1、MSA測量系統分析與MinitabMSA測量系統分析與Minitab課程目標到本課程結束時，學員應能：知道為什么要做測量系統分析理解GR&R了解使用Minitab作GR&R. 課程目標到本課程結束時，學員應能：一：MSA介紹Measurement Systems Analysis一：MSA介紹Measurement Systems Ana測量系統分析的目的測量系統分析的目的是確定所使用的數據是否可靠測量系統分析還可以：評估新的測量儀器將兩種不同的測量方法進行比較對可能存在問題的測量方法進行評估確定并解決測量系統誤差問題測量系統分析的目的是什么？測量系統分析的目的測量系統分析的目的是確定所使用的

2、數據是否1:測量系統 用來對被測量特性定量測量或定性評價的儀器或量具、標準、操作、方法、夾具、軟件、人員、環境及假設的集合； 用來獲得測量結果的整個過程。1:測量系統 用來對被測量特性定量測量或定性評價的儀器或量數據的類型計量型數據計數型數據如何評定數據的質量測量結果與“真值”的差越小越好(bias)用多次測量的統計結果來進行評定(variance)2: 測量數據的質量數據的類型2: 測量數據的質量計量型數據的質量均值與真值（基準值）之差方差的大小計數型數據的質量對產品特性產生錯誤分級的概率低質量數據最普遍的原因之一就是變差太大，變差一般都是由于測量系統及其環境相互作造成的。計量型數據的質量低

3、質量數據最普遍的原因之一就是變差太大，變差 用于判斷產品是否合格.3:測量結果-數據的用途 用于分析生產過程。測量數據通常有那些用途？ 用于確定兩個或多個變量之間是否有顯著關系 用于判斷產品是否合格.3:測量結果-數據的用途 用于分 測量：給具體事務賦以數值，以表示它們之間關于特定特性的關系。 賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。測量結果由一個數字和一個標準的測量單位構成。測量結果是測量過程的輸出。應將測量看成一個制造過程，它產生數據作為輸出。人設備材料方法環境測量過程數據輸入輸出4:測量過程 測量：給具體事務賦以數值，以表示它們之間關于特人測量數據S W I P E5:測量過程變

4、差源S 標準測量過程中的變差源有那些？ W 工件(如,零件)I 儀器P 人/程序E 環境S W I P E5:測量過程變差源S 標準測量過程 根據變差的來源和特點，可分為: 位置變差(準確度)： 偏倚，穩定性和線性； 寬度變差(精確度)： 重復性和再現性。6:測量系統變差類型 根據變差的來源和特點，可分為:6:測量系統變差類型觀測平均值參考值 測量結果的平均值與參考值的差異 參考值是一個預先認定的參考標準. 該標準可用更高一級測量系統測量的平均值來確定(例如：高一級計量室)偏倚（BIAS）觀測平均值參考值 測量結果的平均值與參考偏倚（BIAS）時間參考值在一段時間內，測量結果的分布無論是均值還

5、是標準偏差都保持不變和可預測的通過較長時間內，用被監視的量具對相同的標準或標準件的同一特性進行測量的總變異來監視可用時間走勢圖進行分析穩定性（Stability）時間參考值在一段時間內，測量結果穩定性（Stability）線性（Stability）線性:量具在正常工作量程內偏倚值的變化量。測量儀器的線性是指該裝置的整個工作范圍內的準確度尺寸N尺寸1線性（Stability）線性:量具在正常工作量程內偏倚值的生產過程中的測量結果通常有兩個用途： 產品控制：判斷產品合格與否 過程控制：判斷生產過程是否穩定 7:測量過程變差對決策的影響測量過程變差對決策的影響： 對產品決策的影響 對過程決策的影響

6、生產過程中的測量結果通常有兩個用途： 7:測量過程變對產品決策的影響下限上限上限下限或或第II型錯誤：漏判，將不合格的判斷成合格的 第I型錯誤：誤判，將合格的判斷成不合格的 對產品決策的影響下限上限上限下限或或第II型錯誤：漏判，將不產品控制：判斷產品合格與否 公差下限公差上限對產品決策的影響I區： 壞零件總是判為壞的，II區： 可能做出潛在錯誤的判斷，III區：好零件總是判為好的。產品控制：判斷產品合格與否 公差下限公差上為了最大限度地做出正確的判斷，可以有兩個選擇： 改進測量系統：減少測量系統變差從而減少區，所有零件將在區。 改進過程：減少生產過程的變差，不生產在區的零件。 為了最大限度地

7、做出正確的判斷，可以有兩個選擇： 公差下限公差上限公差下限公差上限改進測量系統公差下限公差上限公差下限公差上限改進測量測量系統的變差過大： 將普通原因判為特殊原因 將特殊原因判為普通原因 過低估算過程能力指數測量系統的變差過大：70%60%50%40%10%30%測量系統變差對過程能力計算的影響70%60%50%40%10%30%測量系統變差對過程能力計 測量儀器分辨率可定義為測量儀器能夠讀取的最小測量單位。 （測量儀器的分辨率必須小于或等于規范或過程誤差的十分之一）8：測量儀器分辨力 測量儀器分辨率可定義為測量儀器能夠讀取的最小測量單位。 部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.

8、25B=2.00因為上面刻度的分辨率比兩個部件之間的差異要大，兩個部件將出現相同的測量結果。第二個刻度的分辨率比兩個部件之間的差異要小，部件將產生不同的測量結果。 下面的部件A和部件B，它們的長度非常相似。測量分辨率描述了測量儀器分辨兩個部件的測量值之間的差異的能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0A=2.25因為上面刻度的測量系統的有效分辨率（discrimination） 要求不低于過程變差或允許偏差（tolerance）的十分之一 零件之間的差異必須大于最小測量刻度 不同數據分級(ndc)的計算： 零件的標準偏差/ 總的量具偏差* 1.41. 一般要求它大于5才可接受測量系統的有效分辨

9、率（discrimination） 要求直尺卡尺千分尺.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.2791直尺.28.28.28.28 測量系統必須顯示足夠的靈敏性。 測量系統必須是穩定的，這意味著在可重復條件下，測量系統的變差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成。這可稱為統計穩定性且最好用圖形法評價。 統計特性（誤差）在預期的范圍內一致，并足以滿足測量的目的（產品控制或過程控制）。 在評價一個測量系統時必須考慮三個基本問題: 測量系統必須顯示足夠的靈敏性。 在評價一個測量系統時必須二： GR&R二： GR&R過程變差剖析長期過程變差短期抽樣產生的變

10、差實際過程變差穩定性線性重復性 準確度 量具變差操作員造成的變差測量誤差過程變差觀測值“重復性” 和 “再現性” 是測量誤差的主要來源再現性過程變差過程變差剖析長期過程變差短期抽樣產生的變差實際過程變差穩定性 在確定的測量條件下，來源于連續試驗的普通原因隨機變差。或由一個評價人多次使用同一個測量儀器，測量同一零件的同一特性時獲得的測量變差。重復性： 一個評價人使用同一測量儀器，對同一零件的某一特性進行多次測量下的變差 是在確定的和已知條件下，連續多次測量中的變差 通常被稱為EV-設備變差 量具(設備)能力和潛能 系統內變差 在確定的測量條件下，來源于連續試驗的普通原因隨機變重復性指同一 人使用

11、同一測量工具對同一對象（產品）的同一特性進行多次測量中產生的變差。Master ValueAB那個的重復性好？重復性指同一 人使用同一測量工具對同一對象（產品）的同一特性 零件內部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性 儀器內部：維修、磨損、設備或夾具的失效、質量或保養不好 標準內部：質量、等級 方法內部：作業準備、技巧、歸零、固定、夾持、點密度的變差 評價人內部：技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、疲勞造成重復性變差的可能原因： 零件內部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的 環境內部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動 缺乏穩健的儀器設計或方法，一致性不

12、好 量具誤用 失真（量具或零件）、缺乏堅固性 應用零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差） 環境內部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動 測量過程中由于正常條件改變所產生的測量均值的變差。或在一個穩定環境下，應用相同的測量儀器和方法，相同零件不同人之間測量值均值的變差 再現性： 不同評價人使用相同量具，測量一零件的某一特性的測量平均值的變差 對產品和過程評估時，變差可能是評價人、環境或方法 通常被稱為AV-評價人變差 系統之間(條件)的變差 測量過程中由于正常條件改變所產生的測量均值的變差。Inspector AMaster ValueInspector BInspector CInspec

13、tor AInspector BInspector C再現性指不同的人在對同種特性進行測量時產生的變差AB那個的再現性好？Inspector AMaster ValueInspect造成再現性誤差的潛在原因 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。 儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。 標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。造成再現性誤差的潛在原因 零件之間（抽樣樣本）：使用相同的 方法之間：由于改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定

14、或夾緊方法等所造成的平均值差異。 評價人（操作者）之間：評價人A、B、C之間由于培訓、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鑒定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。 方法之間：由于改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定 一個測量系統的重復性和再現性的合成變差的估計。GR&R變差等于系統內和系統間變差之和。GR&R 一個測量系統的重復性和再現性的合成變差的估GR& 計量型測量系統的GR&R分析 計量型測量系統的GR&R分析GR&R分析的三種方法極差法：短期方法，快速的近似值均值極差法：長期方法，將變差分解為重復性和再現性。ANOVA分析法：標準的統計技術，可將變差分為四類：

15、零件、評價人、零件與評價人之間的相互作用，以及量具造成的重復誤差。GR&R分析的三種方法極差法：短期方法，快速的近似值均值極差法： 是一種可同時對測量系統提供重復性和再現性的評估值的研究方法。 與極差法不同，它可以將測量系統的變差分成兩個部分： 重復性 再現性 不能確定他們兩者之間的交互作用。均值-極差法均值極差法：均值-極差法 均值-極差（X-R）法是確定測量系統的重復性和再現性的數學方法，主要步驟如下： 1 選擇3個測量人（A, B,C）和10個測量樣品(典型)。 測量人應有代表性，代表經常從事此項測量工作的QC人員或生產線人員 10個樣品應在過程中隨機抽取，可代表整個過程的變差，否則會嚴

16、重影響研究結果。 2 校準量具 均值-極差（X-R）法是確定測量系統的重復性和再現性3 測量，讓三個測量人對10個樣品的某項特性進行測量，每個樣品每人測量三次，將數據填入表中。試驗時要遵循以下原則： 盲測原則1：對10個樣品編號，每個人測完第一輪后，由其他人對這10個樣品進行隨機的重新編號后再測，避免主觀偏向。 盲測原則2：三個人之間都互相不知道其他人的測量結果。4 結果分析判定準則3 測量，讓三個測量人對10個樣品的某項特性進行測量，每個樣極差評價人/ 試驗#零件平均值12345678910A 10.29-0.561.340.47-0.80.020.59-0.312.26-1.36 20.4

17、1-0.681.170.5-0.92-0.110.75-0.201.99-1.25 30.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.31均值B 10.08-0.471.190.01-0.56-0.20.47-0.631.80-1.68 20.25-1.220.941.03-1.200.220.550.082.12-1.62 30.07-0.681.340.2-1.280.060.83-0.342.19-1.50均值極差C 10.04-1.380.880.14-1.46-0.290.02-0.461.77-1.49 2-0.11-1.131.090.20-

18、1.07-0.670.01-0.561.45-1.77 3-0.15-0.960.670.11-1.45-0.490.21-0.491.87-2.16均值極差零件均值極差評價人/ 試驗#零件平均值12345678910A *2次試驗D4=3.27，3次試驗D4=2.58。UCLR代表了單個極差的控制限。將那些超出控制限的點圈出，識別原因并糾正。使用與開始時相同的評價人及單位重復這些讀數，或除去某些值并從保留的觀察值重新獲得平均值，重新計算極差。*2次試驗D4=3.27，3次試驗D4=2.58。UCL 在進行其他統計分析之前，應先使用圖表工具對數據進行系統的篩選。從而找到變差明顯特殊原因。結果分

19、析-圖示法 在進行其他統計分析之前，應先使用圖表工具對數據進行系統極差圖極差圖-非層疊極差圖-層疊極差圖極差圖-非層疊極差圖-層疊 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。從畫在圖中得出的數據分析可以得出很多有用的解釋。如果所有的極差都受控，則所有評價人的工作狀態是相同的，可以認為每人重復測量的重復性是一致的。 如果一個評價人不受控，說明他的方法與其他人不同。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感，需要改善以獲得有用的數據。 極差圖可以幫助我們確定：與重復性相關的統計控制，測量過程中評價人之間對每個零件的一致性。 以上圖形的評審顯示

20、評價人之間變異性是不同的，應分析并消除其影響。 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從圖中我們可以獲取什么信息？從圖中我們可以獲取什么信息？均值圖均值圖-非層疊均值圖-層疊均值圖均值圖-非層疊均值圖-層疊 少于一半的點落在控制限外邊： 測量系統缺乏足夠的分辨率 樣本不能代表期望的制造過程變差。多于一半的點落在控制限外邊， 測量系統能夠充分探測零件之間的變差 測量系統能夠提供對過程分析和過程有用的信息。 少于一半的點落在控制限外邊：多于一半的點落在控制限外邊，AB那組數據可以接受？AB那組數據可以接受？R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=MaxXA,XB,XC-MinXA,X

21、B,XC重復性-設備變差 EV=RK1 再現性-測驗人變差 AV= (XDIFF K2)2-(EV2/nr)過程變差 PV= RP K3R&R= (EV2+AV2)總變差 TV= (R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=樣品個數r=每個人對每個樣品的試驗次數rK1234.563.05K2233.652.70測試人數nK3789101.821.741.671.62K1=6/d*2*AV計算中，如根號下出現負值，AV取值0結果分析計算計算公式：R=(RA+RB+RC)/3n=樣品個數rK124.56K2T

22、V或T：總變差（Total Variation） 制造系統變差與測量系統變差的合成，用標準差表示。若所選樣本能代表實際的制造過程變差范圍，其計算公式如下： TV或T：總變差（Total Variation） 制造系零件間變差(Part-to-part Variation)。 零件間的差異是制造系統造成的，因此，如果所選樣本能代表實際的制造過程變差范圍，PV就是制造系統變差的標準差。 PV= R P/ d2*= R PK3 PV的計算中必須消除測量系統的影響。它是通過如下的計算來達到的：評價人A測量了1號零件3次，對其取平均，就消除了量具的影響，評價人B、C同理取平均，再將三人的均值取平均，就消

23、除了人的影響零件間變差(Part-to-part Variation)。測量系統的雙性 GR&R的計算如果總過程變差由SPC控制圖中已知，并且其值以6為基礎，則它可以取代量具研究總變差（TV）。由下列兩個等式完成：1）2） 這兩個值（TV和PV）可以替代前面的計算值。 測量系統的雙性 GR&R的計算如果總過程變差由SPC控制圖中EV= Equipment Variation (Repeatability)AV= Appraiser Variation (Reproducibility)R&R= Repeatability & ReproducibilityPV= Part VariationT

24、V= Total Variation of R&R and PVK1-Trial, K2-Operator, & K3-Part ConstantsGR&R研究中的名詞EV= Equipment Variation (RepeaMSA測量系統分析與Minitab% R&R 10%10% 30% 30%Results 好可以接受，視被測量特性的重要程 度和測量成本等因素而定。測量系統需要改進Ndc:5Gage R&R 判斷原則% R&RResultsNdc:5Gage R&R 判GRR的分析法提供測量系統的信息：重復性比再現性大儀器需要維護量具剛度不夠夾緊和檢測點需改進零件內變差（圓度，錐度等）

25、過大再現性比重復性大評價人培訓不足刻度不清晰GRR的分析法提供測量系統的信息：重復性比再現性大Excel 計算示例 123MSAGR&R-Excel.xlsExcel 計算示例 123MSAGR&R-ExceANOVA分析法：標準的統計技術，可將變差分為四類：零件、評價人、零件與評價人之間的相互作用，以及量具造成的重復誤差。使用Mintab分析,判定準則P/T%GR&R%GR&R方差%N.D.C紅燈黃燈綠燈30%30%9%510%10%1%10ANOVA分析法：標準的統計技術，可將變差分為四類：零MSA測量系統分析與MinitabMSA測量系統分析與MinitabMintab分析輸出頁面Min

26、tab分析輸出頁面計數型測量系統分析公差下限公差上限計數型測量系統分析公差下限公差上限 計數型測量系統屬于測量系統中的一類，其測量值是一種有限的分級數。與結果是連續值的計量型測量系統不同。最常見的是go/no go量具，只可能有兩個結果。前面所描述的分析法不能用于評價這種系統。 計數型測量系統分析福特特殊要求： 計數型量具研究應該使用50個零件,3個人,進行3次測量。 抽樣要包括對被測量和預期制造變異范圍的每個準則： 在規范內的零件；超出規范的零件 計數型測量系統屬于測量系統中的一類，其測量值是一種有限的假設檢驗分析交叉表法交叉表法用來分析測量人測量一致性 下面是一個交叉表試驗，由A，B，C三

27、個人分別重復測量50個樣品三次，結果如下： 風險分析法假設檢驗分析信號探測法 解析法計數型測量系統分析的方法假設檢驗分析交叉表法交叉表法用來分析測量人測量一致性 風計數型研究數據表 計數型研究數據表 （1）指定為可接受判斷，（0）為不可接受判斷。表中的基準判斷和計量基準值不預告確定。表的“代碼”列還用“-”、“+”、“X”顯示了零件是否在第III，II，I區域 （1）指定為可接受判斷，（0）為不可接受判斷。表中的基準判斷假設檢驗分析交叉表法P0和pe的計算P(A0) =50/150， P(B0) =47/150P(A1) =100/150， P(B1) =103/150P(A0B0) =(5047) (150150)=0.104P(A0B1) =(50103) (150150)=0.229P(A1B0) =(10047) (150150)=0.209P(A1B1) =(100103) (150150)=0.458期望值的計算A0B0的期望值= 0.104150=15.7A0B1的期望值= 0.229 150=34.3A1B0的期望值= 0