MSA测量系统分析

1、测量系统分析 Measurement System Analysis 第四版 2010年6月发布2022/10/151MSA第四版发发生了那那些变化化？与MSA第三版相相比，手手册的第第四版没没有发生生显著的的变化，只是补补充提示示了某些些分析方方法，使使读者更更容易理理解，同同时也对对一些使使用者的的常犯错错误做了了重要的的观念澄澄清。譬如：澄澄清MSA与校准的的关系、更清晰晰地定义义测量决决策、改改进了偏偏倚和线线性内容容、重写写了高级级的MSA技术（包包括破坏坏性试验验）、计计数型分分析的更更新、测测量的不不确定度度和MSA、APQP和MSA的关系等等等。2020-01-16陈瑞泉220

2、20-01-16陈瑞泉3本手册中中使用了了以下术术语测量（Measurement)被定义为为“对某某具体事事物赋予予数字（或数值值），以以表示它它们对于于特定特特性之间间的关系系”。这这定义由由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，而而指定的的数值被被定义为为测量值值。量具（Gage)是指任何何用来获获得测量量结果的的装置。经常是是用在工工厂现场场的装置置，包括括通/止止规（go/nogodevice)。本手册中中使用了了以下术术语测量系统统（MeasurementSystem) 是对对测量单单元进行行量化或或对被测测的特性性进行评评估，其其所

3、使用用的仪器器或量具具、标准准、操作作、方法法、夹具具、软件件、人员员、环境境和假设设的集合合；也就就是说，用来获获得测量量结果的的整个过过程。我们可以以将测量量过程看看成一个个制造过过程，其其产生的的输出就就是数值值（数据据）。这这样看待待一个测测量系统统是很有有用的，会使我我们明白白已经说说明的所所有的概概念、原原理和工工具。2020-01-16陈瑞泉4本手册中中使用了了以下术术语分辨力Discrimination、可读性性Readability、分辨率Resolution别名：最最小可读读单位、测量解解析度、最小刻刻度极限限或探测测的最小极限。由设计所所确定的的固有特特征。一个仪器器测量

4、或或输出的的最小刻刻度单位位。通常被显显示为测测量单位位。10比1的比例法法则。2020-01-16陈瑞泉5本手册中中使用了了以下术术语有效解析析度Effectiveresolution特定应用用条件下下，一个个测量系系统对过过程变差差的敏感感度。可以导致致测量有有用的输输出信号号的最小小输入。通常被描描述为一一种测量量单元。基准值（Referencevalue)某一物品品的可接接受数值值。需要一个个可操作作的定义义。常被用来来替代真真值使用用。真值(Truevalue)某一物品品的真实实数值。不可知且且无法知知道的。2020-01-16陈瑞泉62020-01-167本手册中中使用了了以下术术

5、语位置变差差（Locationvariation)准确度（Accuracy)与真值或或可接受受的基准准值“接接近“的程程度。在ASTM包括了位位置及宽宽度误差的影响响。偏倚（Bias)观测到的的测量值的的平均值值与基准值之间间的差值值。82011.09.01准确度和和精确度度量具A量具B量具CA具有最佳佳准确度度B具有最佳佳精确度度C的准确度度好于B比较A和C的表现量具A的均值量具B的均值量具C的均值本手册中中使用了了以下术术语稳定性(Stability)随时间变变化的偏偏倚值。一个稳定定的测量量过程在在位置方面是处处于统计计上受控控状态。别名：漂漂移（drift)线性(linearity)在

6、量具正正常工作作量程内内的偏倚变化量量。多个独立立的偏倚倚误差在在量具工作量程程内的关关系。是测量系系统的系系统误差差所构成成。2020-01-16陈瑞泉92020-01-16陈瑞泉10本手册中中使用了了以下术术语宽度变差差（Widthvariation)精确度（Precision)每个重复复读数之之间的“接近”程度。是测量系系统的随随机误差差所构成成。本手册中中使用了了以下术术语重复性(Repeatability)一个评价价者使用用一种测测量仪器，对对同一零零件的某某一特性性进行多次测测量下的的变差。是在固定定的和已已定义的的测量条件下，连续（短期内内）多次次测量中的变变差。通常被称称为E.

7、V设备变差差 。(EguipmentVariation)设备（量量具）能能力或潜潜能。系统内部部变差。2020-01-16陈瑞泉11本手册中中使用了了以下术术语再现性(Reproducibility)不同评价价者使用用相同的的量具，测量同一一个零件件的同一一个特性性的测量平均值值的变差差。通常被称称为A.V.评价者变变差(Appraiser Variation)。系统之间间（条件件）的误误差。在ASTM E456-96包括：重重复性、实实验室、环境及及评价者者影响。2020-01-16陈瑞泉12本手册中中使用了了以下术术语GRR或量具的的重复性性和再现现性(Gage&R)量具的重重复性和和再现

8、性性：测量量系统重复性和和再现性性的联合合估计值值。测量系统统能力：取决于于所用的的方法，可能包包括或不不包括时时间的影影响。测量系统统能力(MeasurementSystemCapability)测量系统统变差的的短期估估计值。（例：“GRR”包括图图表法）2020-01-16陈瑞泉13本手册中中使用了了以下术术语2020-01-16陈瑞泉14测量系统统性能(MeasurementSystemPerformance)测量系统统变差的的长期估估计值（例：长期控制制图法）敏感度(Sensitivity)能导致可可探测到到的输出出信号的的最小输输入。测量系统统对被测测特性变变化的感感应度。取决于量

9、量具设计计（分辨辨力）、固有质质量（OEM）、使用用期间的的维修，以及测测量仪器器与标准准的操作作情况。通常被描描述为一一种测量量单元。本手册中中使用了了以下术术语一致性(Consistency)随时间重重复性变变化的程程度。一致的测测量过程程是在宽宽度（变差）方面处处于统计计上受控控状态。均一性(Uniformity)在正常工工作范围围内重复复性的变化。重复性的的同义词词。2020-01-16陈瑞泉15本手册中中使用了了以下术术语系统变差差（SystemVariation)测量系统统的变差差可分类类为：能力(Capability)短期内读读数的变变化量。性能(performance)长期读数

10、数的变化化量。以以总变差差(totalvariation)为基础。不确定度度(Uncertainty)有关被测测值的数数值估计计范围，相信真真值都被被包括在在该范围围内。测量系统统必须稳稳定并且且一致,测量系统统的总变变差的所所有特征是是假设该该系统稳稳定并且且一致。2020-01-16陈瑞泉162020-01-16陈瑞泉17测量系统统的误差差测量系统统误差可可以分成成五种类类型：偏倚、线线性、稳稳定性、重复性性、再现现性测量过程程变差:对大多数数测量过过程而言言，总测测量变差差通常被被描述为为正态分布布。正态态概率被被设想成成测量系系统分析析的标准准方法。事实上，有一些些测量系系统并不不是正

11、态态分布，如果仍仍假设该测测量系统统为正态态分布，MSA的分析方方法可能能会过高高评价测量量系统误误差;因此应充充分识别别和评价价。2020-01-1618不好的零零件永远远视为不不好的零零件可能做出出潜在的的错误决决定好零件永永远被视视为好零零件“取伪”、“弃真”的过程发发生在区域。测量系统统误差的的影响2020-01-1619测量系统统误差的的影响从位置的的角度去去考虑，偏倚、线性、稳定性性为位置置的误差差，如图图：针对基准准值的位位移。从宽度的的角度去去考虑，重复性性、再现现性为宽宽度的误误差。随随着宽度加宽宽，区域增大。2020-01-16陈瑞泉20测量系统统共有的的统计特特性依据用途

12、途，每个个测量系系统可能能要求具具备不同同的统计计特性，但以下下几个特特性应是是所有的的测量系系统共有有的：1.测量系统统必须处处于统计计控制中中，这意意味着测测量系统统中的变变差只能能由普通通原因而而不是由由特殊原原因造成成；2.测量系统统的变差差必须小小于制造造过程的的变差；3.测量系统统的随机机变差必必须小于于过程变变差和公公差带两两者中最最小者，一般为为其1/10。2020-01-1621测量系统统的接受受准则对测量系系统予以以接受的的通用准准则是：低于10%的误误差通常被认认为是一一个可接接受的测测量系统统。10%到到30%的误差差根据应用用的重要要性、测测量装置置的成本本、维修修费

13、用等等，可能能是可接接受的。大于30%误差差考虑为不不可接受受，应尽尽各种力力量以改改进该测测量系统统。另外，由由测量系系统对过过程进行行划分的的区别分分类数（ndc）应能大于于或等于于5。2020-01-16陈瑞泉22测量系统统分析计计划过程名称 分析项目测量系统偏倚线性稳定性重复性再现性负责人/日期卡尺硬度仪金相显微镜万能材料试验机2020-01-16陈瑞泉23测量系统统研究偏倚2020-01-16陈瑞泉24什么是偏偏倚偏倚是指指对相同同零件上上同一特特性的观观测的平平均值与与基准值值的差异异。它是由所所有已知知或未知知的变差差来源共共同影响响的总偏偏差所造造成。2020-01-16陈瑞泉

14、25偏倚产生生的原因因造成过份份偏倚的的可能原原因有：计量器具具需要校校准计量器具具或相关关夹具磨磨损磨损或损损坏的基基准，基基准出现现误差不适当的的校准或或使用基基准设定定线性误差差（譬如如测量两两个不同同的点，零件的的内在变变差所造成的线线性误差差。）使用了错错误的量量具不同的测测量方法法设置、安安装、夹夹紧、技技术2020-01-16陈瑞泉26测量错误误的特性性（量具或或零件）变形环境变化化温度、湿湿度、振振动、清清洁的影影响错误的假假设，在在应用常常量上出出错应用零件数量量、位置置、操作作者技能能、疲劳劳、观察察错误（易读性性、视差差）偏倚产生生的原因因2020-01-16陈瑞泉27偏

15、倚的分分析程序序偏倚的分分析程序序1.1按按生产过过程所要要求的检检验项目目、内容容和检验验规定，从从生产过过程中选选取一个个零件作作为样品品。1.2首首先确确定所检检查零件件特性的的基准值值。基准准值应尽可能能通过更更高一级级的计量量装置或或在工具具室、全尺寸检检验设备备上确定定。确定定的读数数应与量量具RR研究中的的评价人人的观察察平均值值（Xa、Xb、Xc）进行比较较。2020-01-16陈瑞泉28偏倚的分分析程序序1.3如如果不可可能按上上述方法法对样件件进行测测量，可可采用下下面的替代方方法。在工具室室或全尺尺寸检验验设备上上对零件件进行精精密测量量，确定定基准值值。1.4让让一位评

16、评价人用用正被评评价的量量具测量量同一零零件至少少十次，并记录录结果。1.5计计算读数数的平均均值。平平均值与与基准值值之间的的差值为为该测量量系统的的偏倚。2020-01-16陈瑞泉29偏倚的分分析程序序1.6计计算出出偏倚占占过程变变差的百百分率：偏倚%=100|偏偏倚|/过程变变差1.7对对偏倚倚的分析析结果应应写出书书面报告告。1.8如如果偏偏倚大于于10%，应进进行原因因分析。2020-01-16陈瑞泉30偏倚的分分析程序序1.9偏偏倚过过大的原原因可能能是：基准的误误差，零件的磨磨损；量具尺寸寸不对；测量了错错误的特特性；量具没有有正确校校准；评价人量量具使用用不当等等。1.10

17、针对对具体的的原因，采取相相应的措措施，对对测量系系统进行行改进。2020-01-16陈瑞泉31确定偏倚倚的指南南 -独独立样样件法研究程序序1.选取取一个样样件，得得出一个个可追溯溯到相关关标准的的基准值。如果果不可能能，选择择一件落落在生产产测量范范围中间间的生产件，指定其为为偏倚分分析的标标准样本本。在工工具室测测量这个零件n10次，并计计算出n次读数的的平均值值；把这这个平均值作为为基准值值。2.让一一个评价价人，以以工作状状态通常常的方法法测量这这个样件件10次以以上。3.相对对于基准准值，将将数据画画出直方方图。评评审直方方图，确确定是否存存在特殊殊原因或或出现异异常；如如果没有有

18、，继续续分析。2020-01-16陈瑞泉32确定偏倚倚的指南南 -独独立样样件法4.计算算该评价价人n个读数的的均值。公式如如右：5.计算算可重复复性标准准偏差。其中d2*可以从附附录c中查到，g1，mn2020-01-16陈瑞泉33确定偏倚倚的指南南 -独独立样样件法6.确定定偏倚的的t统计量：偏倚观观测测量量平均值值基准准值其中r=重复性7.如果果 0落落在围围绕偏倚倚值1-置信区间间以内，偏倚在在水平是可可接受的的。d2，d2*和v可以在附附录c中查到，g=1，m=n偏 倚bt =2020-01-16陈瑞泉34独立样件件法范例计算结果果基准值=6.00，=0.05g=1d2*=3.55

19、n（m）平均值 x 标准差r/重复性标准误差的平均值b测量值 15 6.0067 0.225140.05813t 统计量 df自由度显著t值（2尾）查t分布分位表偏倚95%偏倚置信区间低值高值测量值0.115310.82.2060.0067-0.121570.134972020-01-16陈瑞泉35独立样件件法范例一名制造造工程师师评价了了一个用用于过程程监控的的新测量量系统。测量设设备的一一项分析析证明该该测量系系统没有有线性误误差的问问题，该该工程师师只需对对测量系系统的偏偏倚进行行研究和和评价。根据过过程变差差的实际际情况，他从测测量系统统操作范范围内选选取了一一个零件件；通过过对该零零

20、件进行行了全尺尺寸测量量确定了了它的参参考值，然后由由主要操操作者测测量该零零件15次。2020-01-16陈瑞泉36独立样件件法范例请计算基准值=6.00，=0.05g=1d2*=3.55 n (m）平均值 x 标准差r/重复性标准误差的平均值b测量值 15 t 统计量df显著t值（2尾）偏倚95%偏倚置信区间 低值 高值测量值2020-01-16陈瑞泉37独立样件件法范例2020-01-16陈瑞泉38独立样件件法范例由于0 落在在偏倚置置信度区区间内（- 0.12157，0.13497），则则结论是是：假设设这测量量的偏倚倚是可接接受的，即在实实际使用用时，也也将不会会带来额额外的变变差来

21、源源。附表：与平均极极差的分分布有关关的数值值t分布分位位数t1-（n）表自由度=df=v=n2020-01-16陈瑞泉39确定偏倚倚的指南南 -控控制图法法如果用X&R图或用X&s图来衡量量稳定性性，其数数据也可可以用来来进行偏偏倚的评评价。在在偏倚被被评价之之前，控控制图分分析应该该表明这这测量系系统处于于稳定状状态。具体程序序：1.取得得一个样样本并建建立相对对于可溯溯源标准准的基准准值。如如果这个个样品不不可获得得，选择择一个落落在产品品测量中中程数的的生产零零件作为为偏倚分分析的样样本。在在工具间间测量这这个零件件n10次并计算算这n个数据的的均值。把这个个均值作作为“基准值”。20

22、20-01-16陈瑞泉40确定偏倚倚的指南南 -控控制图法法2.将测测量的数数据相对对于基准准值画出出直方图图。评审审直方图图，以专专业知识识确定是是否存在在特殊原原因或出出现异常常。如果果没有，继续进进行分析析。3.利用用测量稳稳定性的的那些数数据进行行计算。从控制制图得到到x ，4.从x减去基准准值计算算出偏倚倚，偏倚=x 基准值5.用平平均极差差计算重重复性标标准偏差差重复性=R/d2*（d2*依据m和g，见附录c）2020-01-16陈瑞泉41确定偏倚倚的指南南 -控控制图法法6.确定定偏倚的的t统计量（偏倚倚的不确确定度由由b给出）其中是g和m的乘积，g代表子组组容量，m代表子组组数

23、量。7.如果果 0落落在围围绕偏倚倚值的1-置信区间间内，偏偏倚在水平内可可被接受受。2020-01-16陈瑞泉42确定偏倚倚的指南南 -控控制图法法确定的水平依赖赖于敏感感度水平平，而敏敏感度水水平是用用来评价价/控制制该生产产过程并并且与产产品/生生产过程程的损失失函数（敏感度度曲线）相关联联。如果果水平不不是用默默认值0.05（95%置信信度）则则必须得得到顾客客的同意意。2020-01-16陈瑞泉43控制图法法举例对一个基基准值6.01的零零件进行行稳定性性研究（见MSA手册p72页图9），所所有样本本（20个子组组）的总总平均均值是6.021。因而计计算偏倚倚值为0.011。使用电子

24、子表格和和统计软软件，研研究者产产生了数数值分析析结果。（见表表 4）因为0 落在在偏倚置置信区间间（-0.0800 ，0.1020） 内，过程小小组可以以假设测测量偏倚倚是可以以接受的的，同时时假定实实际使用用不会导导致附加加变差源源。2020-01-16陈瑞泉44控制图法法举例2020-01-16陈瑞泉45偏倚研究究的分析析如果偏倚倚在统计计上非0，寻寻找以下下可能的的原因：标准或基基准值误误差，检检查标准准程序仪器磨损损。仪器制造造尺寸有有误仪器测量量了错误误的特性性仪器未得得到完善善的校准准，评审审校准程程序评价人设设备操作作不当仪器修正正验算不不正确2020-01-16陈瑞泉46偏倚

25、研究究的分析析如果测量量系统偏偏倚非0，应应该可以以通过硬硬件、软软件或两两项同时时调整再再校准达达到0，如果偏偏倚不能能调整到到0，也也仍然可可以通过过改变程程序（如如用偏倚倚调整每每个读数数）使用用。由于于存在评评价人较较高误差差的风险险，应该该在取得得顾客同同意后方方可使用用这种方方法。2020-01-16陈瑞泉47测量系统统研究线性2020-01-16陈瑞泉48什么是线线性？线性在设备的的预期操操作（测测量）范范围内偏偏倚的不不同被称称为线性性，线性性被认为为是关于于偏倚大大小的变变化。 2020-01-16陈瑞泉49线性以各各种形式式出现注意不可可接受的的线性可可能以各各种形式式出现

26、。不要假假定一个个常量偏偏倚。2020-01-16陈瑞泉50导致线性性的原因因导致线性误差差的原因因可能包包括：仪器需要要校准，需要减减少校准准时间间间隔，仪器、设设备或夹夹紧装置置的磨损损；缺乏维护护（通风风、动力力、液压压、过滤滤器、锈锈蚀、清清洁）磨损或损损坏的基基准，基基准出现现误差；校准不当当、仪器器质量差差或应用用错误的的量具；不同的测测量方法法设置、安安装、夹夹紧、技技术；量具或零零件随零零件尺寸寸变化的的变形；违背假定定，在应应用常量量上出错错，零件尺寸寸、位置置、操作作者技能能、疲劳劳、观察察错误等等。2020-01-16陈瑞泉51线性研究究实例研究实例例一名工程程师希望望对

27、过程程采用新新测量系系统。作作为PPAP的一部分分，需要要评价测测量系统统的线性性。1.基于于以证明明的过程程变差，在测量量系统的的全部工工作量程程范围内内选取了了g5个零件。2.通过过对每个个零件进进行全尺尺寸检验验从而确确定它们们的参考考值。3.然后后由主要要操作者者对每个个零件测测量m 10次。在分分析中，这些零零件是随随机抽取取的。2020-01-16陈瑞泉52线性研究究实例线性研究究数据零件基准值123452.004.006.008.0010.00测量次数12.705.105.807.609.1022.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042

28、.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.307.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.402020-01-16陈瑞泉53线性研究究实例4.计算算每次测测量的零零件偏倚倚及零件件偏倚均均值。5.在线线性图上上画出单单值偏倚倚和相关关基准值值的偏倚倚均值（见图）2020-01-16陈瑞泉54线性研究究实例线性研究

29、究数据的的分析零件基准值123452.004.006.008.0010.00偏倚10.701.1-0.2-0.4-0.920.50-0.1-0.3-0.3-0.730.400.2-0.1-0.2-0.540.501-0.1-0.3-0.750.70-0.20.0-0.2-0.660.30-0.10.1-0.2-0.570.50-0.10.0-0.2-0.580.50-0.10.1-0.3-0.590.40-0.10.4-0.2-0.4100.400.00.3-0.5-0.8110.600.10.0-0.4-0.7120.40-0.20.1-0.3-0.6偏倚平均值0.4916670.1250.

30、025-0.29167-0.616672020-01-16陈瑞泉55线性研究究数据线性研究究作图分析析 2020-01-16陈瑞泉56线性计算算6.用下下面等式式计算和和画出最最佳拟合合线和置置信带：2020-01-16陈瑞泉57线性计算算对于给定定的Xo，水平置信信带是：2020-01-16陈瑞泉58线性计算算拟合优度度可用来来推断偏偏倚与基基准值之之间的线线性关系系。我们们可以从从它得出出它们之之间是否否有线性性关系的的结论，如果有有，是否否可接受受。2020-01-16陈瑞泉59线性计算算线性是由由最佳拟拟合直线线的斜率率而不是是拟合优优度（R2）的值确定定的。一一般地，斜率越越低，量量

31、具线性性越好；相反斜斜率越大大，量具具线性越越差。2020-01-16陈瑞泉60测量系统统研究稳定性 2020-01-16陈瑞泉61测量系统统研究稳定性稳定性（或飘移移）是指指在一段段长期时时间下，用相同同的测量量系统对对同一基基准或零零件的同同一特性性进行测测量所获获得的总总变差。也就是是说，稳稳定性是是这整整个时间间的偏倚倚变化。2020-01-16陈瑞泉62造成不稳稳定性的的可能因因素仪器需要要校准，缩短校校准周期期，仪器、设设备或夹夹具的磨磨损；正常的老老化或损损坏；维护保养养不好空气、动动力、过过滤器、尘土、清洁；基准件的的磨损或或损坏，基准件件的误差差；不适当的的校准或或使用基基准

32、设定定；仪器质量量不好- 设计计或符合合性；不同的测测量方法法-作作业准备备、加紧紧、加载载、技巧巧；环境变化化-温度度、湿度度、振动动、清洁洁；应用-零零件数数量、操操作者技技能、疲疲劳、观观测误差差等。2020-01-16陈瑞泉63进行研究究的方法法取得一样样件并建建立其可可追溯到到相关标标准的参参考值。如果无无法取得得这样的的样件，则选择择一件落落在生产产测量范范围中间间的生产产零件，指定它它为基准准样件以以进行稳稳定性分分析。跟跟踪测量量系统稳稳定性时时，不要要求该已已知的参参考值。以一定的的周期基基础（每每天或每每周）测测量基准准件35次。抽样的的数量和和频率应应该取决决于对测测量体

33、系系统的认认识：包包括要求求重新校校准或维维修的频频率如何何、使用用测量系系统的频频率，以以及操作作条件的的重要性性等。应应该在不不同条件件下取得得多次读读值，以以代表测测量系统统的实际际使用情情况。将数据按按时间顺顺序画在在均值极极差或均均值标准准差图上上。2020-01-16陈瑞泉64进行研究究的方法法结果分析析-图示示法建立控制制限，使使用控制制图分析析法来评评价是否否有不受受控或不不稳定的的情况。结果分析析-数值值法除了通常常的控制制图分析析法外，没有用用于稳定定性分析析的特定定数值分分析或指指数。2020-01-16陈瑞泉65进行研究究的范例例为了确定定某一新新测量仪仪器的稳稳定性是

34、是否可为为接受，研究小小组选取取了生产产过程输输出范围围中接近近中间值值的一个个零件。该零件件被送到到了测量量试验室室，经测测量参考考值确定定为6.01。小组每每班次测测量该零零件5次次，共测测量了四四周（20个子子组）；收集到到所有数数据后，画出了了均值极极差图。2020-01-16陈瑞泉66进行研究究的范例例2020-01-16陈瑞泉67进行研究究的范例例控制图分分析表明明该测量量过程处处于稳定定状态，因为没没有明显显可见的的特殊原原因结果果发生。这控制图图的标准准偏差的的估计值值是R/d2。2020-01-16陈瑞泉68测量系统统重复性性和再现现性分析析（R &R）2020-01-16陈

35、瑞泉69什么是重重复性？传统上把把重复性性看作“评价人内内变异性性”。重复性性是由一个评价价人，采采用同一一种测量量仪器，多次测测量同一一零件的的同一特特性时获获得的测测量变差差 。它是设备备本身固固有的变变差或性性能。重复性一一般指仪仪器的变变差（EV）。事实上，重复性性是从规规定的测测量条件件下连续续试验得得到的普普通原因因（随机机误差）变差。当测量量环境是是固定的的 ，并并且被规规定了即固定的的零件、仪器、标准、方法、操作者者、环境境和假设设时，对对于重复复性最好好的术语语是系统统内部变变差。2020-01-16陈瑞泉70什么是重重复性？重复性是是由一个个评价人人，采用用同一种种测量仪仪

36、器，多多次测量量同一零零件的同同一特性性时获得得的测量量变差。2020-01-16陈瑞泉71重复性不不好的可可能原因因是什么么？重复性不不好的可可能原因因包括：零件内部部：形状状、位置置、表面面加工、锥度、样品的的一致性性问题；仪器内部部：磨损损、设备备和夹紧紧装置故故障、质质量差或或维护不不当；基准内部部：质量量、级别别、磨损损；方法内内部：在在设置、技术、零位调调整、夹夹紧、点点密度的的变差；评价人内内部：技技术、缺缺乏经验验、操作作技能、培训、疲劳、感觉；环境内部部：温度度、湿度度、振动动、亮度度、清洁洁度的短短期起伏伏变化；违背假定定：在稳稳定、正正确操作作方面；仪器设计计或方法法缺乏

37、稳稳健性，一致性性不好；应用错误误的量具具；（量具或或零件）变形，硬度不不足；应用-零零件尺寸寸、位置置、操作作者技能能、疲劳劳、观察察误差（易读性性、视差差）。2020-01-16陈瑞泉72什么是再再现性？传统上把把再现性性看作“评价人之之间”的变异。再现性性通常定定义为由由不同同的评价价人，采采用相同同的测量量仪器，测量同同一零件件的同一一特性时时测量平平均值的的变差。ASTM（美国实验验及材料料协会）的定义义超出上上述定义义范围，它不仅仅包括评评价人不不同，而而且量具具、实验验室和环环境（温温度、湿湿度）也也不同，同时再再现性计计算中还还包括重重复性。2020-01-16陈瑞泉73再现性

38、错错误的潜潜在原因因再现性错错误的潜潜在原因因包括：零件（样样品）之之间：使用相相同的仪仪器、操操作者和和方法，测量零零件为A、B、C时所造成成的均值值差；仪器之间间：同样样的零件件、操作作者和环环境，使使用仪器器为A、B、C时所造成成的均值值差；标准之间间：测量量过程中中不同的的设定标标准的平平均影响响；方法之间间：改变变点密度度，手动动与自动动系统相相比，零零点调整整，夹持持或加紧紧方法等等导致的的的均值值差；评价人之之间：不同评评价人A、B、C在培训、技术、技能和和经验方方面的不不同所造造成的均均值差。对于产产品及过过程中使使用一台台手动测测量仪器器的情况况，常进进行这种种研究。2020

39、-01-16陈瑞泉74再现性错错误的潜潜在原因因环境之间间：在A、B、C不同的时时间段内内测量，由于环环境变化化引起的均值差差。对较较高自动动化系统统在产品品和过程程中的测测量系统统常进行行这种研研究；违背研究究中的假假定；仪器设计计或方法法缺乏稳稳健性；操作者的的训练效效果；应用-零零件尺寸寸、位置置、观察察误差（易读性性、视差差）。需要说明明ASTM采用的定定义与MSA手册的的定义有有不同之之处。按照ASTM标准，设设备保持持在原有有状态时时（一名名操作者者，一个个量具，小段时间间内），重复性性就会是是好的，而再现现性则体体现更典典型的，有多种来源源的变差差的操作作环境。2020-01-1

40、6陈瑞泉75量具R&R或GRR量具R&R是重复性性和再现现性合成成变差的的一个估估计。换换句话说说，GRR等于系统统内部和和系统之之间的方方差的总总和。2020-01-16陈瑞泉76测量系统统分析R&R对量具重重复性和和再现性性的分析析方法有有多种，此处规规定均值值和极差差法的分分析方法法。值得得注意的的是，均均值和极极差分析析方法忽忽略了被被测量的的对象零零件的内内变差（如零件件的圆度度、锥度度、平面面度等）。均值和极极差法（XR）是一种提提供测量量系统重重复性和和再现性性估计的的数学方方法。不不象极差差法，它它允许把把测量系系统分成成两部分分，重复复性和再再现性，而不是是它们的的交互作作用

41、。2020-01-16陈瑞泉77测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）由分析人人员从现现场抽取取10个个零件，作为样样本，代代表过程程变差的的实际或或预期范范围。指定三位位在生产产中实施施测量的的检验人人员作为为评价人人。对抽抽取的10个个零件进进行编号号，评价价人应不不能看到到这些编编号。2020-01-16陈瑞泉78测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）请评价人人A以随机的的顺序测测量抽取取的10个零件件，由分分析人员员依据零零件的编编号将测测量结果果记录在在量具具重复性性和再现现性数据据表上上。请评评价人B和C分别对这这10个个零件按按随机的的顺序进进行测量量，并让让他们互互不知

42、道道对方的的测量结结果。由由分析人人员将评评价人B和C的测量结结果分别别按量量具重复复性和再再现性数数据表的对应应关系填填写记录录数据。2020-01-16陈瑞泉79测量系统统分析R&R均值和极极差法2020-01-16陈瑞泉80收集数据据后的计计算依据表格格量具具重复性性和再现现性数据据表进进行计算算。a）用第1、2、3行中的的最大值值减去它它们中的的最小值值，把结结果记入入第5行行。用第第6、7、8行行中的最最大值减减去它们们中的最最小值，把结果果记入第第10行行。用第第11、12、13行行中的最最大值减减去它们们中的最最小值，把结果果记入第第15行行；b）把填入5、10、15行的数数据变

43、为为正数；c）把第5行行的数据据相加并并除以零零件数量量，得到到评价人人A的测量平平均极差差Ra。同样对第第10行行、第15行的的数据进进行处理理得到Rb和Rc；2020-01-16陈瑞泉81测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）d）将第5、10、15行行的测量量平均极极差（Ra、Rb、Rc）转记到第第17行行，将它它们相加加并除以以评价人人数，将将结果记记为R（所有极差差的平均均值）；e）将R（所有极差差的平均均值）记记入第19行、20行行并与D3和D4（控制图常常数）相相乘，得得到极差差图的控控制下限限和上限限。如果果进行2次实验验则D3值为零，D4值为3.27。将计算算出的单单个极差

44、差的上限限值（UCLR）填入第19行。少于7次测量量的控制制下限极极差值（LCLR）等于零。2020-01-16陈瑞泉82测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）f）以计算出出的极差差上限值值（UCLR）为对照，对那些些大于计计算极差差的数据据进行分分析并采采用原来来的量具具、零件件和评价价人重新新进行实实验，或或剔除那那些数据据并重新新计算平平均值；根据修修改过的的样本容容量重新新计算所所有极差差的平均均值R及极差的的上限值值（UCLR）；这样做的的目的是是纠正造造成失控控状态的的特殊原原因。g）将1、2、3/6、7、8/11、12、13行行中数值值相加。把每行行数值之之和除以以零件数数并

45、将结结果填入入量具具重复性性和再现现性数据据表中中最右边边“平均值”栏内。2020-01-16陈瑞泉83测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）h）将第1、2、3行的“平均值”相加，除除以实验验次数，并将结结果填入入第4行行的Xa栏内。同同样，将将第6、7、8行的“平均值”相加，将将11、12、13行行的“平均值”相加，然然后分别别除以实实验次数数，并将将结果填填入第9行、14行的的Xb、Xc栏内。i）将第4行行、第9行、第第14行行的平均均值中的的最大值值和最小小值相减减，将差差值填入入第18行中标标有XDiff的栏内。j）将每个零零件的所所有测量量值相加加并除以以总的测测量次数数（实验验

46、次数乘乘以评价价人数）；将结结果填入入第16行零件件平均值值的栏中中。用此行中中最大的的零件平平均值减减去最小小的零件件平均值值，求出出零件平平均值的的极差Rp，也填入表表格16行最右右边的“平均值”栏内。2020-01-16陈瑞泉84测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）k）将所有极极差的平平均值R，平均值中中的最大大值和最最小值之之差Xdiff和零件平平均值的的极差Rp的计算结结果转填填入量量具重复复性和再再现性报报告表表格。l）填写表格格量具具重复性性和再现现性报告告文头头所要求求的内容容。m）在表格左左边标有有“测量系统统分析”的栏内，依据给给定的公公式，选选择适当当的参数数，进行

47、行计算。n）在表格右右边标有有“总变差%”的栏内，依据给给定的公公式进行行计算。o）检查计算算结果，确认没没有计算算和其它它错误。2020-01-16陈瑞泉85三个重要要的数值值“R”将第5、10、15行行的测量量平均极极差（Ra、Rb、Rc）转记到第第17行行，将它它们相加加并除以以评价人人数，将将结果记记为“R”（所有极差差的平均均值）；“XDIFF”将第4行行、第9行、第第14行行的平均均值中的的最大值值和最小小值相减减，将差差值填入入第18行中标标有XDIFF的栏内。“Rp”用16行中最大大的零件件平均值值减去最最小的零零件平均均值，求求出零件件平均值值的极差差Rp， 2020-01-

48、16陈瑞泉86测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）结果- 数值值分析根据量量具重复复性和再再现性报报告的的计算结结果，对对设备变变差、评评价人变变差、重重复性和和再现性性变差、零件变变差占整整个测量量系统的的过程变变差的百百分比进进行评价价，以确确定测量量系统是是否被允允许用于于预期的的测量用用途。2020-01-16陈瑞泉87测量系统统分析R&R均值和极极差法2020-01-16陈瑞泉88测量系统统分析R&R均值和极极差法（XR）量具重复复性和再再现性（RR）的可接受受性准则则是：a低于10%的误误差测量系统统可接受受；b10%至30%的误差差根据应用用的重要要性，量量具成本本，维修修

49、的费用用等考虑虑，可能能是可接接受的；c大于30%的误误差测量系统统需要改改进；进进行各种种努力发发现问题题并改正正。2020-01-16陈瑞泉89测量系统统分析（MSA）计数型测测量系统统研究2020-01-16陈瑞泉90计数型测测量系统统研究计数型测测量系统统属于测测量系统统中的一一类，是是一种测量数数值为有有限的分分类数量量的测量量系统，它与测测量结果是是连续值值的计量量型测量量系统不不同。最最常见的的是通过/不通过过量具，只可能能有两个个结果；其它的的计数型测量量系统，如目视视标准，可能产产生57个分分级，如非非常好、好、一一般、差差、非常常差等。MSA前面所介绍绍的分析析方法不不能被

50、用用来评价价这样的的系统。2020-01-16陈瑞泉91计数型测测量系统统研究计数型量量具的特特点是，把每一一个零件件同一个个特定的的限定值值 进行行比较。如果满满足限定定值就接接受这个个零件，反之拒拒绝零件件（如通通过/不不通过量量具）。多数这这种类型型的量具具以一套套标准零零件为基基础进行行设定接接受与拒拒绝。与计量型型量具不不同的是是，这个个计数型型量具不不能指出出一个零零件有多多好或多多坏，只只能指出出零件可可接受或或拒绝。2020-01-16陈瑞泉92计数型测测量系统统研究-范例2020-01-16陈瑞泉93计数型测测量系统统研究-范例表格中的的“1”指定为可接受判判断，“0”指定为

51、不不可接受受判断。表格中中的基准准判断和和计量基基准值不不预先确确定。表表格中的的“代码”列还用“-”、“+”、“x”显示了零零件是否否在第，区域。2020-01-16陈瑞泉94计数型测测量系统统研究-范例假设检验验分析-交叉表表方法由于研究究人员不不知道零零件的基基准判断断值，他他们开发发了交叉表表比较每每个评价价人之间间的差异异。2020-01-16陈瑞泉952020-01-16陈瑞泉96表中（期期望的计计算）值值的计算算过程如如下：(44+3)(3+97)/150=31.3(6+97)(97+3)/150=68.7(3+44)(44+6)/150=15.7(97+6)(6+44)/150=34.32020-01-16陈瑞泉972020-01-16陈瑞泉98计数型测测量系统统研究-范例上述这些些表格的的目的是是确定评