MSA测量系统分析第三版1企业版

1、1 测量系统分析 MSAMEASUREMENT SYSTEM ANALYSIS 伍建华2一、引言二、测量系统统的组成成三、变差的来源四、变差的类型五、测量系统分析析之准备备六、如何进进行测量系统分析析七、计量型测量系统分析析-示范八、计数型测量系统分析析-示范九、复杂的或或非重复复的测量量系统的的实践 目录3测量数据据的质量量测量数据据质量由由在稳定定条件下下运行的的某一测测量系统统得到的的多次测测量结果果的统计计特性确确定。例例如，假假定用在在稳定条条件下运运行的某某测量系系统，得得到某一一特性的的多次测测量数据据。如果果这些测测量数据据与这一一特性的的材料值值都很“接近”，那么么可以说说这

2、些测测量数据据的质量量“高”，类似似地，如如果一些些或全部部测量数数据“远远离”标标准值，那么可可以说这这些数据据的质量量“低”。4低质量数数据最通通常的原原因之一一是数据据变差太太大。一一组测量量变差大大多是由由于测量量系统和和它的环环境之间间的交互互作用造造成的。例如，测量某某容器内内流体的的容积，使用的的测量系系统可能能对它周周围的环环境温度度敏感，在这种种情况下下，数据据的变差差可能由由于其体体积的变变化或周周围温度度的变化化，使得得解释这这些数据据很困难难，因此此这一测测量系统统是不理理想的。5术语测量：定义为赋赋值（或或数）给给具体事事物以表表示它们们之间关关于特定定性的关关系。这

3、这个定定义义由Eisenhart（1963）首次提提出。赋赋值过程程定义为为测量过过程，而而赋予的的值定义义为测量量值。量具：任何用用来获得得测量结结果的装装置，经经常用来来特指用用在车间间的装置置；包括括通过/不通过装装置。测量系统统：是用来来对被测测特性定定量测量量或定性性评价的的仪器或或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和和假设的的集合；用来获获得测量量结果的的整个过过程。根据定义义，一个个测量过过程可以以看成是是一个制制造过程程，它产产生数值值（数据据）作为为输出。这样看看待测量量系统是是有用的的，因为为这可以以使用权权我们运运用那些些早已在在统计过过程控制制领域证证明了有

4、有效性的的所有概概念、原原理和工工具。6标准用于比较较的可接接受的基基准用于接受受的准则则已知数值值，在表表明的不不确定度度界限内内，作为为真值被被接受基准值一个标准准应该是是一个可可操作的的定义：由供应应商或顾顾客应用用时，在在昨天、今天和和明天都都具有同同样的含含义，产产生同样样的结果果。术语7分辨力、可读性性、分辨辨率别名名：最小小的读数数的单位位、测量量分辨率率、刻度度限度或或探测度度由设设计决定定的固有有特性测量量或仪器器输出的的最小刻刻度单位位总是是以测量量单位报报告1：10经验法则则有效分辨辨率对对于一个个特定的的应用，测量系系统对过过程变差差的灵敏敏性产产生有用用的测量量输出信

5、信号的最最小输入入值总总是以一一个测量量单位报报告术语8基准值人人为规定定的可接接受值需需要一个个可操作作的定义义作作为真值值的替代代真值物物品的实实际值未未知的和和不可知知的术语9二、测量系统统的组成成：标准：零件：仪器：人/程序：环境S W IPE测量数值分析输入输出可接受可能可接接受须改善测 量系 统10三、变差的来源(一)仪器(量具)工作件(零件)扩大测量系统变异异变异性敏感性接触几何何变形效应应一致性单一性重复性再现性使用假设设稳健设计计偏移线性稳定性校准预防性维维护维护创建公差差发展的变变异发展设计变异异夹持位置测量站站测量探探测器相互关连连的特性清洁适合的数据工作的定义弹性变形形

6、质量弹性特性性支撑特性性隐藏的几几何可追溯性性校准热扩散系系数弹性特性性人员/程序环境教育身体的限制程序目视标准准工作规定定工作态度度经验培训经验培训理解技能人因工程程照明压力振动空气污染染几何的兼兼容性阳光人工光阳阳光阳温度人员空气流程程热的系统统平等化系统构成成要素周期标准与环环境的关系标准准11三、变差的来源(二)12五、变差的类型：(一)位置变差(LocationVariation)(二)宽度变差(WidthVariation)(三)测量系统变差(MeasurementSystem Variation)位置(Location)宽度(Width)13(一)位置变异异准确度(Accurac

7、y)：指一个个或多个个量测结结果的平平均数与与参考值值之间一一致的接接近程度度。14偏倚(Bias)偏倚(Bias)：通常被被称为准确度，但准确度有多种种解释，建议不要要用准确确度来代代表偏倚倚。偏倚是指指对相同同零件上上同一特性性观测平平均值与真值（参考值值）的差异。偏倚(Bias)VAVTVT：真值（可由较较高等级级量具多次测量的平均值）VA：测量平均值15稳定性(Stability)稳定性(Stability)：又称漂漂移(Drift)，指经过过一段长期时时间下，用相同同的测量系统标准准，对同同一基准或零件件的同一一特性进行测量量所得到的的总变差。时间16线性(Linearity)线性(

8、Linearity)：线性是是在测量设备备预期工作（测量）量程内，偏倚值的的差异。可视为为偏倚对对量程大大小不同同所发生生的变化化。数值A偏倚数值B偏倚17(二)宽度变异异精确度(Precision)：测量系统整个个作业量量程范围内(尺寸、范范围和时时间)的解析度（分辨力）、敏感度度和重复复性的最最终影响响。18重复性(Repeatability)重复性(Repeatability)：又称设备变差(Equipment Variation，EV)是用一个个评价人人使用相相同的测测量仪器器，对同一个个零件上上的同一一特性进进行多次次测量所所得到的的变差，它是设设备本身身的固有有变差。重复性参考值1

9、9再现性(Reproducibility)再现性(Reproducibility)：又称评评价人之间的的变差(Appraiser Variation,AV)，用不同评价价人使用相同的测量仪仪器，对同一产产品上的的同一特特性，进进行测量量所得到到的平均均值的变变差。再现性评价者A评价者C评价者B20流程表現現準確度-均值的位位置精密度-分布寬度度的程度度(變差或或SD)+21理解分辨辨率测量一个个硬币的的厚度-哪个测量量系统对对这三个个硬币提提供更好的的变差信信息?分辨力:“系统检测测并如实实显示的的参考值值的变化化量。也也可称为为可读性性或分辨辨率.”22过程控制制图23分辨率不不足当极差图图

10、出现以以下情况况时，表表示测量量系统的的分辨率率不足：只有一、二或三三个极差差值可读读四分之一一以上极极差为零零选择分辨辨力按比比例小于于规范或或过程变变差，以以获得足足够的分分辨率24分辨率的的决定原原则推荐分辨辨力最大大为过程程分布6的十分之之一，而而不是公公差（规规范）的的十分之之一在APQP和测试期期间进行行量具分分辨力的的研究研究制造造过程或或相似过过程的极极差图，根据前前页和范范例从不断改改进的角角度看，公差值值的十分分之一可可能不够够。25基准值为了比较较的一个个一致认认可的值值有时也称称为：可接受的的值常规值指定值最佳估算算值标准测量量测量的标标准26基准件具有非常常精确制制定

11、的一一个或更更多特性性的一种种材料或或物质，用于仪仪器的校校准、测测量方法法的评估估或给材材料赋值值。27国家/国际测量量标准一个材料料测量，测量仪仪器，基基准件或或系统准准备去定定义、实实现、保保存或复复制一个个零件、一个或或更多的的数量值值，为了了将它们们去和其其他测量量仪器比比较这些标准准被一些些国家专专业机构构或国际际一致认认可的国国际性服服务机构构所承认认，作为为确定其其他所有有与数量量有关的的标准件件的值的的依据一些例子子：-1Kg质量标准准-氦-氖激光长长度标准准-标准量块块-铯原子频频率标准准-100标准电阻阻-JosephsonArray电压标准准-28国家/国际测量量标准使

12、用一个个可追溯溯的标准准以提供供：比较的共共同点测量系统统有效性性测量系统统准确性性评价解决零件件间的冲冲突最直接的的验证指指导29可追溯标标准的局局限在破坏性性测试中中很难使使用有些产品品特性和和过程结结果无确确定行业业或国家家标准有些测试试没有行行业或国国家标准准在设计和和开发、合同评评审和APQP期间讨论论这些局局限性.30选择为了校准准可能需需要使用用非常精密密的基准准件,其他在实实验室内内验证的的零件和和/或相互认认同的标标准件.这些都是是通过最最高级别别的测量量设备评评定的最最好的产产品.比较分析析产生精精确的数数据，将将决定为为校准而而需要的的调整数数量.内部实验验室比较较:组织

13、,性能和2个或更多多的实验验室按照照预定的的条件对对设备的的相同或或相似的的部件的的评估.31测量不确确定度用于描述述测量值值的质量量的术语语测量不确确定度是是给组成成测量系系统的变变量赋值值的所有有可能性性的总和和.总的可能能性应衡衡量并且且要与在在进行的的测量的的重要性性和关键键性相一一致.32测量不确确定度和和校准测量系统统的不确确定度第第一次是是通过校校准过程程而产生生。校准允许许对测量量仪器、测量系系统、或或标在尺尺上的刻刻度值等等的指示示的误差差的评价价。33测量不确确定度和和校准基准件本本身,校准和环环境以及及个人的的活动的的表现都都对测量量不确定定度有影影响.这就是要要经鉴定定

14、合格的的和/或有资格格的实验验室以及及你应接接受对你你的测量量、检验验和实验验设备要要做或已已做校准准的数据据的益处处的原因因.34五、测量系统分析析之准备备1.人员和产产品（零零件）准准备确定测量量系统中中人员，如一个个人使用用，或几几个人共共用一个个测量仪仪器；确定测量量系统中中所检测测的产品品特性，并选取取相应的的样本，样本的的选取与与选择的的分析方方法有关关。35测量系统分析析之准备备(续)2.基本设备备条件(BasicEquipment)分辨力(Discrimination)、分辨率率(Resolution)：(1)最小可读读单位。(2)10/1的比例法法则参考值(Reference

15、 Value)(1)某一对象象可接受受的数值值(2)常被用来来替代真真值。真值(TrueValue)(1)某一对象象的真实实数值。(2)不可知且且无法知知道。36六、如何进进行测量系统分析析1.确定测量量系统的的组成；标准、零件、仪器、人/程程序、环环境；2.确定定该测量量系统是是否处于于统计稳稳定状态态，测量量仪器已已经过校校准，并分分析该测测量系统统的变差差来源（定性分分析）；3.选择择适用的的测量系系统分析析方法：如计量量值的偏偏倚、线线性、稳稳定性、重重复性、再现性性、计数数值的风风险分析析法、解解析法、破坏性测量系系统的控控制图法法、变差差分析法法等；5.选择样本本零件，按照“盲测”

16、的方法收收集数据，按照相相关软件进行计计算。6.与接收准准则相比比较，如如不能接接收，则则采取相相应措施施，措施施采取后应再再次进行行测量系系统分析析。37七、计量型测量系统分析析-示范1.偏倚示范范：一个制造造工程师师对量测测设备系系统进行行分析，证明该该量测系系统应该该没有线线性误差差的考量量，所以以该工程程师只对对偏倚进进行评价价。他在在这量测测系统范范围内选选定了一一个零件件；并对对该零件件进行量量测15次来确定定它的参参考值。38偏倚数据据：(续)測量次數零件編號參考值=16.00量測值偏倚115.8-0.2215.7-0.3315.9-0.1415.9-0.1516.00.0616

17、.10.1716.00.0816.10.1916.40.41016.30.31116.00.01216.10.11316.20.21415.6-0.41516.00.039偏倚数值值分析：1.计算n个读值的的平均数数2.计算重复复性标准准差：式中d2*可查表得得知，g=1，且m=n最大值(Xi)-最小值(Xi)d2*40偏倚数值值分析：3.确定偏倚倚的t统计量(t-statistic)偏倚=观测到的的平均测测量值一一参考值值t t=4.如果0落在偏倚倚值附近近95%自信度界界限内，则偏倚倚在95%的水平上上是可可接受的的。偏倚-偏倚式中，d2及d2*及v可从附录录中查到到，令g=1，且m=n，

18、tv,1-/2可以利用用标准t分配查到到。偏倚41偏倚直方方图：(续)43210量测值次数15.615.715.815.916.016.116.216.316.442偏倚分析析表：(续)n(m)平均值，标准差，标准误差的平均值，測量值1516.0067.2120.0547参考值=16.00，=.05，g=1，d2=3.55统计的t值df显着的t值(2-有尾數的)偏倚偏倚的95%置信度下限上限測量值.115310.8.22514.0067-.1107.1241432.稳定性示示范：某工厂为为了确定定某一新新量测仪仪器的稳稳定性是是否为可可接受，评价人人员选定定了接近近中间值值的一个个零件。该零件

19、件被送到到了量测测实验室室，经量量测其参参考值确确定为6.01。评价人人员量测测该零件件5次，共量量测了一一个月(20个小组)；收集到到所有数数据后，画出了了&R图。44稳定性示示范：(续)UCL=1.010LCL=00.47791.00.50.0样本全距距6.36.26.16.05.95.85.7UCL=6.267LCL=5.7466.02101020样本平均均子组451.计算零件件每次量量测的偏偏倚，以以及平均均数。偏倚i,j=Xi,j（参考考值）2.在线性图图上划出出相对参参考值的的每个偏偏倚及偏偏倚平均均数。3.计算并划划出最适适当的线线及该线线的自信信度区间间。3.线性分析析：(图示

20、法)偏倚i,jm偏倚i46Yi=aXi+b式中Xi=参考值，yi偏倚平平均数，而对一个已已知X0，自信度区区间为：线性分析析：(图示法)斜率(Slope)中心47上限：b+aX0下限：b+aX04.划出偏倚=0的线，并并对图进进行审查查，以观观察是否否存在特特殊原因因，以及及线性是是否可接接受。线性分析析：(图示法)485.如果偏倚0的整个直直线都位位于自信信度区间间以内，则该量测系系统的线线性是可可接受。6.若图标法法表示线线性是可可接受的的，则以以下假设设应该为为真：H0：a=0斜率=0如果下式式成立，则不能能被否定定线性分析析：(图示法)497.若以上假假设为真真，则量量测系统统对所有有

21、参考值值具有相相同的偏偏倚。这这个偏倚倚必为0，该线性性才可被被接受。H0：b=0中心（偏偏倚）0线性分析析：(图示法)50线性示范范：MINITAB软件示例例51线性示范范：(Minitab)52线性示范范：(续)53线性示范范：(续)54线性示范范：(续)557.重复性再再现性测测量系统分析析准备：1.计量量器具确确定选择一个个产品的的特性（计量值值特性），计量量器具的的精度（分辨率率）应该该是该特特性值公公差带的的1/10，如如公差带带宽度为为0.20mm，则计量器器具的精精度（分分辨率）应为0.02mm。2.评价人和和分析人人评价人是是指检验验人员，对于重重复性和和再现性性分析来来讲，

22、评评价人应应在两人人以上，四人以以内为好好。分析析人是指指对检验验员进行行分析的的人员，可由相相关技术术质量管管理人员员担任，人数为为12人。3.样品品选择样品可选选择10个，但但所有样样品应的的值，应应随机分分布在公公差带内内，即从从公差上上限到公公差下限限具有零零件覆盖盖。56零件人員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.

23、7533.0033.55B233.5532.9532.7532.7533.4033.0532.9032.7032.9533.50C133.5033.0532.8032.8033.4033.0032.9532.8033.0533.85C233.5533.0032.8032.8033.5033.0532.9532.8033.0533.80搜集GRR的数据采用盲测测的方式式进行。示范：重复性再再现性测测量系统分析析57示范：GRR作业者/量测次数零 件平均數123456789101.张三 133.6533.0032.8532.8533.5533.0032.9532.8533.0033.602. 23

24、3.6033.0032.8032.9533.4533.0032.9532.8033.0033.703.平均数33.6333.0032.8332.9033.5033.0032.9532.8333.0033.65 =33.134.全距0.050.000.050.100.100.000.000.050.000.10Ra =0.055.李四 133.5533.0532.8032.8033.4033.0032.9532.7533.0033.556. 233.5532.9532.7532.7533.4033.0532.9032.7032.9533.507.平均数33.5533.0032.7832.7833

25、.4033.0332.9332.7332.9833.53 =33.078.全距0.000.100.050.05.000.050.050.050.050.05Rb =0.049.王五 133.5033.0532.8032.8033.4033.0032.9532.8033.0533.8510. 233.5533.0032.8032.8033.5033.0532.9532.8033.0533.8011.平均数33.5333.0332.8032.8033.4533.0332.9532.8033.0533.83 =33.1312.全距0.050.050.000.000.100.050.000.000.0

26、00.05Rc =0.0313.零件平均数33.5733.0132.8032.8333.4533.0232.9432.7833.0133.67Rp=0.8914.公式：0.05+0.04+0.03/作业者人数= = 0.04015.作业者人数= 316. 公式：Max 33.13 Min 33.07= diff diff = 0.0617.公式： D4=UCLR=0.043.27=UCLR= 0.1318.公式： D3=LCLRLUCR= 0量具再现现性及再再生性数数据表 页数: 1/2零件件名名：瓶嘴封口口量具名称称：作成日期期：零件件号号：量具编号号：#001作成单位位：特性：内径尺寸寸量

27、具精度度：作成者：规格：32.533.5mm量具范围围：审查者：xRRRx58零件件名名：瓶瓶嘴嘴封口零件件号号：特性：重重量规格：32.533.5mm由数据表表得：R0.04Xdiff=0.060Rp=0.89公式：%AV=100AV/TV%AV=10.79%n =零件数r =量测次数数再现性作业业者变变异（AV）公式：AV=n =10r=2AV=0.0304公式：%EV=100EV/TV%EV=12.59%重复性设备备变异（EV）公式：EV=R*K1EV=0.0355制程变变异量测单单元元分析析量测次数数K1230.88620.5908作业者人人数23K20.70710.5231量具重复复

28、性及再再现性报报告量具名称称：量具编号号：#001量具精度度：量具范围围：作成日期期：作成单位位：作成成者者：审查查：59全变异（TV）公式：TV=TV=0.2839公式：%PV=100PV/TVPV=98.62%公式：ndc=1.41PV/GRRndc=8.3978零件变异异（PV）公式：PV=Rp*K3PV=0.2800公式：%R&R=100GRR/TV%R&R =16.58%重复性&再现性（GRR）公式：GRR=GRR=0.04668制程变变异量测单单元元分析析0.70710.52310.44670.40300.37420.35340.33750.32490.31462345678910

29、K3零件数全部的计计算是基基于5.15标准差()的预侧，（在常常态分配配曲线下下99%的面积）(5.15/d2）是由量量测次数数(m)及零件数数乘以作作业者人人数(g)而决定，此处假假设(g)大于15AV如果在在开平方方根符号号下，其其计算值值为负值值，则做做业者变变异设置置为0(0)(5.15/d2)是由作业业者人数数(m)及(g)而决定，因只计计算一个个全距故故(g)1(5.15/d2)是由零件件数(m)及(g)而决定，因只计计算一个个全距故故(g)1取自A.J.Duncan所着QualityControl andIndustridStatistics之表3量具重复复性及再再现性报报告60

30、量具重复复性与再再现性之之比较1.重复性再现性性。(1)量测仪器器需加以以保养。(2)产品之变变异出现现异常。(3)量具之夹夹紧或定定位（OFFSET）不一致致。2.再现性重复性性。(1)量具之校校正未落落实。(2)作业者对对量具使使用不熟熟。(3)可能需要要辅助仪仪器协助助作业者者使用量量具。611.R&R10%表示该量量具系统统可接受受。2.10%R&R30%表示该量量具系统统可接受受或不接接受，决决定于该该量具系系统之重重要性、修理所所需之费费用等因因素。3.R&R 30%表示该量量具系统统不能接接受，须须予以改改进。重复性与再现性的判定定 62八.计数数型测量系统分析析示范计数型测测量

31、系统统属于测测量系统统中的一一类，其其测量值值是一种种有限的的分级数数。与结结果是连连续值的的计量型型测量系系统不同同。最常见的的是通过过/不通过量量个，只只可能有有两个结结果。其其他计数数型测量系系统，例例如可视视标准，结果可可以形成成57个不同的的分级。前面章章节所描描述的分分析法不不能用于于评价这这种系统统。63IIIIIIIIILSLUSL当使用任任何测量量系统进进行决策策时，都都存在可可量化的的风险。由于最最大的风风险来自自于分区区的边界界，最适适当的分分析是用用量具性性性能曲曲线将测测量系统统变差量量化。64风险分析析法（交交叉表法法）外观检验验测测量分析，三个人，50个样本，重复

32、三次。选样规则则1/6在在界外靠靠近极限限1/6在在界内靠靠近极限限1/3在在界外有有问题1/3完完全没有有问题65零件A-1A-2A-3B-1B-2B-3C-1C-2C-3111111111110.476901+211111111110.509015+300000000000.576459400000000000.566152500000000000.57036611011010010.544951x711111111110.465454x811111111110.502295+900000000000.4378171011111111110.515573+1111111111110.488

33、905+1200000000000.559918x1311111111110.542704+1411011110010.454518x1511111111110.517377+1611111111110.531939+1711111111110.519694+1811111111110.484167+1911111111110.520496+2011111111110.477236+2111010101010.452310 x2200101010100.545604x2311111111110.529065+2411111111110.514192+2500000000000.599581数据

34、分析析表662601000000100.547204x2711111111110.502436+2811111111110.521642+2911111111110.523754+3000000100000.561457x3111111111110.503091+3211111111110.505850+3311111111110.487613+3400100101100.449696x3511111111110.498698+3611011110110.543077x3700000000000.4092383811111111110.488184+3900000000000.42768740

35、11111111110.501132+4111111111110.513779+4200000000000.566575-4310111111010.462410 x4411111111110.470832+4500000000000.4124534611111111110.493441+4711111111110.486379+4800000000000.5878934911111111110.483803+5000000000000.44669767 B总计.001.00A .00 计算 期望的计算 1.00 计算 期望的计算4415.7634.35050.0331.39768.7100100.0总计 计算 期望的计算4747.0103103.0150150.0A与B交叉叉表表 C总计.001.00B .00 计算 期望的计算 1.00 计算 期望的计算4216.0531.04747.0935.09468.0103103.0总计 计算 期望的计算5151.09999.0150150.0B与C交叉叉表表68 C总计.001.00A .00 计算 期望的计算 1.00 计算 期望的计算4317.0733.05050.0834.09266.0100100.0总计 计算 期望的计算5151.09999.0150150.0A与C交叉叉表表6970 基准总计.001.00A .00