1、1MSA测量系统分析2课程目的 1.理解测量系统的概念 2. 不同特性的应用计算方法 3.评价MSA结果3预 备 知 识 避免“路径依赖”，统一理解，便于学习交流。 过程：一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的 活动 输入：动机（目的），资源，对象 输出：产品 过程控制：预防一开始就作出好产品 测量系统：产品制造过程是管理过程和物质改变过的有 机结合。组织想要有效和高效地达到目的， 过程必须受控。对物质改变过程进行监视和 测量的唯一途径是依靠测量系统。4 左边的图形展示了四个部分左边的图形展示了四个部分A,B,C&D.A,B&C的的 的部分被涂成阴影的部分被涂成阴影1. 将将A中未被阴影的
2、部分平分成相同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的两部分且面积相等的两部分.2.将将B中未被阴影的部分平分成相同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的三部分且面积相等的三部分.3.将将C中未被阴影的部分平分成相同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的四部分且面积相等的四部分.4.将将D中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的七部分中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的七部分.提示：答案不是三角形，你应该自己解决。提示：答案不是三角形。2等份4等份3等份7等份51. 将将A中未被阴影的部分平分成相同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的两部分且面积相等的两部分.2.将将B中未被阴影的部分平分成相
3、同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的三部分且面积相等的三部分.3.将将C中未被阴影的部分平分成相同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的四部分且面积相等的四部分.4.将将D中未被阴影的部分平分成相同中未被阴影的部分平分成相同且面积相等的七部分且面积相等的七部分.解决了吗？解决了吗？你还需要多长时间？你还需要多长时间？一一二二三三人们常说，这就是僵化的思维人们常说，这就是僵化的思维!你有吗？你有吗？6 测量系统的构成：人 机 料 法 环 狭义上常指“法”和“机”。即评价人实施的测 量方法和直接用于测量的设备、仪器和量具。 测量系统分析（MSA）：定量研究测量体系的特性 对其自身输出的影响。主
4、要研究“法”和“机”。 目的是得到这些影响的定量描述一作出测量系统 是否适用的明确判断。 分辨力机 稳定性机 偏倚机 重复性机 再现性法 线性机 7相关术语 赋值：测量的结果。 测量：测量可以 认为是一种过程，即用来对被测特性赋值的过程。 测量过程：赋值过程定义为测量过程，因为产生数据的输出，可以认为生产过程。由于受到各种因素的影响，其输出的结果是存在变异的。 量具:任何用来获得结果的装置。8相关术语 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。 可视分辨率：测量仪器最小增量的大小。（该数据通常在说明书或显示盘说明，如：20.075
5、，20.080，20.085表示可视分辨率为0.005） 偏倚（Bias）:测量观察平均值与与该零件采用精密仪器测量平均值的差值。9测量系统(MS)的变差分析 测量值的变异性测量值的变异性测量值=被测特性基准值+测量误差这样测量值的随机性是由于测量误差的随机性引起的，因此可以借助于统计过程的原理来分析。 正态分布的原理正态分布的原理随机分布的原理见SPC10测量标准的等级体系国家标准国家标准第一级标准第一级标准第二级标准第二级标准工业标准工业标准准确度下降、成本降低、测量环境要求低生产标准，由生产人员保持与使用。公司标准，由公司计量部门人员保持与使用。11测量系统分析的时机 1.接受新测量设备
6、的准则; 2.一种测量设备与另一种的比较; 3.评价有缺陷量具的根据; 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水平;12测量系统误差的类型 偏倚 重复性 再现性 稳定性 线性13偏 倚 测量结果的观测观测平均值与基准基准值得差值14重复性 重复性是由一个评价人一个评价人，采用一种测一种测量仪器量仪器，多次测量同一零件的同一特同一零件的同一特性性时获得的测量值变差15再现性 是由不同的评价人不同的评价人，采用相同的测量相同的测量仪器仪器，测量同一零件的同一特性同一零件的同一特性时测量平均值的变差16稳定性 稳定性（或漂移），是测量系统在某持续某持续时间内时间内测量同
7、一基准或零件的单一特性同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差17线性 线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值得差值。 工作范围指量具预期使用的量程如150mm的卡尺,工作范围为0-120mm18测量系统变差测量变差 过程变差测量变差样本间变差测量仪器变差测量者变差样本内变差19准确度与精确度分布 正态分布 N（，2） 均方差 标准差20测量系统变动的理解测量者变动测量者变动（再现性）（再现性）正确性正确性反复性反复性稳定性稳定性线性线性测量仪器测量仪器变动变动 20% 接受接受可能20% to 29% 有条条件 接受接受29%- 不能适用 (改善措施)测量系统测量系统 R&R 判断基准判断
8、基准:测量变差测量变差部品变差部品变差群内变动群内变动群间变动群间变动过程变差过程变差21影响测量系统变差的因素设备（量具：制造的误差）设备（量具：制造的误差）人员（熟练程度、认真程度、读数等差距）人员（熟练程度、认真程度、读数等差距）原材料（被测对象：内部的差距原材料（被测对象：内部的差距）操作规程操作规程环境（温度、湿度、灰尘、振动环境（温度、湿度、灰尘、振动）共共同同的的作作用用输输出出测量值22测量系统(MS)应具有的特性 1.测量系统统计受控,变差只来自普通原因 2.MS变差与过程变差相对较小* 3.MS变差与工程规范相对较小* 4.MS精度高于过程变差要求,一般精度为1/10. M
9、S统计特性 随着被测项目的变化而改变23测量系统误差的类型测量系统误差的类型 偏倚偏倚 重复性重复性 再现性再现性 稳定性稳定性 线性线性这些特性是作为研究测量系统而这些特性是作为研究测量系统而特意定义的名词，当你了解特意定义的名词，当你了解SPC后，后，其实原理是相通的。其实原理是相通的。24稳定性分析稳定性分析(Stability)稳定性基本概念稳定性基本概念 测量系统的稳定性:随时间变化系统偏倚中的总变差量。目的是在未来引入一个测量系统的测量误差应在受控状态，即保证在稳定状态下工作的测量系统其测量误差应该服从正态分布。控制图是分析统计稳定性的重要方法。 强调系统 统计稳定性:当两个测 量
10、系统测量同一标准零件,随时间 变化偏倚变差量有明显差异。Time 1Time 2安全性 对标准品(样品) 的同一特性,利用同一仪器, 隔一段时间 进行测量时发生的 测量值变动.25偏倚分析偏倚分析 测量结果的观测观测平均值与基准基准值的差值。 基准值:也称可接受的的基准值或真值,是充当测量值得一个一致认可的基准,一个基准值可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量,取其平均值确定。 真值与标准的差异 真值测量的溯源性 注意基准值的获得样品需要保留。注意基准值的获得样品需要保留。样本真值BAIS(基准值)利用最正确的仪器测量的值设定为真值.26偏倚分析 具体实施步骤：1. 将样件送到一个更高级的
11、测量系统上，进行多次测量，取得这些结果的平均值作为基准值。2. 根据以往对该过程进行过程能力研究的结果，计算出过程变差=6*R/d23. 安排量具的使用者对该样件进行10次测量，记录测量的结果。4. 对数据进行计算并分析27重复性重复性(Repeatability) 重复性的意义：1. 一个人采用一种测量仪器一种测量仪器，多次测量同一零件的同同一零件的同一特性，一特性，测量值落在5.15e范围内的概率是 99%2.测量值的重复性只反映测量值数据的分布宽度， 不能反映位置的变化。反复测量时的变动28再现性再现性(Reproduceability) 是由不同的评价人不同的评价人， 采用相同的测量仪
12、器相同的测量仪器， 测量同一零件的同一特性同一零件的同一特性 时测量平均值的变差意义：意义：由不同的人使用同一把量具对同一个特性进行多次测量时，所引入的再现性误差落在5.15o 的概率应为99%因此这里既考虑测量数据分布宽度也考虑分布的位置。测量者B测量者A测量者C再现性29重复性与再现性 当分别计算出重复性变差（ e ）与再现性变差（ o ）后，既可确定重复性与再现性的变差（ m ）。 通常用GRR或R&R表示重复性与再现性，既 GRR= R&R=5.15 *m=5.15*22eo30线性(Linearity) 线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。 工作范围指量具预期使用的量程如15
13、0mm的卡尺,工作范围为0-120mmUSLLSL测量值测量值(无偏差)真值精度偏差小真值精度偏差大31测量系统分析 测量系统变差的分布 1.位置： 稳定性, 偏倚, 线性 2.宽度或范围： 重复性, 再现性 32测量系统量具精度确定量具精度确定 样品准备样品准备对量具精度推荐为尺寸公差的允许误差的10%.例: 部品的允许差为0.2时, 量具推荐精度为0.02,公差全范围的有计划地准备.例: 内径为0.5000.050时, 为了量具 R&R 研究 在0.45 0.55范围内事前准备10个部品.为了判定测量系统的适用与否确认能否区分良品和不良品.33GR&R研究中的主要因素因 素在同一实验室中的
14、测量条件相 同不 同时 间同一时间测量在不同时间测量校 准各次测量之间未再校准各次测量之间重新校准测量人员同一测量人不同测量人员设 备同一设备、同次校准不同设备 应根据测量系统不同的实际使用情况，确定GR&R研究相应的测量条件。34测量系统研究的准备1.确定方法:2.评价人数量:3.评价人选择:4.样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围必须从过程中选取并代表其整个工作范围: :5.仪器的分辨率为直接读取特性的预期过程变差的十分之一仪器的分辨率为直接读取特性的预期过程变差的十分之一;6.确定测量方法的一致性确定测量方法的一致性; ;7.保证各次读数的统计独立性保证各次读数的统计独立性7.1 测
15、量应按照随机顺序测量应按照随机顺序7.2 7.2 读数估计到最小刻度的一半读数估计到最小刻度的一半7.3.7.3.研究工作的人员要求研究工作的人员要求, ,知其重要性且仔细认真知其重要性且仔细认真35计量型测量系统分析1.在不知道测量系统是否稳定时,评价该系统的重复性和再现性可能弊大于利。如果分析的结果是要采取如果分析的结果是要采取措施措施,则最后的结果可能是测量系统的变差由于干预则最后的结果可能是测量系统的变差由于干预不当而增加不当而增加。2.测量系统稳定性控制图可能表明： 基准或基准件偏差 测量仪器需校准36计量型测量系统分析1.1确定稳定性指南 选择样件作为标准样本(落在过程产品测量值均
16、值附近的产品) 定期测量标准样件3-5次(天,周),测量时机反映系统的各种实际状况，具体如何获取测量样本应考虑多种因素，如重新标定或维修周期、系统使用的频繁程度、工作条件的紧张程度以及具体获取数据的时机（预热、环境温度、湿度等）。37计量型测量系统分析 在控制图中标绘数据 确定控制限,判断不稳定状态,将测量结果的标准偏差与测量过程偏差比较。 解读X-R图或X-S图 只有在确认MS稳定性的前提才能进行其他特性的研究38稳定性分析1.2.注意事项 所选取作为研究的样本一定要保护好，防止损坏，一旦出现损坏，要重新制作或选取。 当确定没有特殊原因时，要连续做进行长时间的观察。 推荐使用X-R方法，方差
17、方法不便于分析。 只有在确认MS稳定性的前提才能进行其他特性的研究。39计量型测量系统分析2.偏倚 确定基准值 一位评价人测量同一零件大于10次，计算平均值计算偏倚，转变为与过程变差（容差）的百分比。 判定分析40计量型测量系统分析2.1确定偏倚指南2.1.1独立样本法 选择一个样本,确定基准值 由一个评价人以通常的方法测量10次 计算平均值 计算偏倚值 偏倚=观测平均值-基准值 过程变差=6(R/d2） 偏倚%=偏倚/过程变差41计量型测量系统分析2.1.2 图表法 如果用均值和极差图测量稳定性,这些数据也可评价偏倚. 确定基准值 计算均值平均值 计算偏倚 过程变差=6 (R/d2） 偏倚%
18、=偏倚/过程变差42计量型测量系统分析偏倚分析: 如偏倚较大,查找以下可能原因 1.基准值误差,归零不好 2.仪器磨损 3.仪器校准不正确 4.评价人操作不当等43计量型测量系统分析3.重复性 重复性误差 : 仪器自身,零件在仪器中的位置变化. 要求极差图受控 重复性标准偏差(仪器变差)e=R/d2*(d2*可从表中查出) (重复性为5.15 e 或4.65 R,代表正态分布测量结果99%) 44计量型测量系统分析4.再现性 表明不同评价人测量 平均值的差异 再现性极差(R0 )为评价人最大平均值减去最小值 再现性标准偏差o= R0/ d2* (再现性为5.15 o ,代表正态分布测量结果99
19、%)45计量型测量系统分析5.零件间变差 1） 零件间标准变差可由过程能力研究确定,如采用测量系统研究的方法零件标准变差 p = Rp/ d2* Rp:每一组零件样品极差平均值 (零件间变差为5.15 p 或2.08 Rp ,代表正态分布测量结果99%)46计量型测量系统分析5.零件间变差2） 测量系统的重复性和再现性占过程变差的百分比称为%R&R %R&R=(m /t) t=(p2 +m2)1/2 t:总变差标准变差 47计量型测量系统分析 3）测量系统标准变差(m) m=(e2 +o2)1/2 e: 量具标准变差(重复性变差) o:评价人标准偏差(再现性变差）48计量型测量系统分析5.零件
20、间变差 均值控制图反映出零件间变差是零件真值间的变差加上测量系统的重复性误差,所以,有必要确定零件真值变差和测量系统变差的关系. 绘制测量系统的均值控制图和零件均值控制图,如零件均值控制图大部分点落于测量系统的均值控制限之外,可计算测量系统变差占过程变差的百分比,从而评价测量系统的适宜性49计量型测量系统分析6.确定重复性和再现性用指南6.1 极差法:极差法可以迅速提供测量变异性的近似值近似值,但只能提供整个测量系统的总体情况,无法分解为重复性和再现性的变差. 典型的极差法是使用两个评价人和五个零件进行分析 不推荐使用50计量型测量系统分析6.2 均值和极差法 可将测量系统分解为重复性和再现性
21、两部分,而不是相互作用, 方差分析法:可用来确定量具和评价人的交互作用（不推荐使用） 6.2.1 数据记录 51计量型测量系统分析 6.2 均值和极差法 6.2.3数值计算52计量型测量系统分析7.线性7 . 1 基本概念 在量具的工作范围内选择不同规格的零件,由一个评价人对不同零件多次测量,计算结果可确定线性。 以基准值为横坐标,以偏倚值为纵坐标,绘制最佳拟合偏倚值直线,其斜率为线性指标. 通过计算得出拟合直线的公式,可确定量具在不同测量位置的偏倚(如50mm处)53计量型测量系统分析7 . 2 实施步骤选取5个零件，由于过程变差的存在，这些零件的测量值要覆盖整个量具的测量范围。对每个零件进
22、行测量，以便确定基准值和确定了整个测量范围。让该量具的操作人对每个零件测量12次。计算每个零件的平均值和偏倚的平均值。利用图表画出偏倚平均值和基准值。计算出拟合直线与K=1质量的最佳拟合优度（R）。结果分析。（没有绝对接收的标准，需分析后再下结论）54Gage R&R 研究计量型对同一部品,同一特性,利用同一仪器, 数名测量者,进行测量时发生的 测量值变动.测量者A测量者B零件12345123451次试验2172202172142162172162162162201次试验2162162162122192192162152122201次试验2162182172122202202202162122
23、20X216.3218.0216.3212.7218.3218.3217.3215.7213.3220.0=X216.3216.9极差1.04.01.02.04.04.04.01.04.00234511.411.912.242.4821.281.812.152.4031.231.772.122.3841.211.752.112.3751.191.742.102.3661.181.732.092.3571.171.732.092.3581.171.722.082.3591.161.722.082.34101.161.722.082.34111.161.712.082.34121.151.712.
24、072.34131.151.712.072.34141.151.712.072.34151.151.712.072.34平均极差分布的d2值测量次数测量人数极差数23名测量者，对5个样品，反复测量23次公差:2160.5217.3217.7216.0213.0219.2Rp=6.255反复性反复性(Repeatability)再现性再现性(Reproduceability)Gage R & R%EV = 5.15Rd2= 5.152.51.72= 7.5= 5.15= 5.15216.9-216.31.41= 2.2AV估计值AV校正值 5.15R0d22 nr2= 2.22=R0=5.15
25、537.52= 1.01.452= +0.192= 1.47= 2.5% R & R =100%= 51%e eood2e2= +2eomRpd2 =p6.22.48=2.502= +1.472= 2.92= +2pmtmt 1.47 2.9100% =% R & R =100%= 378%m 5.15 1.47 2100% =5.15TGage R&R 研究计量型56计数型量具研究 计数型量具是把各个零件与某些指定限制相比较。 -.小样法 选取20个零件,两个评价人,分别测量两次.零件中要有略低于或高于规范的零件。注意选取的零件尺寸不要选取在尺寸公差带上。 如对任何零件测量结果有差异(四次)
26、,不能接受该测量系统,需改进或重新评价。57小样法判断结果v确定基准零件（n=20)v确定评价人rv确定重复测量次数m=2v判定准则： 所有测量结果一致接受 否则 不接受58量具 R&R 研究计数型官能的合格 及不合格 或者 判定 Go/No Go的时候Appraiser AAppraiser B12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG评委间的相互不同结果- 如果 测量4次的测量结果相同 量具可能接收.-
27、%量具R&R = 3 / 18 x 100% = 17%- 评委的测量结果不同,量具要改善或再评价.- 如不能改善, 得找别的测量系统.59大样法 计数型量具也应评定其稳定性。用一个恒定的样本随时 间的控制图表是常用的方法。 用量具特性曲线GPC（Gage performance curve）来研究 计数型量具。 接受概率 上限 下限 计数型量具常常是通止型。其 1.0 理想的曲线如右。但由于存在着制 造精度、磨损、变形、环境、操作 0.5 方法等影响因素，“理想量具”是 不存在的。亦即，永远存在误差。 o 主要是EV、AV和B。 被测零件的值 60注意事项A：准确度：偏倚；线性；稳定性。说的是位置。精确度：重复性；再现性。说的是范围。分辨力：测量系统的“性能”之一。B：什么时候做第一次的MSA？ APQP的五个阶段中的第四阶段。 61应 用 产品质量改进时，可以进行MSA分析； 对测量系统有所怀疑时，可以进行MSA分析； 对检验人员进行评价时，可以进行MSA分析；
