msa第三版测量系统分析

测量系统分析第九版：1999年2月MSA0Measurement

SystemsAnalysis版权所有第九版：1999年2月MSA1第6版版权所有，未经书面许可，不得以任何方式复制。测量系统分析（MSA）概述MSA和QS-9000/TS16949的关系MSA

3rd

新的变化测量系统的统计特性灵敏度&

APQP偏倚、线形、稳定性进行量具的重复性和再现性分析(GR&R)计数型测量系统研究MSA技术总结附件第九版：1999年2月MSA2内容提要MSA课程目的第九版：1999年2月MSA3使参加培训的人员：–理解MSA在控制和改进过程中的重要性–第三版和第二版的主要区别–为测量不确定度建立量化的、可测量的和限制的指标和/或作出专业、有水平的评估所需的信息–具备开展测量系统分析所需要的统计方法的实用知识第一章测量系统分析概述第九版：1999年2月MSA4MSA定义测量系统灵敏度计量、校准和追溯偏倚、线性和稳定性GR&R测量系统

比较和分析工具决策—基于数据数据质量（偏倚和方差）第九版：1999年2月MSA测量：赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。测量系统：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；是用来获得测量结果的整个过程。评估这一系统的首要步骤是理解这一过程并确定其是否符合我们的要求第九版：1999年2月MSA6什么是测量系统测量系统的范例第九版：1999年2月MSA7如果要测量一个轴承孔的内径，那么这个测量系统应包括：–被测量的零件–人员–测量仪器–仪器使用方法–进行测量的环境条件作为测量活动的结果，我们产生一个数值，以此表示这个轴承孔的内径什么是测量系统分析第九版：1999年2月MSA8测量系统分析(MSA)–MSA用于分析测量系统对测量值的影响–强调仪器和人的影响我们对测量系统作分析，以确定测量系统的统计特性的量化值，并与认可的标准相比较MSA总目标第九版：1999年2月MSA9测量的不确定度一个与测量结果有关的参数，其值分散的特性可以合理地归结于被测对象。这些数据可表达为系列测量的统计分布、标准离差、概率、百分率、实测值减去实际值；在控制图或曲线图上的点等。测量系统分析第九版：1999年2月MSA10典型的准备包括:分析的作业指导书评价人和样件的数量重复读数和测试次数尺寸的关键性零件构造在日常工作使用测量仪器的作业员能代表整个工作范围的标准件测量仪器的分辨率必须至少能够读出特性的过程变差的1/10持续改进的理念第九版：1999年2月MSA11与过程变差相关联，使测量系统分析对上述基本问题的确定变得更有意义。针对日益强调持续改进的全球化市场，仅仅用相对于公差的百分比来表达测量误差是不够的，而应该使用过程变差。测量系统分析的数据利用第九版：1999年2月MSA12用测量系统所收集的数据用于：–控制过程–评估影响过程结果的变量及其相互关系利用数据分析，增进对测量系统中因果关系和对过程的影响的了解把注意力放在测量系统上，以获得重复性和再现性测量系统变差的影响第九版：1999年2月MSA13

决策是基于测量数据，因此测量值的“质量”决定了后续动作的质量。测量系统变差的影响可分为：控制原理目的产品控制零件是否在规范之内？过程控制过程是否稳定和可接受？测量系统变差的影响对产品决策的影响（P16）ⅡⅡⅢ第九版：1999年2月MSA14ⅠⅠ下限上限目标测量系统变差的影响对过程决策的影响第九版：1999年2月MSA15基本问题第九版：1999年2月MSA16评估测量系统，以确定：–是否具备足够的灵敏度?仪器是否具有足够的分辨力？系统具有有效的分辨率？–是否具备不随时间变化的统计稳定性？–统计特性是否在期望范围内具备一致性，并为过程分析或过程控制的接受？（满足测量的目的？）测量系统变差源测量过程的构成因子（S、W、I、P、E）及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。测量值变差环境（E）方法（P）（程序）仪器（I）(机器)工件（W）人员（P）标准（S）第九版：1999年2月MSA17环境如何影响测量数据第九版：1999年2月MSA18温度变化引起热涨冷缩，使同一零件的同一特性产生不同的读数光线不足妨碍正确读值刺眼的光导致读值不正确受时间影响的材料-如铝、塑料、玻璃湿度污染-如电磁、灰尘测量仪器如何影响测量结果第九版：1999年2月MSA19测量仪器的精度必须小于规范值测量仪器的种类，如尺，卡尺测量仪器的准确度和精密度偏倚和线性重复性和再现性稳定性材料、方法、人员如何影响测量结果第九版：1999年2月MSA20材料：人员：方法（程序）：测量值并不总是精确的第九版：1999年2月MSA21

测量系统的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作的判定

测量系统的误差可分为五类：偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性在使用一个测量系统前必须知道其测量变差MSA应用第九版：1999年2月MSA22建立新量具的适用性和可接受性标准把一个量具和另一个量具作比较评估可疑的量具量具维修前后的性能比较计算测量系统变差确定制造过程可接受性绘制量具性能曲线（GPC）的必要信息从哪里开始？第九版：1999年2月MSA23

评估量测系统的组成并尽可能控制量测系统的变差，以确保量测系统在符合使用它的要求状态下

把我们的关注从测量过程变差扩展到测量系统统计特性和测量不确定性上使用SPC的基本原理第二章MSA和QS-9000/TS16949的关系第九版：1999年2月MSA24检验、测量和测试仪器的控制-4.11第九版：1999年2月MSA25总则

-

4.11.1所有检验、测量和测试设备，包括硬件和软件，都必须确定其测量不确定度，并使其在可接受的范围内检验、测量和测试仪器的控制-4.11第九版：1999年2月MSA26控制程序-4.11.2–确定准确度和精密度（所要求的）–对使用校准失效量具检验并接受的产品必须重复检验–校准和测试时的“环境条件”必须加以评估，以评定其对测量系统的影响–确保搬运、保护和储存–对测试用的硬件和软件作保护，以防止调整不当检验、测量和测试仪器的控制-4.11第九版：1999年2月MSA27检验、测量和测试仪器-4.11.3–记录必须包括员工自备量具–在检查量具时，必须记录其条件和实际读数–如果有可疑的材料已被装运，应通知顾客–确认测量系统分析的方法被顾客所批准。注意：绝大多数人把MSA理解为单纯的GR&R。本课程将证明这种错误观念与要求相差很远检验、测量和测试仪器的控制-4.11第九版：1999年2月MSA28测量系统分析-4.11.4–对客户批准的控制计划中所确定的每一种检验、测量和测试系统作统计分析–供应商应当把统计分析的范围从量具种类延伸到产品族–分析方法和接受标准应符合客户批准的标准或MSA手册的要求实施QS-9000的要求-4.11第九版：1999年2月MSA29标识所有检验、测量和测试设备（IMT），及其校准状态确定量具（IMT）准确度和精密度进行量具（IMT）的变差分析(MSA)当量具（IMT）被发现处于非校准状态时，对其以前测量的结果作确认确保所有量具（IMT）的搬运、保护、清洁、维护和存放校准记录应包括个人量具采用所有MSA手册中的标准TS16949:2002要求第九版：1999年2月MSA30测量系统分析—7.6.1--为分析各种测量和试验设备系统测量结果存在的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划提及的测量系统。所用的分析方法及接受准则，必须与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。卓越品质管理的方法第九版：1999年2月MSA31–最大限度地减少量具种类–最大限度地减少量具数量–根据产品族添置量具–根据MSA手册的要求，按产品族进行统计分析–只采用符合MSA要求的量具–不允许个人量具–用6

过程分布计算MSA结果，而不是规范或公差值三大汽车公司的要求第九版：1999年2月MSA32三大汽车公司对供应商实施MSA

3rd的要求：

Big3

about

MSA

3rd第三章MSA

3rd的主要变化第九版：1999年2月MSA33MSA

3rd的主要变化系统地理解测量过程测量开发和资源选择（第一章3、4节）改变和扩展了偏倚和线性新的计数型测量系统分析方法复杂的测量系统分析实践MSA与测量不确定度的比较关于GRR标准差：

5.15

6第九版：1999年2月MSA34第四章测量系统的统计特性第九版：1999年2月MSA35理想的测量系统第九版：1999年2月MSA36

每次都能获得正确的测量值，每个测量值都与标准值一致有如下统计特性：“零”变差“零”偏倚对被测量产品错误分类为“零”概率量测系统数据第九版：1999年2月MSA37确定所需数据，如何在APQP中使用测量系统值得花费时间和成本以确定测量系统的统计特性是否满足要求测量系统的质量由其测量值的统计特性所决定：–偏倚：95%置信度下，0落在置信区间内（注意:不再是<10%）–线性：“偏倚=0”线必须完全在拟合线置信带以内–GR&R<10%;介于10-30%和–ndc≥5数学表达第九版：1999年2月MSA38过程控制中所收集的数据包含二种不同的，相对独立的变差来源：–制造过程变差(MPV)–测量系统变差(MSV)–总变差

(TV)

= MPV

+

MSV测量系统的变差必须小于制造过程变差MSV

<

MPV注：测量系统的变差必须尽可能小•变差+MSVMPV总变差(TV)规范公差第九版：1999年2月MSA39共同特性第九版：1999年2月MSA40测量系统：必须处于统计控制状态与制造过程变差和规范容限相比，测量系统变差必须很小测量精度不大于过程变差或规范容限中的较小者的十分之一最大变差必须比过程变差或规范容限中较小者小测量系统必须处于统计稳定状态，也就是说，测量系统的变差不受特殊原因支配一般说来，当没有数值(点)落在特殊原因区域内时，测量系统便处于统计控制状态

如果没有如SPC手册中描述的数据趋势或漂移时，我们也可认为是统计控制状态统计控制普通原因区域特殊原因区域第九版：1999年2月MSA41特殊原因区域测量系统变差必须小于规范公差或过程容限测量系统的标记精度必须小于规范公差–规范:2.530+/-0.02–测量系统精度:0.001第九版：1999年2月MSA42规范仪器范例具有行业特点的检验、测量和测试仪器的种类–粘度测量仪–拉伸测试机–轮廓仪-高倍显微镜–X光测厚仪你们有哪些种类的IMT设备？第九版：1999年2月MSA43第九版：1999年2月MSA44第五章灵敏度第九版：1999年2月MSA45灵敏度第九版：1999年2月MSA46

灵敏度：最小的输入产生可探测出的输出信号，是在测量特性变化时测量系统的响应。--由量具设计（分辨率）、固有质量（OEM）、使用中的维修及仪器和标准的操作条件确定。--总是以一个测量单位报告。灵敏度第九版：1999年2月MSA47了解测量系统的能力，以提供过程变差的信息

当测量系统不能探测过程变差时，不宜作测量系统分析

当测量系统不能探测特殊原因变差时，不宜用作过程控制灵敏度第九版：1999年2月MSA48影响灵敏度的因素：--使仪器减振的能力--操作者的技能--测量装置的重复性--电子或气动量具提供无漂移运行的能力--仪器正在使用的环境，如大气、灰尘、湿度理解分辨率第九版：1999年2月MSA49测量一个硬币的厚度-哪个测量系统对这三个硬币提供更好的变差信息?分辨力:“系统检测并如实显示的参考值的变化量。也可称为可读性或分辨率.”分辨率和控制图第九版：1999年2月MSA50范例–用二个系统测量同一组样本–建立如下页所示的均值和极差图(X¯&R图)–观察分辨率分别为0.001和0.01的二个测量系统之间的差别过程控制图第九版：1999年2月MSA51分辨率不足第九版：1999年2月MSA52

当极差图出现以下情况时，表示测量系统的分辨率不足：只有一、二或三个极差值可读四分之一以上极差为零

选择分辨力按比例小于规范或过程变差，以获得足够的分辨率分辨率的决定原则第九版：1999年2月MSA53推荐分辨力最大为过程分布6σ的十分之一，而不是公差（规范）的十分之一在APQP和测试期间进行量具分辨力的研究研究制造过程或相似过程的极差图，根据前页和范例从不断改进的角度看，公差值的十分之一可能不够。第六章基准件和测量不确定度第九版：1999年2月MSA54基准值第九版：1999年2月MSA55为了比较的一个一致认可的值—有时也称为：可接受的值常规值指定值最佳估算值标准测量测量的标准基准件第九版：1999年2月MSA56

具有非常精确制定的一个或更多特性的一种材料或物质，用于仪器的校准、测量方法的评估或给材料赋值。国家/国际测量标准第九版：1999年2月MSA57

一个材料测量，测量仪器，基准件或系统准备去定义、实现、保存或复制一个零件、一个或更多的数量值，为了将它们去和其他测量仪器比较

这些标准被一些国家专业机构或国际一致认可的国际性服务机构所承认，作为确定其他所有与数量有关的标准件的值的依据一些例子：--氦-氖激光长度标准--铯原子频率标准--Josephson

Array电压标准--1Kg质量标准--标准量块--100Ω标准电阻--国家/国际测量标准第九版：1999年2月MSA58使用一个可追溯的标准以提供：—比较的共同点—测量系统有效性—测量系统准确性评价—解决零件间的冲突—最直接的验证指导可追溯标准的局限第九版：1999年2月MSA59在破坏性测试中很难使用有些产品特性和过程结果无确定行业或国家标准有些测试没有行业或国家标准

在设计和开发、合同评审和APQP期间讨论这些局限性.选择第九版：1999年2月MSA60

为了校准可能需要使用非常精密的基准件,其他在实验室内验证的零件和/或相互认同的标准件.这些都是通过最高级别的测量设备评定的最好的产品.

比较分析产生精确的数据，将决定为校准而需要的调整数量.

内部实验室比较:组织,性能和2个或更多的实验室按照预定的条件对设备的相同或相似的部件的评估.测量不确定度第九版：1999年2月MSA61用于描述测量值的质量的术语

测量不确定度是给组成测量系统的变量赋值的所有可能性的总和.（P58）

总的可能性应衡量并且要与在进行的测量的重要性和关键性相一致.测量不确定度和校准第九版：1999年2月MSA62

测量系统的不确定度第一次是通过校准过程而产生

校准允许对测量仪器、测量系统、或标在尺上的刻度值等的指示的误差的评价测量不确定度和校准第九版：1999年2月MSA63

基准件本身,校准和环境以及个人的活动的表现都对测量不确定度有影响.

这就是要经鉴定合格的和/或有资格的实验室以及你应接受对你的测量、检验和实验设备要做或已做校准的数据的益处的原因.测量不确定度第九版：1999年2月MSA64根据测量系统分析而作出的决定包括:使用现有的系统,同时考虑它的测量不确定度.改进系统以控制产生变差的因子.考虑其他具有更高级别的分辨率和能力的测量系统(这通常会花更多的资金但你的MSA数据将帮助你确定并证实适当的资源.)第七章偏倚、线性和稳定性第九版：1999年2月MSA65准确度和精密度第九版：1999年2月MSA66量化：准确度以偏倚评估ISO和ASTM使用的准确度包括偏倚和重复性精密度以重复性和再现性评估准确度和精密度范例量具A量具B量具C量具A的均值量具B的均值量具C的均值A具有最佳准确度B具有最佳精密度C的准确度好于B比较A和C的表现第九版：1999年2月MSA67偏倚测量的观测均值与基准值之差。基准值，也称为可接受的基准值或标准值，用作测量值的认可基准。基准值可以通过更高级别的测量设备进行测量而获得的测量均值来确定。第九版：1999年2月MSA68偏倚范例至至至为A的偏倚为B的偏倚为C的偏倚量具A量具B量具C量具A的均值量具B的均值量具C的均值第九版：1999年2月MSA69量具偏倚的工作指南第九版：1999年2月MSA70用标准值或高等级量具，如完全尺寸检验设备，获得可接受基准值用测量室或完全尺寸检验设备由同一评价人对同一零件作至少10次测量相对基准值作直方图，以判断是否存在特殊原因计算：–读数的均值–偏倚=观测值均值-基准值–公式P74为何做量具偏倚分析第九版：1999年2月MSA71从比例上讲，不会象GR&R那么大，但有助于量化准确度用于同一量具的稳定性和线性进一步分析可接受基准值应与其它统计特性评估相同和以后其他评价人作GR&R分析时，作读数比较量具偏倚大的原因第九版：1999年2月MSA72仪器需要校准仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损或损坏的基准，基准值有误校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差—设计或一致性不好线性误差使用错误的量具不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性变形环境在常量上出错其他偏倚范例第九版：1999年2月MSA7315.8-0.225.7-0.335.9-0.145.9-0.156.00.066.10.176.00.086.10.196.40.4106.30.3116.00.0126.10.1136.20.2145.6-0.4156.00.0同一作业员对一个轴的外径作了15次测量，数据如下：,基准值为6.0，是一个基准值，即假定产品与原样一致。估计偏倚：观测次数

外径观测值

Bias均值(X-bar) =

6.0067偏倚

=

观测均值

-基准值=6.0067-

6.0 =

0.0067标准偏差=

(6.4-5.6)/3.553

=0.22514均值的标准偏差==0.22514/(sqrt15)=0.05813t=0.0067/0.05813=0.115395%置信区间：-1.1185<0<0.1319结论：偏倚是可以接受的，同时假定实际使用不会导致附加变差源线

性在量具预期的工作范围内偏倚值的差值第九版：1999年2月MSA74量具的线性第九版：1999年2月MSA75

量具的线性可以通过对量具预期的工作范围内的偏倚分析而确定

至少要作二次分析，在量具量程范围的下限和上限各一次量具量程范围的中部也应考虑量具线性分析第九版：1999年2月MSA76量具线性工作指南选择可在测量系统不同工作范围作测量的5-8个零件用完全尺寸检验设备确定每个零件的基准值由一个评价人和同一量具测量所有零件每个零件重复m≥10次测量结果分析—作图法（参见偏倚分析）量具线性分析第九版：1999年2月MSA77量具线性工作指南(续)计算零件的偏倚和偏倚均值。将计算出的偏倚由小到大排序以偏倚均值(Y-轴)对基准值(X轴)建立散点图量具线性分析第九版：1999年2月MSA78量具线性工作指南(续)线性由这些点的最佳拟合直线的斜率确定。一般说来，斜率越小表示线性越好计算量具的线性指数线性图析第九版：1999年2月MSA79分析线性第九版：1999年2月MSA80--如果测量系统存在线性问题，需要通过调整软件、硬件或者同时调整两者，再校准以达到0偏倚。--如果在测量范围内偏倚不能被调整到0，只要测量系统保持稳定，仍可以用于产品/过程控制，但不能进行分析。线性误差的原因第九版：1999年2月MSA81仪器需要校准，需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置磨损缺乏维护磨损或损坏的基准，基准出现误差量具的工作范围的上限和下限未经正确的校准仪器质量差—设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性应用错误的量具不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性变形环境在常量上出错其他稳定性稳定性(或漂移)是指一个测量系统在某一持续时间(指几天而不是几小时)获得的对同一基准或零件的一个单一特性的测量值总变差。或者：偏倚随时间的变化第九版：1999年2月MSA82稳定性范例量具A的第一次均值量具A的第二次均值至第九版：1999年2月MSA83为A的稳定性稳定性第九版：1999年2月MSA84

稳定性是测量系统对给定零件或标准零件在不同时间的偏倚的总变差

当同时有多个测量系统介入时，偏倚最小的那个系统被认为是“稳定”的系统量具的稳定性第九版：1999年2月MSA85一般没有R&R问题大有助于确定校准周期当多个系统精确测量同一标准件并随时间变化有显著的变差时，有助于确定最稳定的测量系统应对测试跟踪并图表化(或至少在量具记录中记录实际读数和其它相关数据)对量具稳定性的影响第九版：1999年2月MSA86长时间的不用或间歇使用二次稳定性试验的测量数很大或很小环境或系统变化，例如：湿度，气压–与统计稳定性相混淆的其它因子，如预热效应、磨损度、缺乏维护、作业员或实验人员缺乏培训等量具稳定性错误的原因第九版：1999年2月MSA87仪器需要校准，需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置磨损正常老化或退化缺乏维护磨损或损坏的基准，基准出现误差量具校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差—设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术变形环境变化—温度、湿度、振动、清洁度在常量上出错其他量具稳定性分析第九版：1999年2月MSA88量具稳定性工作指南使用在偏倚和线性分析中作为样件的基准/标准件在保护环境下恰当地保存它们(产品的生命期内)给它们标上名称和号码以便于追溯和进一步研究，包括低、中、高极差值的样本定期（天、周）对标准件作3至5次测量(根据测量系统的具体情况而定)量具稳定性分析第九版：1999年2月MSA89量具稳定性工作指南(续)把数据在均值和极差图或均值和标准差图标出注：要求对每个标准件按过程或规范容限做一个图根据通常的SPC要求作评估（稳定？）将测量标准差与过程变差相比较，以确定适用性对稳定性图的分析第九版：1999年2月MSA90如果稳定性有问题时，均值和极差图会出现漂移或非控制状态–均值图出现非控制状态时，表明测量系统测量不正确，检查：偏倚改变了--确定原因并改正如果原因是磨损--重复校准、维修-不必计算测量系统稳定性数值--通过减少系统变差来改善稳定性第八章量具R&R分析第九版：1999年2月MSA91GR&R第九版：1999年2月MSA92目的–理解用AIAG计算方法所作的GR&R注意:–重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或分布–偏倚、稳定性和线性用于对测量系统变差作定位重复性同一评鉴人员用同一测量仪器测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差第九版：1999年2月MSA93再现性不同评价人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差第九版：1999年2月MSA95量具R&R分析第九版：1999年2月MSA97量具R&R工作指南在测量系统使用者中选出2-3个评价人抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差把零件从1至10编号，但号码不为被评价人所见如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准量具R&R分析第九版：1999年2月MSA98量具R&R工作指南(续)由评价员A随机地对10个零件作测量，由一个观察员记录测量结果由其他评价员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得的读数重复第5和第6步，用不同的随机组合测量对每个评鉴员的读数计算均值和极差量具R&R分析第九版：1999年2月MSA99量具R&R工作指南(续)用所附GR&R报告表，记录零件均值和极差均值计算表示设备变差的重复性计算表示评鉴人员变差的再现性计算GR&R并转换成百分比计算零件变差并转换为百分比计算总变差R&R第九版：1999年2月MSA102重复性--同一评鉴人员用同一测量仪器测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差。做极差图再现性--不同评价人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差做均值图极差图结论第九版：1999年2月MSA104对于两个评价人,所有的点都在控制限制内,因此，评价人没有区别

如果其中一个评价人的测量值超出控制限制，那么结论是他的方法与另外一个不同

如果两个评价人都有一些点超出控制限