测量系统分析

测量系统分析(MSA)计数型MSA计量型MSA测量系统的意义在6管理中，数据的应用是极其频繁和相当广泛的。6方法的成败与效益，在很大程度上取决于所使用数据的质量。无论是过程控制、抽样检验，可靠性，还是线性回归，试验设计等都要使用数据。为了获得高质量的数据，需要对产生数据的测量系统有充分的了解和深入的分析。没有两个东西是完全相同的,但是即使是,我们测量时仍然会得到不同的值。

1、测量：对某一具体事物赋予数值，以表示它们对于特定特性之间的关系。2、测量系统：在测量过程中，由人员、仪器或量具、测量对象、操作方法和环境所构成的整体。3、测量系统分析：是指运用统计学的方法对测量系统进行评估，了解影响测量结果的波动源及其分布，并确认测量系统是否符合工程需求。任何实测数据的波动都可以看作过程的波动和测量系统的波动之和，即：σ总2=σ过程2+σ测量系统2术语测量系统分析方法测量内容有两种形式Attributes计数值/定性值数据不能以连续的标尺描述通过/不通过，好/坏Variables计量值/定量值数据可以用连续的标尺来描述

计数值和计量值必须用不同的方法处理测量系统的波动

测量系统的波动主要是由于量具和检验员的变化引起的。为了考察量具和检验员的波动程度，常常要选用一些零件或产品让检验员使用量具去测量。因此零件间本身的变异对测量结果也有影响，故还要考察零件间的波动； 如果测量系统的波动来源主要是零件间的变异，则测量系统状况良好。反之，测量系统的波动主要是由于量具和检验员的变异引起的，则测量系统状况不良； R&R主要分析各种波动在测量系统总波动中的百分比，从而判别测量系统的状况。计量型测量系统1、分辨力：指测量系统识别并显示被测量最微小变化的能力。2、偏倚：测量系统准确度的度量，是用来描述测量结果的位置方面的状况，反映的是测量结果平均值与真值的差异程度。3、线性：在测量系统预期的量程范围内，各点处的偏移与参考值呈线性关系。4、稳定性：指测量系统的各个计量特性（主要是偏移和精度）在时间范围内保持恒定的能力。5、重复性：衡量测量系统的精确性6、再现性：衡量测量系统的精确性测量系统评估项目准确度和精密度假定材料的硬度的“真值”是5.0方法1得到的读数为：

3.8,4.4,4.2,4.0(4.10.45)方法2得到的读数为：

6.5,4.0,3.2,6.3(52.86)哪种方法更准确？哪种方法更精密？你倾向哪种方法？为什么？分辨率指系统可测量的小数部分的位数。测量的增量至少要达到产品或过程规格宽度的十分之一ABWhichrulesshouldbeusedtomeasuretheprocesswiththeabovedistribution?应该使用哪一把尺测量具有上述分布的过程一般为测量结果的最小间距。评价分辨力的标准：测量对象波动的标准差测量系统波动的标准差≥5，测量系统才有足够的分辨力测量系统分辨力不足时，一般应考虑更换量具或选用更好的测量技术对连续型测量数据，分辨力最终起码要注最小间距不大于过程总波动的1/10。1、分辨力在整个量程中各处的偏移可能并不相等，整体偏移的状况可以用偏移平均值与过程总波动比值表示。

=6σ总正负抵消后算出的，平均小并不代表各处偏移小如果测量系统确有偏移，则应在校准时确认其偏移值，并在以后测量时，对在此特定基准值处的观测值加以相应修正。2、偏移好的测量系统应要求在量程和任何一处都不存在偏移。如果存在偏移，且偏移具有线性，即偏移是基准值的线性函数，可以对测量值进行修正。已知各点偏移量可以用回归分析求出线性回归方程Y=a+bX斜率为b衡量偏移总的变化，引入线性度，它的量纲与Y的量纲相同。线性度：过程总波动与该线性方程斜率的绝对值的乘积，表示测量值偏移波动的范围。3、线性测量仪器准确度或精密度在仪器量程内的变异y=xGuage1:Problemwithlinearity量仪1：线性度有问题MeasureValue测量值TrueValue真值y=xGauge3:Noproblemwithlinearity量仪3：线性度没问题AccuracyvariesoverRangeofmeasurement准确度改变Guage2:Problemwith

linearity量仪2：线性度有问题

y=xMeasureValue测量值MeasureValue测量值TrueValue真值TrueValue真值PrecisionvariesoverRangeofmeasurement精密度改变用测量结果的稳定性衡量。定期对测量标准器或标准件进行重复测量，并绘制测量值的控制图。从控制图可以判定测量系统是否统计稳定，并且针对引起不稳定的原因进行分析和纠正。（控制图在八章中学习）4、稳定性测量的分布保持不变，均值和标准差皆可预测无漂移、突变、周期性循环等用趋势图评价通过定期校准和重复性与再现性分析加以控制真值Time2时间2Time1时间1准确度随着时间而产生变化的测量5、重复性由同一个测量系统，多次重复测量同一零件的同一特性时，所获得的测量值的变异称为量具的重复性，或称为测量系统的重复性，简称重复性；一个好的测量系统应具有很好的重复性，也就是它的重复测量值的变异是很小的；1stMeasurement第一次测量2ndMeasurement第二次测量Repeatability重复性精度:重复性重复性：测量装置的固有变异对同样的变量在相似条件重复测量时的变异同一检验员同一设置同一量具相同的环境条件短期用重复测量的分布的平均标准差来估计

GoodRepeatability好的重复性重复性:对同一部件的同一特性由同一个人使用同一测量仪器的连续测量间的方差。也称为测试-再测试误差（test-retesterror）;用来估计短期测量变异.PoorRepeatability差的重复性实际值真值TrueValue真值6、再现性由不同测量系统测量同一零件的同一特性所得重复测量的均值的变异，称为量具的再现性，或称为测量系统的再现性，简称再现性；测量系统B测量系统AReproducibility再现性测量系统A精度:再现性再现性：不同条件下同一测量时的变异不同的操作人员不同的设置不同的量具不同的环境条件长期测量变异用不同测量条件下的测量平均值的标准差来估计再现性:由不同的人员、不同的机器、不同的工具等对同一部件的同一特性的测量平均值的标准差。实际值TrueValue真值检查者A检查者B检查者C检查者A检查者B真值GoodReproducibility好的再现性PoorReproducibility差的再现性检查者c测量系统方差:s2meas=s2repeat+s2reprod

量仪R&R分析的基本输出测量系统指标.确定测量系统是“好”还是“坏”，需要将产品规格或过程变异与测量系统变异相比。将s2meas与公差相比较:

Precision-to-ToleranceRatio(P/T)精密度-公差比例将s2meas与过程变异比较:

重复性和再现性

区别指数对过程重要!对客户重要!

测量系统指标精密度-公差比例表示测量误差所占公差的百分比5.15smeas

代表99%的测量最佳状况：<10%勉强可接受：<30%包含重复性和再现性Tolerance*.T/PMSs=155Tolerance=USL–LSL公差＝规格上限-规格下限P/T比例Usuallyexpressedaspercent通常以%表示%P/TV

表示由于测量系统的误差占所有变异的百分比%P/TV:最佳状况：<10%可接受：<30%P/TVsTotalsMS%P/TV=×100%(or%StudyVar)P/T与%P/TV的应用P/T1、P/T比例是对测量系统精密度最常用的估计2、它评估测量系统针对相关产品规格的测量效果3、适当的P/T比例极大依赖于过程能力P/TV1、%P/TV是6Sigma分析的最好测量2、估计测量系统对整变体过程异的表现3、%P/TV是实施过程改善分析的最好估计。所挑选的样本必须涵盖整个过程范围。测量能力评价指标%Contribution=×100%sTotalsMS%Studyvariation=×100%(P/TV)sTotalsMS5.15×%Tolerance=×100%

(P/TRatio)TolerancesMSNumberofDistinctCategories=Round(×1.41)（明显分类数）(区分测量系统的分组数)sMSsPart22判断准则区分

%P/TV

P/TRatioNo.ofDistinctCategories明显分类数Good好的水准0~10%0~10%>10Acceptable可以接受的水准

10~30%10~30%5~9Bad不接受>30%>30%<5计量型测量仪器分析-用MinitabDataanalysisbyusingMinitab让我们用Minitab来分析一些数据OpentheworksheetinVariableMSA.MPT.打开文件VariableMSA.MPJ中的工作表\TISCO_BB1_Minitabdata\M\VariableMSA.MTWMinitabGR&R分析选项/信息屏–用MinitabInfo.EntertheGaugeinformation在此输入特定的测量仪器信息作为履历

当进行一定数目的重复时非常重要EntertheProcessTolerance在选项屏中输入制程公差

Toleranceisthefullspecificationrange.Youcanaddadescriptivetitle.记住-公差是规格的整体范围！

你也可以加上一个描述性标题Minitab输出Minitab产生解析的和图表的分析信息

SessionResults解析结果ANOVATableANOVA表格

VariationComposition散布构成PercentageTable百分比占有率表GraphicalResults图表结果X-Bar/RChartX-Bar/R图VariationComposition散布构成

Operator*PartInteractionChart检验员*部件交互作用图ByOperatorChartandByPartChart检验员别和部件别图让我们先看解析结果，然后再看图表结果

StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)

TotalGageR&R0.0666150.3430632.6668.61Repeatability0.0359400.1850917.6237.02Reproducibility0.0560880.2888527.5057.77inspector0.0302000.1555314.8131.11Operator*Sample0.0472630.2434023.1748.68Part-To-Part0.1927810.9928294.52198.56TotalVariation0.2039651.05042100.00210.08NumberofDistinctCategories=4测量仪器R&R报表-Minitab輸出%P/TV必须小于30%%P/T必须小于30%Note:NumberofDistinctCategoriesmust≥5注意

-注意明显分类数！必须不小于5!

图表Minitab输出极差（Range）图可以帮助确定不合适的分辨率

我们要求在控制限内有最少5个不同水准。我们想看到在X图中部件均值散布在控制线的外面

这显示的是部件-部件的散布

如果没有失控点,你很可能没能获得生产中覆盖正常范围的样本

X-图如果每个检验员的平均值不同，再现性值得怀疑。

我们要求更多的平均值落在控制线外部，但所有的检验员是一致的。这预示着部件-部件的散布很广，正是我们想要看到的。x我们想看到图上多数点落在控制线外部如果如此，而且R-图受控，那么我们就能决定由测量系统占有的制程变异百分比。

R-图我们希望R图能显示适当的分辨率，即：

R-图在控制线内有多于5个的明显水平

少于1/4的值为0，因为为0的值太多，意味仪器的分辨率不够。如果R-图显示非受控情况，重复性可疑。如果一个检验员的极差非受控，而其他检验员的极差受控,那么测量方法可疑。

如果所有的检验员的极差都非受控，那么系统对操作者方法敏感。R对每个检验员按照部件别画一条线我们期望对所有的检验员，所有的部件都是平行线

如果存在检验员-部件交互作用，我们需要了解并加以解决

检验员-部件交互作用图(Minitab輸出)我们要求测量仪器

R&R

部分越小越好,以使部件-部件变异尽可能的放大

散布的构成-Minitab输出P/T值P/TV值Contribution检验员测量数据分析检验员别图显示平均值（红圈）和每个检验员的每个数据

所有检验员的测量分布应一致或接近，所有检验员的测量平均值应相等，即平均值成一条水平线

部件测量数据分析此图显示平均值（红圈）和每个部件的分散每个部件的分布应该很小，但部件间的平均值应有分别

处理量仪能力不足如果主要变异源来自重复性（设备），则需要替换，修理或调整设备。

如果主要变异源来自操作者（再现性），则需要通过训练和定义标准化的操作程序来调整。需要观察各操作者之间的不同，以识别是否是训练，技巧或程序问题。

WhichNeedsMoreAttention?哪个更需要关注？MeasurementSystemorProcessCapability?测量系统还是过程能力？

Process %R&R Obs.Cp Decision? 1 4% 0.6 ? 2 4% 1.8 ? 3 70% 0.6 ? 4 70% 1.8 ?

Capabilityvs%R&R

%R&R与能力Whenmeasurementsystemsareinadequate,soarethedecisionswemakeusingthem.测量系统能力不充分时，我们也不可能作出最佳的决策。REMEMBER:记住：AssessmentDisagreementAppraiser#pass/failPercent(%)#fail/passPercent(%)#MixedPercent(%)1214.317.100.0217.117.1321.4317.1321.400.0#pass/fail:Assessmentsacrosstrials=pass/standard=fail.#fail/pass:Assessmentsacrosstrials=fail/standard=pass.#Mixed:Assessmentsacrosstrialsarenotidentical.BetweenAppraisersAssessmentAgreement#Inspected#MatchedPercent(%)95.0%CI14857.1(28.9,82.3)#Matched:Allappraisers'assessmentsagreewitheachother.AllAppraisersvsStandardAssessmentAgreement#Inspected#MatchedPercent(%)95.0%CI14642.9(17.7,71.1)Lowerboundmustbe≥85%WithinAppraiserAssessmentAgreementAppraiser#Inspected#MatchedPercent(%)95.0%CI11414100.0(94.8,100.0)2141178.6(49.2,95.3)31414100.0(94.8,100.0)#Matched:Appraiseragreeswithhim/herselfacrosstrials.EachAppraiservsStandardAssessmentAgreementAppraiser#Inspected#MatchedPercent(%)95.0%CI1141178.6(49.2,95.3)214964.3(35.1,87.2)3141071.4(41.9,91.6)#Matched:Appraiser'sassessmentacrosstrialsagreeswithstandard.计数型测量系统AttributeData:计数型数据可用作记录或分析的定性数据（通常为合格/不合格）AttributeMeasurementSystem(AMS):计数型测量系统将每一产品与标准对比，如果符合标准的要求则接受。可由检验员或合格/不合格量规来实施检查筛选用计数测量系统百分百评价产品计数术语筛选效率 AMS区分合格与不合格产品的能力客户偏好筛选标准太严格：合格产品被拒收生产者偏好筛选标准太宽松：不合格产品被接收计数值重复性、再现性R&R的目的确定各班次、各机器、各流水线的检验员是否用同一标准区分合格与不合格量化测量者或测量仪器是否能正确重复检验结果的能力确定检验员/量仪符合标准的程度，包括：检验员拒收合格产品的概率检验员接受不合格产品的概率识别以下各项 培训需求(个别或全部检验员) 缺少程序或控制计划标准没有清晰定明量仪需要调整或进行相关对比计数测量系统应注意事项 计数值通常在筛选产品中产生100%产品筛选通常是在过程不能以高比例生产合格产品时,实施因此，将生产大量的边界产品（合格或不合格产品) 很多测量系统、检验和运作过程都存在变异，这导致大量合格产品的拒收或大量不合格产品的接受

因此我们应该将重点放在改进系统能力而非完善筛选系统计数测量系统应注意事项操作者各自的一致性分析（重复性）。每个操作者与标准的一致性（重重性）。操作者之间的一致性（再现性）所有操作者与标准的整体比较（再现性）计数性测量系统的分析，可以从有效性、漏判率、误判率三个方面进行有效性：属性值测量系统一致性分析计数R&R方法1)从过程中选取至少30件产品，合格品与不合格品各占一半。在我们选出做分析的产品中应包括下列产品：不良品无缺陷产品边缘产品2）挑选检验员和量仪。检验员应具有经验和资格3）让每位检验员独立以随机的次序检验这些产品并确定合格与否,并重复测量至少2次。4）将数据输入至Excels工作表或Minitab报告MSA的效率。记录结果。5）如需要采取恰当的措施修正检验过程。6）重新进行分析，以验证修正措施。计数R&R—方法1利用Excel表AppraiserScore=检查员自身一致次数/总次数Scorevs.Attribute=检查员检测结果与已知标准相符的次数/总次数ScreenEffectiveScore=所有检查员有一致性的次数/总次数ScreenEffectiveScorevs.Attribute=所有检查员与标准相一致次数/总次数KnownPopulation检查员1检查员2检查员3Y/N-1Y/N-2Sample#AttributeTry#1Try#2Try#1Try#2Try#1Try#2AgreeAgree1PassPassPassPassPassFailFailNN2PassPassPassPassPassFailFailNN3FailFailFailFailPassFailFailNN4FailFailFailFailFailFailFailYY5FailFailFail