MSA测量系统分析基础知识讲稿

1、第 PAGE 15 页 共 NUMPAGES 15 页第3页MSA产生及发展MSA测量系统分析是目前汽车行业质量控制的5大技术工具手册这一，由美国的三大汽车公司编写的，发展到现在共经历了三个版本（分别在90年、95年和2000年版）第4页测量、量具和测量系统的定义： 测量：赋值并比较测量值与特定特性值的关系。 量具：获得测量结果的装置，（这里指装置，现新版9001标准中对7.6监视和测量装置的控制改为是设备。装置要比设备的范围要大，例如只给出合格/不合格的工具，包括是自制的治具、通止规等）测量系统：获得测量结果的整个过程中涉及的的人、机、料、法、环各项因素的集合。第5页你对目前测量系统了解有多

2、深？相信一般人都是说全部测量设备都校准合格了，设备合格测量就没问题了，这是我们一般性的思维，但请各位想一想，设备校准了，它的校准结果有偏差吗？有，只不过在合格范围。另外测量系统除设备偏差这个因素外还有其它因素，我们往往对这些因素的影响忽略了，但这些因素积小成多，加起来所产生的变差就可以很大，甚至将真实情况掩盖，例如，如果测量系统的产生了正向变差，如产品实际产生负向变差，这样两者相抵反映出来的测量结果为正常，这就掩盖了真相。第6页测量数据的品质：由图可见，最终测量结果受产品过程变差与测量系统变差两方面的影响，我们重点看测量系统的变差：人方面就是评价者的变差；机方面就是量具变差中的重复性、偏移、线

3、性；材料方面就是被测量物料自身的变差（这种材料的变并往往同时包含了过程的变差）；法方面的影响主要融合到人的变差中（因方法是由人操作，人的操作方法不同和技能程度不同造成的变差），环境方面主要就是测量环境对量具变异的稳定性产生的影响，环境不同，变异程度会有所不同（这个稳定性虽然分在量具变差这下面，但实际环境对量具、测量主体和对象都有影响）。第7页测量过程：输入测量所需的各种因素实施测量获得测量数据将数据与预期标准比较输出测量结果（可接受否？）第8页测量系统的统计特性：即具有什么样的统计特性的测量系统才是我们可以接受的。第9页 1、分辨力：是指量具上的最小刻度值，一般要求测量结果的分辨力为0.1，则

4、量具的分辨力就要达到0.01（即量具的分辨力必须达到测量对象分辨力要求的1/10），如测量一件零件的长度，要求精确到毫米，则所使用的量具的分辨力必须达到0.1毫米。这种分辨力要求是选择量具的最低标准。 2、测量系统必须在统计受控状态中，即所产生之变差只能是由于普通原因，而非特殊原因。 3、如测量系统是用于过程控制，那么这个测量系统的变差必须小于制造过程的变差。（这种变差一般是通过测量值极差的反映） 4、如测量系统是用于产品控制，那么这个测量系统的变差必须小于产品公差范围。 5、如测量系统既用于过程控制又用于产品控制，那么这个测量系统的最大变差必须小于过程变差和产品公差范围中的较小者。第10页分

5、辨力不足会造成过度的去掉尾数，如果该分辨力不能探测过程变差，用其来分析过程是不可接受的；并且如果它不能探测特殊原因的变差，则其不能用于控制（是否有能力控测出过程变差可以通过GRR分析中的ndc值判定，或通过重复性分析中的极差图判定）。在以下情况时显示测量的分辨力不足：当极差图中只有1个，2个或3个极差值在控制限值内时；当4个极差值在控制限值内，且超过四分之一以上的极差为零。第11页分辨力不足的情况会在控制图中表现出来。上述两控制图取自同样的数据，不同之处就是一个分辨力是0.001,另一个是0.01，但控制图显示的结果却是不同，一个受控，一个失控，为什么?失控的原因是分辨力不足。（即因为过程的变

6、差程度比较少，主要变差主要是千分之几的变差，分辨不同则不能呈现出这种合理的变差）第12页变异的来源：详细看鱼骨图，识别出了人、机、料、法、环方面进行的分析，变异的来源是多种多样的，因此整个测量系统的影响因素很多，很多因素往往我们在平常都会忽视了。这里就暂不详说，但这个鱼骨图对我们分析最终原因时会有一定作用，因为我们的这个测量系统分析只能分析到人、机、料、法、环几个大的方面有异常，致于什么原因，还要靠我们的经验和进一步的排查分析，这个图就可以给我们作为参考之用，当然可能影响的因素还不止这些。第13页测量系统分析的两个阶段： 一是使用前评价测量系统是否能满足要求及对测量系统的使用环境是否特殊要求。

7、（使用前的评价）另一阶段就是验证测量系统的持续有效性的保证能力。（定期/不定期的再评价，变更的再评价） 测量系统变差的类型：第14页偏倚：分析测量平均值与基准值的差值，偏倚越小即准确度越高。第15页稳定性（漂移）：分析偏倚随时间的变化情况（用同一测量系统对同一基准零件在不同时间进行测量）第16页线性：分析偏倚随量具量程的变化情况（使用量具不同量程进行测量得出各量程的偏倚量）（注意这种测量应含盖实际使用中涉及到的所有量程范围）第17页重复性：分析设备变差情况（同一人、用同一仪器、多次测量同一零件的同一特性）重复性亦分为精密度、均一性、一致性，精密度就是这个测量值分布宽度（宽度越小精度越高）、均一

8、性就是每次测量这个分布宽度的变化（每一次这个分布弧度都一样均一性就好）、一致性就是这个分布每次测量发生偏离的变化程度（每一次这个分布的中心线都一样一致性就好）。第18页再现性：分析操作人员的变差（不同操作人员、用同一量具、测量同一零件的同一特性，测量所得平均值的变差情况，这里主要针对平均值分析）第19页重复性&再现性（R&R）：是结合重复性和再现性两者的变差，通过勾股定理的原理计算所得的估计值。重复性的平方加再现性平方就等于重复性&再现性的平方。第20页九、测量系统分析的准备： 1、计划每个测量系统使用的分析方法，可通过矩阵图列出计划。（纵列为量具的类别，横列为分析方法）。这样确定每类量具要使

9、用那些分析方法。 2、预先确定评价人的数量、样品数及重复计数次数。应考虑的主要因素尺寸的关键性（关键尺寸需要更多的零件和试验）；零件结构（大或重的零件可使用较少样品进行较多试验） 3、评价人应使用日常操作这提测量系统的人员。第21页 4、样品的选择：用于产品控制的测量系统，样本的选择不需要覆盖整个过程范围；而用于过程控制的测量系统，样本必须是选自于过程并且代表整个的生产范围；另样本可以通过每天取一个样本，持续若干天的方式进行选取。 5、仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差（或公差）的十分之一。 6、建立测量程序，以确保测量方法(如评价人和仪器)的正确性。第22页 7、在测量系统研究

10、中，为最大限度的减少误导结果的可能性，应采取注意以下几点:：、测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。为此，评价人不应知道哪个被编号的零件正在被检查，以避免可能的认识偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查哪一个零件，并相应记下数据。如评价人A，零件1，第一次试验；评价人B，零件4，第二次试验等。、在测量设备读数中，测量值应记录到仪器分辨率的实际限度。A、机械装置必须读取和记录到最小的刻度单位。B、对于电子读数，必须记录所显示的最右有效数位。、研究工作应由了解进行可靠研究的重要性的人员进行管理和观察。第23页十、测量系统分析的应用和时机：应用：接受新测量设备的准则；

11、比较两种测量设备；评价怀疑有缺陷的量具；维修前后测量设备的比较分析时机：新生产产品（零件变差变化）；新仪器（仪器变差变化）；新操作人员（人员变差变化）；对易损耗仪器确定分析频率。第24页十一、测量系统分析计量值量具分析 1、稳定性研究步骤：1)取样：取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值，但我们是分析测量系统的实际情况，所以建议，选择一个落在产品测量中程数的生产零件（必须时具备预期限测量的最低值、最高值和中程数三个样本，每个标准样本分别做测量与控制图），指定其为稳定性分析的标准样本。2)测量：定期(每天、每周)测量标准样本3-5次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。应在不同的时间读数以

12、代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其它因素发生的变化。3)分析：将数据绘制成 X&R控制图.建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态第25页结果判定：1)均值图中失控表明测量系统不再正确的测量偏倚已经改变。2)极差图中的失控状态表明不稳定的重复性重复性已改变。3)如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。第26页稳定性研究范例：第29页第28页第27页某工厂为了确定某一新卡尺的稳定性是否可以接受，评价人员在生产制程中选取了接近中间值的一个零件。评价人员每天两次(上下午各一次)，每次测量该零件5次，共测量了四周(20个子组)；收集到所有数据后，画出了

13、均值极差图。控制图显示过程的点都在受控状态中，过程是稳定的。（详细计算方法及图见课件）第30页 2、偏倚分析：（独立样本法）研究步骤： 取样测定基准值（实验室测10次取平均，如有，建议用高一级分辨力的量具测量）测量系统实施测量并记录测量值（同一人测样本10次）第31页分析：有作图法及数据法两种，作图法：就是直接将数据画成直方图（见40页），评价直方图的分布中心是否与基准值一致，并通过分布情况确定是否存在异因，这种方法虽比较直观，但判定的标准不明确。数据法：通过计算偏倚的置信度区间，如零在这个区间中则偏倚可接受、反之不可接受。计算的步骤： 计出测量值的平均数 （即用所有测量读数值之和除读数值的个

14、数）。第32页计出重复性标准差 （即用测量读数值中的最大值减最小值除常数d2*）计出平均值标准差（即用重复性标准差除读数值个数的开平方（平方根）。计出偏倚的统计量 t = （即用偏倚值（平均测量值参考值）除平均值标准差）第33页分别计划置信度区间的上、下限值d2及d2*及V均为常数连同tv,1-a/2，均查表可得；将平均值标准差及查出的常数代及此式中，再分别用偏倚值减、及加上此式就得出区间的上、下限值。注：t表是有一份国标的叫统计数值表t分布GB4086.3-83，查当中的t分布位数表，V可以根据子组数及子组容量查d2*表得，而1-/2=1-0.05/2=0.975此值即为表中的P值，根据V值

15、及P值就可在t位数表中找出对应的t值。另更简单的方法就是查出自由度V后通过Excel中的TINV函数计出（TINV（，V）其中置信带范围一般为0.05。（自由度V通过MSA手册中的附录C的d2*表中可对应子组数及子组容量查出）第34页偏倚分析范例：一个制造工程师评价一个用来监视生产过程的新的测量系统。工程师评价了测量系统偏倚。他在这个测量系统操作范围内选择一个零件；这个零件经全尺寸测量以确定其基准值（则在实验室测量）。而后这个零件由领班测量15次。第35页 测量所得值记表，同时计算出每个测量值与参考值的偏倚（量测值参考值）第36-38页 按上述所讲的计算顺序分别计算各数值。 最终计算出置信区间

16、是(-0.119478，0.1332478)，零是落在这个区间中，可以接受。第39页偏倚直方图，比较少用，而具标准不太明确，里前面已大概介绍，这就不详说。第40-42页偏倚分析（控制图法）：这种方法主要是利用前面进行稳定性分析时的数据来作评价，这样就可以不再对偏倚另外独立分析，但前题必须是稳定性分析的结果是控制图显示测量系统是稳定的。 分析步骤： 方法与计算公式与独立样本法基本一样，只是平均值为各子组的总平均而计算重复性标准差中的极差亦要用各子组极差的平均数，计算平均值标准差时分母用的是子组数的平方根（而独立样本法时用的是样本容量数），其它的计算方式都与独立样本法一样。第43页 3、线性分析：

17、 分析步骤：取样（一般5个以上）注意所取样板要覆盖量且的测量范围测定基准每个样本测量10次以上并记录（由实操者进行） 第44页 分析方法： 、计算每次测量值的偏倚（即用每次的测量值基准值） 、在线性图上画出每个单值偏倚及均值偏倚第45页 、计算并画出最佳拟合线 截距斜率(Slope) X取每子组（零件）的基准值；Y取每子组（零件）测量值的平均值，gm：g表示子组数、m表示子组容量（即每组测量次数），但这里gm并非两者相乘，计算时只取g进行计算、计算置信带第46页 计算每个子组置信带的上下限：下限： 上限画出图表并评价回归线是否有置信度区间内。第47页 线性研究范例：第48页某工厂主管在评价测量

18、系统时，在测量系统操作量程内选择了5个零件，每个零件经过全尺寸测量以确定其基准值。然后由领班分别测量每个零件12次. 分析结果如下：第49页 按记录的测量数据进行计得出下值： 相乘后得XY= -8 求和后得（X）2 = 302 = 900第50页 下限： 上限tgm-2，1-/2 自由度V按g=5-2=3，m=12查表得出为26.5，为0.05，通过查表或用Excel中的TINV函数计算得出tgm-2，1-/2 = 2.056第一子组(基准为2的那组)的下限计算方式：按此方式分别计算出各子组的上下限值，如下表：第51页 将偏倚=0的回归线（即X为基准值，Y为每子组平均偏倚值）及置信区间线（即X

19、为基准值，Y为置信区的上限/下限值） 判断方法：如果回归线全部在置信区间范围内，侧线性可接受，否侧不可接受。 另外线性的判断方法在一些书中以及我们当时上学的时候老师教的一种判定方法就是直接判断斜率a的绝对值是否小于10%，小于则可接受。如按此方法判断，上述的测量系统斜率a的绝对值为13.17%，大于10%。所以这里重点还是按MSA手册中的内容来讲。或者是线性=斜率的绝对值/过程变差，线性%=线性/过程变差。第52-54页4、重复性再现性： 分析步骤：取样一种（10个）零件，并将零件编号（注意编号不能让评价人看到）确认三个评价人（应选择实际操作此测量系统的人员）三人分别按随机顺序测量10个零件（

20、三人之间不能看到彼此的测时结果重复上一步骤两次（即每人对每件零件有三次的测量记录） 重点在于：每人对每个零件非连续性的测量三次，采取随向抽取的方法而且测人不知所测量零件的编号的及自已或其它人曾经测得的值，目的是减少测量人的测量结果首次测量值或他人测量值的影响。只要把握这个原则不管样本数是否有10个（或许只有一个）或三个评价人是否能同时进行测量并不重要。第55-56页 下面用一个卡尺的范例作说明： 取10个同款零件让操作该量具的3位人员分别对10个零件测量2次并记录，结果如表。第57-60页 计算步骤及方法： 、计算各人测量每件样本的平均值（见表4、9、14行），并计算各人的总平均数、计算各人测

21、量每件样本的极差值（见5、10、15行），并计算各人极差的平均值。、计算10件样本三个人测量值的总体平均数（见16行），再计算RP用此均值的最大数减最小数。、计算10件样本三个人测量值极差的平均值的平均数R=（RA+RB+RC）/评价人数（见17行）。、计算极差控制图的上下管制限（见19、20行）具体计算方法同前面计划稳定性控制图的方法一样，不再重复。、计算以确定差异（见18行），计算方法是将第4、9、14行（即各人测量各样本的平均值）中的最大值次最小值得出。 第61-62页、计算重复性EV（设备变异）公式：EV = * K1 = 0.04*0.8862 = 0.0354 其中K1为常数，与每

22、个样本的测量次数有关，查表可得。、计算再现性AV（评价人变异） 其中K2为常数，也评价人数有关，查表可得。而n表示样本个数（即子组数），r表示样本容数（即每个样本的测量次数）计算重复性&再现性 将上述计得的重复性EV及再现性AV值分别代入此式可得GRR。计算零件变异（PV） PV=RPK3 （RP 前表中已算出；K3为常数，与样本数（子组数）有关，查表可得）计算总变异（TV）将上述计得的重复性&再现性GRR及零件变异PV代入上式可得。 分别计算重复性、再现性、重复性&再现性、零件变差占总变差的百分比。第63页计算有效分辨率ndc =1.41(零件变差PV重复性&再现性GRR)，有效分辨率应大于

23、5，下面就是论证为什么ndc要大于5的原因，因为等于5时的%GRR亦正好在30%，如小于5则%GRR大于30%，而%GRR大于30%时系统不能接受。第64页判定：%GRR10%系统可接受；2.10% %GRR 30%系统尚可接受，建议改善（一般采决于该系统的重要性、改善所需的费用等因素）；%GRR 30%系统不能接受，必须改进。第65页重复性与再现性的比较：重复性再现性。（设备变差大于人的变差）(1) 量测仪器需要维修保养。(2) 可能需要对量具进行重新设计，以获得更好的严格度。(3) 需要对量具的夹紧或固定装置进行改进。(4) 零件内变差太大。再现性重复性。（人的变差大于设备变差）(1) 需

24、要更好的对评价人进行如何使用和判读该量测仪器的培训。(2) 量具需要校准或刻度不清晰。（影响有的读数判定）(3) 可能需要辅助仪器协助作业者使用量具。第66页零件评价人均值图分析：（三每评价人测量每件测量的均值图）如图，控制线以内的区域表示测量的敏感性(干扰)。由于研究中所使用的零件组代表了过程的变差，大约一半以上的平均值均落在控制线之外。则测量系统是适合检验出零件之间的变差，以及能为过程的分析和控制提供有用的信息。第67页重复性极差图分析：（三每评价人测量每件测量的极差图）极差图被用来确定过程是否受控。原因是不论测量误差可能有多大，控制线将包含该误差。因所有的极差均受控在界限内，则说明所有的

25、评价人都进行了相同的工作。 第68页零件图分析：（每件零件每个人测量的平均值（描点）及三个测量的总均值（描线）图）如果零件间有较大的变差，表现为折线而非水平线。从零件图可知零件间存在较大变差！但单个零件对变差的影响具有一致性（即同一零件的多次测量值比较集中。第69页评价人图：（每人测量每件零件的均值（描点）及10件零件的总均值（描线）图） 如图，显示的折线接近水平线，表示评价人的差异较小。第70页十二、计数型量测系统研究 何谓计数型量具？就是不能读取具体的测量值，通过对比观察进行评价，只判断被检验对象是否能接收（结果只有两个，OK、NG）。这种量具不能说明被检验对象的好坏程度。第71页 1、小

26、样法研究： 研究步骤：选取20个以下零件（应包括有部分在规范限值边缘）零件编号（编号不能让评价人看到）由两位评价分别以随机抽取有方式对零件进行量测两次并记录测量结果 重点注意：评价有不应知道自已首次的测量结果或另一位评价人的测量结果，同时评价人亦不应知道零件的编号，避免首次评价时的记忆影响。 判断方法：四次的测量结果都一致则接受该量且，否则应进改。第72页 该表就是上述小样法的记录范例。第73页 2、风险分析法： 如这种计数型的测量有量具则可通过小样法进行分析，这样不会存在灰色地带，不行就改量具。但有时检验是无标准量具的，只够评价人的个人感观进行与标准进行比对，这样就会在允收与拒收之间有灰色地带，这样的测量就完全靠人的能力，通过风险分析法就分析出这个系统中各人的一致性（精密度）及各人与基准的一致性（即判定准确性）。第74页 下面以实例说明风险分析法的应用：第75页 随机选取50个零件样本由相对权威人员评价出基准及属