测量系统分析(完成)

测量系统分析

（MeasurementSystemsAnalysis,MSA

）

—基础要求篇主讲人：李东玲.主要内容：1）MSA的重要意义2）目的3）介绍几个基本术语4）测量数据作用、质量及统计特性5）测量系统的评定内容6）计数型和计量型测量系统的简要介绍7）大样法和小样法8）变差类型及报告表格举例.一、MSA的重要意义1）一个制造过程的状况必须经过测量来获取相关信息，因此测量数据将会决定制造过程是否应被调整，如果统计结果，该过程超出控制界限，即能力不足时，则须对过程作某些调整，否则，该制造过程将会在无调节的状态下运作。.2）测量数据的另一用途是可以监视两个或更多变异彼此之间是否存在某种关系性，如塑料件的尺寸将与进料温度有关。因此，测量数据的品质对于过程分析结果占有相当重要的因素，为了确保分析结果不致对过程误判，就必须重视数据的品质。.3）测量数据品质与过程是否在稳定状况下所获得的多种测量有关，若在稳定状况下所获得某一特性的测量数据，其结果“近似于”该特性的标准值，则数据品质可谓“高”；若某些或全部数据偏离标准值甚远，则数据品质可谓“低”；.4）常用于表示数据品质高低的统计特性有偏差和方差，所谓偏差是指测量数据平均值与标准值的差异；所谓方差则是指测量数据本身之间差异。如果数据品质是不可接受的，则必须加以改进，然而这常常应改进测量系统本身，而非改进数据。因此，对于测量系统品质的评估，是极其重要的。.5）QS9000要求必须对控制计划中指示的所有检验、测量和试验装置进行测量系统分析。6）ISO/TS16949：2002质量管理体系标准中7.6.1条款明确规定：为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的变差，应进行统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接受准则应符合顾客关于测量系统分析的参考手册的要求。如果得到顾客的批准，也可使用其他分析方法和接受准则。.二、掌握、了解MSA主要目的:测量系统研究可提供：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）计算过程变差所需的方法，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。.三、基本术语1）测量：定义为赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特定性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。2）量具：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GO/NO-GO设备。3）测量系统：是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；用来获得测量结果的整个过程。4）测量系统分析（MSA）：是用于确定测量装置与公差相比的误差。.四、测量数据的作用1）测量数据用于统计控制；2）测量数据确定两个或多个变量之间的关系；3）测量数据使我们获得的利益要取决它的质量，当数据的利益足够大于获得数据的费用，我们要尽可能提高获取数据的质量；.五、测量数据的质量1）测量数据质量于稳定条件下运行的测量系统得到的多次测量结果的统计特性有关；2）低质量数据的原因之一是数据变差太大，而变差大多是由于测量系统和它的环境之间的交互作用产生太大的变差。.六、测量系统的统计特性1）一个能产生理想测量结果的测量系统应具有零方差、零偏倚和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，具有这种理想的统计特性的测量系统几乎不存在，因此过程管理者必须采用居于不太理想的统计特性的测量系统；2）测量系统的质量经常仅仅用其测量数据的统计特性来确定；3）测量系统的统计特性具有针对性；在某一用途中最重要的，在另一用途中不一定重要。.七、测量系统的共有的统计特性尽管每一个测量系统可能需要有不同的统计特性，但有一些特性是所有测量系统必须共有的，它们包括：1）测量系统次序处于统计控制之中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因造成的，而不是特殊原因造成的；这可称为统计稳定性；2）测量系统的变异必须比制造过程的变异小；3）变异应小于公差带；.4）测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者的十分之一；5）测量系统统计特性可能随被测项目的改变而改变；若真的如此，则测量系统最大的（最坏）变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。.八、测量系统的评定评定一个测量系统：1）第一步验证该系统一直在测量正确的变量。如果一直在测量错误的变量，那么无论该测量系统多么准确或精密，都将是徒劳无益的；2）第二步确定该测量系统必须具有什么样可接受的统计特性；.测量系统的评定通常分两个阶段：1）第一阶段：了解测量过程并确定该测量系统是否满足我们的要求；第一阶段有两个目的：确定该系统是否具有所需要的统计特性；发现哪种环境因素对测量系统有显著影响；2）第二阶段：验证一个可行的测量系统是否保持恰当的统计特性。常见的量具R&R是第二阶段的一种形式。.九、评价一个测量系统时需要确定三个基本问题1）首先，这种测量系统有足够的分辨力吗？2）其次，这种测量系统在一定时间内是否在统计上保持一致？3）第三，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?.十、测量系统类型及对应MSA方法测量系统类型MSA方法基本计量型极差，均值和极差，方差分析（ANOVA），偏倚，线性，控制图基本计数型信号探测，假设试验分析不可重复（例如，破坏试验）控制图复杂计量型极差，均值和极差，ANOVA，偏倚，线性，控制图多重系统，量具或试验台控制图，方差分析（ANOVA），回归分析连续过程控制图其他情况替代法.十一、计数型与计量型测量系统1）计数型测量系统：一种测量数值为一有限的分类数量的测量系统。例如：通/止规（go/nogogage）是最常用的量具，它只有两种可能的结果；其它的计数型测量系统，例如目视标准，可能产生五到七个分类，如非常好、好、一般、差、非常差。.2）计量型测量系统:是我们研究最多的测量系统。它不像计数型测量系统只能指示该零件被接受还是拒收，而能指示一个零件的具体的好与坏。.十二、小样法和大样法：1）小样法：通过选取20个零件来进行的，然后两位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。在选取20个零件中，一些零件会稍低于或高于规范限值。所有的测量结果（每个零件测四次）一致则接受该测量，否则应改进或重新评价该量具，如果不能改进该量具，则不能被接受并且应找到一个可接受的替代测量系统。.一个典型的用于计数型量具研究小样法的表格如下：橡胶软管内径通过/不通过塞规

A评价人B评价人

12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG测量次数20次每个评价人测2次.2）大样法：对于某计数型量具，用量具特性曲线（GPC）的概念来进行量具研究，GPC是用于评价量具的重复性和偏倚。这种量具研究可用于单限值和双限值量具。对于双限值量具，假定误差是线性一致的，只需检查一个限值。

.十三、测量系统变差的类型1.稳定性2.偏倚3.线性4.重复性5.再现性再现性偏倚重复性稳定性线性.1、稳定性1）定义：测量系统在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。2）包括“两个稳定性”：测量系统的稳定性，即对于其给定零件或标准零件随时间变化系统偏倚中的总变差量；统计稳定性—统计数值都稳定，偏倚有差异。

3)评价稳定性的方法——控制图.4）稳定性判定准则：不能有点超出上、下控制线；

不能有连续7点位于平均值一侧；

不能有连续7点上升或下降；

不能有显著多于2/3以上的描点位于控制线中间1/3区域；不能有显著少于2/3以下的描点位于控制线中间1/3区域；

当有违背上述“判定准则”时，该量具的“稳定性”则不可接受（有待进行维修或更换）；.2、偏倚1）定义：指同一操作人员使用相同量具，测量同一零件的相同特性多次数所得平均值与采用更精密仪器测量同一零件的相同特性所得之平均值之差，即测量结果的观测平均值与基准值的差值，也就是我们通常所称的“准确度”.2）偏倚判定准则：

重要特性部分其偏倚%须≤10%；一般特性其偏倚%须＜30%；应依据仪器之使用目的来说明其接受原因。其偏倚%大于30%者，此项仪器不适合使用。.如果偏倚较大，查找以下可能的原因：标准或基准值误差，检验校准程序。仪器磨损，主要表现在稳定性分析上，应制定维护或重新修理的计划。制造的仪器尺寸不对。仪器测量了错误的特性。仪器校准不正确，复查校准方法。评价人员操作仪器不当，复查检验方法。仪器修正计算不正确。.3、线性1）定义：指测量系统在预期的工作范围内偏倚的变化。2）线性的判定：针对重要特性其线性度%＜5%；一般特性其线性度%＜10%；线性度%＞10%以上者判为不合格，此项仪器不适合适用。.3）如果测量系统为非线性，查找以下可能原因：在工作范围内上限或下限内仪器没有正确校准；最小或最大值校准量具的误差；磨损的仪器；仪器固有的设计特性。.4、量具重复性和再现性（R&R）1）定义：重复性：是由一个评价人，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；再现性：是由不同的评价人，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。.2）测量系统R&R分析（均值-极差法，也称大样法）：研究R&R的前提是测量系统已经过校准，而其偏倚、线性及稳定性已经过评价并认为可接受。.量具重复性和再现性（R&R）的可接受准则数值＜10%的误差测量系统可接受；10%＜数值＜30%的误差测量系统可接受或不接受，决定于该测量系统之重要性，量具成本、修理所需之费用等因素，可能是可接受的。数值＞30%的误差测量系统不能接受，应该尽各种力量以改进这一测量系统。.十四、MSA报告制作流程通知安排采集数据人员及时间数据采集相关数据计算结果分析得出结论合格顾客不合格改进修理测量系统.十五、举例1）偏倚线性工作表2）量具重复性和再现性分析报告3）五性分析数据采集表.1）偏倚线性工作表

数据采集表

零件/Part12345基准值/ReferenceValue=5.0010.0015.0019.9825.00测量结果/Measurement#15.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#25.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#35.0010.0015.0020.0024.98测量结果/Measurement#45.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#55.009.9815.0020.0025.00测量结果/Measurement#65.0010.0014.9819.9825.00测量结果/Measurement#75.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#85.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#95.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#105.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#115.0010.0015.0020.0025.00测量结果/Measurement#125.0010.0015.0020.0025.00全部工作量程范围内选取5个零件每个零件测量12次.偏倚线性工作表

数据分析：平均值/Average5.0010.0015.0020.0025.00基准值/ReferenceValue=5.0010.0015.0019.9825.00偏倚/Bias0.00(0.00)(0.00)0.02(0.00)极差/Range0.000.020.020.020.02偏倚/过程变差(或公差)百分比0.000.020.020.180.02过程变差(或公差)0.10

斜率/Slope0.00

线性/Linearity0.00

线性%/%Linearity0.00

相关系数0.30

.线形图：.2）量具重复性和再现性分析报告测量系统%R%R在10%以下，ndc大于5，符合使用要求。测量单元分析包括:设