MSA量测系统分析培训讲义

1、1P2013年11月13日（周三）GMMC 办公楼1F培训室GMMC资格评审(MSA>S) Measurement System Analysis & Gauge Tracking System 量测系统分析及计量器具跟踪管理系统 前言为什么要要进行?什么是计计量型重复性与与再现性性介绍偏性、稳稳定性、线性介介绍GR&R实例分析析什么时候候进行流流程图与与的关系系计数型MSA在产品质质量管理理中，数数据的使使用是极极其频繁繁和相当当广泛的的,所有统计计质量管管理的方方法都是是以数据据为基础础建立起起来的；另现在在数据还还用来确确定影响响过程几几个变量量之间的的关系；如果数数据的失真或误误差

2、很大,将会导致致分析失失效、对对产品过过程的决策无效效；为此必必须对获获得数据据的测量量系统进进行评价价，是否否能达到到应用的的要求。前言参考ISO/TS16949:目的是为为评估测测量系统统的质量量提供指指南。尽尽管这指指南一般般而言可可用于任任何测量量系统，但主要要意图是是用于工工业界的的测量系系统。我（你、他）的的测量数数据是可靠的吗？测量系统统有足够够的分辨力吗？两年内量量具的结结果能否否保持一致？为什么不不同的测测量人员员得到的的结果不同同，我应该该相信谁谁？量具重复复测量时时结果也也不尽相相同，应应该如何何取值？什么是高高质量的的数据呢呢？*何何谓分辨辨力分辨力是是指一测测量系统统

3、检出并并如实指指示被测测特性中中极小变变化的能能力（对对最小示示值的辨辨别能力力）为什么要要进行MSA？为什么要要进行MSA？测量对象象，如：产产品真值值、过程程工艺条条件等测量记录录，如：产产品检验验记录、过程工工艺记录录等测量系统统，如：量量具精度度、不同同人取值值、环境境影响等MSASPC因此我们们需要：通过一系系列的科科学方法法确保具有有合适分分辨力、稳定和和小的测测量系统统误差的的测量系系统。为什么要要进行MSA？为什么要要进行MSA？MSA系统可以以让你获获得什么么？接受新测测量设备备的准则则；一种测量量设备与与另一种种测量设设备的比比较；评价怀疑疑有缺陷陷的量具具的依据据；维修前

4、后后测量设设备的比比较；计算过程程变差所所需的方方法，以以及生产产过程的的可接受性水平平；想知道什什么是MSA了吧？工件标准仪器人/程序环境数据（测量结结果）测量系统示意图赋值术语:测量(Measurement)：被定义为为“对某某具体事事物赋予予数字(或数值)，以表示示它们对对于特定定特性之之间的关关系”。这定义义由C.Eisenhart(1963)首次提出出。赋予予数字的的过程被被定义为为测量过过程，而而数值的的指定被被定义为为测量值值。量具(Gauge)：是指任何何用来获获得测量量的装置置。经常常是特别别用在工工厂现场场的装置置，包括括用来测测量合格格/不合格的的通/止规(go/nogo

5、device)。测量系统统(Measurementsystem)：是对测量量单元进进行量化化或对被被测的特特性进行行评估，其所使使用的仪仪器或量量具、标标准、操操作、方方法、夹夹具、软软件、人人员、环环境及假假设的集集合；也也就是说说，用来来获得测测量结果果的整个个过程。什么是什么是“黑盒子”：传统测量量和分析析活动时时，将设设备作为为主要的的关注点点，质量量特性越越“重要要”，相相应的量量具就越越昂贵，缺少评评价量具具的有效效性、与与过程和和环境的的相容性性。设备备只是测测量系统统的一部部分。影响测量量系统的的6个基本要要素：通常用五五个字母母S.W.I.P.E表示，分分别代表表标准、工件、

6、仪器、人/程序、及环境，这6个基本要要素构成成了测量量系统的的误差。什么是1)依照统计计观点,量测系统统应在控控制状态态，即测测量系统统中所产产生的变异只只由普通通原因造造成;2),量测系统统的变异异应小于于制程变变差和制制程的规规格;3)量具的最最小刻度度增量（分辨力力）应比比制程或或产品规规格小,通常要求为制程程过程变变差6或规格限限两者中中较窄者者的1/10;（可视分分辨率）；4)随着时间间的推移移或被测测物改变变时（即即量程变变化）也也就满足足上述要要求量测系统统应满足足以下规规则:什么是测量系统统的分辨辨力的意意义：如果测量量系统没没有足够够的分辨辨力，它它不能识识别过程程变差以以及

7、定量表示示单个零零件的特特性值；不适合的的分辨力力可以通通过极差差图方便便地显示示出。请看下页页的极差图如何判断断测量系系统的分分辨力是是否足够够？极 差图图什么是足够分辨辨力分辨力不不足什么是如何判断断测量系系统的分分辨力是是否足够够？判断准则则：当极差图图显示可可能只有有一、二二或三个个极差值值在控制制限值内内时，或或可能4个极差值值在控制制限值内内且超过过四分之之一以上上的极差差为零时时，都反反映了测测量系统统没有足足够的分分辨力/力。建议：可接受的的分辨力力应小于于总过程的的6（标准偏偏差）和和公差范围围两者较较小的十分之之一）。什么是测量系统统变差的的分布特特征：反映测量量值相对对于

8、标准准值的位位置变差差评价：偏倚(Bias)稳定性(Stability)线性(Linearity)反映测量量值的宽宽度变差差方差的评评价，也也即R&R：重复性(Repeatability)再现性(Reproducibility)对同样的的零件的的同样的的特性多多次测量量结果的的平均值与基准值的差值；偏倚介介绍偏倚：真值：（更高精精度测量量仪测试试结果）1）获取一个样本本并建立相相对于可可溯源标标准的基准值。如果得得不到，选择一一个落在在生产测测量的中中程数据据的生产产零件，指定其其为偏倚倚分析的的标准样样本。在在工具室室测量这这个零件件n10次，并计计算这n个读数的的均值。把均值值作为“基准值

9、值”。可可能需要要具备预预期测量量值的最最低值、最高值值及中程程数的标标准样本本是理想想的。2）让一个个评价人人，以通通常方法法测量样样本10次以上，偏倚介绍绍独立样本本法通常指更更高精度度测量仪仪器所赋赋的值偏倚介绍绍结果分析析-作图法3）相对于于基准值值将数据据画出直直方图。评审直直方图，用专业业知识确确定是否否存在特特殊原因因或出现现异常。如果没没有，继继续分析析，（对对于n5，应代表表实际的的或期望望的过程程变差范范围。2）选择评评价人A，B，C等。零件件的号码码从1到n，评价人人不能看看到零件件编号。3）如果是是正常测测量系统统程序的的一部分分，应校校准量具具。评价价人以随随机顺序测

10、量量n个零件，将测量量结果输输入第一一行。4）评价人人B和C测量同样样的n个零件，而且他他们之间间不能看看到彼此此的结果。输输入数据据到第6和11行。重复性与与再现性性介绍5）用不同同的随机机测量顺顺序重复复该循环环。输入入数据到到第2，7，12行。在适适当的列记记录数据据。例如如如果第第一测量量的是第第7号零件，那么将将结果记记录在标示着着零件7的列。如如果需要要试验3次，重复复循环并并输入数数据3，8，13行。6）如果评评价人属属于不同同的班次次，可以以使用一一个替代代方法。让评价价人A测量所有的10个零件输输入数据据于第1行，然后后评价人人A以不同的的顺序读读数，记录结果果录结果果于第2

11、，3行，让评评价人B，C同样做。重复性与与再现性性介绍重复性与与再现性性介绍一.计算极差差：R a，Rb，R c:每个操作作者所测测产品的的极差R:(R a+Rb +R c)/操作者人人数（所有极极差的均均值）注:对于任何何大于计计算的UCLR值的极差差读数，使用原原来的评评价人和和零件重重新读数数，或者者剔除那那些值，基于新新的样本本容量重重新计算算R和UCLR值。纠正正造成失失控的特特殊原因因。RP=MAX(产品均值值)-MIN(产品均值值)重复性与与再现性性介绍二.计算均值值：X a，X b，X c:每个操作作者所测测产品的的均值XDIFF:MAX(Xa，X b，X c)-MIN(Xa，

12、X b，X c)每个操作作者所测测产品均均值R极差三.R，XDIFF，R P将计算的的结果值值R，XDIFF，R P转记到提提供的报报告表格格栏中。重复性与与再现性性介绍重复性与与再现性性介绍测量系统统的变差差源的构构成重复性与与再现性性介绍总变差:TV设备变差差:EV评价人变变差:AV零件与零零件之间间的变差差:PV设备和评评价人得得到的测测量系统统变差:RR重复性与与再现性性介绍重复性Repeatability：由一个评价价人，采用同一种测测量仪器器，多次测测量同一零件件的同一特性性时获得的的测量值值的变差差。主要反映映：量具变异异。计算公式式:EV=RK1重复性与与再现性性介绍再现性Re

13、producibility：由不同的评评价人，采用同一个的的测量仪仪器，测量同一零件件的同一特性性时测量平平均值的的变差。主要反映映:人的变异异计算公式式:重复性与与再现性性介绍设备和评评价人得得到的测测量系统统变差:RR由不同的评评价人，测量不同零件件的同一特性性时零件测测量平均均值的变变差。计算公式式:重复性与与再现性性介绍零件之间间变差：由同一或或不同的评评价人，采用同一个的的测量仪仪器，测量不同零件件的同一特性性时零件测测量平均均值的变变差。计算公式式:PV=RPK3重复性与与再现性性介绍总变差:TV测量系统统总的变变差。计算公式式:%R&R误差低于于10%测量系统统可接受受；%R&R

14、误差在10%30%间由测量特特性的重重要性、测量装装置成本本、维修修成本等等确定是是否可接接受；%R&R超过30%则测量系系统是不不可接受受的,测量系统统应加以以改进。重复性与与再现性性介绍测量系统统重复性性和再现现性占总总过程变变差的百百分比（%R&R）的可接接受性准准则：GR&R的接受准准则计数型GR&R计数型量量具特征征计数型型测量系系统是一一种测量量数值为为一有限限的分类类数量的的测量系系统。它它与能获获得一连连串数值值结果的的计量型型测量系系统截然然不同。通止止规(gonogogage)是最常用用的量具具，它只只有两种种可能的的结果；其它的的计数型型测量系系统，例例如目视视标准，可能

15、产产生五到到七个分分类，如如非常好好、好、一般、差、非非常差。在前面面章节中中所介绍绍的分析析方法不不能被用用来评价价这样的的系统。因此我我们引入入了计数数型MSA计数型GR&R计数型GR&R的接受准准则判定法则则一：kappa值大于0.75，则表示示有很好好的一致致性（最最大的pappa=1)kappa值小于0.4则表示一一致不好好，kappa不考虑评评价人之之间的不不一致量量有多大大，只考考虑他们们之间是是不是一一致判定法则则二：判断测量系统有效性漏发警报的比例误发警报的比例评价人可接受90%2%5%评价人可接受的边缘80%5%10%评价人不可接受-需改进5%10%计数型MSA计算方法法步

16、骤如下下 ：1.确定要评评价的量量具2.确定参考考标准3.测量产品品，记录录数据4.评估评价价人之间间的一致致性5.评价参考考标准与与评价人人之间的的一致6.评价量具具的有效效性7.综合评价价量测系系统计数型MSA计数型MSA实例，1.评价评价价人之间间的一致致性A*B交叉表B合计0.0 1.0 A0数量44.0 6.0 50.0 期望数量15.7 34.3 50.0 1数量3.0 97.0 100.0 期望数量31.3 68.7 100.0 合计数量47.0 103.0 150.0 期望的数量47.0 103.0 150.0 B*C交叉表C合计0.0 1.0 B0数量42.0 5.0 47.

17、0 期望数量16.0 31.0 47.0 1数量9.0 94.0 103.0 期望数量35.0 68.0 103.0 合计数量51.0 99.0 150.0 期望的数量51.0 99.0 150.0 A*C交叉表C合计0.0 1.0 A0数量43.0 7.0 50.0 期望数量17.0 33.0 50.0 1数量8.0 92.0 100.0 期望数量34.0 66.0 100.0 合计数量51.0 99.0 150.0 期望的数量51.0 99.0 150.0 2.计算kappa，评价评评价人与与参考标标准之间间的一致致性po=对角线单元中观测值之和/总数pe=对角线单单元中期期望值之之和/总

18、数kappaABC A 0.8628750.776119B 0.8628750.787943C0.7761190.787943所有kappa 值都大于75，有比较好的统一性3.评价评价价人与参参考标准准之间的的一致性性A交叉表参考合计0.0 1.0 A0数量45.0 5.0 50.0 期望数量15.7 34.3 50.0 1数量3.0 97.0 100.0 期望数量31.3 68.7 100.0 合计数量47.0 103.0 150.0 期望的数量47.0 103.0 150.0 B交叉表参考合计0.0 1.0 B0数量45.0 2.0 50.0 期望数量15.0 32.0 50.0 1数量3

19、.0 100.0 100.0 期望数量33.0 70.0 100.0 合计数量48.0 102.0 150.0 期望的数量48.0 102.0 150.0 C交叉表参考合计0.0 1.0 C0数量42.0 9.0 51.0 期望数量16.3 34.7 51.0 1数量6.0 93.0 99.0 期望数量31.7 67.3 99.0 合计数量48.0 102.0 150.0 期望的数量48.0 102.0 150.0 ABCkappa0.8781730.9230770.774096这说明评评价人本本身与标标准之间间有比较较好的一一致性4.计算测量量系统的的有效性性5.计算有效效性、错错误率、错误

20、警警报率有效性错误率错误警报率A84%6.25%4.90%B90%6.25%1.96%C70%12.50%8.82%ABC错报数量3 3 6 错误警报数量5 2 9 错报=实际不好判为好的/实际不好的错误警报=实际好判为不好的/实际好的错误警报率错误警报数量/不合格零件机会总数。不合格零件机会总数研究中所用的不合格零件与每个零件被测次数的乘积。误报率错报数量/合格零件机会总数 合格零件机会总数所用的合格零件与每个零件被测次数的乘积。95%上限是：BETAINV(1-/2, B+1, A-B)BETAINV(1-0.05/2, 40, 11) = BETAINV(0.975, 40, 11)=0

21、.884795%下限是: BETAINV(1-/2, A-B+1, B)= 1-BETAINV(0.975, 12, 39)=1- 0.3596 =0.6403与有效性的判定标准相比较，说明该量测系统是不符合要求的，需要寻求改善量测系统的方法和对策什么时候候进行MSA？1.新生产之之产品PV有不同时时2.新仪器，EV有不同时时3.新操作人人员，AV有不同时时4.易损耗之之仪器必必须注意意其分析析频率。什么时候候进行MSA？测量系统统研究准准备计划要使使用的方方法；确定评价价人的数数量、样样品数量量及重复复读数次次数；从日常操操作该仪仪器的人人中挑选选评价人人；样品必须须从过程程中选取取并代表表

22、整个工工作范围围；仪器的分分辨力应允许至至少读取取特性的的预期过过程变差差的十分分之一；确保测量量方法（即评价价人和仪仪器）在在按照规规定的测测量步骤骤测量特特征尺寸寸。什么时候候进行MSA？测量系统统研究的的注意事事项测量必须须按照随随机顺序序进行；不应让评评价人知知道正在在检查零零件的编编号；测量读数数应估计计到可得得到的最最接近的的数字；研究工作作应由知知其重要要性且仔仔细认真真的人员员进行；每一位评评价人在在整个研研究过程程中应采采用相同同的测量量方法;确定测量参数根据测量要求确定测量系统需要的统计特性进行测量系统统计特性分析和环境因素影响分析维修/改进用于参数测量测量系统稳定性监控测

23、量系统的统计特性不满足使用要求满足测量需要校准正常周期性测量系统R&R研究正常测量系统R&R不符合要求控制图失控MSA流程图MSA与SPC的关系保证获得得正确分分析结果果的两个个基本点点；MSA以SPC理论为基基础；MSA为SPC的应用提提供保证证。附表一d2常数表附件二:t统计量的的临界值值df单尾概率0.250.20.150.10.050.0250.020.010.0050.00250.0010.00051 1.000 1.376 1.963 3.078 6.314 12.706 15.894 31.821 63.656 127.321 318.289 636.578 2 0.816 1.

24、061 1.386 1.886 2.920 4.303 4.849 6.965 9.925 14.089 22.328 31.600 3 0.765 0.978 1.250 1.638 2.353 3.182 3.482 4.541 5.841 7.453 10.214 12.924 4 0.741 0.941 1.190 1.533 2.132 2.776 2.999 3.747 4.604 5.598 7.173 8.610 5 0.727 0.920 1.156 1.476 2.015 2.571 2.757 3.365 4.032 4.773 5.894 6.869 6 0.718 0

25、.906 1.134 1.440 1.943 2.447 2.612 3.143 3.707 4.317 5.208 5.959 7 0.711 0.896 1.119 1.415 1.895 2.365 2.517 2.998 3.499 4.029 4.785 5.408 8 0.706 0.889 1.108 1.397 1.860 2.306 2.449 2.896 3.355 3.833 4.501 5.041 9 0.703 0.883 1.100 1.383 1.833 2.262 2.398 2.821 3.250 3.690 4.297 4.781 10 0.700 0.87

26、9 1.093 1.372 1.812 2.228 2.359 2.764 3.169 3.581 4.144 4.587 11 0.697 0.876 1.088 1.363 1.796 2.201 2.328 2.718 3.106 3.497 4.025 4.437 12 0.695 0.873 1.083 1.356 1.782 2.179 2.303 2.681 3.055 3.428 3.930 4.318 13 0.694 0.870 1.079 1.350 1.771 2.160 2.282 2.650 3.012 3.372 3.852 4.221 14 0.692 0.868 1.076 1.345 1.76