测量系统MSA概论

1㈣测量系统分析（MSA）ISO/TS16949:20092023/1/8向昌斌MSA

MeasurementSystemAnalysis测量系统分析31、测量（Measurement)

以确定实体或系统的量值大小为目标的一整套作业。包括过程、产品、服务的输入、输出及性能/绩效的定量化信息。术语及其定义42、Gage—任何用以获得测量结果的装置，特别指基层使用的量具，包括用来测量合格/不合格的装置。3、测量系统（MeasurementSystem)

用以对被测特性赋值的作业、方法、步骤、量具、设备、软件、人员的集合。

为获得测量结果的完整过程。术语及其定义5测量方法测量环境仪器设备被测量对象的特征测量人员计量基准测量系统测量系统的要素6测量系统的组成

传感器：感受被测物理量/特征量的变化（长度、温度、重量、磁场、均匀性、舒适度等）转换器：物理量/特征量的转换/放大（磁-电、光-电、热-电等）读出：模拟显示、数字显示、磁记录、观测记录等（显示器、记录器、观测人员等）阻尼器：减少测量系统的高频振荡，有助于测量结果的平稳输出（滤波、磨擦、阻抗等）校准：系统验收、周期校验/使用前校验、溯源7

数据的真实性

系统的稳定性

结果的精确性

测量系统的基本要求8观测值=真值？观测值测量误差真值观测值测量误差真值数据的真实性9系统的稳定性不同的时间、环境、人员、仪器设备对测量结果影响如何？系统是否处于统计控制状态？10反映被测测实体/系统微小小变化的的能力。。测量误差差与被测测量的变变化范围围（总变变差）相相比，是是否可以以接受？？测量结果果的精确确性11分辨力（（Discrimination)概念：指指示装置置可以有有效辨别别所指示示的紧密密相邻量量值能力力的定量量表示。。分辨力的的要求：：1、最小测测量单位位/容差≤10%（用于计计量型合合格判定定）2、最小测测量单位位/过程变差差≤10%（用于计计量型过过程控制制）影响分辨辨力的因因素：1、传感器器的灵敏敏度2、读出装装置的最最小显示示单位12控制制只有下列列条件下下才可用用于控制制：1、与规范范相比过过程变差差较小2、预期过过程变差差上的损损失函数数很平缓缓3、过程变变差的主主要原因因导致均均值偏移移分析析1、对过程程参数及及指数估估计不可可接受。。2、只能表表明过程程是否正正在产生生合格零零件1、依据过过程分布布可用半半计量控控制技术术2、可产生生不敏感感的计量量控制图图1、一般来来讲对过过程参数数及指数数的估计计不可接接受2、只提供供粗劣的的估计1个数据分级1个数据分级1、可用于于计量控控制图1、建议使使用5个或更多个数据分级不重叠的的过程分分布的数数据分级级对控制制与分析析活动的的影响分辨力13讨论论试举一种种实际使使用的测测量仪器器，分析析其分辨辨力14准确度（（Accuracy)表示测量量结果（（单值或或平均值值）与真真值的接接近程度度。数量上，，准确度度可以用用相对误误差数表表示：准确度=基准值－－多次测测量平均均值15精密度（（Precision)在相同条条件下进进行重复复测量或或试验，，其结果果相互间间的一致致程度。。表示测定定结果中中随机误误差大小小的程度度。精密度常常用测量量的标准准差来表表示，标标准差越越大，精精密度越越低。16ReferenceValue=.010●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●.015xxx.014xxxxxxx.013xxxxxx.012xx.011.014x.013xx.012xxx.011xxx.010xxxxx.009xxxx.008xx.007x.011xxx.010xxxxxxx.009xxxxxx.008xx●●●●准确度与精密密度17观测值=真值？总变差测量误差过程变差观测值测量误差真值数据的真实性性18不合格产品被被接收合格产品被拒拒收难以识别过程程中发生的变变化控制图失真，，不能提供正正确信息测量误差可能能导致19随机误差----突然发生、不不可预测、可可通过重复测测量避免；可能源于：环境因素的波波动测量位置的不不同人员作业的偶偶然性仪器、设备的的重复特性随机误差和系系统误差20系统误差：不可能通过过重复测量避避免：可能源于：不同的时间不同的环境因因素不同的测量方方法（程序））人员素质的差差异校准错误仪器设备内在在偏差随机误差和系系统误差21测量系统误差差的类型1）偏倚（Bias):测量值或估计计量的分布中中心（平均值值）与真值（（基准值）之之差。偏倚属于系统统性误差，直直接影响测量量系统的准确确度。观测的平均值基准值偏倚222）重复性（Repeatability)相同的测量人人员、使用同同一设备、在在同一次校准准期间、同一一实验室、采采用相同的方方法，在较短短时间内，对对同一零件的的同一特性测测量的结果，，其相互接近近的程度。测量系统误差差的类型RepeatabilityTrueAverage同一测量人员同一量具同一零件的同一特性233）再现性（Reproducibility)不同的测量人人员、使用不不同设备、在在不同实验室室、在不同时时间，采用相相同的方法对对同一零件的的同一特性测测量的结果，，其相互接近近的程度。测量系统误差差的类型RepeatabilityTrueAverage不同的测量人员不同/相同一量具同一零件的同一特性OperatorBOperatorCOperatorA244）稳定性Stability测量系统在某某持续时间内内测量单一零零件单一特性性时，测量值值的总变差。。稳定性时间2时间1测量系统误差差的类型255）线性Linearity量具在预期工工作范围内，，偏倚值的差差值。6）线性度%Linearity在预期工作范范围内线性误误差的变化率率。测量系统误差差的类型偏倚较小基准值观测的平均值值基准值观测的平均值值范围的较低部部分范围的较高部部分有偏倚基准值观测的平均值无偏倚偏倚较小26重复性与再现现性GR&R－－GageRepeatability&Reproducibility------对测量系统随随机误差的综综合评定，目目前已成为测测量系统分析析的主要指标标。27系统性误差：：偏倚、线性、、稳定性随机性误差：：重复性、再现现性、GR&R测量系统误差差的类型28计量型测量系系统误差的估估计29选定基准值重复测量并记记录观测平均值偏倚量=偏倚百分比：：偏倚量/过程变差×100%确定偏倚Bias30产生偏倚的原原因校准环境不符符合规定的要要求不合理地延长长了校准的周周期测量人员变动动、测量程序序未形成文件件测量时间规定定不严、条件件变动疏忽与失误31测量前仪器/量具未校零忽略了多次测测量取平均值值的要求测量位置不正正确常见的疏忽与与失误32(1)小样法ShortMethod(2)大样法LongMethod(3)图法法GraphicalAnalysisGR&R的研究方法33GR&R研究中的主要要因素因素在同一实验室中的测量条件相同不同时间同一时间测量在不同时间测量校准各次测量之间未再校准各次测量之间重新校准测量人员同一测量人不同测量人员设备同一设备、同次校准不同设备应根据测量系统统不同的实际际使用情况，，确定GR&R研究相应的测测量条件。34GR&R研究的准备确定（方法、、人员、被测测零件数、重重复测量次数数）。被测零件应为为生产线上的的产品，变差差范围能代表表允差范围，，最好由不同同日期的产品品中每天选一一件，并予以以编号标识。。由日常从事该该测量活动的的人员进行并并事先进行培培训。35测量注意事项项盲测—随机抽取估读—最小刻度的1/2记录—防止混淆36小样法实例零件号人员A人员B极差R14222341367145725981总极差737计算平均极差差:=1.4量具综合误差（GRR）=注：d2查表--*容差百分率（（设容差为20）%GR&R=GR&R/容差=6.1/20×100=30.5%小样法实例38大样法至少2名测量人员至少10个零件每人对每个零零件至少重复复测2遍39步骤：10个零件逐一编编号量具校准人员A对零件进行测测量（随机顺顺序），记录录员记录读数数人员B、C对零件进行测测量（随机顺顺序），记录录员记录读数数。上述循环重复复3遍，测量顺序序打乱。大样法40确定重复性Repeatability选取样件（n)和评价人（r)确定测量次数数（m）重复测量并记记录（xijk)I=1,…,rj=1,…,nk=1,…,m41子组极差：平均极差：标准差：重复性变差：：（（概概率99%）重复性计算42确定再现性Reproducibility选取样件（n）和评价人（（r）确定测量次数数（m）重复测量并记记录（xijk）I=1,…,rj=1,…,nk=1,…,m43再现性计算i=1,…,r再现性变差：：（概率99%）校正后的再现现性：44评价人标准差差：测量系统标准偏差：测量系统（重重复性与再现现性）变差：：GR&R=5.15σm(概率99%）GR&R45容差百分率过过程变差百百分率%GR&R判断测量系统统可否接受的的量度在MINITAB统计工具软件件处理结果中中以（%SV）表示。46测量系统可接接受条件容差百分率≤≤10%过程变差百分分率≤10%47容差百分率>30%或过程变差百分分率>30%测量系统拒绝绝条件48需考虑:被测特性的重重要程度测量系统的复复杂程度成本因素10%<≤≤30%容差百分率或过程变差百分率测量系统有条条件接受49小样法:简单、快捷、、综合反映测测量系统重复复性与再现性性（GR&R）误差大样法：数据量大、更更具可信性、、可区分重复复性与再现性性误差（GR&R）的比重，有有助于寻找原原因，制订改改进措施。两种方法比较较50当重复性误差差比重较大时时，可能表明明：测量设备需要要保养测量设备刚性性不足测量过程中零零件的定位方方式有待改进进零件内变差影影响过大当再现性误差差比重较大时时，可能表明明：需对测量人员员进行操作培培训应更明确规定定校准测量的的方法和要求求经验分析51（1）小样法ShortMethod（2）重复性与再再现性GR&R计数型测量系系统分析52小样法研究确定基准零件件（n=20)确定评价人r确定重复测量量次数m=2判定准则：所有测量结果果一致—接受否则—不接受53设计试验：30个零件事先经经权威判断作作出结论选择3个检验员，每每人对每个零零件检查2次（顺序打乱乱）并给出接接收/据收判断结果果计算：3人判断结果的的一致率（R&R）3人判断结果一一致且正确率率（总体有效效性）计数型测量系系统R&R研究实例54产品：缓冲器器质量特性：喷喷漆表面质量量检验员：检验员两次测量结果一致率检验员两次测量结果一致且为正确率检验员1检验员2检验员3检验员1检验员2检验员3检验次数303030303030匹配数202920152817拒收错误（应接收判拒收）402接收错误（应拒收判接收）111测量结果不一致数1011095%得置信上限83.5%100.0%83.5%67.9%100.0%74.4%结果一致率66.7%96.7%66.7%50.0%93.3%56.7%95%得置信下限49.8%90.3%49.8%32.1%84.4%38.9%三个检验员对零件的六次测量结果一致率三个检验员对零件的六次测量结果一致且为正确率检验次数3030结果