量测系统分析(MSA)
量测系统分析(MSA) 目录 第1章 量测系统介绍 1 概述、目的、术语 1 2 量测系统之统计特性 2 3 量测系统的标准 3 4 量测系统的通则 3 5 选择/制定检定方法 3 第2章 量测系统之评价 2. 1概述 5 2.1.1鉴别力 5 2.1.2量测系统变异的类型 7 2.2量测系统分析 8 2.2.1再现性 8 2.2.2再生性 9 2.2.3零性间变异 10 2.2.4偏性 10 2.2.5稳定性 11 2.2.6线性 13 2.2.7范例说明 15 2.3量测系统研究之准备 20 2.4计量值量测系统之研究 21 2.4.1稳定性之准则 21 2.4.2偏性之准则 21 2.4.2.1独立取样法 21 2.4.2.2图表法 22 2.4.2.3分析 23 2.4.3再现性与再生性之准则 23 2.4.3.1全距法 23 2.4.3.2平均值与全距法 23 2.4.3.2.1执行研究 24 2.4.3.2.2图表分析 26 2.4.3.2.3计算及研究 34 2.4.3.3变异数分析法 38 2.5量具绩效曲线 43 2.6计数值量具研究 47 2.6.1短期法 47 2.6.2长期法 48 第3章 附录 3.1标准常态分配表 52 3.2常数表 54 3.3如何适当的选用量测系统分析流程 55 3.4表格 56 量测系统分析3.0版 (Measurement System Analysis) 第1章量测系统介绍 1. 1概述、目的、术语 1.1.1概述 我们知道，一个制程的状况必须经由量测来获取相关信息，因此量测数据将 会决定制程是否应被调整，如果统计结果，制程超出管制界限，即制程能力不足 时，则须对制程作某些调整，否则，制程将会在无调节的状态下运作。量测数据 的另一用途是可以检视二个或更多变异彼此之间是否存在某种关系性，如塑料件 的尺寸将与进料温度有关。 因此，量测数据的品质对于制程分析结果占有相当重要的因素，为了确保分 析结果不致对制程误判，就必须重视数据的品质。 量测数据品质与制程是否在稳定状况下所获得的多种量测有关，若在稳定状 况下所获得某一特性的量测数据，其结果”近似于”该特性的标准值，则数据品质 可谓”高”；若某些或全部数据偏离标准值甚远，则数据品质可谓”低”。常用于表 示数据品质高低的统计特性有偏差与方差，所谓偏差是指量测数据平均值与标准 值之差异；所谓方差则是指量测数据本身之间差异。如果数据品质是不可接受， 则必须加以改进，然而这常常应改进量测系统本身，而非改进数据。 因此，对于量测系统品质的评估，是极其重要的，其评价程序应包括 1. 设计及验证 2. 长时间的能力评价 3. 追溯标准 4. 作业定义 5. 管制 6. 维修及再验证 1. 1.2目的 本篇的目的在于说明评价量测系统品质之准则，虽然也可以运用在其它量 测系统上，但主要还是以使用在工业界制程的量测系统为主，且特性数据可重 复读取。 1. 1.3术语 量测（Measurement）：对某具体事物赋予数据，以表示他们对于特定特性 之间的关系。赋予数据的过程称为量测过程，而数据称为量测值。 量具（Gage）：任一可用以量测之设备，通常是用以特别称呼使用在生产 现场者，包括GO/NO-GO设备。 量测系统（Measurement System）：操作、准则、量具和其它设备、软件及指定之一群待量测 之集合，经由完整程序而取得量测值。 1.2量测系统之统计特性 理想之量测系统是一个具有零偏差、零变异的统计特性，但很不幸的是，这种理 想的量测系统几乎很少见的，因此，我们必须存在一个观念，就是当在决策时，必 须考虑到所依据的是一个非理想统计特性之量测系统。 所以设备管理之责任是确认当每一量测系统被使用时都具有适当的统计特性。虽 然每一量测系统可能需具备一些各别的统计特性，但下列举出五项所有量测系统必 备的统计特性： 1) 量测系统须在统计管制下，亦即量测纟统之变异仅根源于共同原因，而非特殊原因 。 2) 量测系统的变异必须小于制程变异。 3) 量测系统的变异必须小于规格界限。 4) 量测之最小刻度必须小于制程变异或规格界限之较小者，一个通用的法则是：最小 刻度应小于制程变异或规格界限较小者之1/10。 5) 因量测项目的改变，量测系统之统计特性可能变更，但最大的量测系统变异必须小 于制程变异或规格界限较小者。 1.3量测系统的标准 量测标准分级中，最高级为国家级标准，由国家级标准对应的次一级标准，称为 初级，通常由政府部门或学术机构取得，当然私人公司亦可由国家级标准取得初级 的对应。但因初级标准常常显得太昂贵，故又可对应至次一级标准，称为第二级标 准，通常由一般私人企业所取得。第二级标准又可被对应到另一级，称为作业标准 ，本级常用于调整在生产中使用的量测系统，又称为生产标准。 总之，不采用可追溯之标准而去确定一个量测系统的精度是难以被接受的，尤其 是当生产者与客户之间的量测可能不统一而产生冲突时，更显得可追溯的量测标准 之信赖度的重要。 1.4量测系统的通则 每一量测系统均应被评估以决定是否适用于预期之工作。通常以两阶段来评估， 第一阶段评估是执行测试以决定量测系统是否具有需求之统计特性，以执行被要求 之工作，又称为阶段一评估。第二阶段评估是执行定期之检定以决定此一量测系统 是否维持在可接受状态，即使量测系统例行执行保养及/或再校正、再检定，又称为 阶段二评估。 量测系统之测试方法应有书面化程序，包含： 7. 范例 8. 选择量测项目之规格及执行测试的环境。 9. 规定数据收集、记录及分析之方式。 10. 定义重要条件及原则之作业方式。 11. 追溯之标准。 1.5选择/制定检定方法 当选择或制定检定方法时，一般考虑之因素如下： 1) 是否使用可追溯国家标准之标准？其适用标准是何级水准？标准通常为评估量 测系统精确度之基本。 2) 在阶段二评估测试时，应采用盲目测量或是易于取得量测值的方式。所谓盲目 测试是指当作业者执行量测时，事先不知被测物是否有任何不同，而在实际 的量测环境下执行量测。 3) 检定之成本。 4) 检定所需之时间。 5) 对于非众所皆知的条文应予以定义，如再现性、再生性….等。 6) 是否此量测系统所取得之量测将用以比较其它量测系统所取得之量测？如是， 则其中之一的量测系统应考虑采用可追溯(1)项标准之检定方法。 7) 阶段二评估之频率，应视该量测系统之统计特性对设施之重要性而定。 第2章 量测系统之评价准则 2. 1概述 评估一量测系统时，应确定三项基本问题。(A)本量测系统是否具备适当的鉴别 力？(B)是否具有全时的统计稳定性？(C)量测误差(变异)是否微小？ 2.1.1鉴别力 量测系统能发现并真实地表示被测特性很小变化之能力，称为鉴别力。如最小 的量测刻度太大而不足以辨别制程变异，则为鉴别力不足。鉴别力不足的象征将 会在R-CHART上显现出来，因此，若使用鉴别力不足的量测系统所表现的R- CHART，将可能造成型I误差。 下图将介绍不同鉴别力之量测系统，所能对制程做不同的管制。 |鉴 别 力 |计量值管制 |计数值管制 | | |只能显示其制程主要变异 |不可用于估计制程参数与 | | |来自于平均值偏移 |指数 | | | |只能显示制程生产符合或 | |制程分配只用1种数据分级| |不符合产品 | | |只能用于制程变异较大的 |不可用于估计制程参数与 | | |管制 |指数 | | | |只能提供粗糙的估计 | |制程分配用2~4种数据分级| | | | |能与管制图一起使用 |被推荐 | | | | | | | | | |制程分配用5种以上数据分| | | |级 | | | 图1.制程分配在区别分类数（Number of Distinct Categories, ndc） 上对管制与分析的影响 图2可说明鉴别力不足的量测系统被使用在制程上的例子 图2制程管制图 管制图(a)为量测刻度0.001的量测值；(b)为量测刻度0.01的量测值。当R值只有1、2或 3个值落在管制界限内，或R值虽有4个落在管制界限内，但超过1/4的 R值为0，则此量测系统为鉴别力不足，如管制图(b) 2.1.2量测系统变异的类型 (删除2.1.2.3零件间变异) 2. 1.2.1再现性(量具变异)(Repeatability)－ 同一人使用同一量具量测同一零 件之相同特性多次所得变异。 2. 1.2.2再生性(人的变异)(Reproducibility)－ 不同人使用同一量具量测同一零 件之相同特性所得之变异。 2. 1.2.3稳定性(Stability)－ 同一人使用同一量具于不同时间 在同一地点量测同一零件之相同 特性所得之变异。 3. 1.2.4偏性(Bias)－ 同一人使用同一量具量测同一 零件之相同特性多次所得平均 值与工具室或精密仪器量测 同一零件之相同特性所得之 真值或参考值之间的偏差值 2. 1.2.5线性(Linearity)－ 指量具各作业范围之偏性。 2.2量测系统分析 2.2.1再现性 指量具变异本身是定值，因量具本身误差及产品在量具之位置差，则构成量 测再现性差异。 如R-CHART在管制状态下，则再现性之标准差或量具变异估计值[pic] 量具变异或再现性[pic] 其中5.15表示在常态分配中具有99?信赖度(即99?信赖度=5.15(，可用5. 15/2=2.575查附录3.1得出(=0.005，故信赖区间=1－0.005×2)([pic]查附录3.2 )。 如果量测系统再现性不足，可能原因是： o 零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面光度、锥度、样本的一致性。 o 仪器内部：维修、磨损、设备或夹具的失效、品质或保养不好。 o 标准内部：品质、等级、磨损。 o 方法内部：作业准备、技巧、归零、固定夹持、点密度的变异。 o 评价者内部：技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳。 o 环境内部：对温度、湿度、振动、清洁的小幅度波动。 o 错误的假设 — 稳定，适当的操作。 o 缺乏稳健的仪器设计或方法，一致性不好。 o 量具误用。 o 失真（量具或零件）、缺乏坚固性。 o 应用 — 零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）。 2.2.2再生性 指作业者变异是定值，由[pic]－CHART中比较每一平均值可发现。 再生性或作业者变异之估计标准差[pic] 作业者变异或再生性[pic] [pic]为某一作业者最大平均全距与最小平均全距之差，但再生性受量具变 异之影响，故必须减去量具变异，即调整后 [pic] [pic] n:零件数 r:量测次数 如果测量系统再生性不足，可能原因是： o 零件之间（抽样样本）：使用相同的仪器、操作者和方法测量A、B、C零 件类型时的平均差异。 o 仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用A、B、C仪器测量的平均值 差异。注意：在这种情况下，再现性误差通常还混有方法和/或操作者 的误差。 o 标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响。 o 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...
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