测量系统分析 (MSA)

测量系统分析 (MSA) Measurement System Analysis
制定: 王惠志
MSA基本来源
1、MSA与QS-9000关系、TS16949的关系。 2、MSA与SPC关系。
第1章測量系統介紹 1.一概述、目的、術語
1.1.1概述
我們知道，一個製程的狀況必須經由測量來獲取相關資訊，因此量 測數據將會決定製程是否應被調整，如果統計結果，製程超出管 制界限，即製程能力不足時，則須對製程作某些調整，否則，製 程將會在無調節的狀態下運作。測量數據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係性，如塑膠件的尺寸 將與進料溫度有關。 因此，測量數據的品質對於製程分析結果佔有相當重要的因素，為 了確保分析結果不致對製程誤判，就必須重視數據的品質。
穩定性又稱為漂移（Drift），是指不同時間量測值之變異，此量測 之方式可有兩種： 1. 以相同標準件在不同時間量測同一量具所得之變異。 2.以相同量具在不同時間量測同一零件所得之變異穩定性可下面 圖形表示：
穩定性 時間2 時間1
如果量測系統穩定性不足，可能原因是： 儀器需要校準，縮短校準週期 儀器、設備或夾具的磨損 正常的老化或損壞 維護保養不好 — 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、 塵土、清潔 基準的磨損或損壞，基準的誤差 不適當的校準或使用基準設定 儀器品質不好 — 設計或符合性 儀器缺少穩健的設計或方法
如果量具偏性較大，則可能原因是: 儀器需要校準 遺棄、設備或夾具磨損 基準的磨損或損壞，基準偏差 不適當的校準或使用基準設定 儀器品質不良 — 設計或符合性 線性誤差 使用了錯誤的量具
不同的量測方法 — 作業準備、載入、夾緊、技巧 測量的特性不對 變形（量具或零件） 環境 — 溫度、濕度、振動、清潔 錯誤的假設，應用的常數不對 應用 — 零件數量、位置操作者技能、疲勞、觀測誤差 （易讀性、視差）
量測數據品質與製程是否在穩定狀況下所獲得的多種 量測有關，若在穩定狀況下所獲得某一特性的量測數 據，其結果”近似於”該特性的標準值，則數據品質 可謂”高”；若某些或全部數據偏離標準值甚遠，則 數據品質可謂”低”。常用於表示數據品質高低的統 計特性有偏差與方差，所謂偏差是指量測數據平均值 與標準值之差異；所謂方差則是指量測數據本身之間 差異。如果數據品質是不可接受，則必須加以改進， 然而這常常應改進量測系統本身，而非改進數據。
吾人可由上圖得到迴歸線如下：（或由計算機求出a，b） y = a ＋ bx 其中b = a = y-bx=0.7367 (y，x分別為y及x之平均值) R2= (R2為迴歸線之Goodness of Fit)
如果線性不佳，可能原因是： 儀器需要校準，縮短校準週期 儀器、設備或夾具的磨損 維護保養不好 — 空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、 塵土、清潔 基準的磨損或損壞，基準的誤差 — 最小／最大 不適當的校準（沒有涵蓋操作範圍）或使用基準設定 儀器品質不好 — 設計或符合性 儀器缺少穩健的設計或方法 應用了錯誤的量具
評價者（操作者）之間：評價者A、B、C之間由於培訓、技 巧、技能和經驗所造成的平均值差異。推薦在為產品和過程鑑定 和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。 環境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，由於環境週 期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動化測量系 統對產品和過程的鑑定。 研究中的假設有誤。 缺乏穩健的儀器設計或方法。 操作者培訓的有效性。 應用—零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。
不同的量測方法 — 作業準備、載入、夾緊、技巧 變形（量具或零件） 環境變化 — 溫度、濕度、振動、清潔 錯誤的假設，應用的常數不對 應用 — 零件數量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤 差（易讀性、視差）
線性是指量具在使用範圍內偏移（準確度）差異之分 佈狀況。 作業者量測5個不同零件，其真值分別為2.00mm， 4.00mm，6.00mm，8.00mm及10.00mm，每個零件量測 12次，如下頁所示：
作業者b ａ 作業者ａ
作業者 ａ 再现性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。 儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器 測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現性誤差通常還混 有方法和/或操作者的誤差。 如果測量系統再生性不足，可能原因是： 標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。 方法之間：由於改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、 固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。
再现性又稱為作業者變異，是指不同作業者以相同量具量測相同產 品之特性時，量測平均值之變異，以公式表示如下： AV= %AV＝100（AV／TV） 公式說明： 1.AV為再生性，TV為全變異。 2.為不同作業者所量測之平均值之最大值與最小值之差異。 3.K2為再生性之係數，與作業者之人數有關。 4.ｎ為被量測之零件數目
目的
本篇的目的在於說明評價量測系統品質之準則，雖然 也可以運用在其他量測系統上，但主要還是以使用在 工業界製程的量測系統為主。（且特性數據可重複讀 取。）
术语
測量（Measurement）：對某具體事物賦予數據，以表示 他們對於特定特性之間的關係。賦予數據的過程稱為 量測過程，而數據稱為量測值。 量具（Gage）：任一可用以量測之設備，通常是用以特 別稱呼使用在生產現場者，包括GO/NO-GO設備。 測量系統（Measurement System）：操作、準則、量具和 其他設備、軟體及指定之一群待量測之集合，經由完 整程序而取得量測值。 偏差：所謂偏差是指量測數據平均值與標準值之差異。 极差：所謂方差則是指量測數據本身之間差異。最大 减去最小的。 均值: 它是样本的算术平均值。X
量測系統變異的來源: 量測系統變異的來源
Standard Work piece
S.W.I.P.E.
Instrument 量測系統的變異
Person
Environment
测量系统变异性的影响
1、对产品决策的影响 2、对过程决策的影响 3、新过程的接受
测量系统分析
2.1概述 評估一量測系統時，應確定三項基本問題。(A)本量測系 統是否具備適當的鑑別力？(B)是否具有全時的統計穩 定性？(C)量測誤差(變異)是否微小？ 2.1.1鑑別力 量測系統能發現並真實地表示被測特性很小變化之能力， 稱為鑑別力。如最小的量測刻度太大而不足以辨別製 程變異，則為鑑別力不足。鑑別力不足的象徵將會在 R-CHART上顯現出來，因此，若使用鑑別力不足的量 測系統所表現的R-CHART，將可能造成型I誤差。
為全變異，TV=
如果量測系統再現性不足，可能原因是： 零件內部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的 一致性。 儀器內部：維修、磨損、設備或夾具的失效、品質或保養不好。 標準內部：品質、等級、磨損。 方法內部：作業準備、技巧、歸零、固定夾持、點密度的變異。 評價者內部：技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、 疲勞。 環境內部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動。 錯誤的假設 — 穩定，適當的操作。 缺乏穩健的儀器設計或方法，一致性不好。 量具誤用。 失真（量具或零件）、缺乏堅固性。 應用 — 零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。
國家標準 一級標準(連接國家標準和私人公司、科 研機構等) 二級標準(從一級標準傳遞到二級標準) 工作標準(從二級標準傳遞到工作標準)
变差源
变差源——⑴普通原因 ⑵特殊原因 控制测量系统变差步骤： ⑴识别潜在的变差源 ⑵排除（可能时）或监控这些变差源
S—标准 六个基本要素—— W—工件（零件） I—仪器 P—人/程序 E—环境
據它作為系統修正的依據
测量系统的统计特性
㈠测量与分析活动是“黑盒子”。 ㈡测量与分析活动是一个过程。 ㈢用来分析确定测量系统的质量好坏，测量系统产生多 次测量结果，我们通常称为“统计特性”。 ㈣理想测量系统特性——零方差、零倚倚、对所测的任 何产品错误分类为零概率。 ㈤统计特性用于定义好测量系统： ⑴有足够分辨力、灵敏度。10-1法则（十进位法则） ⑵ 测量系统的统计特性是受控的。 ⑶测量系统的变异性与公差相比必须小。 ⑷测量系统的变异性与总变差相比必须小。
测量系统变差的类型 1、偏倚 2、重复性 3、再现性 4、稳定性 5、线性
重复性又稱為量具變異，是指用同一種量具，同 一位作業者，當多次量測相同零件之指定特性 時所得之變異，以公式表示如下： EV=，%EV＝100（EV／TV） 公式說明： 1.EV／為重复性，TV為全變異。 2.為所有作業者執行多次量測所得之變異平均值。 3.K1為再現性之係數，與量測次數有關。
中位数: 样本方差:表示数据波动.数据与样本均值的差的平方和除 以(样本-1). 样本标准差:表示数据波动. 变异系数:为了比较不同的指标波动,需要排除数据量纲的 影响.因而常用变异系数,它是样本标准差与样本均值 的比.
例:计算以下列数据均值、极差、中位数、标准方差、标准差： ⑴ 5 6 7 8 9
偏移又稱為準確度（Accuracy），是指量測平均值與真 值之差值。而真值可藉由較高等級之量具量測數次之 平均值而得，偏移可以下面圖形表示：
VT：真值 VA：量測平均值
偏移(準確度) ＶT
ＶA
(例3)1位作業者量測1個零件10次，量測值如下所示： X1 = 0.75 X6 = 0.80 X2 = 0.75 X7 = 0.75 X3 = 0.80 X8 = 0.75 X4 = 0.80 X9 = 0.75 X5 = 0.65 X10 = 0.70 測量測平均值VA=Xi/10=0.75，已知該零件之真值VT 為0.8mm，零件之製程變異為0.70mm 則Bias=VA-VT=0.75－0.80 = -0.05 %Bias＝100（│Bias│/製程變異） ＝100(0.05/0.70)=7.1%
如果測量系統再生性不足，可能原因是： 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。 儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器測量的平均值差異。注 意：在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。 標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。 方法之間：由於改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定或夾緊方法等所造 成的平均值差異。 評價者（操作者）之間：評價者A、B、C之間由於培訓、技巧、技能和經驗所造成 的平均值差異。推薦在為產品和過程鑑定和使用手動測量儀器時使用這種研究方 法。 環境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，由於環境週期所造成的平均值差 異。這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑑定。 研究中的假設有誤。 缺乏穩健的儀器設計或方法。 操作者培訓的有效性。 應用—零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）。