MSA测量系统分析介绍

1、本资料来源1 MSAMEASUREMENT SYSTEM ANALYSIS2一、一、引言引言 二、测量系统的组成二、测量系统的组成三、变差的来源三、变差的来源四、变差的类型四、变差的类型五、测量系统分析之准备五、测量系统分析之准备六、如何进行测量系统分析六、如何进行测量系统分析七、测量系统分析七、测量系统分析- -计量值示范计量值示范八、测量系统分析八、测量系统分析- -计数值示范计数值示范 3一一. .引言引言 请参看案例请参看案例4数一数在下文中位于字母表第数一数在下文中位于字母表第6 6位字母位字母（提示：（提示：F/fF/f）出现的次数）出现的次数 The necessity of t

2、raining farm hands for the first class farms in the fatherly handling of farm live stock is foremost in the eyes of the farm owners. Since the forefathers of the farm owners trained the farm hands for first class farms in the fatherly handling of farm live stock, the farm owners felt they should car

3、ry on with the family tradition of training farm hands of the first class farmers in the fatherly handling of farm live stock because they believe it is the basis of good fundamental farm management.5二、二、测量系统的组成测量系统的组成：标准：标准：零件：零件：仪器：仪器：人：人/ /程序程序：环境：环境S S W W I IP PE E测量测量数数值值分析分析输入输入输出输出可接受可接受可能可接

4、受可能可接受须改善须改善测测 量量 系系 统统6三、变差的来源三、变差的来源( (一一) )仪器仪器( (量具量具) )工作件工作件( (零件零件) )扩大扩大测测量系统变异量系统变异变异性变异性敏感性敏感性接触几何接触几何变形效应变形效应一致性一致性单一性单一性重复性重复性再现性再现性使用假设使用假设稳健设计稳健设计偏移偏移线性线性稳定性稳定性校准校准预防性维护预防性维护维护维护创建公差创建公差发展的变异发展的变异发展发展设计变异设计变异夹持夹持位置位置测量站测量站测量探测器测量探测器相互关连相互关连的特性的特性清洁清洁适合的适合的数据数据工作的工作的定义定义弹性变形弹性变形质量质量弹性特性

5、弹性特性支撑特性支撑特性隐藏的几何隐藏的几何可追溯性可追溯性校准校准热扩散系数热扩散系数弹性特性弹性特性人员人员/ /程序程序环境环境教育教育身体的身体的限制限制程序程序目视标准目视标准工作规定工作规定工作态度工作态度经验经验培训培训经验经验培训培训理解理解技能技能人因工程人因工程照明照明压力压力振动振动空气污染空气污染几何的兼容性几何的兼容性阳光阳光人工光阳人工光阳光阳光阳温度温度人员人员空气流程空气流程热的系统热的系统平等化平等化系统构成要素系统构成要素周期周期标准与环境标准与环境的关系的关系标标 准准7三、变差的来源三、变差的来源( (二二) ) 产产品品变变差差 (实实际际变变差差)

6、测测量量变变差差 总总变变差差 (观观测测变变差差) 8五、变五、变差的类差的类 型：型：( (一一) ) 位置变位置变差差 (Location Variation) (Location Variation)( (二二) ) 宽度变差宽度变差 (Width Variation) (Width Variation)( (三三) ) 测量系统变差测量系统变差 (Measurement System Variation) (Measurement System Variation)位置位置(Location )(Location )宽度宽度 (Width ) (Width )9( (一一) ) 位置

7、变异位置变异准确度准确度 (Accuracy) (Accuracy)：指一个或多个量测结果的平均：指一个或多个量测结果的平均数与参考值之间一致的接近程度。数与参考值之间一致的接近程度。10偏倚偏倚 (Bias) (Bias)偏倚偏倚 (Bias) (Bias) ：通常被称为准确：通常被称为准确度，但准确度度，但准确度有多种解释，建议不要用准确度来代表偏倚。有多种解释，建议不要用准确度来代表偏倚。 偏倚是指对相同零件上同一特性观测平均值与真偏倚是指对相同零件上同一特性观测平均值与真值（参考值）的差异。值（参考值）的差异。偏倚偏倚(Bias)(Bias)VAVAVTVTVTVT：真值（可由较高等级

8、量：真值（可由较高等级量 具多次具多次测量的平均值）测量的平均值）VAVA：测量平均值：测量平均值11稳定性稳定性 (Stability) (Stability)稳定性稳定性 (Stability) (Stability)：又称漂移：又称漂移 (Drift) (Drift)，指经过一，指经过一 段长期时间下，用相同的测段长期时间下，用相同的测量系统标准，对同一基量系统标准，对同一基准或零件的同一特性准或零件的同一特性进行测量所得到的总变差。进行测量所得到的总变差。时间时间12线性线性 (Linearity) (Linearity)线性线性 (Linearity) (Linearity)：线性是

9、在：线性是在测量设备预期工作（测测量设备预期工作（测量）量程内，偏倚值的差异。可视为偏倚对量程大小量）量程内，偏倚值的差异。可视为偏倚对量程大小不同所发生的变化。不同所发生的变化。数值数值A A偏倚偏倚数值数值B B偏倚偏倚13( (二二) ) 宽度变异宽度变异精确度精确度 (Precision) (Precision)：测量系统整个作业量程范围内：测量系统整个作业量程范围内 ( (尺寸、范围和时间尺寸、范围和时间) ) 的解析度（分辨力）、敏感度和的解析度（分辨力）、敏感度和重复性的最终影响。重复性的最终影响。14重复性重复性 (Repeatability) (Repeatability)重

10、复性重复性 (Repeatability) (Repeatability)：又称：又称设备变差设备变差 (Equipment Variation(Equipment Variation，EV ) EV ) 是用一个评价人使用是用一个评价人使用相同的测量仪器，对同一个零件上的同一特性进行多相同的测量仪器，对同一个零件上的同一特性进行多次测量所得到的变差，它是设备本身的固有变差。次测量所得到的变差，它是设备本身的固有变差。重复性重复性参考值参考值15再现性再现性 (Reproducibility) (Reproducibility)再现性再现性 (Reproducibility) (Reprodu

11、cibility)：又称评价：又称评价人之间的变差人之间的变差 (Appraiser Variation, AV)(Appraiser Variation, AV)，用不同评价人使用相同的，用不同评价人使用相同的测量仪器，对同一产品上的同一特性，进行测量所得到测量仪器，对同一产品上的同一特性，进行测量所得到的平均值的变差。的平均值的变差。 再现性再现性评价者评价者A A评价者评价者C C评价者评价者B B16五、测量系统分析之准备五、测量系统分析之准备1.1.人员和产品（零件）准备人员和产品（零件）准备 确定测量系统中人员，如一个人使用，或几个人共用一确定测量系统中人员，如一个人使用，或几个人

12、共用一个测量仪器；个测量仪器； 确定测量系统中所检测的产品特性，并选取相应的样本，确定测量系统中所检测的产品特性，并选取相应的样本，样本的选取与选择的分析方法有关。样本的选取与选择的分析方法有关。17测测量系统分析之准备量系统分析之准备( (续续) )2.2.基本设备条件基本设备条件 (Basic Equipment) (Basic Equipment) 分辨力分辨力(Discrimination)(Discrimination)、分辨率、分辨率 (Resolution) (Resolution)： (1) (1)最小可读单位。最小可读单位。 (2)10/1 (2)10/1的比例法则的比例法则

13、 参考值参考值 (Reference Value) (Reference Value) (1) (1)某一对象可接受的数值某一对象可接受的数值 (2) (2)常被用来替代真值。常被用来替代真值。 真值真值 (True Value) (True Value) (1) (1)某一对象的真实数值。某一对象的真实数值。 (2) (2)不可知且无法知道。不可知且无法知道。18分辨率分辨率( (分辨力分辨力) )：分辨率不足分辨率不足分辨率良好分辨率良好19六、如何进行测量系统分析六、如何进行测量系统分析1.1.确定测量系统的组成；标准、零件、仪器、人确定测量系统的组成；标准、零件、仪器、人/ /程序、环

14、境；程序、环境；2.2.确定该测量系统是否处于统计稳定状态，测量仪器已经过校确定该测量系统是否处于统计稳定状态，测量仪器已经过校准，并分析该测量系统的变差来源（定性分析）；准，并分析该测量系统的变差来源（定性分析）；3.3.选择适用的测量系统分析方法：如计量值的偏倚、线性、稳选择适用的测量系统分析方法：如计量值的偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性、计数值的风险分析法、解析法、破坏定性、重复性、再现性、计数值的风险分析法、解析法、破坏性测量系统的控制图法、变差分析法等；性测量系统的控制图法、变差分析法等； 5.5.选择样本零件，按照选择样本零件，按照“盲测盲测”的方法收集数据，按照相关软的方法收

15、集数据，按照相关软件件进行计算。进行计算。6.6.与接收准则相比较，如不能接收，则采取相应措施，措施采与接收准则相比较，如不能接收，则采取相应措施，措施采取后应再次进行测量系统分析。取后应再次进行测量系统分析。20七、测量系统分析七、测量系统分析- -计量值示范：计量值示范：1.1.偏倚示范：偏倚示范： 一个制造工程师对量测设备系统进行分析，一个制造工程师对量测设备系统进行分析，证明该量测系统应该没有线性误差的考量，所以证明该量测系统应该没有线性误差的考量，所以该工程师只对偏倚进行评价。他在这量测系统范该工程师只对偏倚进行评价。他在这量测系统范围内选定了一个零件；并对该零件进行量测围内选定了一

16、个零件；并对该零件进行量测1515次次来确定它的参考值。来确定它的参考值。21偏倚数据：偏倚数据：( (续续) )測量次數測量次數零件編號零件編號參考值參考值=16.00量測值量測值偏倚偏倚115.8-0.2215.7-0.3315.9-0.1415.9-0.1516.00.0616.10.1716.00.0816.10.1916.40.41016.30.31116.00.01216.10.11316.20.21415.6-0.41516.00.022偏倚数值分析：偏倚数值分析：1.1.计算计算 n n 个读值的平均数个读值的平均数2.2.计算重复性标准差：计算重复性标准差： 式中式中d2d2

17、* *可查表得知，可查表得知，g=1g=1，且，且m=nm=nnXiXn1ir最大值最大值(Xi)-(Xi)-最小值最小值(Xi)(Xi)d2d2* *23偏倚数值分析：偏倚数值分析：3.3.确定偏倚的确定偏倚的t t统计量统计量 (t-statistic) (t-statistic) 偏倚偏倚= =观测到的平均测量值一参考值观测到的平均测量值一参考值 t = t =4.4.如果如果0 0落在偏倚值附近落在偏倚值附近95%95%自信度界限内，则偏倚在自信度界限内，则偏倚在95%95%的的水平水平 上是可接受的。上是可接受的。 偏倚偏倚偏倚偏倚式中，式中，d2d2及及d2d2* *及及v v可从

18、附录中查到，令可从附录中查到，令g=1g=1，且，且m=nm=n，tv,1-tv,1-/2/2可以利用标准可以利用标准t t分配查到。分配查到。nrb偏倚偏倚b02122)(tdd/v, *b)(tdd/v , *b212224偏倚直方图：偏倚直方图：( (续续) )4 43 32 21 10 0量测值量测值次数次数15.615.6 15.715.7 15.815.8 15.915.9 16.016.0 16.116.1 16.216.2 16.316.3 16.416.425偏倚分析表：偏倚分析表：( (续续) )n(m)n(m)平均值，平均值， 标准差，标准差，标准误差的平均值，标准误差的

19、平均值，測測量值量值151516.006716.0067.2120.2120.0547.0547参考值参考值=16.00=16.00， =.05=.05，g=1g=1，d d2 2=3.55=3.55统计的统计的t t值值dfdf显着的显着的t t值值(2-(2-有尾數的有尾數的) )偏倚偏倚偏倚的偏倚的95%95%置信度置信度下限下限上限上限測量值測量值.1153.115310.810.8.22514.22514.0067.0067-.1107-.1107.1241.1241Xrb262.2.稳定性示范：稳定性示范：某工厂为了确定某一新量测仪器的稳定性是否为可某工厂为了确定某一新量测仪器的稳

20、定性是否为可接受，评价人员选定了接近中间值的一个零件。该接受，评价人员选定了接近中间值的一个零件。该零件被送到了量测实验室，经量测其参考值确定为零件被送到了量测实验室，经量测其参考值确定为6.016.01。评价人员量测该零件。评价人员量测该零件5 5次，共量测了一个月次，共量测了一个月(20(20个小组个小组) )；收集到所有数据后，画出了；收集到所有数据后，画出了&R&R图。图。X27稳定性示范：稳定性示范：( (续续) )UCL=1.010UCL=1.010LCL=0LCL=00.47790.47791.01.00.50.50.00.0样本全距样本全距6.36.36.26.

21、26.16.16.06.05.95.95.85.85.75.7UCL=6.267UCL=6.267LCL=5.746LCL=5.7466.0216.0210 010102020样本平均样本平均子组子组281.1.计算零件每次量测的偏倚，以及平均数。计算零件每次量测的偏倚，以及平均数。 偏倚偏倚i,j=Xi,ji,j=Xi,j（参考值）（参考值）2.2.在线性图上划出相对参考值的每个偏倚及偏倚平均数在线性图上划出相对参考值的每个偏倚及偏倚平均数。3.3.计算并划出最适当的线及该线的自信度区间。计算并划出最适当的线及该线的自信度区间。3.3.线性分析：线性分析：( (图图示法示法) ) m1j偏倚

22、偏倚i,ji,jm m偏倚偏倚i i29Yi=aXi+bYi=aXi+b式中式中Xi=Xi=参考值，参考值，yiyi偏倚平均数，偏倚平均数，而而对一个已知对一个已知X0X0，自信度区间为：自信度区间为：线性分析：线性分析：( (图图示法示法) ) 22X)(gm1xy)xgm1(xya斜率斜率(Slope)(Slope)xayb中心中心22gmyxaybySiiii30上限：上限：b+aX0b+aX0下限：下限：b+aX0b+aX04.4.划出偏倚划出偏倚=0=0的线，并对图进行审查，以观察是的线，并对图进行审查，以观察是否存在特殊原因，以及线性是否可接受。否存在特殊原因，以及线性是否可接受。

23、线性分析：线性分析：( (图图示法示法) ) S)X(Xi)X(Xgm1(t_1/2220/22,1-gmS)X(Xi)X(Xgm1(t1/2220/22,1-gm315.5.如果偏倚如果偏倚0 0的整个直线都位于自信度区间以内，则的整个直线都位于自信度区间以内，则 该量测系统的线性是可接受。该量测系统的线性是可接受。6.6.若图标法表示线性是可接受的，则以下假设应该为真：若图标法表示线性是可接受的，则以下假设应该为真： H0 H0：a=0 a=0 斜率斜率=0=0 如果下式成立，则不能被否定如果下式成立，则不能被否定线性分析：线性分析：( (图图示法示法) ) 2/1 , 22)(gmtXX

24、jSat327.7.若以上假设为真，则量测系统对所有参考值具有相同的若以上假设为真，则量测系统对所有参考值具有相同的偏偏 倚。这个偏倚必为倚。这个偏倚必为0 0，该线性才可被接受。，该线性才可被接受。 H0 H0：b=0 b=0 中心（偏倚）中心（偏倚）0 0线性分析：线性分析：( (图图示法示法) ) 2/1 , 222)(1gmtSXXiXgmbt33线性示范：线性示范：MINITAB软件示例软件示例某某工工厂厂进进行行量量测测系系统统线线性性分分析析，评评价价人人员员挑挑选选 5 5 个个不不同同长长度度的的零零件件，并并量量测测 1 10 0 次次，所所得得观观测测值值，运运用用 MM

25、i in ni it ta ab b 系系统统进进行行分分析析。 Minitab： 数数据据输输入入到到 Minitab， 使使用用 Quality Tools Gage Linearity Study 34线性示范：线性示范：(Minitab)(Minitab)35线性示范：线性示范：( (续续) )36线性示范：线性示范：( (续续) )37线性示范：线性示范：( (续续) )387.7.重复性再现性测量系统分析重复性再现性测量系统分析 准备：准备：1.计量器具确定计量器具确定 选择一个产品的特性（计量值特性），计量器具的精度（分辨率）应选择一个产品的特性（计量值特性），计量器具的精度（分

26、辨率）应该是该特性值公差带的该是该特性值公差带的1/10，如公差带宽度为，如公差带宽度为0.20mm，则计量器具的精则计量器具的精度（分辨率）应为度（分辨率）应为0.02mm。2.评价人和分析人评价人和分析人 评价人是指检验人员，对于重复性和再现性分析来讲，评价人应在两评价人是指检验人员，对于重复性和再现性分析来讲，评价人应在两人以上，四人以内为好。分析人是指对检验员进行分析的人员，可由相人以上，四人以内为好。分析人是指对检验员进行分析的人员，可由相关技术质量管理人员担任，人数为关技术质量管理人员担任，人数为12人。人。3.样品选择样品选择 样品可选择样品可选择10个，但所有样品应的值，应随机

27、分布在公差带内，即从个，但所有样品应的值，应随机分布在公差带内，即从公差上限到公差下限具有零件覆盖。公差上限到公差下限具有零件覆盖。39零件零件人員人員12345678910A133.6533.0032.8532.8533.5533.0032.9532.8533.0033.60A233.6033.0032.8032.9533.4533.0032.9532.8033.0033.70B133.5533.0532.8032.8033.4033.0032.9532.7533.0033.55B233.5532.9532.7532.7533.4033.0532.9032.7032.9533.50C133.

28、5033.0532.8032.8033.4033.0032.9532.8033.0533.85C233.5533.0032.8032.8033.5033.0532.9532.8033.0533.80搜集搜集GRRGRR的数据的数据 采用盲测的方式进行。采用盲测的方式进行。示范：示范：重复性再现性测量系统分析重复性再现性测量系统分析 40示范示范：GRRGRR作业者/量测次数零 件平均數123456789101.张三 133.6533.6533.0033.0032.8532.8532.8532.8533.5533.5533.0033.0032.9532.9532.8532.8533.0033.0

29、033.6033.602. 233.6033.6033.0033.0032.8032.8032.9532.9533.4533.4533.0033.0032.9532.9532.8032.8033.0033.0033.7033.703.平均数33.6333.6333.0033.0032.8332.8332.9032.9033.5033.5033.0033.0032.9532.9532.8332.8333.0033.0033.6533.65 =33.13 =33.134.全距0.050.050.000.000.050.050.100.100.100.100.000.000.000.000.050.

30、050.000.000.100.10Ra =0.05Ra =0.055.李四 133.5533.5533.0533.0532.8032.8032.8032.8033.4033.4033.0033.0032.9532.9532.7532.7533.0033.0033.5533.556. 233.5533.5532.9532.9532.7532.7532.7532.7533.4033.4033.0533.0532.9032.9032.7032.7032.9532.9533.5033.507.平均数33.5533.5533.0033.0032.7832.7832.7832.7833.4033.403

31、3.0333.0332.9332.9332.7332.7332.9832.9833.5333.53 =33.07 =33.078.全距0.000.000.100.100.050.050.050.05.00.000.050.050.050.050.050.050.050.050.050.05Rb =0.04Rb =0.049.王五 133.5033.5033.0533.0532.8032.8032.8032.8033.4033.4033.0033.0032.9532.9532.8032.8033.0533.0533.8533.8510. 233.5533.5533.0033.0032.8032.

32、8032.8032.8033.5033.5033.0533.0532.9532.9532.8032.8033.0533.0533.8033.8011.平均数33.5333.5333.0333.0332.8032.8032.8032.8033.4533.4533.0333.0332.9532.9532.8032.8033.0533.0533.8333.83 =33.13 =33.1312.全距0.050.050.050.050.000.000.000.000.100.100.050.050.000.000.000.000.000.000.050.05Rc =0.03Rc =0.0313.零件平均

33、数33.5733.5733.0133.0132.8032.8032.8332.8333.4533.4533.0233.0232.9432.9432.7832.7833.0133.0133.6733.67Rp=0.89Rp=0.8914.公式：0.05+0.04+0.03/作业者人数= = 0.040 = 0.04015.作业者人数= 316. 公式：Max 33.13 Min 33.07= diff diff = 0.06 diff = 0.0617.公式： D4=UCLR=0.043.27=UCLUCLR R= 0.13= 0.1318.公式： D3=LCLRLUCLUCR R= 0= 0量

34、具再现性及再生性数据表量具再现性及再生性数据表 页数页数 : 1 /2: 1 /2零件件名：零件件名：瓶嘴封口瓶嘴封口量具名称：量具名称：作成日期：作成日期：零件件号：零件件号：量具编号：量具编号：#001#001作成单位：作成单位：特性：特性：内径尺寸内径尺寸量具精度：量具精度：作成者：作成者：规格：规格：32.533.5mm32.533.5mm量具范围：量具范围：审查者：审查者：abcxRRRx41零件件名：瓶嘴封口零件件名：瓶嘴封口零件件号：零件件号：特性：特性： 重量重量规格：规格： 32.533.5mm 32.533.5mm 由数据表得：由数据表得： R 0.04 Xdiff= 0.

35、060 R 0.04 Xdiff= 0.060 Rp=0.89Rp=0.89公式：公式：%AV = 100 AV/TV%AV = 100 AV/TV %AV = %AV = 10.79% 10.79% n = n = 零件数零件数 r = r = 量测次数量测次数 再现性再现性作业者变异（作业者变异（AVAV）公式：公式：AV =AV = n = 10 n = 10 r = 2 r = 2 AV = 0.0304 AV = 0.0304公式：公式：%EV = 100 EV/TV%EV = 100 EV/TV %EV = %EV = 12.59% 12.59% 重复性重复性设备变异（设备变异（E

36、VEV）公式：公式：EV =REV =R* * K1 K1 EV =0.0355 EV =0.0355 制程变异制程变异量测单元分析量测单元分析量测次数量测次数K1K12 23 30.88620.88620.59080.5908作业者人数作业者人数2 23 3K2K20.7070.7071 10.5230.5231 1/nr)/nr)( () )k k(Xdiff(XdiffEV222量具重复性及再现性报告量具重复性及再现性报告量具名称：量具名称：量具编号：量具编号： #001 #001量具精度：量具精度：量具范围：量具范围：作成日期：作成日期：作成单位：作成单位：作作 成成 者：者：审审 查

37、：查：42 全变异（全变异（TVTV） 公式：公式：TV =TV = TV= 0.2839 TV= 0.2839 公式：公式：%PV=100PV/TV%PV=100PV/TV PV =98.62%PV =98.62%公式：公式：ndc=1.41PV/GRR ndc=1.41PV/GRR ndc=8.3978 ndc=8.3978 零件变异（零件变异（PVPV） 公式：公式：PV=RpPV=Rp* *K3K3 PV= 0.2800 PV= 0.2800 公式：公式：%R&R=100GRR/TV%R&R=100GRR/TV %R&R = 16.58% %R&R = 16.58% 重复性重复性& &再现性（再现性（GRRGRR） 公式：公式：GRR=GRR= GRR= 0.04668 GRR= 0.04668 制程变异制程变异量测单元分析量测单元分析 AVAV(EV(EV220.70710.70710.52310.52310.44670.44670.40300.40300.37420.37420.35340.35340.33750.33750.32490.32490.31460.31462 23 34 45 56 67 78 89 91010K3K3零件数零件