MSA测量系统分析

MSA—测量系统分析1测量系统根本理念测量系统变差识别量具类型1研究偏倚线性重复性再现性稳定性计数型测量系统分析测量系统分析——课程目录：一、测量系统根本理念——推行背景在QS9000〔或TS16949等〕汽车业质量体系中，均具有针对测量系统分析的强制性要求。亦即：企业除应对相关量具〔或测量仪器〕执行至少每年一次的定期校正以外，还必须对其实施必要的“测量系统分析〞〔即：MSA)强制要求一、测量系统根本理念——推行背景在产品的质量管理中，数据的使用是极其频繁和相当广泛的，产品质量管理的成败与收益在很大程度上决定于所使用数据的质量，所有质量管理中应用的统计方法〔SPC〕都是以数据为根底建立起来的。为了获得高质量的数据，必须对产生数据的测量系统要有充分的理解和深入的分析。MSA是SPC的前提。质量保证一、测量系统根本理念——推行背景对控制方案中列入的测量系统要进行测量系统分析分析方法及接受准那么应与测量系统分析参考手册一致经顾客批准，可以采用其他方法及接受准那么与TS标准要求的关系一、测量系统根本理念——推行背景与AIAG其它参考手册的的关系对新的或改进的量具，测量和试验设备应参考MSA手册进行变差研究。MSA为“过程设计与开发”、“产品/过程确认”阶段的输出之一。MSA是控制图必需的准备工作。MSA对现行的探测控制方法的探测度产生影响。PPAPAPQPSPCFMEAMSA下料中心冲压车间商品技术部设备动力部涂装车间测量拓展活动7一、测量系统根本理念——测量误差通过数据不难发现：不同测量人使用同一把卡尺，对同一个零部件进行检测，其测量结果存在巨大误差，由此反映出，虽然量具校准合格，但由于人员测量技能、操作方法、测量零部件的位置等不同，导致测量结果不一致，而这种测量误差对产品质量保证存在巨大风险。在生产现场，每个检验员都会认为自己测量的结果都是准确的，而他们的测量结果就是判定产品合格与否的依据，难道他们的测量不存在误差吗？如下表，为在一次测量比赛中，抽取各部门检验员，使用卡尺对某一零部件直径进行测量的结果：一号检验员二号检验员42.56742.572同一人同种零部件的不同手法Y=x+ε

测量值=真值(TrueValue)+测量误差戴明说没有真值的存在稳定一致、最小一、测量系统根本理念——测量误差9一、测量系统根本理念——测量系统变差的影响1、测量结果在Ⅰ区〔红色区域〕，可判定该测量零部件肯定不合格2、测量结果在Ⅲ区〔绿色区域〕，可判定该测量零部件肯定合格3、测量结果在Ⅱ区〔灰色区域〕，由于测量误差存在，会出现两种误判：合格品误判为不合格品被拒收，不合格品误判为合格品放行。规格下限规格上线工艺要求中心最佳目标Ⅲ区Ⅰ区Ⅱ区Ⅱ区Ⅰ区测量系统误差宽度测量系统误差宽度你的测量系统灰色区域有多大？误判的几率有多高？

对产品决策的影响好坏坏LSLUSL改进方法一改进过程减小偏差改进方法二减少测量系统误差一、测量系统根本理念——测量系统变差的影响11一、测量系统根本理念——测量误差产生的原因量具的分辨能力量具的精密度(重复性)量具准确度(偏差)量具的损坏不同仪器和夹具间的差异不同使用人员的差异(再现性)使用不同的方法所造成差异不同环境所造成的差异测量零部件的清洁及测量位置一、测量系统根本理念——测量误差产生的原因

量具现有管理：只关注了量具检定、校准，未对具体的测量方法、环境等进行系统规范和管理，仅能保证量具合格，并不能保证测量出来的结果是合格、有效的，造成误判和不合格品流出；正确方向：关注于整个测量系统，从人、机、料、法、环等各方面对实际测量进行验证和规范，保证测量系统的可靠性。环境人员

制件

方法例如，在测量前测量人员对量具外表进行擦拭，实际应该对测量面进行擦拭×√测量系统：对被测产品特性赋值所使用的设备〔包括量具〕、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合，也就是说用来获得测量结果的整个过程称为测量系统。一、测量系统根本理念——测量系统概念14一、测量系统根本理念——测量系统概念234标准量具过程的单个输出之间不可防止的差异，变差的来源可分为：普通原因变差和特殊原因变差。接受的用于比较的基准。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，包括通过/不通过装置。用于判定接受与否的数据。变差15理想的测量系统零方差零偏倚零错误概率实际上是不存在的!一、测量系统根本理念——测量系统概念16尽可能好的测量系统足够的分辨率和灵敏度变异和公差相对较小有良好稳定的溯源性受控制运行实际上是存在的!一、测量系统根本理念——测量系统概念17寻找尽可能好的测量系统识别变差源识别潜在的变差源监视这些变差源排除所有的变差源使测量系统受控制运行实际上是可以做到的!一、测量系统根本理念——测量系统概念1819一、测量系统根本理念——测量系统变差类型及根本概念准确性（偏移性问题）精确性（波动性问题）稳定性（波动变大或偏倚变化）偏倚线性重复性再现性稳定性我们对测量数据有什么期望？准确性：数据必须告诉我们真相！重复性：重复测量必须产生同样的结果！再现性：结果不应该受检验员的影响。一、测量系统根本理念——测量系统变差类型及根本概念测量系统分析：指用统计学的方法来了解测量系统的各个变差源，以及他们对测量结果的影响，最后给出测量系统是否符合使用要求的明确判断。

制造过程原辅料人机法环测量测量结果合格不合格测量测量系统分析的目的是确定所使用的数据是否可靠

一、测量系统根本理念——测量系统分析MSA分析时机：

新生产之产品PV(零件)有不同时新仪器，EV(设备)有不同时新操作人员，AV(人员)有不同时

校准周期(文件规定)。测量系统分析可以：评估新的测量仪器将两种不同的测量方法进行比较对可能存在问题的测量方法进行评估确定并解决测量系统误差问题一、测量系统根本理念——测量系统分析一、测量系统根本理念——分析前的准备测试人员和分析人员的选择——测试人员和分析人员不能是同一个人,测试人员实施测量并读数,分析人员进行记录并分析。

——评价人应是日常使用被分析检具的操作工/检验员。

——测试操作人员和分析人员应经过培训,熟悉操作方法和分析方法。

——测量时应尽量采用盲测，以排除人为的干扰。一、测量系统根本理念——分析前的准备量具的准备——应针对具体尺寸/特性选择控制方案指定的量具，假设控制方案未明确规定某种编号的量具，那么应根据实际情况对现场使用的量具进行MSA分析——确保要分析的量具是经校准合格的——仪器的分辨率应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一〔1/10〕。一、测量系统根本理念——分辨率指测量系统识别并反映被测量最微小变化的能力；测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。通常要求量具的最小精度，小于公差宽度的1/10和过程分布6δ宽度的1/10中的较小者。〔具体选择和CP值大小有关系，δ越小量具要求的分辨率就越高〕直尺卡尺千分尺2.82.792.7942.82.822.8222.82.822.8192.82.792.791分辨率一、测量系统根本理念——分辨率另外还可以通过可区分的类别数ndc来表示:ndc=INT〔1.41ⅹ过程总变差波动宽度/测量系统的波动宽度〕,其中INT表示取整数，通常要求ndc大于等于5时，测量系统具备起码的分辨率极差控制图可显示分辨率是否足够：〔看控制限内有多少个数据分级〕分辨率低的极差图分辨率高的极差图一、测量系统根本理念——分析前的准备样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围。有时每一天取一个样本，持续假设干天。这样做是有必要的，因为分析中这些零件被认为生产过程中产品变差的全部范围。一般来说，样品的抽样原那么是1-2-4-2-1。样品的选择二、测量系统变差分析与控制——测量变差识别方法的选择二、测量系统变差分析与控制——测量变差标准化对每一项测量系统建立测量标准，对测量系统变差影响因素进行标准和标准化，保证测量过程的一致性和可靠性。30进行评价时应注意一下几点：①对于测量次数多、频次高的量具，应做稳定性；②对于通用量具，在量程范围内许多点都测，通常做线性不做偏倚性，但是对于专用量具必要时做偏倚；③一个人专用一把量具时，不需要再现性分析，只需做重复性；④再现性分析时，要覆盖所有测量人员；建立测量系统变差分析矩阵：〔三坐标〕二、测量系统变差分析与控制——确定分析特性二、测量系统变差分析与控制——确定分析特性测量系统包括操作者、仪器、零件、方法、环境、标准、假设等各种影响因素，在进行测量系统分析之前，我们必须充分识别影响测量的各种因素，可以使用的工具是测量系统变差的因果图或测量系统变差分析矩阵表，考虑到后者能够对变差类型与变差来源的相关性进行量化，这里建议使用测量系统变差分析矩阵表。注：在此根底上制定MSA分析方案，选择所需的分析方法。制定测量系统分析方案：〔变差分析后再做MSA方案〕二、测量系统变差分析与控制——测量系统分析方案二、测量系统变差分析与控制——测量变差识别应尽可能与测量系统实际使用的环境相一致测试环境确实定：二、测量系统变差分析与控制——测量系统分析流程分析要点：1.改变MSA就是作分析报告的理念！我们分析的是测量系统，而非测量数据！2.学会用分析结果思考问题，清楚分析结论意味着什么！有什么后果！3.理解、分析和标准化测量系统变差。二、测量系统变差分析与控制——测量系统分析要点三、量具类型1研究三、量具类型1研究三、量具类型1研究39三、量具类型1研究40序号测量变差规范方法1测量人员未进行垂直测量；使用时，操作者必须佩戴劳保用品，不允许裸手操作，且测量时量爪应在孔的直径方向上测量，使游标卡尺保持水平状态，使量爪垂直孔径2未将卡尺进行旋转，并寻找测量过程最大值；选取孔径三个方向进行旋转测量，并在每个方位上小范围旋转，选取测量过程中最大值3过程中用力不均匀，导致测量偏差大；规范操作人员用力情况，每次测量力度保持一致4测量过程中，未对卡尺归零过程进行确认；轻推尺框，使卡尺量爪测量面合并，显示屏幕数字为零，且用眼睛观察时游标卡尺两量爪紧密结合应无明显的光隙三、量具类型1研究41标准前：1、运行图中绝大局部点超出控制限，说明存在负偏移的现象，偏移量为-0.08362、cg=0.18和cgk=-0.58说明测量能力严重缺乏，存在较大的测量误差；3、重复性〔EV%〕为109.90%，大局部点子超出下限，说明测量误差占公差的109.90%，且存在偏移现象。标准后：1、运行图中大局部点子在参考值上下波动，过程不存在偏移；2、cg=0.35<1.33,cgk=0.29<1.33，说明测量能力偏低；3、重复性〔EV%〕=57.54%>10%，大局部点子超出上下限，说明测量误差约占公差宽度的57%；综上所述：改进后测量能力Cg由0.36提升至0.70，但该测量能力缺乏需进行改进三、量具类型1研究42测量误差为公差的109%测量误差为公差的57%目标：测量误差为公差的20%三、量具类型1研究43偏倚——对相同零件上的同一特性的观测平均值与真值的差距。四、偏倚性分析2021年抽取马波斯测量机数据，PPM值到达49048，严重影响产品一致性；从2021年至2021年7月，缸体线马波斯测量机测量缸孔数据不稳定，屏蔽一半检测功能，导致不能对缸孔特性100%监控，存在质量隐患。发生源在OP100珩磨工序，流出源在OP150马波斯测量机工序，首先应对马波斯测量机的测量系统进行分析。〔先进行偏倚性〕马波斯测量机：测量缸体缸孔及曲轴孔，测量分辨率0.1μm，加工节拍110s马波斯测量机温度要求：1、温度补偿范围：15°C-40°C；2、机床周围环境的温度变化在≤2℃/每小时的范围内。方法：选取一个落在生产测量范围中间的样件，作为基准件，在测量室中或应用更为精确的工具，进行屡次重复测量，n≥10次，求平均值，作为参考值〔参考真值〕。实际操作：选取1件缸体，在机加二车间珩磨机测量工位测量10次，取其平均值75.0053为基准值〔机加二珩磨机测量缸孔测量精度0.1um、该过程测量系统合格〕4.1确定参考值：四、偏倚性分析

所选缸体在机加一车间马波斯测量机，测量15次获得如下测量数据：4.2收集数据：四、偏倚性分析注意：测量系统分析必须在平时测量的方法、环境等条件下进行，对于需进行刻度读取的必须进行盲测。4.3操作步骤四、偏倚性分析mu=75.0053与≠75.0053的检验平均值变量N平均值标准差标准误95%置信区间TPC11575.00220.00040.0001(75.0020,75.0025)-27.040.0004.4生成图形四、偏倚性分析①如上图，查看直方图，H0未落在蓝线的置信区间之内，且查看对话栏中，参考值75.0053未落在置信区间(75.0020,75.0025)内，说明测量系统存在偏倚；〔反之不偏倚〕②查看对话栏，P=0.000<0.05,否认了均值为75.0053的假设，说明测量系统存在偏倚；测量系统的平均偏倚为70.0022—70.0053=—0.0031综上所述，该测量系统偏倚性不合格，偏倚量为—0.0031.4.4图形分析四、偏倚性分析4.5原因分析与改进如果偏倚在统计上不等于0，检查是否存在以下原因：基准件或参考值有误—检查确定标准件的程序仪器磨损—维修仪器所测量的特性有误仪器没有经过适当的校准—对校准程序进行评审评价者使用仪器的方法不正确—对测量指导书进行评审如果偏倚不等于零，应采用硬体修正法和软体修正法对量具进行重新校准以到达零偏倚；四、偏倚性分析4.5原因分析与改进四、偏倚性分析原因调查：抽取不同温度制件，工件温度在26-33℃之间与缸孔直径为强负相关关系，与金属材料热胀冷缩的温度特性相反，分析为马波斯测量机温度补偿系数不合理。改进措施：在26-33℃工件温度范围内，根据回归方程对马波斯测量机的温度补偿系数优化后，两者呈不相关关系，测量系统工件温度变差源消除，解决偏倚性问题4.6二次偏倚性验证四、偏倚性分析9月27日，对马波斯测量机进行测量能力分析，结论：1、在“直方图〞中，可以看出黑色H0落在蓝色区间内，说明偏倚可接受。2、从MTB分析报告得出，0在95%置信区间(-0.0002,0.0001)内，说明此结果可信。线性的各个零件参考值确实定方法同偏倚完全相同，选择了参考值为：30.0003、200.0002、300.0003、700.0009、999.9989的量块，最大限度的涵盖全部工作量程。线性——指在测量设备预期的工作量程内，偏倚值的差异，线性可以被视为偏倚相对于量程大小不同所发生的变化。所以在进行零部件选取时，需要尽可能涵盖所有的工作量程范围，以量程为150MM的卡尺为例，可以选择10MM、20MM、50MM、100MM、130MM等5个零部件进行线性分析，具体评价方法为：5.1确定参考值：五、线性分析由三坐标室的测量员，以正常的方式对5个量块分别进行测量10次，获得如下测量数据：5.2收集数据：五、线性分析5.3操作步骤五、线性分析5.4生成图形五、线性分析①查看0偏倚线和平均偏倚值是否完全在两条红色的95%置信区间之内。如下图，该过程0偏倚线在95%置信区间之外，平均偏倚值有不在95%置信区间之内的现象说明过程存在线性问题；②查看线性百分率为0%，说明量具线性问题占过程变异的0%；③参考值的偏倚百分率是0.5%，这表示量具偏倚占整个过程变异的比率小于0.5%。综上所述，该测量系统线性不合格，但量具线性问题占过程变异的0%，测量系统的能力较高，在实际工作中相对于过程变差，对测量数据的影响较小，可不考虑。5.5图形分析五、线性分析造成线性误差的可能原因如下：仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损维护保养不好—空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差—最小/最大五、线性分析重复性：通常被称为评价人内部的变差或设备变差〔EV〕，是同一评价人使用相同的测量仪器对同一零件上的同一特性，进行屡次测量所得到的测量系统的变差。再现性：通常称为“评价人之间的变差〞，它是指用不同评价人使用相同的测量仪器对同一产品的同一特性，进行测量的平均值的变差。6.1定义极差法、均值极差法、方差分析法六、重复性再现性分析以涂装车间膜厚仪GRR分析为例给大家做一下介绍：交叉式双性研究：6.2零部件的选取：为了保证所选样本能代表过程变差的实际或预期范围，每天早中晚各抽取一台同色同款的车，利用4天共抽取10台车，选取车身同一位置进行测量。标本一般为10个，能代表过程的分布。六、重复性再现性分析6.3收集数据：选择了三位操作者，对同一台车的同一位置分别测量三次，〔由于膜厚仪为数字显示，故未采用盲测〕，共收集了10台车，90个数据，如下表：六、重复性再现性分析6.4生成分析报告，具体操作步骤如下：六、重复性再现性分析量具R&R研究-方差分析法包含交互作用的双因子方差分析表

来源

自由度SSMS

F

P零部件9110.62712.2919337.1640.000测量人20.0220.01080.296

0.748零部件*测量人

180.656

0.03651.0060.466重复性

602.173

0.0362合计

89113.478p<0.05，拒绝零假设，说明样本来自不同的正态总体；

p>0.05，不能拒绝零假设，说明样本来自相同的正态总体；6.5生成分析报告：六、重复性再现性分析量具R&R方差分量来源方差分量奉献率合计量具R&R0.036282.59重复性0.036282.59再现性0.000000.00测量人0.000000.00部件间1.3617497.41合计变异1.39801100.00过程公差下限=20研究变异%研究变%公差来源标准差(SD)(6*SD)异(%SV)(SV/Toler)合计量具R&R0.190461.1427816.1131.67重复性0.190461.1427816.1131.67再现性0.000000.000000.000.00测量人0.000000.000000.000.00部件间1.166937.0016198.69194.01合计变异1.182387.09425100.00196.58可区分的类别数=8六、重复性再现性分析六、重复性再现性分析查看分辨率：在对话栏最后，可区分的类别数=8，说明量具的分辨率ndc=8>5，说明测量系统分辨力充分满足要求；〔注释：量具的分辨率是指量具的精度是否能够识别过程变差的变化，通常用ndc表示，ndc≥5说明分辨率合格，实际过程中评价一个量具分辨率是否合格，通常要求量具的最小精度，小于公差宽度的1/10和过程分布6δ宽度的1/10中的较小者。〕GRR分析：GRR=16.11%、重复性变差为：16.11%，再现性变差、评价人、人与零部件的交互作用的变差占总变差的0%〔注释：a.GRR代表测量系统变差占过程总变差的比率，通常要求：GRR＜10%说明测量系统重复性和再现性合格、10%＜GRR＜30%说明为临界状态，可根据企业实际情况决定是否可接受、GRR>30%，说明测量系统不可接受；b.在对话框中，%研究变异(%SV)列中，可以得到量具GRR、重复性、再现性、评价人、人与零部件、零部件变差分别占过程总变差的比率〕总体评价：GRR=16.11%，且全部为重复性变差导致，测量系统合格但处于临界范围，需采取措施减小测量设备的重复性变差。六、重复性再现性分析六、重复性再现性分析六、重复性再现性分析规格下限规格上线工艺要求中心最佳目标Ⅲ区Ⅰ区Ⅱ区Ⅱ区Ⅰ区测量系统误差宽度测量系统误差宽度你的测量系统灰色区域有多大？误判的几率有多高？七、稳定性控制——均值极差法〔1〕获取一个样件并建立其与可可溯到相关标准的基准值。如果不能得到这一基准值，选择一件落在生产测量范围中间的生产件，指定它为稳定性分析的基准件。跟踪测量系统稳定性时，不要求该的参考值。〔2〕让一个评价人使用被分析的量检具以正常方式以一定的周期〔每天、每周〕测量基准件3-5次〔抽样的数量和频率应该取决于对测量系统的认识〕。测量20组数据，并将所得测量数据记录到下表。稳定性分析数据表70〔3〕Minitab软件操作步骤：〔a〕将“稳定性数据记录表〞中的数据输入到工作表中；〔b〕点选统计→控制图→子组的变量控制图→Xbar-R;71〔3〕Minitab软件操作步骤：〔c〕点开“标签〞，输入“标题〞内容；〔d〕点开“Xbar-R〞选项→检验，根据8大原那么对“执行选定的特殊原因检验〞进行设置，设置完成后点选“确定〞生成图形。〔4〕依据8大原那么对稳定性进行判定。72造成不稳定的可能因素有：仪器需要校准，需减少校准时间间隔；仪器、设备或夹紧装置磨损；正常的老化或损坏；维护保养不好—空气、动力液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁；基准磨损或损坏，基准偏差；不适当的校准或使用基准设定；仪器质量差；—设计或符合性不好；仪器缺少稳健的设计或方法；不同的测量方法—作业准备、加载、夹紧、技巧；测量的特性不对；变形〔量具或零件〕环境—温度、湿度、震动、清洁度；错误的假设，用错常数；应用—零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差〔易读性、视差〕。73稳定性——指在一段时间内，用相同的测量系统对同一基准或零件的同一特性，进行测量所获得的总变差，也就是说稳定性是随着时间的变化偏倚或波动宽度的变化。稳定性的分析方法——均值极差控制图预见性：先知先得均值图〔偏移大小〕极差图〔波动大小〕七、稳定性控制计数型测量系统是：测量值为一有限分类数量的测量系统，如通止规