量測系統(tǒng)分析(MSA)
量測系統(tǒng)分析(MSA) 目錄 第1章 量測系統(tǒng)介紹 1 概述、目的、術(shù)語 1 2 量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性 2 3 量測系統(tǒng)的標準 3 4 量測系統(tǒng)的通則 3 5 選擇/制定檢定方法 3 第2章 量測系統(tǒng)之評價 2. 1概述 5 2.1.1鑒別力 5 2.1.2量測系統(tǒng)變異的類型 7 2.2量測系統(tǒng)分析 8 2.2.1再現(xiàn)性 8 2.2.2再生性 9 2.2.3零性間變異 10 2.2.4偏性 10 2.2.5穩(wěn)定性 11 2.2.6線性 13 2.2.7范例說明 15 2.3量測系統(tǒng)研究之準備 20 2.4計量值量測系統(tǒng)之研究 21 2.4.1穩(wěn)定性之準則 21 2.4.2偏性之準則 21 2.4.2.1獨立取樣法 21 2.4.2.2圖表法 22 2.4.2.3分析 23 2.4.3再現(xiàn)性與再生性之準則 23 2.4.3.1全距法 23 2.4.3.2平均值與全距法 23 2.4.3.2.1執(zhí)行研究 24 2.4.3.2.2圖表分析 26 2.4.3.2.3計算及研究 34 2.4.3.3變異數(shù)分析法 38 2.5量具績效曲線 43 2.6計數(shù)值量具研究 47 2.6.1短期法 47 2.6.2長期法 48 第3章 附錄 3.1標準常態(tài)分配表 52 3.2常數(shù)表 54 3.3如何適當?shù)倪x用量測系統(tǒng)分析流程 55 3.4表格 56 量測系統(tǒng)分析3.0版 (Measurement System Analysis) 第1章量測系統(tǒng)介紹 1. 1概述、目的、術(shù)語 1.1.1概述 我們知道，一個制程的狀況必須經(jīng)由量測來獲取相關(guān)信息，因此量測數(shù)據(jù)將 會決定制程是否應被調(diào)整，如果統(tǒng)計結(jié)果，制程超出管制界限，即制程能力不足 時，則須對制程作某些調(diào)整，否則，制程將會在無調(diào)節(jié)的狀態(tài)下運作。量測數(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(guān)系性，如塑料件 的尺寸將與進料溫度有關(guān)。 因此，量測數(shù)據(jù)的品質(zhì)對于制程分析結(jié)果占有相當重要的因素，為了確保分 析結(jié)果不致對制程誤判，就必須重視數(shù)據(jù)的品質(zhì)。 量測數(shù)據(jù)品質(zhì)與制程是否在穩(wěn)定狀況下所獲得的多種量測有關(guān)，若在穩(wěn)定狀 況下所獲得某一特性的量測數(shù)據(jù)，其結(jié)果”近似于”該特性的標準值，則數(shù)據(jù)品質(zhì) 可謂”高”；若某些或全部數(shù)據(jù)偏離標準值甚遠，則數(shù)據(jù)品質(zhì)可謂”低”。常用于表 示數(shù)據(jù)品質(zhì)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(zhì)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)。 因此，對于量測系統(tǒng)品質(zhì)的評估，是極其重要的，其評價程序應包括 1. 設(shè)計及驗證 2. 長時間的能力評價 3. 追溯標準 4. 作業(yè)定義 5. 管制 6. 維修及再驗證 1. 1.2目的 本篇的目的在于說明評價量測系統(tǒng)品質(zhì)之準則，雖然也可以運用在其它量 測系統(tǒng)上，但主要還是以使用在工業(yè)界制程的量測系統(tǒng)為主，且特性數(shù)據(jù)可重 復讀取。 1. 1.3術(shù)語 量測（Measurement）：對某具體事物賦予數(shù)據(jù)，以表示他們對于特定特性 之間的關(guān)系。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(shè)備，通常是用以特別稱呼使用在生產(chǎn) 現(xiàn)場者，包括GO/NO-GO設(shè)備。 量測系統(tǒng)（Measurement System）：操作、準則、量具和其它設(shè)備、軟件及指定之一群待量測 之集合，經(jīng)由完整程序而取得量測值。 1.2量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性 理想之量測系統(tǒng)是一個具有零偏差、零變異的統(tǒng)計特性，但很不幸的是，這種理 想的量測系統(tǒng)幾乎很少見的，因此，我們必須存在一個觀念，就是當在決策時，必 須考慮到所依據(jù)的是一個非理想統(tǒng)計特性之量測系統(tǒng)。 所以設(shè)備管理之責任是確認當每一量測系統(tǒng)被使用時都具有適當?shù)慕y(tǒng)計特性。雖 然每一量測系統(tǒng)可能需具備一些各別的統(tǒng)計特性，但下列舉出五項所有量測系統(tǒng)必 備的統(tǒng)計特性： 1) 量測系統(tǒng)須在統(tǒng)計管制下，亦即量測纟統(tǒng)之變異僅根源于共同原因，而非特殊原因 。 2) 量測系統(tǒng)的變異必須小于制程變異。 3) 量測系統(tǒng)的變異必須小于規(guī)格界限。 4) 量測之最小刻度必須小于制程變異或規(guī)格界限之較小者，一個通用的法則是：最小 刻度應小于制程變異或規(guī)格界限較小者之1/10。 5) 因量測項目的改變，量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性可能變更，但最大的量測系統(tǒng)變異必須小 于制程變異或規(guī)格界限較小者。 1.3量測系統(tǒng)的標準 量測標準分級中，最高級為國家級標準，由國家級標準對應的次一級標準，稱為 初級，通常由政府部門或?qū)W術(shù)機構(gòu)取得，當然私人公司亦可由國家級標準取得初級 的對應。但因初級標準常常顯得太昂貴，故又可對應至次一級標準，稱為第二級標 準，通常由一般私人企業(yè)所取得。第二級標準又可被對應到另一級，稱為作業(yè)標準 ，本級常用于調(diào)整在生產(chǎn)中使用的量測系統(tǒng)，又稱為生產(chǎn)標準。 總之，不采用可追溯之標準而去確定一個量測系統(tǒng)的精度是難以被接受的，尤其 是當生產(chǎn)者與客戶之間的量測可能不統(tǒng)一而產(chǎn)生沖突時，更顯得可追溯的量測標準 之信賴度的重要。 1.4量測系統(tǒng)的通則 每一量測系統(tǒng)均應被評估以決定是否適用于預期之工作。通常以兩階段來評估， 第一階段評估是執(zhí)行測試以決定量測系統(tǒng)是否具有需求之統(tǒng)計特性，以執(zhí)行被要求 之工作，又稱為階段一評估。第二階段評估是執(zhí)行定期之檢定以決定此一量測系統(tǒng) 是否維持在可接受狀態(tài)，即使量測系統(tǒng)例行執(zhí)行保養(yǎng)及/或再校正、再檢定，又稱為 階段二評估。 量測系統(tǒng)之測試方法應有書面化程序，包含： 7. 范例 8. 選擇量測項目之規(guī)格及執(zhí)行測試的環(huán)境。 9. 規(guī)定數(shù)據(jù)收集、記錄及分析之方式。 10. 定義重要條件及原則之作業(yè)方式。 11. 追溯之標準。 1.5選擇/制定檢定方法 當選擇或制定檢定方法時，一般考慮之因素如下： 1) 是否使用可追溯國家標準之標準？其適用標準是何級水準？標準通常為評估量 測系統(tǒng)精確度之基本。 2) 在階段二評估測試時，應采用盲目測量或是易于取得量測值的方式。所謂盲目 測試是指當作業(yè)者執(zhí)行量測時，事先不知被測物是否有任何不同，而在實際 的量測環(huán)境下執(zhí)行量測。 3) 檢定之成本。 4) 檢定所需之時間。 5) 對于非眾所皆知的條文應予以定義，如再現(xiàn)性、再生性….等。 6) 是否此量測系統(tǒng)所取得之量測將用以比較其它量測系統(tǒng)所取得之量測？如是， 則其中之一的量測系統(tǒng)應考慮采用可追溯(1)項標準之檢定方法。 7) 階段二評估之頻率，應視該量測系統(tǒng)之統(tǒng)計特性對設(shè)施之重要性而定。 第2章 量測系統(tǒng)之評價準則 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b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??？ 2.1.1鑒別力 量測系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)并真實地表示被測特性很小變化之能力，稱為鑒別力。如最小 的量測刻度太大而不足以辨別制程變異，則為鑒別力不足。鑒別力不足的象征將 會在R-CHART上顯現(xiàn)出來，因此，若使用鑒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。 下圖將介紹不同鑒別力之量測系統(tǒng)，所能對制程做不同的管制。 |鑒 別 力 |計量值管制 |計數(shù)值管制 | | |只能顯示其制程主要變異 |不可用于估計制程參數(shù)與 | | |來自于平均值偏移 |指數(shù) | | | |只能顯示制程生產(chǎn)符合或 | |制程分配只用1種數(shù)據(jù)分級| |不符合產(chǎn)品 | | |只能用于制程變異較大的 |不可用于估計制程參數(shù)與 | | |管制 |指數(shù) | | | |只能提供粗糙的估計 | |制程分配用2~4種數(shù)據(jù)分級| | | | |能與管制圖一起使用 |被推薦 | | | | | | | | | |制程分配用5種以上數(shù)據(jù)分| | | |級 | | | 圖1.制程分配在區(qū)別分類數(shù)（Number of Distinct Categories, ndc） 上對管制與分析的影響 圖2可說明鑒別力不足的量測系統(tǒng)被使用在制程上的例子 圖2制程管制圖 管制圖(a)為量測刻度0.001的量測值；(b)為量測刻度0.01的量測值。當R值只有1、2或 3個值落在管制界限內(nèi)，或R值雖有4個落在管制界限內(nèi)，但超過1/4的 R值為0，則此量測系統(tǒng)為鑒別力不足，如管制圖(b) 2.1.2量測系統(tǒng)變異的類型 (刪除2.1.2.3零件間變異) 2. 1.2.1再現(xiàn)性(量具變異)(Repeatability)－ 同一人使用同一量具量測同一零 件之相同特性多次所得變異。 2. 1.2.2再生性(人的變異)(Reproducibility)－ 不同人使用同一量具量測同一零 件之相同特性所得之變異。 2. 1.2.3穩(wěn)定性(Stability)－ 同一人使用同一量具于不同時間 在同一地點量測同一零件之相同 特性所得之變異。 3. 1.2.4偏性(Bias)－ 同一人使用同一量具量測同一 零件之相同特性多次所得平均 值與工具室或精密儀器量測 同一零件之相同特性所得之 真值或參考值之間的偏差值 2. 1.2.5線性(Linearity)－ 指量具各作業(yè)范圍之偏性。 2.2量測系統(tǒng)分析 2.2.1再現(xiàn)性 指量具變異本身是定值，因量具本身誤差及產(chǎn)品在量具之位置差，則構(gòu)成量 測再現(xiàn)性差異。 如R-CHART在管制狀態(tài)下，則再現(xiàn)性之標準差或量具變異估計值[pic] 量具變異或再現(xiàn)性[pic] 其中5.15表示在常態(tài)分配中具有99?信賴度(即99?信賴度=5.15(，可用5. 15/2=2.575查附錄3.1得出(=0.005，故信賴區(qū)間=1－0.005×2)([pic]查附錄3.2 )。 如果量測系統(tǒng)再現(xiàn)性不足，可能原因是： o 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。 o 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。 o 標準內(nèi)部：品質(zhì)、等級、磨損。 o 方法內(nèi)部：作業(yè)準備、技巧、歸零、固定夾持、點密度的變異。 o 評價者內(nèi)部：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗、操作技能或培訓、意識、疲勞。 o 環(huán)境內(nèi)部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。 o 錯誤的假設(shè) — 穩(wěn)定，適當?shù)牟僮鳌?o 缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計或方法，一致性不好。 o 量具誤用。 o 失真（量具或零件）、缺乏堅固性。 o 應用 — 零件數(shù)量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。 2.2.2再生性 指作業(yè)者變異是定值，由[pic]－CHART中比較每一平均值可發(fā)現(xiàn)。 再生性或作業(yè)者變異之估計標準差[pic] 作業(yè)者變異或再生性[pic] [pic]為某一作業(yè)者最大平均全距與最小平均全距之差，但再生性受量具變 異之影響，故必須減去量具變異，即調(diào)整后 [pic] [pic] n:零件數(shù) r:量測次數(shù) 如果測量系統(tǒng)再生性不足，可能原因是： o 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。 o 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。 o 標準之間：在測量過程中，不同的設(shè)定標準的平均影響。 o 方法之間：由于改變測量點密度、手動或自動系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方 法等...
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