MSA测量系统分析 复杂测量系统的实践.docx

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MSA测量系统分析复杂测量系统的实践

测量系统分析（MSA）

复杂测量系统的实践

—第一节

复杂的或非重复的测量系统的实践

引言

本参考手册的重点是针对每个零件能重复读数的测量系统，但并不是所有的测量系统都有这种特性，例如：

◆破坏性测量系统

◆零件随着使用/试验变化的系统；例如，发动机或变速器测功机试验

下面是一些测量系统分析方法的例子，包括本手册中前面未讨论的系统。

这里不打算全面列出覆盖各种型式的测量系统，而只是给出不同方法的例子。

如果本手册所关注的不适用于你所具有的测量系统，建议你求助于有能力的统计资源。

非重复的测量系统

案例——非破坏性测量系统

示例

零件不为测量过程所改变；即测量系统是非破坏性的并且用于如下零件（样本）：

◆静态特性，或

◆一直稳定的状态（变化）特性。

◆用于非初次使用的车辆/传动系的车辆测功机

◆用计量数据的泄漏试验

该个性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，即，在预期的使用期间，被测特性不发生改变。

案例——破坏性测量系统

示例

试验台

◆生产线终端

√发动机试验台

√变速器试验台

√车辆测功机

◆有定性数据的泄漏试验

◆盐雾喷射/湿度间

◆重力计

其他非重复的测量系统

◆自动化的不允许重复的在线测量系统

◆破坏性焊接试验

◆破坏性电镀试验

本章中所描述的研究图和不同的案例如下：

稳定性研究

案例

S1

S2

S3

S4

S5

零件不为测量过程所改变；即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）

◆静态特性，或

◆一直稳定的动态（变化）特性

√

√

该特性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，即，在预期的使用期间，被测特性不发生改变

√

√

破坏性测量系统

√

√

非重复的测量系统

√

√

试验台

√

变异性研究

案例

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

V8

V9

零件不为测量过程所改变；即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）

◆静态特性，或

◆一直稳定的动态（变化）特性

√

是有P≥2仪器的上述测量系统

√

破坏性测量系统

√

√

非重复性测量系统

√

√

具有动态特性的测量系统，

√

√

√

√

√

√

是有P≥3仪器的上述测量系统

√

表14：

基于测量系统形式的方法

—第二节

稳定性研究

S1：

单个零件，每循环单一测量

应用：

a）零件不为测量过程所改变的测量系统，即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）：

√静态特性，或

√一直稳定的动态（变化）特性

b）该特性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，就是说，在预期的使用期间，被测特性不发生改变。

假设：

◆在预期的特性（性质）范围内，测量系统具备线性响应已知（形成文件的）

◆零件（样本）覆盖该特性过程变差的预期范围。

采用X&mR图分析：

◆确定测量系统的稳定性

√比较标绘点和控制限制

√看趋势（仅X图）

◆比较

（总测量误差）和由变异性分析（见下节）得出的重复性估计

◆如果已知基准值确定偏倚：

偏倚=

-基准值

S2：

n≥3个零件，每循环每个零件单一测量

应用：

a）零件不为测量过程所改变的测量系统，即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）：

√静态特性，或

√一直稳定的动态（变化）特性

b）该特性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，就是说，在预期的使用期间，被测特性不发生改变。

假设：

◆在预期的特性（性质）范围内，测量系统具备线性响应已知（形成文件的）

◆零件（样本）覆盖该特性过程变差的预期范围。

采用[Z，R]图分析，此处

式中——ui是（基准）标准值或者由零件（样本）大量连续读数平均值确定的值。

◆确定测量系统的稳定性

√比较标绘点与控制限；

√查找趋势（仅Z图）

◆比较

和由变异性分析得出的重复性估计

。

◆若已知基准值则确定偏倚：

偏倚=

-基准值

◆若采用了n≥3个零件则确定性。

√零件（样本）必须覆盖特性的预期范围。

√每个零件（样本）应单独分析偏倚和重复性。

√用在第三章第二节讨论的线性分析量化线性。

如果在研究中使用多于一台仪器，确定这些仪器的一致性（变差均匀性），例如采用F检验，Bartlett检验，Levene检验等。

S3：

从稳定过程中的大量取样

应用：

测量系统必须评定均匀独立同等分布的取样，（iid）（收集并隔离）。

单个零件（样本）的测量不重复进行，因此该研究可用于破坏性和非重复性的测量系统。

假设：

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用和/或储存期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性（性质）的过程变差的预期范围；

◆在该特性（性质）的预期范围上测量系统的线性已知（形成文件的）（如果响应是非线性则应相应地校正读数）

分析：

◆通过对n≥30个零件的能力研究确定总变异性（这种初步研究也应用于验证样本的一致性，即所有零件（样本）来自单峰分布）。

◆

◆每个时间周期从隔离的样本中测量一个或多个零件，使用带有由能力研究确定的控制限的

&R或X&mR图。

◆比较标绘点和控制限；

◆查看趋势

◆因为这些零件（样本）不会变化（一个隔离样本），任何不稳定性迹象将归因于该测量系统的变化。

S4：

分割样本（通用），每循环单一样本

应用：

零件（样本）各个部分的测量不重复进行，因此该研究可用于破坏性和非重复性测量系统。

假设：

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用和/或储存期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性（性质）的过程变差的预期范围；

◆这些样本被分成m部分。

M=2时常称为试验一再试验研究。

分析：

◆极差图以跟踪（与“批内”一致性相混淆的）测量的一致性。

◆比较

和由变异性分析得出的重复性估计

。

◆上边界研究：

◆控制图跟踪生产过程的一致性

S4：

用于不同批连续的（同类）成对零件—S4a

该研究同S4一样，用于不同批次连续的（同类）成对零件。

它是一个上边界研究，因为

S5：

试验台

在这种情况下，多台测量仪器（试验台）评价连续产品流的同一特性。

产品流随机分配到各试验台。

S5a：

计数响应

用P图进行分析：

◆确定试验台之间（结论）的一致性：

包括各试验台结果的一张图表；

◆确定各台内的稳定性：

各台单独的图表。

采用

&mR图分析整个系统的稳定性，这里的

是在某给定工作日内所有试验台的平均值。

S5b：

计量数据响应

用方差分析（ANOVA）和图形技术分析

◆按时间周期计算各工作台（按特性）的

&S。

◆确定试验台间结论的一致性：

一张包括各台实验结果的

&S图表。

◆确定各台内的稳定性：

各台单独的

&S图。

◆比较

和由变异性分析得出的重复性估计

。

◆若已知基准值则确定偏倚：

偏倚=

-基准值

◆若采用了n≥3个零件则确定性。

√零件（样本）必须覆盖特性的预期范围。

√每个零件（样本）应单独分析偏倚和重复性。

√用在第三章第二节讨论的线性分析量化线性。

如果在研究中使用多于一台仪器，确定这些仪器的一致性（变差均匀性），例如采用F检验，Bartlett检验，Levene检验等。

S3：

从稳定过程中的大量取样

应用：

测量系统必须评定均匀独立同等分布的取样，（iid）（收集并隔离）。

单个零件（样本）的测量不重复进行，因此该研究可用于破坏性和非重复性的测量系统。

假设：

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用和/或储存期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性（性质）的过程变差的预期范围；

◆在该特性（性质）的预期范围上测量系统的线性已知（形成文件的）（如果响应是非线性则应相应地校正读数）

分析：

◆通过对n≥30个零件的能力研究确定总变异性（这种初步研究也应用于验证样本的一致性，即所有零件（样本）来自单峰分布）。

◆

◆每个时间周期从隔离的样本中测量一个或多个零件，使用带有由能力研究确定的控制限的

&R或X&mR图。

◆比较标绘点和控制限；

◆查看趋势

◆因为这些零件（样本）不会变化（一个隔离样本），任何不稳定性迹象将归因于该测量系统的变化。

S4：

分割样本（通用），每循环单一样本

应用：

零件（样本）各个部分的测量不重复进行，因此该研究可用于破坏性和非重复性测量系统。

假设：

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用和/或储存期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性（性质）的过程变差的预期范围；

◆这些样本被分成m部分。

M=2时常称为试验一再试验研究。

分析：

◆极差图以跟踪（与“批内”一致性相混淆的）测量的一致性。

◆比较

和由变异性分析得出的重复性估计

。

◆上边界研究：

◆控制图跟踪生产过程的一致性

S4：

用于不同批连续的（同类）成对零件—S4a

该研究同S4一样，用于不同批次连续的（同类）成对零件。

它是一个上边界研究，因为

S5：

试验台

在这种情况下，多台测量仪器（试验台）评价连续产品流的同一特性。

产品流随机分配到各试验台。

S5a：

计数响应

用P图进行分析：

◆确定试验台之间（结论）的一致性：

包括各试验台结果的一张图表；

◆确定各台内的稳定性：

各台单独的图表。

采用

&mR图分析整个系统的稳定性，这里的

是在某给定工作日内所有试验台的平均值。

S5b：

计量数据响应

用方差分析（ANOVA）和图形技术分析

◆按时间周期计算各工作台（按特性）的

&S。

◆确定试验台间结论的一致性：

一张包括各台实验结果的

&S图表。

◆确定各台内的稳定性：

各台单独的

&S图。

◆定量表示试验台间的一致性（变差的均匀性）；例如，采用F检验、BartlettJIANYAN、Levene检验等。

◆通过比较试验台平均值，确定所有试验台是否在同一目标上；例如采用单向方差分析。

如果存在任何差别，通过采用例如Tukey的T检验来分离“不同的”试验台。

—第三节

变异性研究

所有描述性的研究在本质上都是通过计算的形式来描述研究期间的测量系统（包括环境效应）。

由于测量系统要用于作出有关产品、过程或服务的未来判定，对测量系统作出分析结论是需要的。

从计算的到分析的结果转变需要专业知识和专门技能来：

◆保证这种研究的设计和实施考虑到所有预期的测量变差源。

◆按照预期用途、环境、控制、保养等分析结果（数据）。

V1：

标准GRR研究

这些研究包含在本参考手册内。

这些研究包括图形分析和数值分析。

V1a——极差法（R&R）

V1b——极差法（R&R和零件内）

V1c——方差法

V1d——改进的方差分析/极差法

V2：

p≥2台仪器的多重读数

这里允许多台仪器的比较

应用：

a）零件不为测量过程所改变的测量系统，即测量系统是非破坏性的并且用于具有如下特性的零件（样本）：

√静态特性，或

√一直稳定的动态（变化）特性

假设：

◆该特性（性质）的保存寿命已知，并延续超过预期的研究时期，就是说，在预期的使用期间，被测特性不发生改变。

◆零件（样本）覆盖该特性过程变差的预期范围。

采用Grubb（或ThomPson）估计分析：

◆过程变异性；

◆仪器变异性=重复性

◆置信区间的计算是可得到的。

V3：

平分样本（m=2）

应用：

零件（样本）各个部分的测量不重复进行，因此该研究可用于破坏性和非重复性测量系统，也可用于分析测量系统的动态特性。

假设：

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用和/或储存期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性（性质）的过程变差的预期范围；

◆样本被分成m部分。

M=2时常称为试验一再实验研究

采用回归技术分析：

◆用误差估计重复性：

◆线性（通过比较估计线和45o线）

V3a—V3用于连续成对的零件

该研究同V3一样，用于连续的成对零件而不是平分样本。

该研究用于不破坏测量特性零件就不能被分割的场合。

这是上边界分析：

V4—分割样本（通用）

应用：

零件（样本）各个部分的测量不重复进行，因此该研究可用于破坏性和非重复性测量系统，也可用于分析测量系统的动态特性。

假设：

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用和/或储存期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性（性质）的过程变差的预期范围；

◆把样本分成m部分，这里m对2，3求余数恒为0；m≥2（如m=3，4，6，9，……）

分析：

◆标准GRR技术。

包括图形；

◆方差分析—随机化的分组设计（双向方差分析）。

V4a—V4用于不同批中连续（同类的）成对的零件

该研究同V4一样，用于不同批连续的（同类）成对零件而不是分割样本。

该研究用于不破坏测量特性零件就不能被分割的场合。

这是上边界分析：

下述研究件假定零件（样本）特性（性质）是动态的：

V5：

与V1一样用于稳定化的零件

用于研究的零件用基于工程知识和专门技术的过程达到稳定状态；例如，磨合过的发动机与“初次使用的”发动相比较就是稳定化的零件。

V6：

时间序列分析

假设：

◆在规定的时间间隔内重复读数；

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性的过程变差的预期范围；

通过确定各样本零件的衰变模型分析：

◆

；

◆衰变的一致性（如果n≥2）；

V7：

线性分析

假设：

◆在规定的时间内重复读数

◆测量系统的衰变已知（形成文件）在规定的时间间隔内具有线性响应。

◆特性（性质）的保存寿命已知并延续超过预期的研究时期，即在预期的使用期间被测特性不改变；

◆这些零件（样本）覆盖该特性的过程变差的预期范围；

通过线性回归分析：

◆

；

◆衰变的一致性（如果n≥2）；

V7a—V7用于同类样本

通过线性回归分析：

这是一个上边界分析：

V8：

特性（性质）随时间的衰变

能够改进V6和V7以确定衰变是否依赖于时间（即保存寿命）或活动

V9—V2同时用于多重读数和P≥3台仪器

分析同V2