測量系統分析课件.pptx

測量系統分析课件1測量的重要性n如果測量的方式不對，那麼好的結果可能被測為壞的結果，壞的結果也可能被測為好的結果，此時便不能得到真正的產品或過程特性。PROCESS原料人機 法環測量測量結果好不好2測量系統的組成n將被測試的材料n間斷n連續n將被測量的特性n收集和准備樣品n測量的種類和尺度n儀器或測試設備n檢驗者或技術員n使用的狀況3典型的進展過程責任者決定關鍵特性產品工程師決定所需要的解析度產品工程師考慮整個測量系統的特性跨功能小組決定那些是可以使用的設備度量衡小組4決定那些是要測量n顧客的聲音n你必須轉換成技術特徵或規格。n技術特徵n失效模式分析n控制計劃n因為在條文要求中，只要是列在控制計劃中的就必須進行測量5測量誤差y=x+n測量值=真值(True Value)+測量誤差戴明說沒有真值的存在一致(線性)6測量誤差的來源nSensitivity 敏感度(Threshold起始值)n化學指示器nDiscrimination(辦別能力)nPrecision 精密度(Repeatability 重復性)nAccuracy准確度(Bias偏差)nDamage損壞nDifferences among instruments and fixtures(不同儀器和夾具間的差異)7測量誤差的來源nDifference in use by inspector不同檢驗者的差異(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)8測量的變異說明9環境因素n溫度n濕度n振動n照明n腐蝕n磨耗n污染(油脂)10人性因素n訓練n技能n疲勞n無聊n眼力n舒適n零件的複雜性n檢驗的速度n指導書的誤解11測量系統的特性nDiscrimination辦別力(ability to tell things apart)nBias偏差(Accuracy准確性)nRepeatability重覆性(precision)nReproducibility再現性nLinearity線性nStability穩定性12持續改進的說明13測量過程n賦值過程定義為測量過程。n而賦予的值定義為測量值。n量具：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，包括用來測量合格不合格的裝置。n測量系統：內來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件以及操作人員的集合；用來獲得測量結果的整個過程。14理想的測量系統n理想的測量系統在每次使用時，應只產生“正確”的測量結果。每次測量結果總應該與一個標准值相符。一個能產生理想測量結果的測量系統，應具有零方差、零偏倚和所測的任何產品錯誤分類為零概率的統計特性。15IDEAL MEASUREMENT SYSTEM真值真值16測量系統所應具有之特性n測量系統必須處於統計控制中，這意味著測量系統中的變差只能是由於普通原因而不是由於特殊原因造成的。這可稱為統計穩定性。n測量系統的變異必須比製造過程的變異小。n變異應小於公差帶。17n測量精密應高於過程變異和公差帶兩者中精度較高者，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。n測量系統統計特可能隨被被測項目的改變而變化。若真的如此，則測量系統的最大的變差應小於過程變差和公差帶兩者中的較小者。18何謂標準n國家標準n在美國是由NIST保持或追蹤。n一級標準n直接從國家標准直接複製或傳遞而來的標准。n二級標準n從一級標準傳遞而來的標准n工作標準n從二級標準傳遞而來的標准19測量系統的評定n第一階段：明白該測量過程並確定該測量系統是否滿足我們的需要。主要有二個目的n確定該測量系統是否具有所需要的統計特性，此項必須在使用前進行。n發現那種環境因素對測量系統顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用之空間及環境。20n第二階段的評定n目的是在驗證一個測量系統一旦被認為是可行的，應持續具有恰當的統計特性。n常見的就是R&R是其中的一種型式。21評價測量系統的三個基本問題n測量系統是否有足夠的分辨力？(解析能力)n這種測量系統在一定時間內是否在統計上保持一致？(再生和再現)n這些統計性能在預期範圍內是否一致？(線性)n這些問題要和過程變差聯系起來。(是否足夠小)22各項定義n量具:指生產中所使用的測量儀器.n測量系統:指由人員、量具,操作程序及其他設備或軟體所構成的系統.n量具再生性:指由不同操作人員使用相同的量具測量相同產品之特性時其作業者間測量平均值之變異.n量具再現性:指由同一個操作人員用同一種量具經多次測量同一個零件,其測量特性值再現能力,亦稱測量值間的變異.23n穩定性:同一量具於不同時間測量同一零件之相同特性所得之變異.n偏性:指由同一操作人員使用相同量具,測量同一零件之相同特性多次數所得平均值與工具室或精密儀器測量同一零件之相同特性所得之真值或參考值之間的偏差值.24偏倚(Bias)真值觀測平均值偏倚偏倚偏倚：是測量結果的觀測平均值與基准值的差值。真值的取得可以通過採用更高級別的測量設備進行多次測量，取其平均值而定之。25重覆性(Repeatability)重覆性重覆性是由一個評價人，採用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。26再現性(Reproducibility)再現性是由不同的評價人，採用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。再現性27穩定性(Stability)穩定性時間1時間2穩定性(或飄移)，是測量系統在某持續時間內測量同一基准或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。28線性(Linearity)量程基准值觀測平均值基准值線性是在量具預期的工作範圍內，偏倚值的差值29線性(Linearity)觀測平均值基准值無偏倚有偏倚30測量系統的分析n對測量系統進行分析的目的是為了更好地了解變差來源。n測量系統特性可用下列方式來描述n位置：穩定性、偏倚、線性。n寬度或範圍：重覆性、再現性。31位置和寬度位置寬度位置寬度32解析度一個數據分級n控制：只有下列條件才可用於控制n與規範相比過程變差較小n預期過程變差上的損失函數很平緩n過程變差的主要原因導致均值偏移n分析：n對過程參數及指數的估計不可接受。n只能表明過程是否正在生產合格零件。33解析度24個數據分級n控制：只有下列條件才可用於控制n依據過程分布可用半計量控制技術n可產生不敏感的計量控制圖n分析：n一般來說對過程參數及指數的估計不可接受。n只提供粗劣的估計。34解析度5個或更多個個數據分級n控制：只有下列條件才可用於控制n可用於計量控制圖n分析：n建議使用35分辨率的要求n建議的要求是總過程6(標准偏差)的十分之一。n傳統是公差範圍的十分之一。36測量系統研究的淮備n先計劃將要使用的方法。例如，通過利用工程決策，直觀觀察或量具研究決定，是否評價人在校准或使用儀器中產生影響。有些測量系統的再現性(不同人之間)影響可以忽略，例如按按鈕，打印出一個數字。37測量系統研究的淮備n評價人的數量，樣品數量及重復讀數次數應預先確定。在此選擇中應考慮的因素如下：n尺寸的關鍵性：關鍵尺寸需要更多的零件和或試驗，原因是量具研究評價所需的置信度。n零件結構：大或重的零件可規定較少樣品和較多試驗。38測量系統研究的淮備n由於其目的是評價整個測量系統，評價人的選擇應從日常操作該儀器的人中挑選。n樣品必須從過程中選取並代表其整個工作範。有時每一天取一個樣本，持續若干天。這樣做是有必要的，因為分析中這些零件被認為生產過程中產品變差的全部範圍。由於每一零件將被測量若干次，必須對每一零件編號以便識別。39取樣的代表性不具代表性的取法40取樣的代表性具代表性的取法41測量系統研究的淮備n儀器的分辨力應允許至少直接讀取特性的預期過程變差的十分之一，例如特性的變差為0.001，儀器應能讀取0.0001的變化。n確保測量方法(即評價人和儀器)在按照規定的測量步驟測量特徵尺寸。42測量系統分析進行的方式n測量應按照隨機順序，以確保整個研究過程中產生的任何漂移或變化將隨機分佈。評價人不應知道正在檢查零件的編號，以避免可能的偏倚。但是進行研究的人應知道正在檢查那一零件，並記下數據。n在設備讀數中，讀數應估計到可得到的最接近的數字。如果可能，讀數應取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度為0.0001，則每個讀數的估計應圓整為0.00005。n研究工作應由知其重要性且仔細認真的人員進行。n每一位評價人應採用相同方法，包括所有步驟來獲得讀數。43分析時機n新生產之產品PV有不同時n新儀器，EV有不同時n新操作人員，AV有不同時n易損耗之儀器必須注意其分析頻率。44穩定性分析之執行:n獲取一樣本並確定其相對於可追溯標准的基准值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，並指定它作為標准樣本進行穩定性分析。並追蹤測量系統的穩定性不需要一個已知基准值。可能需要具備測量的最低值、最高值及中程數的標准樣本。建議對各樣本單獨測量並做控制圖。45n定期(天、週)測量基准樣品35次。樣本容量和頻率應基於對測量系統的了解。因素包括要求多長時間重新校准或維修，測量系統使用的頻率，以及操作條件如何重要。讀數應在不同時間讀取以代表測量系統實際使用的情況。這些還包括預熱，環境或其它在一天內可能變化的因素。n將測量值標記在X-R CHART 或X CHART上.n計算管制界限,並對失控或不穩定作評估.穩定性分析之執行:46n計算測量結果標準差,並與制程標準差相比較,以評估測量系統的穩定性.不可以發生此項之標準差大於製程標準差之現象，如果有發生此現象，代表測量之變異大於製程變異，此項儀器是不可接受的。穩定性分析之執行:47控制圖的判讀n超出控制界限的點：出現一個或多個點超出任何一個控制界限是該點處於失控狀態的主要證據UCLCLLCL異常異常48控制圖的判讀n鏈：有下列現象之一即表明過程已改變n連續7點位於平均值的一側n連續7點上升(後點等於或大於前點)或下降。UCLCLLCL49控制圖的判讀n明顯的非隨機圖形：應依正態分佈來判定圖形，正常應是有2/3的點落於中間1/3的區域。UCLCLLCL50n代表儀器已不穩定，須做維修或調整，維修及調整完後須再做校正以及穩定性之分析。51穩定性附加說明n如果使用s控制圖，則可計算=C4s(bar)nR(或S)圖中的失控狀態表明不穩定的重復性(也許什麼東西鬆動、氣路部分阻塞、電壓變化等)。nXbar圖中失控表明測量系統不再正確地測量(偏倚已經改變)，努力確定改變的原因，然後糾正，如果原因是麼損，則可能要重新校准。n可以希望備有對應於預期測量結果的下端、上端和中間值的基准件或基准的測量系統控制圖。52範例10/1610/2210/2811/1211/1811/191/156/1910/1211/2012/948.648.448.948.948.948.548.448.747.847.948.148.748.848.647.950.149.048.248.048.648.348.648.348.048.948.049.249.048.347.748.748.448.71/122/133/204/115/206/196/287/607/218/98/2248.248.148.348.048.148.148.348.148.048.247.948.548.748.948.748.448.448.648.648.648.448.348.948.548.648.648.748.748.548.748.748.948.79/79/1110/948.048.147.948.448.648.348.848.948.45354偏倚n為了在過程範圍內指定的位置確定測量系統的偏倚，得到一個零件可接受的基准值是必要的。通常可在工具室或全尺寸檢驗設備上完成。基准值從這些讀數中獲得，然後這些讀數要與量具R&R研究中的評價人的觀察平均值(定為XbarA，XbarB，XbarC)進行比較。55偏倚n如果不能按這種方法對所有樣件進行測量，可採下列替代的方法：n在工具室或全尺寸檢驗設備上對一個基准件進行精密測量。n讓一位評價人用正被評價的量具測量同一零件至少十次。n計算讀數的平均值。基准值與平均值之間的差值表示測量系統的偏倚。n如果需要一個指數，把偏倚乘以100再除以過程變差(或公差)，就把偏倚轉化為過程差(或公差)的百分比。56偏性分析之執行:n獨立取樣法:n選取一個樣品,並建立可追溯標準之真值或參考值,若無樣本則可從生產線中取一個落在中心值域的零件,當成標準值,且應針對預期測試的高中低端各取得樣本或標準件,並對每個樣本或標準件測量10次,計算其平均值,將其當成“參考值”.n由一位作業者以常規方式對每個樣本或標準件測量10次.並計算出平均值,此值為“觀測平均值”.57n計算偏性:n偏性=觀測平均值 參考值n制程變異=6n%偏性=偏性/制程變異58n判定:針對偏差之部份，判定之原則為：n重要特性部份其偏差%須=5%；n一般特性其偏差%須10%；應依據儀器之使用目的來說明其接受之原因。n其偏差%大於10%者，此項儀器不適合使用。59偏倚分析n如果偏倚相對比較大，查看這些可能的原因n基准的誤差n磨損的零件n製造的儀器尺寸不對n儀器測量非代表性的特性n儀器沒有正確校准n評價人員使用儀器不正確。60例題X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.7061例題n偏倚占公差百分比採用同樣方法計算，式中用公差代替過程變差。n因此，在量具R&R研究中使用的厚薄規的偏倚為-0.05。這意味著測量觀測值平均比基准值小0.05，是過程變差的7.1%=.基准值0.800.75平均值62R&R之分析n決定研究主要變異形態的對象.n使用全距及平均數或變異數分析方法對量具進行分析.n於制程中隨機抽取被測定材料需屬統一制程.n選2-3位操作員在不知情的狀況下使用校驗合格的量具分別對10個零件進行測量,測試人員將操作員所讀數據進行記錄,研究其再生性及再現性(作業員應熟悉並了解一般操作程序,避免因操作不一致而影響系統的可靠度)同時評估量具對不同操作員熟練度.63n針對重要特性(尤指是有特殊符號指定者)所使用量具的精確度應是被測量物品公差的1/10,(即其最小刻度應能讀到1/10制程變異或規格公差較小者;如:制程中所需量具讀數的精確度 是 0.01m/m,則 測 量 應 選 擇 精 確 度 為0.001m/m),以避免量具的鑑別力不足，一般之特性者所使用量具的精確度應是被測量物品公差的1/5。n試驗完後,測試人員將量具的再生性及再現性數據進行計算如附件一(R&R數據表),附件二(R&R分析報告),依公式計算並作成-R管制圖或直接用表計算即可64結果分析:n當再現性(EV)變異值大於再生性(AV)時.n量具的結構需在設計增強.n量具的夾緊或零件定位的方式需加以改善.n量具應加以保養.n當再生性(AV)變異值大於再現性(EV)時.n作業員對量具的操作方法及數據讀取方式應加強教育,作業標準應再明確訂定或修訂.n可能需要某些夾具協助操作員,使其更具一致性的使用量具.n量具與夾治具校驗頻率於入廠及送修矯正後須再做測量系統分析,並作記錄.65nEV,AV及R&R之接受標準如下:n數值10%量具系統可接受.n10%30%量具系統不能接受,須予以改進.必要時更換量具或對量具重新進行調整,並對以前所測量的庫存品再抽查檢驗,如發現庫存品已超出規格應立即追蹤出貨通知客戶,協調處理對策.66再現性示例操作者A操作者B測試123平均極差123平均極差零件A217216216216.31216219220218.34零件B220216218218.04216216220217.34零件C217216216216.31216215216215.71零件D214212212212.72216212212213.34零件E216219220218.34220220220220.00216.3216.967第一步估計重覆性6869第二步計算再現性n計算操作平均的極差(RO)n利用d2係數將RO轉換成標准差n乘以5.15n減去由於重覆性所造成的部份7071第三步計算零件間的變異n每次的值都是同一零件測二次，所以只是偵測出儀器變異(Re)。n二個測量者之間的差異代表了人員之間的差異(Ro)n每個產品間的差距代表了產品的差異(Rp)。7273零件a零件b零件c零件d零件e操作者A平均216.3218.0216.3212.7218.3操作者B平均218.3217.3215.7213.3219.2再平均217.3217.7216.0213.0219.27475762345678910111213141511.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.5051.191.742.102.362.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4961.181.732.092.352.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.4881.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48111.161.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.413.48121.151.712.072.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48131.151.712.072.342.552.712.852.983.093.183.273.353.423.48141.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.353.423.48151.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.353.423.48151.1281.6932.0592.3262.5342.7042.8472.9073.0783.1733.2583.3363.4073.472組數樣本d277子組內樣本數A2D3D421.88003.26731.02302.57540.72902.28250.57702.11560.48302.00470.4190.0761.92480.3730.1361.86490.3370.1841.816100.3080.2231.777110.2850.2561.744120.2660.2841.716130.2490.3081.692140.2350.3291.671150.2230.3481.652控制圖係數表78Case StudyPARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者A79R&R極差分析法n典型的極差法使用兩名評價人和五個零件進行分析，在這個分析中，每個評價人測量每個零件一次，每個零件的極差是評價人A獲得的測量結果與評價人B的測量結果的絕對值，利用這些數據來計算R&R，但這種方法，無法分解成是儀器的誤差或是人的誤差。80分析數據零件評價人A評價人B極差(A-B)10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.1081計算82Case StudyPARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.750.7091.000.95100.550.50操作者B83Case StudyPARTREADING1READING210.500.5521.051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者C8485868788ANOVA METHOD89ANOVA METHOD90ANOVA METHOD91ANOVA METHOD92ANOVA METHOD93線性分析之執行n在測量儀器的工作範圍內選擇一些零可確定線性。這些被選零件的偏倚由基准值與測量觀察平均值之間的差值確定。最佳擬合偏倚平均值與基准值的直線的斜率乘以零件的過程變差(或公差)是代表量具線性的指數。為把量具線性轉變成過程變差(或公差)的百分率，可將線性乘以100後除以過程變差(或公差)。至於穩定性，建議分析技術可採用圖形，即帶最佳擬合直線的散點圖。94線性分析之執行n正如在偏倚研究中一樣，零件的基准值可由工具室或全尺寸檢驗設備確定。在操作範圍內選取的那些零件由一個或多個評價人測量，確定每一零件的觀察平均值，基准值與觀察平均值之間的差值為偏倚，要確定各個被選零件的偏倚。線性圖就是在整個工作範圍內的這些偏倚與基准值之間描繪的。如果線性圖顯示可用一根直線表示這些標繪點，則偏倚與基准值之間的最佳線性回歸直線表示兩個參數之間的線性。線性回歸直線的擬合優度R2確定偏倚與基准值是否有良好的線性關係。95線性分析之執行n系統的線性及線性百分率由回歸線斜率及零件過程變差(或公差)計算得出。如果回歸線有很好的線性擬合，那麼可以評價線性幅度及線性百分率來確定線性是否可接受。如果回歸線沒有很好的線性擬合，那麼可能偏倚平均值與基准有非線性關係，這需要進一步分析以判定測量系統的系統是否可接受。96線性分析之執行n如果測量系統為非線性，查找這些可能原因n在工作範圍上限和下限內儀器沒有正確校准。n最小或最大值校准量具的誤差。n磨損的儀器。n儀器固有的設計特性。97n計算誤差:n誤差=觀測平均值 參考值n制程變異=6n繪圖:nX軸=參考值nY軸=誤差n其方程式為:y=a+bxn再分別計算其n截距，斜率，擬合度，線性，線性%等98公式99n判定:n針對重要特性其線性度%5%n一般特性其線性度%10%以上者判為不合格，此項之儀器不適合使用。n實際情形依工廠的情形而做調整100Case Studypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.5243.9365.7487.75109.3122.4244.2365.9487.85109.5122.5245.0365.9487.75109.3122.7243.8366.0487.85109.4122.3243.9366.1487.85109.5122.5243.9366.0487.85109.5122.5243.9366.1487.75109.5122.4243.9366.4487.85109.6122.4244.0366.3487.55109.2122.6244.1366.0487.65109.3122.4243.8366.1487.75109.4101102何謂計數型量具n就是把各個零件與某些指定限值相比較，如果滿足限件則接受該零件否則拒收。n計數型量具只能指示該零件被接受或拒收。103小樣法之做法n先選取二十個零件來進行。n選取二位評價人以一種能防止評價人偏倚的方式兩次測量所有零件。n在選取二十個零件時，必須有一些零件稍許高或低於規範限值。n所有的測量結果(每個零件測四次)一致則接受該量具，否則應改進或重新評價，或找到一個可接受之替代測量系統。104105大樣法n對於某計數型量具，用量具特性曲線的概念來進行量具研究，GPC是用於評價量具的重復性和偏倚。n這種量具研究可用於單限值和雙限值量具。n對於雙限值量具，假定誤差是線性一致的，只需檢查一個限值。106大樣法之做法n一般地，計數型量具研究包括獲得多個被選零件的基準值。這些零件經過多次(m)評價，連同接受總次數(a)，逐個零件地記錄，從這些結果就能做估計重復性和偏倚。107第一步驟n選取零件。最根本的是已知研究中所用零件的基準值。應儘可能按實際情況等間隔選取八個零件，其最大和最小值應代表該過程範圍n八個零件必須用量具測量m=20，並記錄接受的次數(a)。108第二步驟n對於整個研究，最小的零件必須a=0，最大的零件a=20，記錄接受的次數(a)。其餘1a19。n如果不滿足這些准則，必須用量具測量更多的已知其基準值的零件(X)。n如果不滿足上述零件這些點可選在量具研究已測量的零件測量中間點。n一直重復以上直到滿足上述要求。109110偏差之計算111偏差是否偏離0之檢定112113Xt a Pa-0.016000.025-0.015010.075-0.014030.175-0.013050.275-0.012080.425-0.0110160.775-0.0105180.875-0.0100200.975-0.0080201.000114115116範例計算之結果117考題n今有一公司使用了一個的量規，用以判定產品是否符合公司之要求n今取了八個的產品其每個均測量二十次，所以m=20，a則界於020之間，各項的數據如次頁所附118Xt a Pa-0.01800-0.01501-0.01403-0.01305-0.01208-0.011014-0.010518-0.090020-0.007020試計算其偏差為多少？重復性為多少？試繪出其下規格之GPC圖以及常態機率紙之圖形？119相關分析(CORELATION)PARTSOURCE TESTERTESTER3CORR.TESTER3NEW 12221.460.5421.790.2122424.54-0.5424.27-0.2732424.58-0.5824.30-0.3042626.86-0.8626.13-0.1352727.92-0.9226.980.0262019.430.5720.16-0.1672120.430.5720.960.0482221.510.4921.830.1792323.05-0.0523.07-0.07102424.59-0.5924.31-0.31112221.480.5221.810.19122120.240.7620.810.19132828.99-0.9927.840.16142930.12-1.1228.750.25平均差距-0.1571平均差距0120迴歸結果121相關示例零件第一次讀值第二次讀值差距15655126364-135654244951-255858065657-175655185757097577-21058571122123量具1量具2理想的量具間關係R2=1Y=a+Bxb=1a=0124