、定的，因為沒有出現明顯可見的特殊原因影響。有出現明顯可見的特殊原因影響。基準值測量系統的平均值偏偏倚倚 偏倚又稱為準確度偏倚又稱為準確度(Accuracy),是指量測平是指量測平均值與真值之差值均值與真值之差值.而真而真值可以通過采用更高級值可以通過采用更高級別的測量設備別的測量設備(實驗室或實驗室或全尺寸檢驗設備全尺寸檢驗設備)進行多進行多次測量次測量,取其平均值來確取其平均值來確定。定。偏偏 移移(Bias)（例（例3）1位作業者量測位作業者量測1個零件個零件10次，量測值如下：次，量測值如下： X1=0.75 X6=0.80 X2=0.75 X7=0.75 X3=0.80 X8=0.75

14、 X4=0.80 X9=0.75 X5=0.65 X10=0.70測量平均值測量平均值VA= ,已知該零件之真已知該零件之真值值VT為為0.8mm,零件之制程變異為零件之制程變異為0.70mm.則則Bias=VA-VT=0.75-0.80=0.05%Bias=100( Bias /制程變異）制程變異） =100（0.05/0.70)=7.1%（標準是（標準是5%以下）以下）10175. 010/iXi1）選擇g5個零件，由于過程變差，這些零件測量值覆蓋量具的操作范圍。2）用全尺寸檢驗測量每個零件以確定其基準值并確認了包括量具的操作范圍。3）通常用這個儀器的操作者中的一人測量每個零件m10次。

15、隨機的選擇零件以使評價人對測量偏倚的“記憶”最小化。4）結果分析結果分析-作圖法作圖法l計算零件每次測量的偏倚及零件偏倚均值。 5) 在線性圖上畫出單值偏倚和相關基準值的偏倚均值l線性接受準則：線性接受準則： la. 對測量特殊特性的測量系統，線性%5% 接受，線性%5%時，不予接受。lb. 對測量非特殊特性的測量系統，線性%10%接受，線性%10%時，不予接受。 l如果測量系統為非線性，查找這些可能原因如果測量系統為非線性，查找這些可能原因： 在工作范圍上限和下限內儀器沒有正確校準；最小或最大值校準量具的誤差； 磨損的儀器； 儀器固有的設計特性。 l線性線性-舉例舉例l一名工廠主管希望對過程

16、采用新的測量系一名工廠主管希望對過程采用新的測量系統統,作為作為PPAP的一部分的一部分,需要評價測量系統需要評價測量系統的線性的線性,在測量系統量程內選擇在測量系統量程內選擇 5個零件個零件,每每個零件經過全尺寸檢驗測量以確定其基準個零件經過全尺寸檢驗測量以確定其基準值值.然后由領班分別測量每個零件然后由領班分別測量每個零件12次次.研研究中零件是被隨機選擇的究中零件是被隨機選擇的.l計算建議使用軟件計算建議使用軟件(minitab:statquality toolsgage study gage Linearity and bias study) 。零件基準值123452.004.006.

17、008.0010.00試驗12.705.105.807.609.1022.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.307.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.40表表5：線性研究數據：線性研究數據Reference Value

18、Bias1086421.00.50.0-0.5-1.00Regression95% CIDataAvg BiasPercentBiasLinearity1050Gage LinearitySlope-0.131670.010930.000PredictorCoefSE?CoefPConstant0.736670.072520.000S0.239540R-Sq71.4%Linearity0.790000%Linearity13.2Gage Bias20.4916678.20.00040.1250002.10.29360.025000Reference0.40.6888-0.2916674.90.

19、00010-0.61666710.30.000Bias%BiasPAverage-0.0533330.90.040Gage name:Date of study: Reported by:Tolerance:Misc:Percent of Process VariationGage Linearity and Bias Study for measl1、圖示分析指出特殊原因可能會影響這測量系、圖示分析指出特殊原因可能會影響這測量系統統.表示該測量系統存有一線性問題。表示該測量系統存有一線性問題。l2、“偏倚偏倚=0”的直線與置信度區間相交，而不是的直線與置信度區間相交，而不是包含在置信區間內。

20、也表示該測量系統存有一線包含在置信區間內。也表示該測量系統存有一線性問題。性問題。l3、如果測量系統存在一線性問題，需要通過調、如果測量系統存在一線性問題，需要通過調整軟件、硬件或兩項同整軟件、硬件或兩項同時進行來再校準以達到時進行來再校準以達到0偏倚。偏倚。 l4、如果偏倚在測量范圍內不能被調整到、如果偏倚在測量范圍內不能被調整到0，只要，只要測量系統保持穩定，仍可用于產品測量系統保持穩定，仍可用于產品/過程的控制，過程的控制，但不能進行分析，直到測量系統達到穩定。但不能進行分析，直到測量系統達到穩定。l均值極差法(Xbar&R)是一種可提供測量系統重復性和再現性兩個特性作估計評價的方法。這

21、種方法可以將測量系統的變差分成兩個部分重復性和再現性。l進行研究進行研究l表格參見MSA參考手冊。詳細的程序是：l1、獲得一個樣本零件數n大于5，應代表實際的或期望的過程變差范圍；l2、選擇評價人為A，B，C等。零件的號碼從1到n，評價人不能看到零件編號。3、讓評價人A以隨機的順序測量n個零件，將測量結果輸入第一行（如使用MINITAB應輸入“數據”欄）。4、讓評價人B和C測量同樣的n個零件，而且他們之間不能看到彼此的結果，輸入數據到第6行和11行。5、用不同的隨機測量順序重復該循環。輸入數據到第2，7，12行，在適當的列記錄數據，如果需要試驗3次，重復循環并輸入數據到3，8，13行。6）當零

22、件數量很大或同時多個零件不可同時獲得時，測量步驟4，5可能改變如下是需要的： 讓評價人A測量第一個零件并在第1行記錄讀數。 讓評價人B測量第一個零件并在第6行記錄讀數。 讓評價人C測量第一個零件并在第11行記錄讀數。 讓評價人讓評價人A重復測量第一個零件并記錄讀數于第重復測量第一個零件并記錄讀數于第2行，行， 讓評價人讓評價人B重復測量第一個零件并記錄讀數于第重復測量第一個零件并記錄讀數于第7行，行， 讓評價人讓評價人C重復測量第一個零件并記錄讀數于第重復測量第一個零件并記錄讀數于第12行，行， 如果試驗需要進行如果試驗需要進行3次，重復這個循環將數據記錄在次，重復這個循環將數據記錄在 第第3

23、，8，13行。行。7、如果評價人屬于不同的班次，可以使用一個替代方法，、如果評價人屬于不同的班次，可以使用一個替代方法，讓評價人讓評價人A測量所有的測量所有的10個零件輸入數據于第個零件輸入數據于第1行，然后行，然后評價人評價人A以不同的順序讀數，記錄結果于第以不同的順序讀數，記錄結果于第2，3行，讓行，讓評價人評價人B，C同樣做。同樣做。l依公式計算并作成控制圖或直接用表計算即可。依公式計算并作成控制圖或直接用表計算即可。 結果分析結果分析-作圖法作圖法 作圖工具的應用是很重要的。在使作圖工具的應用是很重要的。在使用任何其他統計分析之前應先用作圖用任何其他統計分析之前應先用作圖工具將明顯的變

24、差特殊原因數據進行工具將明顯的變差特殊原因數據進行系統地篩選。系統地篩選。 從測量系統分析得到的數據可以用從測量系統分析得到的數據可以用控制圖顯示出來。控制圖顯示出來。均值圖均值圖 將每個評價人對每個零件多個讀數的均值畫將每個評價人對每個零件多個讀數的均值畫于圖中，并標以零件號碼為代碼，這樣可以幫于圖中，并標以零件號碼為代碼，這樣可以幫助我們確定評價人之間的一致性。助我們確定評價人之間的一致性。 大約一半或更多的均值應落在控制限以外。大約一半或更多的均值應落在控制限以外。如果數據顯示出這種圖形，那么測量系統應該如果數據顯示出這種圖形，那么測量系統應該能夠充分探測零件能夠充分探測零件-零件之間的

25、變差并且測量系零件之間的變差并且測量系統能夠提供對過程分析和過程控制有用的信息。統能夠提供對過程分析和過程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外邊，則測量如果少于一半的均值落在控制限外邊，則測量系統缺乏足夠的分辨率或樣本不能代表期望的系統缺乏足夠的分辨率或樣本不能代表期望的過程變差。過程變差。極差圖極差圖 極差控制圖用于確定過程是否受控。 在包括平均極差和控制限的標準的極差圖上畫出了由每個評價人對每個零件測量的多個讀數范圍。 如果所有的極差都受控，則所有的評價人的工作狀態是相同的。 如果一個評價人不受控，則他的測量方法與其他人不同。 如果所有評價人都不受控，則測量系統對評價人的技術很敏

26、感，需要改善以獲得有用的數據。%R&R%R&R接受準則接受準則： a. %GRR10%a. %GRR30%c. %GRR30%不能接受，必須改進。不能接受，必須改進。 l當當重復重復性性(EV)(EV)大大于于再現性再現性(AV)(AV)時時，原因可能是：，原因可能是： 儀器需要儀器需要保養保養；量具量具應重新應重新設計設計來提高剛度來提高剛度增強增強； 量具的夾緊或零件定位的方式量具的夾緊或零件定位的方式需要改進；需要改進； 存在過大的零件變差。存在過大的零件變差。 l當再現性當再現性(AV)(AV)大于重復性大于重復性(EV)(EV)時：時： 評價人員需要更好的培訓如何使用評價人員需要更好

27、的培訓如何使用量具及數據量具及數據讀取方式讀取方式；量具量具刻度盤上的刻度不清楚；刻度盤上的刻度不清楚；需要某些夾具協助需要某些夾具協助評價人員來提高使用評價人員來提高使用量具量具的的一致性一致性。PARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者APARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.

28、750.7091.000.95100.550.50操作者BPARTREADING1READING210.500.5521.051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者CSample Range0.120.080.040.00_R=0.0383UCL=0.1252LCL=0123Sample Mean1.00.80.60.4_X=0.8075UCL=0.8796LCL=0.7354123Gage name:Date of study: Reported by:Tolerance

29、:Misc:R Chart by ? ? ? ? ? ?Xbar Chart by ? ? ? ? ? ?Gage R&R (Xbar/R) for ? ? ? ? ? ?nGage R&R Study - XBar/R Method n %ContributionnSource VarComp (of VarComp)nTotal Gage R&R 0.0020839 6.33n Repeatability 0.0011549 3.51n Reproducibility 0.0009291 2.82nPart-To-Part 0.0308271 93.67nTotal Variation 0

30、.0329111 100.00n Study Var %Study VarnSource StdDev (SD) (5.15 * SD) (%SV)nTotal Gage R&R 0.045650 0.235099 25.16n Repeatability 0.033983 0.175015 18.73n Reproducibility 0.030481 0.156975 16.80nPart-To-Part 0.175577 0.904219 96.78nTotal Variation 0.181414 0.934282 100.00%R&R重復性再現性R&R分析注意事項分析注意事項1、分析

31、之量具、分析之量具 （1）APQP及及PPAP所使用之量具所使用之量具 （2）客戶要求須執行）客戶要求須執行R&R之量具之量具2、分析時機：、分析時機： （1）操作者變更時）操作者變更時 （2）量具變動時）量具變動時 （3）產品變更時）產品變更時 （4）量具修理后）量具修理后 （5）配合量具校正作業定期分析。）配合量具校正作業定期分析。R&R分析注意事項分析注意事項1、執行分析人員、執行分析人員 （1）資料搜集：須為操作該量具人員）資料搜集：須為操作該量具人員 （2）分析人員：該量具之校正管理人員）分析人員：該量具之校正管理人員2、執行前之準備工作：、執行前之準備工作： （1）決定進行分析之產

32、品及量具）決定進行分析之產品及量具 （2）決定參與分析之測量人數，最少兩人）決定參與分析之測量人數，最少兩人 （3）決定進行分析之產品取樣數（至少）決定進行分析之產品取樣數（至少5件，件， 10件為宜）。件為宜）。 （4）決定測量次數，最少須兩次。）決定測量次數，最少須兩次。計數型量具小樣法實務指南：計數型量具小樣法實務指南： 計數型量具就是把各個零件與某些指定限值作比較，如計數型量具就是把各個零件與某些指定限值作比較，如果滿足要求則接受該零件，如果不滿足要求，則拒收。計果滿足要求則接受該零件，如果不滿足要求，則拒收。計數型量具不象計量型量具，它不能指點示一個零件有多么數型量具不象計量型量具，

33、它不能指點示一個零件有多么好或多么壞，它只指示該零件是接受還是拒收。好或多么壞，它只指示該零件是接受還是拒收。 小樣法研究是通過選取小樣法研究是通過選取20個零件來進行的。由兩位評價個零件來進行的。由兩位評價人以一種能防止評價人偏倚的方式兩次測試所有零件。在人以一種能防止評價人偏倚的方式兩次測試所有零件。在選取的選取的20個零件中，一些零件或許會低于或高于規范限值。個零件中，一些零件或許會低于或高于規范限值。 如果所有的測量結果（每個零件四次）一致則接受該如果所有的測量結果（每個零件四次）一致則接受該量具，否則應改進或重新評價該量具。如果不能改進該量量具，否則應改進或重新評價該量具。如果不能改

34、進該量具，則不能被接受，并且要找到一個可接受的替代測量系具，則不能被接受，并且要找到一個可接受的替代測量系統。統。 典型的計數型量具研究小樣法的表格見下表：典型的計數型量具研究小樣法的表格見下表：齒齒輪輪內內徑徑 通通過過/不不通通過過塞塞規規A評價人評價人B評價人評價人12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG子組內樣本數A2D3D4d221.88003.2671.12831.02302.5751.69340.72902.2822.05950.57702.