MSA测量系统培训讲义

MSAMeasurementSystemsAnalysis测量系统分析讲师：邓荣发第一章测量系统分析的基础知识测量的重要性如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机法环测量测量结果合格不合格测量测量误差Y=x+ε測量值=真值(TrueValue)+測量誤差戴明說沒有真值的存在一致测量误差的来源

nDiscrimination分辨能力nPrecision精密度(Repeatability重复性)nAccuracy准确度(Bias偏差)nDamage损坏nDifferencesamonginstrumentsandfixtures(不同仪器和夹具间的差异)nDifferenceinusebyinspector不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)nDifferencesamongmethodsofuse(使用不同的方法所造成差异)nDifferencesduetoenvironment(不同环境所造成的差异)

测量系统的组成测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境为什么要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环等方面的原因，会带来测量误差。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。ISO/TS16949:2009标准7.6.1规定：为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。测量系统分析的目的运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。术语1、测量Measurement2、量具Gage3、测量系统MeasurementSystems

4、分辨力Discrimination5、偏倚Bias;6、重复性Repeatability7、再现性Reproducibility;8、线性Linearity9、稳定性Stability1、测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而赋予的值定义为测量值。2、量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格／不合格的装置。3、测量系统：用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。4、、分分辨辨力力（（率率））定义义：：指指测测量量系系统统检检出出并并如如实实指指示示被被测测特特性性中中极极小小变变化化的的能能力力。。传统统是是公公差差范范围围的的十十分分之之一一。。建建议议的的要要求求是是总总过过程程6σσ(标标准准偏偏差差)的的十十分分之之一一。。T10305、、偏偏倚倚(Bias)基准准值值观测测平平均均值值偏倚倚偏倚倚：：是是测测量量结结果果的的观测测平均均值值与基准准值值的差差值值。。基准准值值的的取取得得可可以以通通过过采采用更更高高级级别别的的测测量量设设备备进进行多多次次测测量量，，取取其其平平均均值值来确确定定。6、、重重复复性性(Repeatability)重复复性性重复复性性是由由一个个评价价人人，，采采用用一件件测量量仪仪器器，，多次次测量同一零件的同一特性时获得的的测量值变差。7、再现性(Reproducibility)再现性是由不同的评价人，采采用相同的测量仪器，，测量同一零件的同一特性时测量平平均值的变差。再現性操作者B操作者C操作者A8、线性(Linearity)量程基准值观测平均值基准值线性：是在量具预期期的工作范围内，偏倚值的的差值，即量具在使用范范围内偏移(准确度)差差异之分布状状况.线性图(Linearity)观测的平均值基准值无偏倚有偏倚9、稳定性(Stability)稳定性时间1时间2稳定性：是测量系统统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得得的测量值值的总变变差。。第二章章测量系系统的的分析析方法法测量系系统的的分析析测量系系统的的变差差类型型：偏倚、、重复复性、、再现现性、、稳定定性、、线性性测量系系统特特性可可用下下列方方式来来描述述：：位置：：稳定定性、、偏倚倚、线线性。。宽度或或范围围：重重复性性、再再现性性。位置和和宽度度位置宽度位置宽度标准值值理想的的测量量系统统理想的的测量量系统统在每每次使使用时时：应应只产产生““正确确”的的测量量结果果。每每次测测量结结果总总应该该与一一个标标准值值相符符。一一个能能产生生理想想测量量结果果的测测量系系统，，应具具有零方差差、零零偏倚倚和所测测的任任何产产品错误分分类为为零概概率的统计计特性性。真值真值测量系系统所所应具具有的特性性测量系系统必必须处处于统统计控控制中中，这这意味味着测测量系系统中中的变变差只只能是是由于于普通通原因因而不不是由由于特特殊原原因造造成的的。这这可称称为统统计稳稳定性性；测量系系统的的变异异必须须比制制造过过程的的变异异小；变异应应小于于公差差带；一般来来说，，测量量精度度是过过程变变异和和公差差带两两者中中精度度较高高者的的十分分之一一。稳定性性分析析1）取取一个个样本本并建建立相相对于于可溯溯源标标准的的基准准值。。如果果该样样品不不可获获得，，选择择一个个落在在生产产测量量范围围中间间的生生产零零件，，指指定其其为稳稳定性性分析析的标标准样样本。。具备备预期期测量量的最最低值值，最最高值值和间间位置置的标标准样样本是是较理理想的的。建建议对对每个个标准准样本本分别别做测测量与与控制制图。。2）定定期(天,周)测量量标准准样本本3~5次次，样样本容容量和和频率率应该该基于于对测测量系系统的的了解解。因因素可可以包包括重重新校校准的的频次次、要要求的的修理理，测测量系系统的的使用用频率率，作作业条条件的的好坏坏。应应在不不同的的时间间读数数以代代表测测量系系统的的实际际使用用情况况，以以说明明在一一天中中预热热、周周围环环境和和其他他因素素发生生的变变化。。3）将将数据据按时时间顺顺序画画在Xbar&R或或Xbar&S控制制图上上。结果分分析——作图图法4）建建立控控制限限并用用标准准控制制图分分析法法来评评价失失控或或不稳稳定状状态。。结果分分析——数据据法如果测测量过过程是是稳定定的，，数据据可以以用于于确定定测量量系统统的偏偏倚。。同样，，测量量的标标准偏偏差可可以用用作测测量系系统重重复性性的近近似值值。这这可以以与（（生产产）过过程的的标准准偏差差进行行比较较以决决定测测量系系统的的重复复性是是否适适于应应用。。可能需需要实实验设设计或或其他他分析析和解解决问问题的的技术术以确确定测测量系系统稳稳定性性不足足的主主要原原因。。举例——稳定定性为了确确定一一个新新的测测量装装置稳稳定性性是否否可以以接受受，工工艺小小组在在生产产工艺艺中选选择了了一个个零件件.这这个零零件被被送到到测量量实验验室，，确定定基准准值为为6.01。小小组每每班测测量这这个零零件5次，，共测测量5周（（25个子子组））。收收集所所有数数据以以后，，Xbar&R图就就可以以做出出来了了.稳定性性的均均值——极差差图6.36.05.7样本均均值子组0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0样本本极极差差R=0.47792ULC=1.01LCL=0控制制图图分分析析显显示示，，测测量量过过程程是是稳稳定定的的，，因因为为没没有有出出现现明明显显可可见见的的特特殊殊原原因因影影响响。。偏倚倚分分析析基准值测量系统的平均值偏倚偏倚倚又又称称为为准准确确度度(Accuracy),是指指量量测测平平均均值值与与真真值值之之差差值值.而真真值值可可以以通通过过采采用用更更高高级级别别的的测测量量设设备备(实实验验室室或或全全尺尺寸寸检检验验设设备备)进进行行多多次次测测量量,取取其其平平均均值值来来确确定定。。偏移移(Bias)（例例3））1位位作作业业者者量量测测1个个零零件件10次次，，量量测测值值如如下下：：X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70测量量平平均均值值VA=,已已知知该该零零件件之之真真值值VT为为0.8mm,零零件件之之制制程程变变异异为为0.70mm.则Bias=VA-VT=0.75-0.80=－－0.05%Bias=100(Bias/制制程程变变异异））=100（（0.05/0.70)=7.1%（（标标准准是是5%以以下下））线性性分分析析1）选择择g≥5个零件件，由于于过程变变差，这这些零件件测量值值覆盖量量具的操操作范围围。2）用全全尺寸检检验测量量每个零零件以确确定其基基准值并并确认了了包括量量具的操操作范围围。3）通常常用这个个仪器的的操作者者中的一一人测量量每个零零件m≥≥10次次。随机的选选择零件件以使评评价人对对测量偏偏倚的““记忆””最小化化。4）结果分析析-作图图法计算零件件每次测测量的偏偏倚及零零件偏倚倚均值。。5)在在线性性图上画画出单值值偏倚和和相关基基准值的的偏倚均均值线性接受准准则：a.对测测量特殊特性的测量系统统，线性%≤5%接接受，线线性%>5%时，不不予接受。。b.对测测量非特殊特性性的测量系统统，线性%≤10%接受，线线性%>10%时，，不予接受受。如果测量系系统为非线线性，查找找这些可能能原因：在工作范围围上限和下下限内仪器器没有正确确校准；最小或最大大值校准量量具的误差差；磨损的仪器器；仪器固有的的设计特性性。线性--举举例一名工厂主主管希望对对过程采用用新的测量量系统,作作为PPAP的一部部分,需要要评价测量量系统的线线性,在测测量系统量量程内选择择5个零零件,每个个零件经过过全尺寸检检验测量以以确定其基基准值.然然后由领班班分别测量量每个零件件12次.研究中零零件是被随随机选择的的.计算建议使使用软件(minitab:stat>qualitytools>gagestudy>gageLinearityandbiasstudy)。零件基准值123452.004.006.008.0010.00试验12.705.105.807.609.1022.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.307.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.40表5：线性研究究数据线性分析1、图示分分析指出特特殊原因可可能会影响响这测量系系统.表示示该测量系系统存有一一线性问题题。2、“偏倚倚=0”的的直线与置置信度区间间相交，而而不是包含含在置信区区间内。也也表示该测测量系统存存有一线性性问题。3、如果测测量系统存存在一线性性问题，需需要通过调调整软件、、硬件或两两项同时进行来再再校准以达达到0偏倚。4、如果偏偏倚在测量量范围内不不能被调整整到0，只只要测量系系统保持稳稳定，仍可可用于产品品/过程的的控制，但但不能进行行分析，直直到测量系系统达到稳稳定。重复性和再再现性分析析均值-极差差法均值极差法法(Xbar&R)是一种可可提供测量量系统重复复性和再现现性两个特特性作估计计评价的方方法。这种种方法可以以将测量系系统的变差差分成两个个部分—重重复性和再再现性。进行研究表格参见MSA参考考手册。详详细的程序序是：1、获得一一个样本零零件数n大大于5，应应代表实际际的或期望望的过程变变差范围；；2、、选选择择评评价价人人为为A，，B，，C等等。。零零件件的的号号码码从从1到到n，，评评价价人人不不能能看看到到零零件件编编号号。。3、、让让评评价价人人A以以随随机机的的顺顺序序测测量量n个个零零件件，，将将测测量量结结果果输输入入第第一一行行（（如如使使用用MINITAB应应输输入入““数数据据””栏栏））。。4、、让让评评价价人人B和和C测测量量同同样样的的n个个零零件件，，而而且且他他们们之之间间不不能能看看到到彼彼此此的的结结果果，，输输入入数数据据到到第第6行行和和11行行。。5、、用用不不同同的的随随机机测测量量顺顺序序重重复复该该循循环环。。输输入入数数据据到到第第2，，7，，12行行，，在在适适当当的的列列记记录录数数据据，，如如果果需需要要试试验验3次次，，重重复复循循环环并并输输入入数数据据到到3，，8，，13行行。。6）当当零件件数量量很大大或同同时多多个零零件不不可同同时获获得时时，测测量步步骤4，5可能能改变变如下下是需需要的的：让评价价人A测量量第一一个零零件并并在第第1行行记录录读数数。让评价价人B测量量第一一个零零件并并在第第6行行记录录读数数。让评价价人C测量量第一一个零零件并并在第第11行记记录读读数。。√让评评价人人A重重复测测量第第一个个零件件并记记录读读数于于第2行，，让评价价人B重复复测量量第一一个零零件并并记录录读数数于第第7行行，让评价价人C重复复测量量第一一个零零件并并记录录读数数于第第12行，，如果试试验需需要进进行3次，，重复复这个个循环环将数数据记记录在在第3，，8，，13行。。7、如如果评评价人人属于于不同同的班班次，，可以以使用用一个个替代代方法法，让让评价价人A测量量所有有的10个个零件件输入入数据据于第第1行行，然然后评评价人人A以以不同同的顺顺序读读数，，记录录结果果于第第2，，3行行，让让评价价人B，C同样样做。。依公式式计算算并作作成控控制图图或直直接用用表计计算即即可。。结果分分析-作图图法作图工工具的的应用用是很很重要要的。。在使使用任任何其其他统统计分分析之之前应应先用用作图图工具具将明明显的的变差差特殊殊原因因数据据进行行系统统地筛筛选。。从测量量系统统分析析得到到的数数据可可以用用控制制图显显示出出来。。均值图图将每个个评价价人对对每个个零件件多个个读数数的均均值画画于图图中，，并标标以零零件号号码为为代码码，这这样可可以帮帮助我我们确确定评评价人人之间间的一一致性性。大约一一半或或更多多的均均值应应落在在控制制限以以外。。如果果数据据显示示出这这种图图形，，那么么测量量系统统应该该能够够充分分探测测零件件-零零件之之间的的变差差并且且测量量系统统能够够提供供对过过程分分析和和过程程控制制有用用的信信息。。如果果少于于一半半的均均值落落在控控制限限外边边，则则测量量系统统缺乏乏足够够的分分辨率率或样样本不不能代代表期期望的的过程程变差差。极差图图极差控控制图图用于于确定定过程程是否否受控控。在包括括平均均极差差和控控制限限的标标准的的极差差图上上画出出了由由每个个评价价人对对每个个零件件测量量的多多个读读数范范围。。如果所所有的的极差差都受受控，，则所所有的的评价价人的的工作作状态态是相相同的的。如果一一个评评价人人不受受控，，则他他的测测量方方法与与其他他人不不同。。如果所所有评评价人人都不不受控控，则则测量量系统统对评评价人人的技技术很很敏感感，需需要改改善以以获得得有用用的数数据。。%R&R接接受准准则：a.%GRR<10%可接接受。。b.10%≤≤%GRR≤30%，通通知由由工程程部门门或APQP小小组依依据量量具的的重要要性、、成本本及维维修费费用，，决定定是否否接受受。c.%GRR>30%不能能接受，，必须改改进。结果分析:当重复性(EV)大于再现性(AV)时，原因可可能是：：仪器需要要保养；量具应重新设计来提高刚刚度增强；量具的夹夹紧或零零件定位位的方式式需要改进进；存在过大大的零件件变差。。当再现性性(AV)大于于重复性性(EV)时：：评价人员员需要更更好的培培训如何何使用量具及数数据读取取方式；量具刻度盘上上的刻度度不清楚楚；需要某些些夹具协协助评价人员员来提高高使用量具的一致性。CaseStudyPARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者APARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.750.7091.000.95100.550.50操作者BCaseStudyPARTREADING1READING210.500.5521.051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者CCaseStudyGageR&RStudy-XBar/RMethod%ContributionSourceVarComp(ofVarComp)TotalGageR&R0.00208396.33Repeatability0.00115493.51Reproducibility0.00092912.82Part-To-Part0.030827193.67TotalVariation0.0329111100.00StudyVar%StudyVarSourceStdDev(SD)(5.15

*SD)(%SV)TotalGageR&R0.0456500.23509925.16Repeatability0.0339830.17501518.73Reproducibility0.0304810.15697516.80Part-To-Part0.1755770.90421996.78TotalVariation0.1814140.934282100.00%R&R重复性再现性R&R分分析注意意事项1、分析析之量具具（1）APQP及PPAP所所使用之之量具（2）客客户要求求须执行行R&R之量具2、分析析时机：：（1）操操作者变变更时（2）量量具变动动时（3）产产品变更更时（4）量量具修理理后（5）配配合量具具校正作作业定期期分析。。R&R分分析注意意事项1、执行行分析人人员（1）资资料搜集集：须为为操作该该量具人人员（2）分分析人员员：该量量具之校校正管理理人员2、执行行前之准准备工作作：（1）决决定进行行分析之之产品及及量具（2）决决定参与与分析之之测量人人数，最最少两人人（3）决定定进行分析析之产品取取样数（至至少5件，，10件为宜宜）。（4）决定定测量次数数，最少须须两次。计数型量具具小样法实实务指南：：计数型量具具就是把各各个零件与与某些指定定限值作比比较，如果果满足要求求则接受该该零件，如如果不满足足要求，则则拒收。计计数型量具具不象计量量型量具，，它不能指指点示一个个零件有多多么好或多多么坏，它它只指示该该零件是接接受还是拒拒收。小样法研究究是通过选选取20个个零件来进进行的。由由两位评价价人以一种种能防止评评价人偏倚倚的方式两两次测试所所有零件。。在选取的的20个零零件中，一一些零件或或许会低于于或高于规规范限值。。如果果所所有有的的测测量量结结果果（（每每个个零零件件四四次次））一一致致则则接接受受该该量量具具，，否否则则应应改改进进或或重重新新评评价价该该量量具具。。如如果果不不能能改改进进该该量量具具，，则则不不能能被被接接受受，，并并且且要要找找到到一一个个可可接接受受的的替替代代测测量量系系统统。。典型的计数型型量具研究小小样法的表格格见下表：齿轮内径通通过过/不通过塞规A评价人B评价人12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG子組內樣本數A2D3D4d221.88003.2671.12831.02302.5751.69340.72902.2822.05950.57702.1152.32660.48302.0042.53470.4190.0761.9242.70480.3730.1361.8642.84790.3370.1841.8162.970100.3080.2231.7773.078110.2850.2561.7443.173120.2660.2841.7163.258130.2490.3081.6923.336140.2350.3291.6713.40