测量系统分析(MSA)TS16949相关工具培训教程.ppt
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1、测量系统分析(MSA),TS16949相关工具培训教程,测量系统分析,M S AMeasurement Systems Analysis,目 录,前言测量系统的基本概念测量系统的基本要求通用指南试验程序的选择与制定 评定测量系统的程序 测量系统分析,1/3,4,一、前言,测量系统分析是企业建立符合产品生产控制的测量系统的基础工作;测量系统分析为企业实施SPC所要求;测量系统分析报告是实施APQP和呈报PPAP中的重要资料。正确的选择与运用测量系统,能保证以较低的成本获得高质量的测量数据。,ISO/TS16949:7.6.1 测量系统分析,为分析各种测量和试验设备系统测量结果存在的变差,应进行适
2、当的统计研究。此要求应适用于在控制计划提出的测量系统。所用的分析方法及接收准则,应与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准,也可采用其它分析方法和接收准则。,APQP:测量系统分析计划,小组应制定测量系统分析计划,至少应包括量具的双性、线性、偏倚和备用量具的相关性的职责;详见MSA参考手册。,2/3,7,关于手册,MSA参考手册1990年由美国汽车工业行动集团(AIAG)发布,是评定测量系统的质量提供指南;在第一版发布的基础上进行了两次修订,现在有效的版本为第三版;,3/3,8,MSA参考手册的目的提供测量系统分析的理论基础和方法;主要关注的是对每个零件能重复读数的测量系统;
3、作为ISO/TS16949质量管理体系标准的附属文件;在呈报PPAP的实际应用中,具体应用需要顾客批准。,二、几个基本概念,测量:赋值(或数)给具体事物以表示它们之间关于特性的关系。赋值过程为测量过程,而赋予的值为测量值。量具:任何用来获得测量结果的装置,经常指用在车间的装置,包括通过/不通过装置。测量系统:用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合,用来获得测量结果的整个过程。,几个基本概念,测量系统的构成:,关于测量数据测量数据用途:用于对被测量事物的判断;用于过程调整;确定在两个或更多变量之间是否存在重要关系。,测量数据的质量由(在稳
4、定条件下运行的)某一测量系统多次测量结果得到的统计特性确定。其测量数据与其标准值比较,而确定其质量“高”/“低”。测量数据的质量最常用偏倚和方差来表示。理想是零偏倚、零方差。“低”的通常原因之一是数据变差太大,这是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的。管理一个测量系统是监视和控制变差,以使测量系统产生可接受的数据。,真值:零件的“实际”测量值。它是未知的和不可知的。但它是测量过程的目的,一般使用“基准值”代替。,偏倚:用来表示多次测量结果与基准值之差;其中,基准值可以通过更高级别的测量设备进行多次测量取其平均值来确定。,变差:用来表示在相同条件下进行多次重复测量结果的变异程度,常用测量结
5、果的标准差或过程变差PV表示。,PV5.15,0.99,过程变差PV示意图,0.005,0.005,有些资料上把偏倚称为准确度,把变差称为精度,高质量的数据准确度和精度都要高;下面的四个图例说明偏倚和变差大小的状态,三、测量系统的基本要求,操 作,输 入,输 出,测量过程 测量值,决 定,测量过程 测量过程可用下图表示:,需要控制的过程,测量过程示意,测量系统的统计特性一个能产生“理想”的测量结果的测量系统的统计特性:零方差;零偏倚;对所测的任何产品错误分类为零概率。这种理想统计特性的测量系统几乎不存在。,现时中测量系统应具备的统计特性:足够的分辨率和灵敏性测量系统应该是统计受控。统计受控,即
6、统计稳定性:在可重复条件下,测量系统的变差只能是由普通原因而不是特殊原因造成的。,对于产品控制,测量系统的变异性小于公差;对于过程控制,测量系统的变异性应该显示有效分辨率并且小于制造过程变差。有效分辨率对于一个特定的应用,测量系统对过程变差的灵敏性;产生有用的测量输出信号的最小输入值;总是以一个测量单位报告。,测量系统的统计特性可能随被测的项目变化而改变,测量系统的最大的(最坏)变差应小于过程变差和规范控制限两者中较小者。,测量系统受随机和系统变差源影响。这些变差源由普通原因和特殊原因造成,为此应:识别潜在的变差源;排除(可能时)或监控这些变差源。,识别变差源的工具,如因果图、故障树图等。测量
7、系统误差的主要要素:S(标准)、W(工件)、I(仪器)、P(人/程序)、E(环境)。实际的变差对一个特定的测量系统的影响是唯一的。图2 为一张潜在的变差源因果图,可作为研究测量系统变差源思考的起点。,标准,测量系统变异性,维护,敏感性,均匀性,重复性,再现性,几何相容性,教育的,体力的,可操作定义,目视标准,程序,态度,经验,教训,理解,标准,p.m,设计确认-夹紧-定位-测量点-测量传感器,制造变差,制造公差,制造,稳定性,标准,热膨胀系数,弹性性质,朔源性,弹性变形,物质,支持特性,弹性性质,可操作定义,隐藏的几何尺寸,内部相关特性,清洁度,充分的数据,设计,一致性,放大,接触几何尺寸,变
8、形影响,线性,稳定性,坚定性,假设使用,测量系统误差:所有变差源的累积影响构成了测量系统的输出值,有时称为“误差”。测量系统的变异性影响被测对象的测量结果,因此相同零件的重复读数产生不同或相同的结果。读数之间不同是由于普通和特殊原因造成的。,对不同变差源的影响应经过短期和长期评估:测量系统的能力是短期时间的测量系统(随机)误差。由线性、一致性、重复性和再现性误差合成的定量值;测量系统的性能是所有变差源随时间的影响。通过确定过程是否受控,对准目标(无偏倚),且在预期结果的范围有可接受的变差(量具GRR)。,测量对决策的影响测量零件后的活动之一是确定零件的状态:一种是确定零件可接受(在公差内)/不
9、可接受(在公差外);另一种是把零件进行规定的分类:合格品的分级;进一步分类可能是可返工的、可返修的或报废的。按产品控制原理,这样的分类是测量零件的主要原因-零件是否在明确的目录之内。,按过程控制原理,焦点是零件变差,是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。控制原理和驱动兴趣点,取决于测量系统误差:零件重复读数所有变差受量具的重复性和再现性影响。研究的前提:测量过程是统计受控且是零偏倚(对准目标)。无论测量的零件变差分布与规范控制限是否交叉,作出的决定会有风险:型错误:生产者风险或误发警报,既好的会被判为坏的;型错误:消费者风险或漏发警报,既坏的会被判为好的。,相对公差,作出错误的决定的潜在因素
10、是系统误差与公差交叉,注:坏零件总是称坏的;,对于产品状况,目标是最大限度地作出正确决定,有两种选择:改变生产过程:减少过程变差,没有零件产生在区;改变测量系统:减少测量系统误差从而减少区面积,生产的零件将在区,可能最大限度降低作出错误决定的风险。,可能作出潜在错误决定;,好零件总是合格的。,在设计和采购测量仪器或测量系统之前策划是关键,其做出的决定将影响测量设备的方向和选择,为此应明确:测量过程的目的和如何进行测量。测量寿命周期 测量寿命周期概念表达当一个人研究和改进过程时,测量方法会随着时间改变的信心。,测量过程设计选择的准则 在采购测量系统之前,应制定测量过程的详细工程概念。指南如下:小
11、组应评价系统(总成)或零件的设计并识别重要特性;利用量具DFMEA和(测量能力)过程FMEA,制定维护和校准计划;用流程图表示零件总成或零件的制造关键过程步骤,确定每一步骤的输入和输出。以利于制定测量计划、测量类型清单;对于复杂的测量系统,流程图由测量过程组成。,评价一个测量系统,应考虑三个基本问题:测量系统要有足够的分辨力测量系统在规定的时间内要保持统计稳定性 测量系统要具有线性,测量系统的分辨力测量系统的分辨力是指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。每个测量系统都有自己的分辨力,在分辨力范围内,该测量系统能识别零件之间的差别,但在分辨力范围内之外,该系统将无能为力。没有一个测量
12、系统能识别一切被测特性。,一个测量系统被选用,它一定具备有足够的分辨力。这里足够是指:测量系统的波动比制造过程的波动小,最多为后者的1/10;测量系统的波动小于公差限,最多为公差限的1/10。,若波动大小用各自的标准差表示,其中:表示测量系统的标准差1表示制造过程的标准差 d表示公差限则一个测量系统具有足够的分辨力是指:min1/10,d/10,如果测量系统没有足够的分辨力,就不能定量的表示单个零件的特性值,也不能识别制造过程所发生的波动,这时,应放弃使用该测量系统,而改用更好的测量系统,使它具有足够的分辨力。有时使用分辨力过高的测量系统意味着浪费。,测量系统在规定的时间内要保持统计稳定性这是
13、一项基本要求。评价测量系统是否保持统计稳定性可用x-R控制图。因为测量系统可以看成一个制造(数据的)过程,因此用于判断过程稳定性的各种过程控制图都可以用来评价测量系统的稳定性。,稳定性(或漂移):是测量系统在某一段时间内,测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。或者说是偏倚随时间的变化。,时间,参考值(基准值),考察其稳定性具体操作如下:选定标准件或标准样品,在选定的时间点上对其进行重复测量作控制图分析控制图,看有无异常现象出现考察过程变差是否符合要求,测量系统要具有线性 测量系统的线性是指在其量程范围内,偏倚应是基准值的线性函数。在量程较低的地方(基准值小),偏倚要小一些,在量程较高
14、的地方(基准值大)偏倚可以大一些(如图),在量程内对测量系统的偏倚要求,四、通用指南,评定前的两个步骤:验证在适当的特性位置正在测量正确的变量:若适用还要验证夹紧和锁紧;识别和测量相互依赖的任何关键的环境因素。确定测量系统具有可接受的统计特性:明确数据的使用,以确定统计特性;统计特性确定之后,应对测量系统进行评定,以便了解它实际上是否具有这些特性。,评定工作的阶段,第1阶段:确定测量系统是否满足需要。通过试验确定系统是否具有所需的统计特性;通过试验找出对系统有显著影响的环境因素,以确定对使用环境的要求。,第2阶段:通过试验验证系统能否持续地具备所需的统计特性常见的量具的双性(R&R)是本阶段试
15、验的一种形式这些试验通常作为机构正常校准程序、维护程序和计量程序的一部分日常工作进行,五、选择/制定试验程序,选择/制定一个评定测量系统统计特性的试验方案应考虑的问题:采用哪一级的计量用标准,能否可溯源到国家标准。对于第二阶段(R&R)的试验应使用盲测法。盲测法:在实际测量的环境下,在操作者事先不知道正在对该测量系统进行评定的条件下,所进行的测量。,试验成本;试验所需的时间;没有被普遍接受的术语应作出可操作的定义,如,准确度、精密度、重复性和再现性。两个测量系统的对比试验。确定第二阶段试验的频次:这应由单个测量系统的统计特性及其对设施的影响和使用该设施的用户决定。,六、评定测量系统的程序,程序
16、的涉及范围 测量系统程序用于评定以下统计特性:重复性、再现性、偏倚性、稳定性及线性 这些程序有时通称“量具R&R”程序。因为它经常用来评价再现性与重复性两项统计特性 测量系统的评价试验还应包括研究其它因素(如温度、光线等)对系统变差的影响,评价一个测量系统需要确定的三个基本问题 否有足够的分辨率 时间变化是否保持稳定 统计性能在预期范围内是否一致,用于过程控制是否可接受,测量系统变差的五种形式 偏倚重复性再现性稳定性线性,测量过程变差,对多数测量过程而言,测量变差通常被描述为正态分布。正态概率被设想成测量系统分析的标准方法。特点,如图:测量过程变差可分为:位置变差;宽度变差。,图1.5-3 正
17、态分布,位 置 变 差,偏倚 稳定性 线性,宽度变差,重复性再现性,偏倚(准确度),准确度通用概念:在测量过程处于统计控制状态下,一个或多个测量结果的平均值与一个参考值之间一致的接近程度。在一些组织中准确度和偏倚互相使用。使用准确度这个术语时包含了偏倚和重复性的含义。偏倚偏倚是对同样的零件的同样特性,真值(基准值)和观测到的测量平均值的差值。,偏倚,造成过分偏倚的可能原因,仪器需要校准;仪器、设备或夹紧装置的磨损;磨损或损坏基准,基准出现误差;校准不当或调整基准的使用不当;仪器质量差设计或一致性不好;线性误差;应用错误的量具;,不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术;测量错误的特性;(量具或零件
18、)变形;环境温度、湿度、振动、清洁的影响;违背假定,在应用常量上出错;应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误(易读性、视差)。,重 复 性,重复性:由一个评价人,采用相同的测量仪器,多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差。重复性是设备本身固有的变差或性能。重复性一般指仪器的变差(EV),事实上它是从规定的测量条件下,连续试验得到的普通原因(随机误差)变差。当测量环境是固定的,并且被规定了(即固定的零件、仪器、标准、方法、操作者、环境和假设)时,对于重复性最好的定义是系统内部变差。,影响重复性的原因,零件(样品):形状、位置、表面加工、錐度、样品一致性;仪器:修理、磨损、设备或夹紧装
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