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1、测量系统分析测量系统分析-MSAMeasurement Systems AnalysisMeasurement Systems AnalysisMSAMSA系统可以让你获得什么？系统可以让你获得什么？接受新测量设备的准则；一种测量设备与另一种测量设备的比较；评价怀疑有缺陷的量具的依据；维修前后测量设备的比较；计算过程变差所需的方法，以及生产过程的可接受性水平；总过程变差过程变差测量系统变差LSLLSLUSLUSL标准的传递标准的传递/溯源性溯源性国际标准国际标准国际实验室国际实验室国家标准国家标准国家实验室国家实验室地方标准地方标准国家认可的国家认可的校准机构校准机构公司标准公司标准企业的校准

2、企业的校准实验室实验室测量结果测量结果生产现场生产现场检测设备检测设备制造厂制造厂 是否有足够的分辨力和灵敏度？ （ 10比1规则:测量设备要能分辨出公差或过程变差的至少十分之一以上。） 分辨力分辨力: “系统检测并如实显示的参考值的变化量。也可称为可读性或分辨率.”，如：0.01mm和0.001mm。卡尺和千分尺分辨力。 灵敏度是指能产生一个可检测到（有用的）输出信号的最小输入。它是测量系统对被测特性变化的回应。灵敏度由量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）、使用中保养，以及仪器操作条件和标准来确定。它通常被表示为一测量单位。影响灵敏度的因素包括： 一个仪器的衰减能力；操作者的技能；测量装置

3、的重复性；对于电子或气动量具，提供无漂移操作的能力；仪器使用所处的条件，例如：大气条件、尘土、湿度 准确度 ( Accuracy ) X或称偏移(BIAS): 量测实际值与工件真值间之差异,是指数据相对基准（标准）值的位置。 精密度 ( Precision ) 或称变差(Variation): 利用同一量具，重复量测相同工件同一质量特性，所得数据之变异性。是指数据的分布。基准值：基准值：为了比较的一个一致认可的值有时也称为： 可接受的值 常规值 指定值 最佳估算值 标准测量 测量的标准量具 A量具 B量具 C量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值A A 具有最佳准确度具有最佳准确度B B

4、具有最佳精密度具有最佳精密度C C 的准确度好于的准确度好于B B ：标准：标准：零件：零件：仪器：仪器：人：人/ /程序程序：环境：环境S W IPE量测量测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受可能可接受需改善需改善量量 测测 系系 统统数据的类型数据的类型类别类别定义定义举举 例例 1 1、计量、计量型数据型数据通过测量过程可以定量通过测量过程可以定量的得出实际测量数值，的得出实际测量数值，其数值可与基准值比较其数值可与基准值比较数量级测试结果数量级测试结果2 2、计数、计数型数据型数据通过测量过程无法得出通过测量过程无法得出具体测量数值，只可定具体测量数值，只可定性的得

5、出测量结果的。性的得出测量结果的。好与坏，好与坏，通过与不通过通过与不通过接收与不接收接收与不接收测量系统分析的目的测量系统分析的目的 确定所使用的数据是否可靠确定所使用的数据是否可靠: 测量系统分析还可以：测量系统分析还可以： 评估新的测量仪器评估新的测量仪器 将两种不同的测量方法进行比较将两种不同的测量方法进行比较 对可能存在问题的测量方法进行评估对可能存在问题的测量方法进行评估 确定并解决测量系统误差问题确定并解决测量系统误差问题 量具(Gage) 人(People) 测量技术(Measurement Technique) 测量程序(Measurement Procedure) 软件(S

6、oftware) 环境(Environment) 其它因素(Other Factors) 实施要点说明实施要点说明 对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析。对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析。 测量分析方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致。测量分析方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致。 经顾客批准，可以采用其它方法及接受准则。经顾客批准，可以采用其它方法及接受准则。 PPAPPPAP手册中规定：对新的或改进的量具、测量和试验设备应手册中规定：对新的或改进的量具、测量和试验设备应参考参考MSAMSA手册进行变差研究。手册进行变差研究。 APQPAPQP手册，手册，MS

7、AMSA为为“产品产品/ /过程确认过程确认”阶段的输出之一。阶段的输出之一。 SPCSPC手册指出手册指出MSAMSA是控制图必需的准备工作。是控制图必需的准备工作。 标识、监视与测量设备及其校准状态。标识、监视与测量设备及其校准状态。 当量具被发现处于非校准状态时，应对其以前的测量结果作当量具被发现处于非校准状态时，应对其以前的测量结果作确认。确认。 确保所有的量具的搬运、保护、清洁、维护和存放。确保所有的量具的搬运、保护、清洁、维护和存放。 应用应用MSAMSA手册中规定的方法手册中规定的方法 测量系统分析测量系统分析 (MSA) 由哪些部分组成由哪些部分组成? 量具重复性量具重复性 量

8、具再现性量具再现性 偏倚偏倚 线性线性 稳定性稳定性极差法极差法； 测量变异近似值； 只提供总体情形；平均值极差控制图法平均值极差控制图法； 把变异分为重复性和再现性；方差分析法方差分析法； 把变差分为四类：零件、评价人、零件与评价人的交互作用、量具重复性误差。独立样本法图表法平均值标准差控制图平均值极差或平均值标准差控制图 重复性(Repeatability)：又称测量设备的变异(Equipment Variation，EV ) ，是由同一位评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时所得的测量值变异。主要反映：量具变异量具变异。重复性重复性仪器自身问题；零件在仪器中位置变化。重

9、复性重复性),(%.(99,15. 5)(.,)(222可从附表一中查得量乘以评价人数量及零件数依赖于试验次数布测量结果的代表正态分为仪器变差或重复性为重复测量的平均极差式中的估计为变差重复性标准偏差或仪器gmddREVRdRe 如果所有极差都受控，则仪器变差和测量过程在研究期间是一致的；如果一名评价人失控，那么他的方法与其他人不同；如果所有评价人都失控，则必须改进测量技术； 再现性 (Reproducibility)：又称评价人变异(AppraiserVariation, AV)，指不同评价人采用相同测量仪器，测量同一零件的同一特性时，测量平均值的变异。主要反映:人的变异人的变异再现性再现性

10、 再现性的标准偏差：o=Ro/d2 (Ro为评价人最大平均值减去最小平均值)。 再现性AV=5.15 Ro/d2 。(d2的值取决于评价人的人数m和参与计算的极差的个数g=1,可从附表一中查得) 由于量具变差影响了该估计值，必须通过减去重复性部分来调整。调整后的再现性的标准偏差：o=AV/5.15.,:)()15. 5(15. 5222试验次数零件数量式中校正过的再现性rnnrdRAVeo均值控制图（评价人对每个零件的平均值绘制而成）；注意： 控制限以重复性误差为基础而不是零件间变差。如果只有30%或少于一半的平均值在限值外，则测量系统不足以检测出零件间变差。 如果重复性再现性： 仪器需要维护

11、； 量具应重新设计来提高刚度； 夹紧和检验点需要改进； 存在过大的零件内变差； 如果再现性重复性： 评价人需要更好的培训如何使用量具和读数 量具刻度盘上的刻度不清楚； 需要某种夹具帮助评价人提高实用量具的一致性统计稳定性： 只有正常原因，没有异常原因测量系统的变差过程的变差测量的分辨率=1/10*5.15*过程变差线性较好保证测量结果的一致性;由同一或不同的评价人，采用同一个的测量仪器，测量不同零件的同一特性时零件测量平均值的变差。 零件间标准偏差：p =Rp/d2（ Rp为样品平均值极差）。 零件间变差：PV=5.15 Rp/d2 。(d2取值取决于量具研究使用的零件数m和参与计算的极差个数

12、g=1，可从固定附表中查得)。tpmtmoemTVRR15. 515. 5&2222总过程变差总过程标准偏差测量系统变差测量系统标准偏差%100/%:%100/&%:%100/%:%100/%:TVPVPVTVRRRRTVAVAVTVEVEV差的百分比零件间变差占总过程变变差的百分比测量系统变差占总过程过程变差的百分比测量系统的再现性占总过程变差的百分比测量系统的重复性占总GRR制作方法取包含10个零件零件的一个样本，代表过程变差的实际或预期范围；指定评价人评价人A、B、C，并按1至10给零件编号，使评价人不能看到这些数字；如果校准校准是正常程序中的一部分，则对量具进行校准；让

13、评价人A以随机的顺序测量10个零件，并让另一个观测人记录结果。让评价人B以同样的方法测量10个零件；同样C测试；使用不同的随机测量顺序重复上述操作过程3次；2.2.收集数据收集数据评价人 A 评价人 B 零件 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 217 220 217 214 216 216 216 216 216 220 2 216 216 216 212 219 219 216 215 212 220 试验 3 216 218 216 212 220 220 220 216 212 220 均值 216.3 218.0 216.3 212.7 218.3 218.3 217.3 2

14、15.7 213.3 220.0 级差 1.0 4.0 1.0 2.0 4.0 4.0 4.0 1.0 4.0 0.0 评价人 A 均值的均值 216.3 评价人 B 均值的均值 216.9 1 .2145 . 2023. 16 .2162 .2195 . 2023. 16 .216:6 .2162/2 .43322RAXLCLRAXUCLXXxX图控制限总平均值000. 04 . 6575. 2,00. 0:5 . 210/253443DRLCLDRUCLDDRRRR图控制限 重复性标准偏差（量具标准偏差）： 重复性：45.172.15.22dRe5 . 745. 115. 515. 5eE

15、V19. 015. 50 . 115. 5/:0 . 1355 . 72 . 2)()15. 5(15. 5:2 . 241. 16 . 015. 5/15. 56 . 03 .2169 .216222222AVnrdRAVdRRoeooo校正的评价人标准偏差校正过的再现性再现性8 .1250. 215. 515. 5:50. 248. 2/2 . 6/:2 . 60 .2132 .219:2PPpPPVdRR零件间变差零件间标准偏差样本平均值极差9 .1490. 215. 515. 5:6 . 747. 115. 515. 5&:90. 247. 150. 2:47. 119. 04

16、5. 1:22222222tmmptoemTVRR总过程变差测量系统变差总过程变差的标准偏差测量系统标准偏差%9 .85%100/%:%7 .50%100/&%:%28. 1%100/%:%33.50%100/%:TVPVPVTVRRRRTVAVAVTVEVEV差的百分比零件间变差占总过程变变差的百分比测量系统变差占总过程过程变差的百分比测量系统的再现性占总过程变差的百分比测量系统的重复性占总 当重复性（EV）变异值大于再现性（AV）时可采取下列措施：测量仪器需要维修保养。可能需要对量具进行重新设计，以获得更好的严格度。需要对量具的夹紧或固定装置进行改进。 零件内变差太大。 当再现性（

17、AV）变异值大于重复性（EV）时可采取下列措施：需要更好的对评价人进行如何使用和判读该测量仪器的培训。量具需要校准或刻度不清晰。可能需要辅助仪器协助作业者使用量具。%RR10%，分级数（ndc）大于或等于5，测量系统可接受；10%RR30%， 根据应用的重要性、量具成本和维修的费用等可能是可接受的；%RR30%， 测量系统需要改进。 线性 (Linearity)： 线性是指量具在工作量程内，偏倚量之差异分布状况（偏倚值的差值）。即偏移随量程的变化。量程较低部分量程较高部分线性图 其中：其中：x:基准值基准值 y:偏倚偏倚y=a+bx ，b：斜率：斜率)()()()()(22222222nyyn

18、xxnyxxyRnxanybnxxnyxxya 线性回归直线的拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性关系. 线性=|斜率|（过程变差） %线性=100线性/过程变差 拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性关系,其取值范围为0,1,越接近于1表示线性关系越强。 注意注意: 线性是由最佳拟合直线的斜率而不是拟合优度的值确定的，一般地，斜率越低，量具线性越好。 在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准； 最小或最大值校准量具的误差； 磨损的仪器； 仪器固有的设计特性； 可以用以下指南进行线性评价： 1）由于存在过程变差，选择g 5个零件，使这些测量涵盖这量具的整个工作量程。 2）对每一

19、个零件进行全尺寸测量，从而 确定其参考值，并且涵盖了这量具的工作量程。 3）让经常使用该量具的操作者中测量每个零件m 10次。 使用软件分析一位工程师很想确定某测量系统的线性。量具的一位工程师很想确定某测量系统的线性。量具的工作范围是工作范围是2.0 毫米至毫米至 10.0 毫米。毫米。 第1步 选择至少5个零件用于进行测量，每个零件至少测量10次。在本例中，我们将选择5个零件，每个零件测量12次。 第2步 计算零件平均值零件平均值偏倚偏倚极差极差第3步 对照基准值描绘偏倚。对照基准值描绘偏倚。 第4步由图表确定在偏倚和基准值之间是否存在线性关系。如果存在“良好的”线性关系，则可计算出线性。如

20、果不存在线性关系，则我们必须考虑其它的变差来源。 使用软件 稳定性 (Stability)：又称漂移 (Drift)，指经过一段时间后，用相同的测量系统，对同一基准或零件的同一特性测量所得到的变异。 可以用时间1时间2稳定性 平均值失控平均值失控表示：系统不再正确地测量（偏倚已经改变） 可能的原因：需要校准等 极差图失控极差图失控表示：不稳定的重复性 可能的原因：部件松动、气路堵塞、电压变化等稳定性分析研究1）取一样件，并建立其可追溯到相关标准的参考值。如果无法取得这样的样件，则选择一个落在产品测量范围中间的生产零件，指定它为基准样件进行稳定性分析。对于追踪测量系统稳定性，不要求已知的参考值。

21、 建议对每个标准样件分别进行测量和画控制图。2）以一定的周期基础（每天、每周）测量基准件三到五次，抽样的数量和频率应取决于对测量系统的认识。可能考虑的因素可以包括要求重新校准和维修的频率如何、使用测量系统的频率，以及操作条件的重要性等。应该在不同的时间下取得多次读值，以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化。3）将数据按时间顺序画在&R控制图上4）建立控制限并用标准化控制图分析评价失控或不稳定状态。 范例稳定性范例稳定性为了确定某一新的测量仪器的稳定性是否可接受，过程小组选取了生产过程输出范围中接近中间值的一个零件。该零件被送到了测量实验室，经测

22、量其参考值确定为6.01.。小组每班测量该零件5次，共测量了4周（20个子组）；收集所有数据以后，画出了X&R图（见图）从以上控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显可见的特殊原因影响。 偏倚(Bias) ： 测量结果的观测平均值与基准值之间的差异。又称为“准确度”。偏移的大小表示测量系统的准确度，偏移越小表示准确度越好，反之则越差。 注：基准值可通过更高级别的测量设备进行多次测量取平均值。l偏倚与准确度有关，因为如果测量值的平均值相同或近似于相同，就可以说是零偏倚。这样的话，所用的量具便是“准确的”。 偏倚的分析程序 1.1按生产过程所要求的检验项目、内容和检验规定，从生产

23、过程中选取一个零件作为样品。 1.2 首先确定所检查零件特性的基准值。基准值应尽可能通过更高一级的计量装置或在工具室、 全尺寸检验设备上确定。确定的读数应与量具RR研究中的评价人的观察平均值（Xa 、Xb、 Xc）进行比较。 1.3如果不可能按上述方法对样件进行测量，可采用下面的替代方法：在工具室或全尺寸检验设备上对零件进行精密测量，确定基准值。 1.4让一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少十次，并记录结果。 1.5计算读数的平均值。平均值与基准值之间的差值为该测量系统的偏倚。 1.6 计算出偏倚占过程变差的百分率： 偏倚%=100|偏倚|/过程变差 1.7 对偏倚的分析结果应写出书面报

24、告。 1.8 如果偏倚大于10%，应进行原因分析。4）用平均值 减去参考值，计算得到偏倚。偏倚 = 基准值 5）用极差的平均值来计算重复性标准差。 重复性 =公式中d*2取决于子组容量(m)多少和控制图中子组数量(g)。(见附录参数表)6）确定对偏倚的统计t值： b = r / 7）如果0落在偏倚值附近的1-a置信区间内，则偏倚在这a水准上可被接受。偏倚 b（tv，1-a/2）0偏倚 + b（tv，1-a/2）公式中，V 可以在附录1中查到；Tv，1-a/2在标准t分布表中查到。8）所使用的a水准取决于敏感度的水准，而敏感度水平是用来评价/控制一过程是必要的，并且与产品/过程的损失函数（敏感度

25、曲线）有关。如果a置信度水准不是用预设值0.05（95%置信度），则必须得到顾客的同意。XXRd2*g 范例偏倚范例偏倚参见图1、图2，对一个参考值6.01的零件进行稳定性研究，所有样本(20个组)的整体平均值为6.021；因此偏倚值的计算值为0.011。使用了散布图和统计软件，质检员得到了数据分析结果，见表1。 偏倚研究的分析：偏倚研究的分析： 1）如果偏倚从统计上不等于零，检查是否存在以下原因： 基准件或参考值有误差，检查确定标准件的程序。 仪器磨损。这问题会在稳定性分析中呈现出来，建议进行维修或重新整修计划。 仪器产生尺寸的误差。 仪器测量的特性有误。 仪器没有经过适当的校准。对校准程序

26、进行评审。 评价人使用仪器方法不正确。对测量指导书进行评审。 仪器纠正的指令错误。 2）如果测量系统偏倚不等于0，若有可能，应该采用硬件修正法、软件修正法或同时使用两种方法来对量具进行重新校准已达到零偏移。如果偏倚不能调整到零，通过改更程序（如对每个读值根据偏倚进行修正），还可以继续使用该测量系统。由于存在评价人误差这一高度风险，因此这种方法只能在取得顾客同意后方能使用。造成过份偏倚的可能原因有： 计量器具需要校准 计量器具或相关夹具磨损 磨损或损坏的基准，基准出现误差 不适当的校准或使用基准设定 线性误差（譬如测量两个不同的点，零件的内在变差所 造成的线性误差。） 使用了错误的量具 不同的测

27、量方法 设置、安装、夹紧、技术 测量错误的特性 （量具或零件）变形 环境变化温度、湿度、振动、清洁的影响 错误的假设，在应用常量上出错 应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观察错误（易读性、视差）计数型测量系统分析计数型测量系统分析 计数型测量系统分析的作用计数型测量系统分析的作用: : 由于计数型缺点的判定容易受人为因素的影响由于计数型缺点的判定容易受人为因素的影响, , 因此因此, , 计数值测量系统的分析主要在于评估一个计数值测量系统的分析主要在于评估一个检验员本身的一致性检验员本身的一致性( (重复检验一个产品判定是否重复检验一个产品判定是否一致一致); ); 不同检验员之间的一致性不同检验员之间的一致性( (不同检验员检不同检验员检验同一产品判定是否一致验同一产品判定是否一致), ), 检验员的正确性检验员的正确性( (检检验员判定正确的程度验员判定正确的程度) )。制作步骤 (1) 计划目的. -评估检验员本身判定的一致程度是否充分; -评估不同检验员之间