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標題: 測量系統分析(MSA) 第四版 - 前言 [打印本頁]

作者: jialinx 時間: 2015-9-13 16:06
標題: 測量系統分析(MSA) 第四版 - 前言

前言

本參考手冊實在美國汽車工業行動集團(Automotive Industry Action Group, AIAG)的主持下，有克萊斯勒，福特和通用汽車公司供方質量要求特別工作組認可的測量系統分析(MSA)工作小組編寫。負責第四版MSA編寫的工作組成員是Michael Down(通用汽車公司)、Frederick Czubak(克萊斯勒汽車公司)、Gregory Gruska(奧曼克公司)、Steve Stahley(康明斯公司)與David Benham。

本手冊可作為是對測量系統分析的一種介紹。它并不試圖去限制某特定過程或商品所使用的分析方法的發展。當這些指導文件意在涵蓋測量系統通常發生的情況時，其中可能還有一些問題沒有考慮到。這些問題應該由你指定的客戶代表提出指示。

本手冊的版權由克萊斯勒公司、福特汽車公司、通用汽車公司保留所有權。2010年。需要訂購本手冊或取得在供方組織內復制本手冊部分內容的許可都可登陸AIAG的官方網站

2010年6月

MSA第四版快速指南

測量系統類型	MSA方法	章節
基本的計量型	極差法、均值與極差法、方差分析(ANOVA)法、偏倚、線性、控制圖法	III
基本的計數型	信號探測法假設試驗分析法	III
不可重復的 (如：破壞試驗)	替代方法	IV
復雜的計量型	極差法、均值與極差法、方差分析(ANOVA)法、偏倚、線性、控制圖法	III,IV
復合的系統、量具或試驗標準	控制圖法、方差分析(ANOVA)法、回歸分析法	III.IV
其它	替代的方法	IV
其它	白皮書-登陸AIAG官方網站

注：關于GRR標準差的應用

以往為方便起見，一直用99%的分布寬度(spread)來代表測量誤差的”全”寬度，也就是乘以一個系數5.15(用sGRR乘以5.15來表示99%的全部分布寬度)。

99.73%的分布寬度是由乘數6代表，即+/-3s，其代表一“正態”曲線的全部分布寬度。

如果讀者想把總測量變差的范圍或分布寬度提高到99.73%，在計算時請用乘數6代替5.15。

注：第四版中的使用方法是勇于對照標準差，相當于在過去的方法中使用6的乘數。

應注意，使用哪一個相乘系數對方程式和結果的正確計算那是極關緊要的。如果是勇于測量系統變差和公差之間的比較，它尤為重要。

因此，如果有非本手冊中所描述的方法被使用，那么在任何結果或總結中，這一點必須被清除的聲明(特別是那些需要被提交給客戶的結果或總結)。

作者: jialinx 時間: 2015-9-13 16:07

第一章第A節引言、目的及術語

引言
測量數據的應用比以前更多更廣發了。例如，現在，是否對制造過程盡心該調整的決定通常儀測量數據為基礎，將測量數據或一些從他們所計算出的統計值與過程的統計控制限(statistical control limits)進行比較，如果該比較顯示過程已超出統計控制，則進行某種調整；否則，該過程將被允許在沒有調整的狀態下運行。測量數據的另一個用途是確定在兩個或多個變量之間是否存在顯著的相互關系。例如，如果懷疑一個模塑零件的某一關鍵尺寸與材料的注塑溫度有關，這種可能的相互關系可以通過利用一種稱為回歸分析(regression analysis)的統計程序研究，以比較關鍵尺寸的測量值與材料注塑溫度的測量值。
進行這種舉例的互相關系探測研究，被戴明博士(Dr. W.E. Deming)稱為分析研究法(analytic studies)。通常，分析研究法是不斷增加對影響過程系統原因知識的一種分析研究。分析研究是測量數據使用的重要應用之一，因為應用他們能使得對過程有更好的理解。
使用以數據為基礎的程序的最大益處取決于所使用的測量數據的質量，如果數據質量低，程序的益處可能會較低；同樣的，如果數據的質量高，利益也可能會比較高。
為確保從使用測量數據得到的利益大到足以承擔獲得這些數據的成本，數據的質量需要特別的注意。
測量數據的質量
數據的質量取決于從處于穩定條件下進行操作的測量系統中，多次測量的統計特性。例如：假設使用個某一在穩定條件下操作的測量系統對某一特定特性值進行了幾次側臉給，如果這些測量值均與該特性的基準值(master value)“接近”，那么數據的質量被稱為”高”；同樣，如果部分或所有的測量值與基準值相差”很遠”，則稱數據的質量很”低”。
通常用來描述測量數據質量的統計特性是某測量系統的偏倚(bias)及變差(variance)。被稱為偏倚的統計特征指的是數據值相對于參考(基準)值得位置。而被稱為變差的特性指的是數據的分布寬度(spread)。
低質量數據最普遍的原因之一是變差太大。一組數據中的變差多是由于測量系統及其環境的相互作用(interaction)造成的。例如：一個用來測量一罐液體體積的測量系統，可能對該測量系統所處的環境中的大氣溫度敏感。在這種情況下，數據的變差可能是因為容積的變化造成的，也可能是因為環境溫度變化造成的。因此，對測量的數據很難解釋，因此，該測量系統不盡理想。
如果相互作用產生的變差過大，那么數據的質量會太低，從而造成測量數據無法利用。例如：具有較大變差的測量系統可能不適合用于分析制造過程，因為測量系統的變差可能掩蓋制造過程的變差。管理一個測量系統的許多工作集中在見識和控制其變差，其他的還需要把重點集中在了解測量系統與其環境有什么樣的相互作用，以便獲得可接受質量的數據。
目的
本手冊的主要目的是為評估測量系統的質量提供指南。盡管這指南一般而言可用于任何測量系統，但主要意圖是用于工業界的測量系統。本文件并不意圖成為對所有測量系統的一種分析總覽，而是主要用于那些對于每個零件的數據可以重復讀取的測量系統。許多分析對于其他形式的測量系統也是很有用的，且本手冊的確包含了參考意見和建議，但對于更復雜的貨不常用的方法本手冊沒有討論，建議使用者參考適宜的統計資源。本手冊也不涵蓋顧客對測量系統分析方法所要求的批準。
術語
如果不建立一套術語來引述共同的統計特征和相關的測量系統要項，那么討論測量系統的分析可能會造成混淆和誤解。本節將用于本手冊的術語匯總如下。
在本手冊中使用了以下術語：
l  測量(Measurement)被定義為”對某具體事物賦予數字(或數值)，以表示它們對于特定特性之間的關系“。這定義由C. Eisenhart(1963)首次提出。賦予數字的過程被定義為測量過程，而數值的指定被定義為測量值。
l  量具(Gage)是指任何用來獲得測量的裝置。經常是特別用在工廠現場的裝置，包括通/止規(go/nogo device)。（另見參考文獻：ASTME456-96）
l  測量系統(Measurement system)是對測量但與進行量化或對被測的特性進行評估。其所使用的儀器或量具、標準、操作、方法、夾具、軟件、人員、環境及假設的集合：也就是說，用來獲得測量結果的整個過程。
由以上這些定義可以將測量過程堪稱一個制造過程，其產生的輸出就是數值(數據)。這樣看待一個測量系統是很有用的，因為這樣讓我們明白已經說明的所有的概念、原理和工具，這在統計過程控制中早已被證實他們的作用。
術語匯總
標準(Standard)
l  用于比較的可接受偏倚的準則
l  一個已知的值，在不確定度(uncertainty)的指定范圍內，被接受而為一真值(true value)
l  參考值(referencevalue)
標準應該有一個可以操作的定義：該定義在由供方或顧客應用時，將會產生同樣的結果，并在在過去、今天、將來都有同樣的含義。
基本的設備(Basic equipment)

l  分辨力(Discrimination)、可讀性(Readability)、分辨率(Resolution)
ü  別名：最小刻度單位、測量解析度、最小刻度極限、或探測的最小極限
ü  由設計所確定的固有特性
ü  一個儀器測量或輸出的最小刻度單位
ü  通常被現實為測量單位
ü  10比1的比例法則
l  有效解析度(Effectiveresolution)
ü  特定應用條件下，一個測量系統對過程變差的敏感度
ü  可以導致測量有用的輸出信號的最小輸入
ü  通常被描述為一種測量單元
l  參考值(Referencevalue)
ü  某一物品的可接受數值
ü  需要一個可操作的定義
ü  常被用來代替真值使用
l  真值(truevalue)
ü  某一物品的真實數值
ü  不可知且無法知道的
位置變差(Location variation)
l  準確度(Accuracy)
ü  與真值或可接受的參考值”接近”的程度
ü  在ASTM包括了位置及寬度誤差的影響

l  偏倚(Bias)
ü  觀測到測量值的平均值與基準值之間的差值
ü  是測量系統的系統誤差所構成
l  穩定性(Stability)
ü  隨時間變化的偏倚值
ü  一個穩定的測量過程在位置方面是出于統計上受控狀態
ü  別名：漂移(drift)

l  線性(Linearity)
ü  在量具正常工作量程內的偏倚變化量
ü  多個獨立的偏倚誤差在量具工作量程內的關系
ü  是測量系統的系統誤差所構成

寬度變差(Width Variation)
l  精確度(Precision)
ü  每個重復讀數之間的“接近”程度
ü  是測量系統的隨機誤差所構成
l  重復性(Repeatability)
ü  一個評價者使用意見測量儀器，對同一零件的某一特性進行多次測量下的變差
ü  是在固定的和已定義的測量條件下，連續(短期內)多次測量中的變差
ü  通常被稱為E.V.-——設備變差(Equipment Variation)
ü  設備(量具)能力或潛能
ü  系統內部變差

l  再現性(Reproducibility)
ü  不同評價者使用相同的量具，測量一個零件的一個特性的測量平均值的變差
ü  在對產品和過程進行鑒定時，誤差可能是評價者、環境(時間)、或方法
ü  通常被稱為A.V.---——評價者變差(Appraiser Variation)
ü  系統之間(條件)的誤差
ü  在ASTME456-96包括：重復性、實驗室、環境以及評價者影響

l  GRR或量具的重復性和再現性(Gage R&R)
ü  量具的重復性和再現性：測量系統重復性和再現性的聯合估算值
ü  測量系統能力：取決于所用的方法，可能包括或不包括時間的影響

l  測量系統能力(MeasurementSystem Capability)
ü  測量系統變差的短期估計值(例：”GRR”，包括圖表法)
l  測量系統性能(MeasurementSystem Performance)
ü  測量系統變差的長期估計值(例：長期控制圖法)
l  敏感度(Sensitivity)
ü  能導致可探測到的輸出信號的最小輸入
ü  測量系統對被測特性變化的感應度
ü  取決于量具設計(分辨力)、固有質量(OEM)、使用起見的維修，以及測量儀器與標準的操作情況
ü  通常被描述為一種測量單元
l  一致性(Consistency)
ü  隨時間重復性變化的程度
ü  一致的測量過程是在寬度(變差)方面處于統計上受控狀態

l  均一性(Uniformity)
ü  在正常工作范圍內重復性的變化
ü  重復性的同義詞

系統變差(System Variation)
測量系統的變差可分為
l  能力(Capability)
ü  短期內讀數的變化量
l  性能(Performance)
ü  長期讀數的變化量
ü  以總變差(totalvariation)為基礎
l  不確定性(Uncertainty)
ü  有關被測值得數值估計范圍，相信真值都被包括在該范圍內
測量系統必須穩定并且一致
測量系統的總變差的所有特征是假設該系統穩定并且一致。例如：變差的組成部分可能包括I-B I所示項目中的任何組合。

標準及可追溯性
國家標準與技術協會(National Institute of Standards and Technology，NIST)是美國主要的國家測量協會(National Measurements Institute，NMI)，它屬于美國商業部(U.S. Department of Commerce)。NIST的前身是國家標準局(National Bureau of Standards，NBS)，是美國度量衡(metrology)的最高權力機構。NIST的主要職責是提供測量服務以及保存測量標準，從而幫助美國工業界建立可追溯的測量，最終能為產品和服務的貿易提供幫助。NIST為許多行業直接提供這種服務，但主要是給那些需要高準確度產品以及在過程中結合目前測量科技進步水準的行業提供服務。
國家測量協會
世界上許多工業化公家維持了他們與NIST相似的NMI，也為他們的相關行業提供高水準的度量衡標準或測量服務。NIST與其他國家的NMI合作研究，從而確保在一個國家進行的測量不會與另一個國家不同。該項工作通過各個NMI之間的互相認可協定(Mutual RecognitionArrangements，MRAs)，并進行互相實驗比對(inter-laboratorycomparisons)來完成。有一點要注意，這些各國的NMI的能力有差別，并且不是所有類型的測量均在一個共同標準的基礎上進行比較，所以會存在差別：這就是為什么要了解追溯到是誰的測量，以及是如何進行追溯的重要性。
可追溯性
對商品和服務的貿易追溯是一個非常重要的概念。測量可以追溯到形同或類似的標準，比不能追溯的測量更將容易達成互相承認。可追溯的測量還可幫助減少重新試驗的要求，以及好產品的拒收與壞產品的接收。
可追溯性在ISO國際基本和通用的度量衡術語詞匯(ISO International Vocabulary of Basic and GeneralTerms in Metrology, VIM)中的定義為：
“通過一個完整的比較鏈追溯到規定的參考標準(通常為國家或國際標準)的測量特性或標準值，都具有一定的不確定度。“
建立一個測量的可追溯性一般可以通過一條比較鏈追溯到NMI。但是在工業界的許多情況下，測量的可追溯性可能追溯到顧客和供方雙方同意的參考值或”一致的標準”。這些達成一致的標準和NMI之間的可追溯性也許不是總能清晰地被理解，所以，最關鍵的是測量能夠追溯到滿足顧客需求的程度。隨著測量系統在工業界中的測量技術提升和目前科技進步水準，測量追溯到哪里和如何追溯的定義將成為一個不斷進化的概念。

圖I-A1:長度測量的可追溯性鏈舉例
NMI與不同國家實驗室、量具供方、科技開發制造商等密切合作，從而確保他們的參考標準經過適當的校準，并且能夠直接追溯到NMI所保存的標準。這些政府和私人工業機構然后可以使用他們的標準，來為他們的客戶的度量衡或量具實驗室、校準工作或其他的初級標準提供校準和測量服務。這些情況的連結或鏈將應用在工廠的現場，并提供基本的測量可追溯性。這個可以通過這種完整的測量鏈回溯到NIST的測量被稱為可追溯到NIST。
不是所有的組織都有自己的內部計量或量具實驗室，因此，他們必須依靠外部的商業/獨立實驗室來提供可追溯的標準和測量服務，如果商業/獨立實驗室的能力已通過實驗室認可來保證，以上方法是獲得可追溯到NIST的可接受和適應的方法。
校準系統
校準系統是一套在特定環境下位測量工具與已知參考的并具有不確定性的可追溯標準建立橋梁的操作體系。校準也可通過一些措施，包括檢測，關聯，報告，或消除來調整任何正被比較的測量設備的精度差異。
校準系統通過對校準的方法與標準的使用決定了測量系統的測量可追溯性。
可追溯性是有具有適當計量能力或測量不確定性的校準標準所引起的各類校準是想的傳輸鏈。每一個校準是想都包含了所有的必要元素，這些元素包括：標準、所有正在被驗證的測量與測試設備，校準的方法與程序，記錄檔案以及經審查合格的人員。
一個組織可能有一個專門控制并維持各類校準是想元素的內在校準實驗室或團體。這些內在實驗室將保持一個已明細出具體校準能力以及用于執行校準的設備和方法/程序的實驗范圍。
校準系統是一個組織機構的質量管理體系的一部分，因此它應符合任何內部審計的要求。
測量保證程序(MAPs)能被用于驗證整個校準系統測量程序的可接受性。一般的測量保證程序(MAPs)在通過對同一特征或參數進行一個二次獨立測量后將包含一個對測量體系結果的審核。對立測量意味著二次測量程序的可追溯性是有那些作用于最初測量的校準是想的一個單獨傳輸鏈所派生的。MAPs可能也包含了對于SPC的運用，一邊對于測量程序的長期穩定進行追蹤。
注：ANSI/NCSLZ540.3以及ISO 10012分別為許多校準系統額元素提供了模型。
當校準時間由外部的，商業的或獨立的校準服務供應商進行執行時，這些服務供應商的校準體系能(或者可以)在進行ISO/IEC17025標準后得到審核驗證。當一個合格的實驗室無法使用設備時，校準服務能被設備制造商進行執行。
真值
測量過程目標是零件的”真“值。希望任何個別的讀數能盡可能地(經濟地)與真值接近。不幸的是，真值永遠不能確切地得到。然而，給予作業上完善地定義一個特征的參考值，以及使用具有產生更高分辨力并可追溯到NIST的測量系統，能夠使這種不確定度減到最低。因為參考值常被用于對真值的替代，這些術語通常被互換使用；但不建議這種互換使用。

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