量測(cè)系統(tǒng)分析(MSA)
量測(cè)系統(tǒng)分析(MSA) 目錄 第1章 量測(cè)系統(tǒng)介紹 1 概述、目的、術(shù)語(yǔ) 1 2 量測(cè)系統(tǒng)之統(tǒng)計(jì)特性 2 3 量測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 3 4 量測(cè)系統(tǒng)的通則 3 5 選擇/制定檢定方法 3 第2章 量測(cè)系統(tǒng)之評(píng)價(jià) 2. 1概述 5 2.1.1鑒別力 5 2.1.2量測(cè)系統(tǒng)變異的類型 7 2.2量測(cè)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(shuō)明 15 2.3量測(cè)系統(tǒng)研究之準(zhǔn)備 20 2.4計(jì)量值量測(cè)系統(tǒng)之研究 21 2.4.1穩(wěn)定性之準(zhǔn)則 21 2.4.2偏性之準(zhǔn)則 21 2.4.2.1獨(dú)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(zhǔn)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(jì)算及研究 34 2.4.3.3變異數(shù)分析法 38 2.5量具績(jī)效曲線 43 2.6計(jì)數(shù)值量具研究 47 2.6.1短期法 47 2.6.2長(zhǎng)期法 48 第3章 附錄 3.1標(biāo)準(zhǔn)常態(tài)分配表 52 3.2常數(shù)表 54 3.3如何適當(dāng)?shù)倪x用量測(cè)系統(tǒng)分析流程 55 3.4表格 56 量測(cè)系統(tǒng)分析3.0版 (Measurement System Analysis) 第1章量測(cè)系統(tǒng)介紹 1. 1概述、目的、術(shù)語(yǔ) 1.1.1概述 我們知道，一個(gè)制程的狀況必須經(jīng)由量測(cè)來(lái)獲取相關(guān)信息，因此量測(cè)數(shù)據(jù)將 會(huì)決定制程是否應(yīng)被調(diào)整，如果統(tǒng)計(jì)結(jié)果，制程超出管制界限，即制程能力不足 時(shí)，則須對(duì)制程作某些調(diào)整，否則，制程將會(huì)在無(wú)調(diào)節(jié)的狀態(tài)下運(yùn)作。量測(cè)數(shù)據(jù) 的另一用途是可以檢視二個(gè)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(jìn)料溫度有關(guān)。 因此，量測(cè)數(shù)據(jù)的品質(zhì)對(duì)于制程分析結(jié)果占有相當(dāng)重要的因素，為了確保分 析結(jié)果不致對(duì)制程誤判，就必須重視數(shù)據(jù)的品質(zhì)。 量測(cè)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(cè)有關(guān)，若在穩(wěn)定狀 況下所獲得某一特性的量測(cè)數(shù)據(jù)，其結(jié)果”近似于”該特性的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值甚遠(yuǎn)，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(jì)特性有偏差與方差，所謂偏差是指量測(cè)數(shù)據(jù)平均值與標(biāo)準(zhǔn) 值之差異；所謂方差則是指量測(cè)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(jìn)，然而這常常應(yīng)改進(jìn)量測(cè)系統(tǒng)本身，而非改進(jìn)數(shù)據(jù)。 因此，對(duì)于量測(cè)系統(tǒng)品質(zhì)的評(píng)估，是極其重要的，其評(píng)價(jià)程序應(yīng)包括 1. 設(shè)計(jì)及驗(yàn)證 2. 長(zhǎng)時(shí)間的能力評(píng)價(jià) 3. 追溯標(biāo)準(zhǔn) 4. 作業(yè)定義 5. 管制 6. 維修及再驗(yàn)證 1. 1.2目的 本篇的目的在于說(shuō)明評(píng)價(jià)量測(cè)系統(tǒng)品質(zhì)之準(zhǔn)則，雖然也可以運(yùn)用在其它量 測(cè)系統(tǒng)上，但主要還是以使用在工業(yè)界制程的量測(cè)系統(tǒng)為主，且特性數(shù)據(jù)可重 復(fù)讀取。 1. 1.3術(shù)語(yǔ) 量測(cè)（Measurement）：對(duì)某具體事物賦予數(shù)據(jù)，以表示他們對(duì)于特定特性 之間的關(guān)系。賦予數(shù)據(jù)的過(guò)程稱為量測(cè)過(guò)程，而數(shù)據(jù)稱為量測(cè)值。 量具（Gage）：任一可用以量測(cè)之設(shè)備，通常是用以特別稱呼使用在生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)者，包括GO/NO-GO設(shè)備。 量測(cè)系統(tǒng)（Measurement System）：操作、準(zhǔn)則、量具和其它設(shè)備、軟件及指定之一群待量測(cè) 之集合，經(jīng)由完整程序而取得量測(cè)值。 1.2量測(cè)系統(tǒng)之統(tǒng)計(jì)特性 理想之量測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)具有零偏差、零變異的統(tǒng)計(jì)特性，但很不幸的是，這種理 想的量測(cè)系統(tǒng)幾乎很少見的，因此，我們必須存在一個(gè)觀念，就是當(dāng)在決策時(shí)，必 須考慮到所依據(jù)的是一個(gè)非理想統(tǒng)計(jì)特性之量測(cè)系統(tǒng)。 所以設(shè)備管理之責(zé)任是確認(rèn)當(dāng)每一量測(cè)系統(tǒng)被使用時(shí)都具有適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)特性。雖 然每一量測(cè)系統(tǒng)可能需具備一些各別的統(tǒng)計(jì)特性，但下列舉出五項(xiàng)所有量測(cè)系統(tǒng)必 備的統(tǒng)計(jì)特性： 1) 量測(cè)系統(tǒng)須在統(tǒng)計(jì)管制下，亦即量測(cè)纟統(tǒng)之變異僅根源于共同原因，而非特殊原因 。 2) 量測(cè)系統(tǒng)的變異必須小于制程變異。 3) 量測(cè)系統(tǒng)的變異必須小于規(guī)格界限。 4) 量測(cè)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(gè)通用的法則是：最小 刻度應(yīng)小于制程變異或規(guī)格界限較小者之1/10。 5) 因量測(cè)項(xiàng)目的改變，量測(cè)系統(tǒng)之統(tǒng)計(jì)特性可能變更，但最大的量測(cè)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(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)中，最高級(jí)為國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的次一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稱為 初級(jí)，通常由政府部門或?qū)W術(shù)機(jī)構(gòu)取得，當(dāng)然私人公司亦可由國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)取得初級(jí) 的對(duì)應(yīng)。但因初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)常常顯得太昂貴，故又可對(duì)應(yīng)至次一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稱為第二級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)，通常由一般私人企業(yè)所取得。第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)又可被對(duì)應(yīng)到另一級(jí)，稱為作業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ，本級(jí)常用于調(diào)整在生產(chǎn)中使用的量測(cè)系統(tǒng)，又稱為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。 總之，不采用可追溯之標(biāo)準(zhǔn)而去確定一個(gè)量測(cè)系統(tǒng)的精度是難以被接受的，尤其 是當(dāng)生產(chǎn)者與客戶之間的量測(cè)可能不統(tǒng)一而產(chǎn)生沖突時(shí)，更顯得可追溯的量測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 之信賴度的重要。 1.4量測(cè)系統(tǒng)的通則 每一量測(cè)系統(tǒng)均應(yīng)被評(píng)估以決定是否適用于預(yù)期之工作。通常以兩階段來(lái)評(píng)估， 第一階段評(píng)估是執(zhí)行測(cè)試以決定量測(cè)系統(tǒng)是否具有需求之統(tǒng)計(jì)特性，以執(zhí)行被要求 之工作，又稱為階段一評(píng)估。第二階段評(píng)估是執(zhí)行定期之檢定以決定此一量測(cè)系統(tǒng) 是否維持在可接受狀態(tài)，即使量測(cè)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(píng)估。 量測(cè)系統(tǒng)之測(cè)試方法應(yīng)有書面化程序，包含： 7. 范例 8. 選擇量測(cè)項(xiàng)目之規(guī)格及執(zhí)行測(cè)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(biāo)準(zhǔn)。 1.5選擇/制定檢定方法 當(dāng)選擇或制定檢定方法時(shí)，一般考慮之因素如下： 1) 是否使用可追溯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之標(biāo)準(zhǔn)？其適用標(biāo)準(zhǔn)是何級(jí)水準(zhǔn)？標(biāo)準(zhǔn)通常為評(píng)估量 測(cè)系統(tǒng)精確度之基本。 2) 在階段二評(píng)估測(cè)試時(shí)，應(yīng)采用盲目測(cè)量或是易于取得量測(cè)值的方式。所謂盲目 測(cè)試是指當(dāng)作業(yè)者執(zhí)行量測(cè)時(shí)，事先不知被測(cè)物是否有任何不同，而在實(shí)際 的量測(cè)環(huán)境下執(zhí)行量測(cè)。 3) 檢定之成本。 4) 檢定所需之時(shí)間。 5) 對(duì)于非眾所皆知的條文應(yīng)予以定義，如再現(xiàn)性、再生性….等。 6) 是否此量測(cè)系統(tǒng)所取得之量測(cè)將用以比較其它量測(cè)系統(tǒng)所取得之量測(cè)？如是， 則其中之一的量測(cè)系統(tǒng)應(yīng)考慮采用可追溯(1)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)之檢定方法。 7) 階段二評(píng)估之頻率，應(yīng)視該量測(cè)系統(tǒng)之統(tǒng)計(jì)特性對(duì)設(shè)施之重要性而定。 第2章 量測(cè)系統(tǒng)之評(píng)價(jià)準(zhǔn)則 2. 1概述 評(píng)估一量測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)確定三項(xiàng)基本問(wèn)題。(A)本量測(cè)系統(tǒng)是否具備適當(dāng)?shù)蔫b別 力？(B)是否具有全時(shí)的統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性？(C)量測(cè)誤差(變異)是否微?。?2.1.1鑒別力 量測(cè)系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)并真實(shí)地表示被測(cè)特性很小變化之能力，稱為鑒別力。如最小 的量測(cè)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(huì)在R-CHART上顯現(xiàn)出來(lái)，因此，若使用鑒別力不足的量測(cè)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(cè)系統(tǒng)，所能對(duì)制程做不同的管制。 |鑒 別 力 |計(jì)量值管制 |計(jì)數(shù)值管制 | | |只能顯示其制程主要變異 |不可用于估計(jì)制程參數(shù)與 | | |來(lái)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(jí)| |不符合產(chǎn)品 | | |只能用于制程變異較大的 |不可用于估計(jì)制程參數(shù)與 | | |管制 |指數(shù) | | | |只能提供粗糙的估計(jì) | |制程分配用2~4種數(shù)據(jù)分級(jí)| | | | |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(jí) | | | 圖1.制程分配在區(qū)別分類數(shù)（Number of Distinct Categories, ndc） 上對(duì)管制與分析的影響 圖2可說(shuō)明鑒別力不足的量測(cè)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(cè)刻度0.001的量測(cè)值；(b)為量測(cè)刻度0.01的量測(cè)值。當(dāng)R值只有1、2或 3個(gè)值落在管制界限內(nèi)，或R值雖有4個(gè)落在管制界限內(nèi)，但超過(guò)1/4的 R值為0，則此量測(cè)系統(tǒng)為鑒別力不足，如管制圖(b) 2.1.2量測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)間 在同一地點(diǎn)量測(cè)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(cè)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(cè) 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(cè)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(cè)再現(xiàn)性差異。 如R-CHART在管制狀態(tài)下，則再現(xiàn)性之標(biāo)準(zhǔn)差或量具變異估計(jì)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部：品質(zhì)、等級(jí)、磨損。 o 方法內(nèi)部：作業(yè)準(zhǔn)備、技巧、歸零、固定夾持、點(diǎn)密度的變異。 o 評(píng)價(jià)者內(nèi)部：技巧、位置、缺乏經(jīng)驗(yàn)、操作技能或培訓(xùn)、意識(shí)、疲勞。 o 環(huán)境內(nèi)部：對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)、清潔的小幅度波動(dòng)。 o 錯(cuò)誤的假設(shè) — 穩(wěn)定，適當(dāng)?shù)牟僮鳌?o 缺乏穩(wěn)健的儀器設(shè)計(jì)或方法，一致性不好。 o 量具誤用。 o 失真（量具或零件）、缺乏堅(jiān)固性。 o 應(yīng)用 — 零件數(shù)量、位置、觀測(cè)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)次數(shù) 如果測(cè)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(cè)量A、B、C零 件類型時(shí)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)之間：在測(cè)量過(guò)程中，不同的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的平均影響。 o 方法之間：由于改變測(cè)量點(diǎn)密度、手動(dòng)或自動(dòng)系統(tǒng)、歸零、固定或夾緊方 法等...
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