测量系统分析-MSA

测量系统分析——MSA常州盛士达ChangzhouSenstar2/2/20231一引言

评定测量系统的程序，广泛用于整个汽车工业。

2/2/20232什么叫测量系统？用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合，用来获得测量结果的整个过程。

2/2/20233MSA的中文含义：

M---Measurement测量S---Systems系统A---Analysis分析MSA-----测量系统分析2/2/20234测量术语简介关键词

测量——对某具体事物赋予数字（或数值）以表示他们对特定特性之间的关系。测量过程——赋予数值的过程，定义为测量过程。测量值——数值的指定定义为测量值。测量的本质是对被测对象赋值，所赋的值称为结果。测量结果可以是定量的,也可以是定性的（止通规）。测量是一个制造过程，其输出是测量值（数据）。2/2/20235测量系统的“分辨能力”

△

测量系统的“分辨能力”，也称“分辨率”：定义：即测量系统检出并如实批示被测特性中极小变化的能力。●

若没有足够的分辨力，应使用更好的测量技术；●

若不能测定出“过程的变差”，这种分辨力用于“分析”是不可接受的；●

若不能测定出“特殊原因的变差”，它用于“控制”也是不可接受的。2/2/20236△变差△变差：相邻再次测量值的差异。1）变差是由于普通原因和特殊原因造成的。2)控制测量系统的变差：a.识别潜在的变差来源，b.消除（如有可能的话）或监控这些变差的来源。

2/2/20237△

均值法和极差法：△

均值法和极差法：是一种提供测量系统重复性和再现性估计的数学方法。他允许把测量系统分解成两部分：重复性和再现性，而不是他们的交互作用。

2/2/20238△

样本容量（数量）△

样本容量（数量）：指一个样本所取的零件数量，一般取10个零件在现场抽取，代表过程变差的实际、或预期范围（手册57页表7的量具R&R数据表，表8量具重复性）

2/2/20239▲开展“MSA”测量系统分析的前提：

●

过程受控：Cpk≥1.33或Cpk≥1.67●

分析的目的：鉴别测量系统的精度能否足够地满足零件(试样)精度的测量需要.●

测量数值时:1尽可能地避开因零件的椭圆度、锥度、不圆柱度等的于扰；2.对已编号的零件确定测量点（可用彩色笔按120°均分标注），最好测量头（脚）能靠在零件的某肩夹处，减少轴向移动。

2/2/202310图1.1测量过程

设备（量具：制造误差）

人员（熟练程度，认真程度，读数误差等差别）

环境（温度，湿度，灰尘，振动等）

原材料（被测对象内部差别）

操作规程

共同作用

输出测量值

顾客

2/2/202311可看出在测量过程中存在大量的随机因素的影响，使得过程的输出——测量值也是随机变量。从图1.1看出测量过程与一般工业制造过程本质上是相同的，所以对测量系统分析可以应用统计过程控制概念，原理，方法在测量系统分析中占有重要地位。

2/2/202312测量系统误差有五种类型

用以评价用于生产环境中的测量系特别是用于评定下列统计特性：

2/2/202313计量型器具

计数型器具

再现性

重复性

试验设备

稳定性

线性

偏倚MSA有资格的专门机构研究部门的课题

控制计划

有资格的专门机构进行鉴定常用

采用均值极差分析法

常用采用小样分析法

2/2/2023141,重复性：

由一个评价人（检验员），采用一种测量仪器多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。

定义本主题中要使用的词汇重复性2/2/2023152,再现性:

由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。评价人B

评价人C评价人A再现性2/2/202316GRR或量具的重复性和再现性

(GageR&R)再现性GRR2/2/2023173,偏倚：

1．

是测量结果的观测平均值与基准值的差值。偏倚是从测量系统的系统误差构成的

偏倚

观测的平均值

基准值2/2/2023184,稳定性：

稳定性（或飘移），是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。

时间1

时间2

稳定性

2/2/2023195、线性：

是在量具预测的工作范围内，偏移值的差值。

偏倚较小

偏倚较大

基准值

基准值

观测的平均值

观测的平均值

范围的较低部分范围的较高部分图5a线性2/2/202320有偏倚无偏倚有偏倚图5b线性(变化的线性偏倚)观测的平均值

基准值

2/2/202321总体来说，以上这些程序有时被称为“量具R和R”程序，这是因为它们常常只是用来评价再现性和重复性这两项统计特性。

通常这些方法便于在生产环境中使用。但不允许用来研究其他要素的影响，如温度及光线等对测量系统的变差的影响，需要用其他统计方法完成某一阶段试验。

2/2/202322△评价一个测量系统时需要确定三个基本问题：

首先，这种测量系统有足够的分辨力？其次，这种测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致？最后，这些统计性能在预期范围内是否一致，并且用于过程分析或控制是否可接受？2/2/202323

△把测量误差只作为公差范围百分率来报告的传统，是不能面临重点在于持续过程改进的市场挑战。

2/2/202324测量系统研究的目的之一：

●

是获得测量系统与环境交互作时，该系统有关测量变差量和类型的信息。l

此信息的价值，在于对一般的生产过程，确认重复性和校准偏倚，以及为它们合理的极限，比提供具有非常高重复性、特别准确的量具更实际。2/2/202325应用这种研究可提供（用途）。

（1）

接受新测量设备的准则；（2）

一种测量设备与另一种的比较；（3）

评价怀疑有缺陷的量具的根据；（4）

维修前后测量设备的比较；（5）计算过程变差，以及生产过程的可接受性水平；（6）

作出量具特性曲线（GPC）的必要信息。(GPC指示接受某一真值零件的概率)。2/2/202326实例

被测参数：φ24.7±0.06公差带:0.12量具；游标卡尺:0～150mm/0.02

2/2/202327计量型

器具测

量系统

分析报告2/2/202328重复性

再现性

报告2/2/202329测量

系统

评价图2/2/202330计数型器具

测量系统

分析报告2/2/202331MSA安排计划2/2/202332偏倚分析报告2/2/202333线性分析

报告12/2/202334线性分析

报告22/2/202335线性工作表使用说明：

1.

选取5个不同尺寸的零件，要求覆盖被分析量具的量程；2.

采用盲测方法，由检验员随机对每个零件进行测量12次，并由评价人记录检查结果；3.

电脑自动计算得到相应分析报告。分析要求：1.

线性分析图黑色X点（每个零件的测量平均偏倚）应处于两条红色；2.

∣t∣值应小于tgm-2,1-α/2；如有任意一条不满足，线性不符合要求。2/2/202336《结果——数值分析》

一、量具重复性和再现性的“数据表”和“报告表”的功能1、提供了数据的数值的分析方法，1评定变差及各种变差占整个测量系统的过程变差

2.重复性变差3.再现性变差 4.零件间变差2、上述变差与图表分析结果作比较，并对此作补充。2/2/202337

1、重复性或设备变差（EV或σe）EV=R×K1

2、再现性或评价人变差（AV或σO）

AV=[xdiff×k2]2-[（EV）（n×r）]

基于：占正态分布曲线以下面积的99%的5.15个标准偏差，为各变差分量的计算结果。

式式中：xdiff——评价人的最大均值差K2——购见表2

n——零件数；r——试验次数

注：如果根号下计算值为负数，则评价人变差（AV）缺省为零。

二、对变差数值的分析2/2/2023383、重复性和再现性变差（R&R或σm）

R&R=[（EV）2+（AV）2]

4、零件间变差（PV或σp）

PV=Rp×K3式中：Rp——零件平均值的极差5、总变差（TV或σt）

TV=

[（R&R）2+（PV）2]Δ若过程变差已知并且它的值以6σ为基础，则它可以代替量具研究数据中计算出的总变差（TV），通过以下两项计算完成：

（1）TV=5.15[过程变差/6.00](2)PV=

[（TV）2+（R&R）2]

2/2/2023396、各变差与总变差（TV）的比较。一旦研究中每个因素的变异确定后，便可与总变差进行比较。1）

设备变差占总变差的百分率（%EV）%EV=100[EV/TV]2）评价人变差占总变差的百分率（%AV）%AV=100[AV/TV]3）重复性和再现性变差占总变差的百分率（%R&R）%R&R=100[R&R/TV]（CL——置信水平）4）零件间变差占总变差的百分率（%PV）%PV=100[PV/TV]2/2/202340☆各因素占总变量的百分数之

和不等于100%。

（1）

应对总变差的百分数结果进行评价，以确定测量系统是否被允许用于预期的用途。（2）

如果分析是以公差而不是以过程变差为基础，则量具重复性和再现性报告表格（表8）可将右侧的%总变差改变为%公差。因此，%EV、%AV、%R&R和%PV的计算式中的分母总变差（TV）替换成公差值。

根据测量系统或顾客的要求可以采用任何一种或两种方法。

2/2/202341三、量具重复性和再现性（R&R）

的可接受性准则：

1、低于10%的误差——测量系统可接受（或称良好）；2、10%至30%的误差——根据应用的重要性，量具成本，维修费用等可能是可接受的；（或称勉强接受）3、大于30%的误差——测量系统需要改进。进行各种努力发现问题并改正。2/2/202342《量化零件内过大变差的影响》

1研究、了解测试系统的变差源，对测量的应用非常重要；2找出哪有显著的零件变差更是关键所在；2/2/2023433零件内变差：例如锥度、失圆等。1）它将给测量系统的评价带来错误的结果。2）不计零件内变差会影响对重复性、再现性或两者的估计。3）零件内变差可以成为测量系统变差的显著分量。

因此，了解生产中出现的零件内变差，将对了解测量系统对止前任务的适用性有更大的意义。2/2/2023444一个加入了零件内变差测量系统分析的均值和极差法，其程序与标准的均值和极差法是相同的。5每个零件由每位评价人至少重复以下这个过程两次，此法将零件内变差以量具重复性变差中分离出来，以便更好地进行量具评价。1）零件旋转360°或彻底检测以估计每个零件变差的全范围——将每个零件的最大（最高）和最小（最低）的读数记录在适当的格内；2）最大读数减去最小读数记录在极差格内。图18和19中运用标准均值和极差法对五个正好相同的零件进行了评价。可容易地看出。量具重