1、Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 MSAMSA测量系统分析测量系统分析Measurement Systems Analysis2019年年6月月12日日Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析MSA第四版快速指南测量系统类型MSA方法章基本计量型极差、均值和极差、方差分析（ANOVA)、偏倚、线性、控制图三基本计数型信号探测、假设试验分析四不可重复（如破坏试验）控制图三、四复杂计量型极差、均值和极差、AN
2、OVA、偏倚、线性、控制图三、四多重系统、量具或试验台控制图、ANOVA分析、回归分析三、四连续过程控制图三其他情况替代法五其它White papers 可在AIAG官网上查询 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析术语术语:测量测量:赋值（或数）给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值量具量具:用于获得测量的装置测量系统测量系统: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
3、过程 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量数据的用途:产品控制 过程控制 特性之间的联系 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量数据的质量:真值 一个好的或高质量的测量具备哪些特点？一个差的或低质量的测量具备哪些特点？如何表征数据质量 偏倚:位置 方差:分布 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量数据变
4、差的来源(S、W、I、P、E):Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析变差的普通原因和特殊原因理想的测量系统：零方差、零偏倚和错误分类零概率；用多次测量数据的统计特性来确定MS的质量测量数据的变差的统计特性:偏倚(Bias)重复性(Repeatability)再现性(Reproducibility)稳定性(Stability)线性（Linearity）Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析相对于公差，对零件作
5、出错误决定的潜在因素只在测量系统误差与公差交叉时存在，下面给出三个区分的区域；目标目标此处：坏零件总是坏的可能作出潜在的错误决定好零件总是好的对于产品状况，目标是最大限度地作出正确的决定，有两种选择：A、改进生产过程：减少过程变差，没有零件生产在区域；B、改进测量系统：减少测量系统误差从而减少区域的面积，所有零件都在区，从而风险降低。LSLUSL Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量数据的变差:如果测量系统用于过程控制，测量系统的误差会掩盖制造过程本来的变差在进行过程分析之前必须先进行测量系统分
6、析确保测量误差在接受的范围内 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析在进行测量系统分析之前的概念和准备:分辨率:测量系统检测并如实指示被测特性的微小变化的能力。被测特性根据测量值分为不同的数据组，同一数据组内的零件之被测特性具有同样的数值。典型的,此能力的度量是看仪器的最小刻度值 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析什么样的分辨率是可以接受的?分辨率:测量系统检测并如实指示被测特性的微小变化的能力。被测特性
7、根据测量值分为不同的数据组，同一数据组内的零件之被测特性具有同样的数值。典型的,此能力的度量是看仪器的最小刻度值 通用准则是一个量具的分辨率是所测特性公差/过程变差的十分之一 分辨目录数(ndc):测量特性将根据测量的值而分成不同的目录组,在一组内的产品具有一样的值.Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析分辨目录数如果过程变差相对于产品公差小许多,那么可以用于检测合格与不合格品可以用于控制图等控制 1个数据组个数据组 2-4 个数据组个数据组大于等于大于等于5 个数据组个数据组 Choose cert
8、ainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析正态分布MSA之前，应区分测量过程是否呈正态分布，因为MSA是建立在正态分布基础之上的对非正态分布，过程责任者有责任纠正这些测量系统的评价 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量系统分析前的准备:确定统计特性和分析方法(如有些情况下重复性忽略)确定评价人数量 样本数量 重复读数的次数 评价人的选择 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Ad
9、d value.测量系统分析测量系统分析测量系统分析前的准备:样本的选择产品控制情况:测量系统的评定是基于特性的公差,样本不必覆盖整个过程范围过程控制情况(如SPC):获得在整个操作范围的样本非常重要 盲测 每次读数应到有效位数 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量系统分析结果:位置误差:通常情况,如果偏移或线性误差明显与零有偏差,或超过校准程序要求的最大偏差就不可以接受 宽度误差:小于10%-可以接受10%-30%-基于测量的重要性、测量装置的成本、维修的成本等确定是否可以接受大于30%-不可
10、以接受Ndc 大于等于5 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析计量型测量系统研究计量型测量系统研究 指南指南确定稳定性的指南确定稳定性的指南确定偏倚的指南独立样本法确定偏倚的指南独立样本法确定偏倚的指南控制图方法确定偏倚的指南控制图方法确定线性的指南确定线性的指南确定重复性和再现性的指南确定重复性和再现性的指南 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析稳定性：-选择在产品生产产品中值附近的零件-定期（天、周）
11、测量标准样本35次，应在不同时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便反映在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化-将数据按时间顺序画在均值极差或均值标准差图上-建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态-如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚和重复性可能需要试验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系可能需要试验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定性不足的主要原因。统稳定性不足的主要原因。Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析举例稳定性 为了确定一个新的测量装置稳定性
12、是否可以接受，工艺小组在产品中值数附近选择了一个零件，实验室测量结果是6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量4周（20个子组）。收集所有数据后均值极差图就作出来了。控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显的特殊原因。(The X-R control chart in the next page.)Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析偏倚独立样本法：取样本并建立可溯源的标准值。在工具室测量把其当作“基准值”。让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。相对与基准值将数据画出直方图并评价，
13、用专业知识确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有，继续分析，对于n小于等于30时的解释或分析，应当特别谨慎。计算n个读数的均值偏倚观测测量平均值基准值 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析偏倚研究的分析如果偏倚从统计上非0，寻找以下可能的原因：标准和基准值误差，检查标准程序 仪器磨损，这在稳定性分析可以表现出，建议按计划维护或修整 仪器制造尺寸有误 仪器测量了错误的特性 仪器未得到完善的校准，评审校准程序 评价人设备操作不当，评审测量指导书 仪器修正运算不正确 Choose certainty-A
14、dd value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析线性-择不少于5个覆盖量具操作范围的零件；-确认其基准值；-由仪器操作者随机测量（盲测）每个零件m10次。-计算每次测量的偏倚及偏倚均值；-在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值-用下面等式计算和画出最佳拟合线和置信带 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析最佳拟合直线最佳拟合直线 ,xi=,xi=基准值，基准值，y yi i=偏倚平均值偏倚平均值对于给定的对于给定的x0,x0,水平置信带是：水平置信
15、带是：baxyii斜率2211xgmxyxgmxya截距xaybsxxxxgmtaxbigm2/12202/1,201低值sxxxxgmtaxbigm2/12202/1,201高值 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析重复性和再现性常用方法有：均值极差法：是一种可提供可对测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。与极差法不同，这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分，而不是他们的交互作用。Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value
16、.测量系统分析测量系统分析收集数据（零件数可超过10，最好大于15，可以减少抽样变差和结果的风险），完成GRR数据表。均值图：可以确定评价人之间的一致性（一半以上的点超出控制线）极差图：用于确定过程是否受控。如果所有的极差都受控（趋势分析不适用），则所有评价人的工作状态都是相同的。如果一个人不受控，说明他的方法与其他人不同。如果所有评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要改善。其它图形如链图、散点图、震荡图、误差图、归一化直方图、均值基准值图、比较图等 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分
17、析数值的计算重复性(设备变差)EV再现性(评价人变差)AV重复性和再现性R&R=AV2+EV2零件变差PV总变差TV=R&R2+PV2%R&R=R&R/TV%R&R=R&R/TV 用于过程的控制的测量，如SPC%R&R=R&R/Tolerance 用于产品控制的测量，如100%检验、抽样检验 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析%R&R=20%R&R=40%R&R=100%产品公差（产品公差（Tolerance）LSLUSL测量系统变差测量系统变差R&R=10%R&R=20%R&R=50%过程实际变
18、差过程实际变差产品公差产品公差过程变差过程变差 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 如果重复性比再现性大，原因可能是：设备需要维护、量具需要重新设计增加刚度、测量的夹紧或定位需要改进、零件内的变差过大；如果再现性比重复性大，原因可能是：评价人需要更好地接受如何使用测量仪器和度数培训、量具刻度盘校准部清晰。Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析反应措施：位置误差：再校准调零宽度误差：重新校准量具的维护量具的
19、改进设计夹具的调整岗位操作培训 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析例例:游标卡尺测量一金属零部件的长度游标卡尺测量一金属零部件的长度 1.分析变差的来源。分析变差的来源。主要变差来源：主要变差来源：a.人员读数，手势，方法人员读数，手势，方法 b.卡尺本身游隙卡尺本身游隙 2.选择恰当的方法选择恰当的方法参考方法：重复性和再现性分析。参考方法：重复性和再现性分析。（前提偏倚已在控制范围内。）（前提偏倚已在控制范围内。）Choose certainty-Add value.Choose certai
20、nty-Add value.测量系统分析测量系统分析计量型数据的 均值-极差法均值-极差（X-R）法是确定测量系统的重复性和再现性的数学方法，步骤如下：1 选择三个测量人（A,B,C）和10个测量样品。测量人应有代表性，代表经常从事此项测量工作的QC人员或生产线人员 10个样品应在过程中随机抽取，可代表整个过程的变差，否则会严重影响研究结果。2 校准量具3 测量，让三个测量人对10个样品的某项特性进行测试，每个样品每人测量 三次，将数据填入表中。试验时遵循以下原则：盲测原则1：对10个样品编号，每个人测完第一轮后，由其他人对这10个样品进行随机的重新编号后再测，避免主观偏向。盲测原则2：三个人
21、之间都互相不知道其他人的测量结果。4 计算 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测试人BC样品号第一次第二次第三次极差第一次第二次第三次极差第一次第二次第三次极差 样品均值12345678910平均值平均值Average XARAAverage XBRBAverage XCRCRpA计算计算A测的所有样品测的所有样品的总平均值的总平均值XA。同样方法计算同样方法计算RB,XB,RC,Xc对每个样品由三个人所测得的对每个样品由三个人所测得的9个测试值求平均值，个测试值求平均值，计算这些均值的极差计算这
22、些均值的极差Rp计算计算A对每个样品三次对每个样品三次测试结果的极差，测试结果的极差，然后计算然后计算10 个样品个样品的极差的均值的极差的均值RA Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析测量系统分析测量系统分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=MaxXA,XB,XC-MinXA,XB,XC重复性重复性-设备变差设备变差 EV=R K1 再现性再现性-测验人变差测验人变差 AV=(XDIFF K2)2-(EV2/nr)过程变差过程变差 PV=RP K3R&R=(EV2+AV2)总变差总变差 TV
23、=(R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=样品个数样品个数r=每个人对每个样品的试验次数每个人对每个样品的试验次数rK1234.563.05K2233.652.70测试人数测试人数nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*AV计算中，如根号下出现负值，计算中，如根号下出现负值，AV取值取值0 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析GR&R sheetR&R=(EV)2+(AV)2
24、P/T=100 x(R&R)/Tolerance%R&R=100 x(R&R)/TVLong Method 0.1019.1318.91测试人ABC样品号第1次第2次第3次极差第1次第2次第3次极差第1次第2次第3次极差样品均值15.325.325.320.005.345.345.360.025.305.345.300.045.3325.445.405.440.045.465.465.480.025.465.405.420.065.4435.485.485.500.025.505.465.480.045.505.505.500.005.4945.205.225.200.025.245.265.
25、260.025.225.225.240.025.2355.245.245.240.005.245.245.260.025.285.245.240.045.2565.525.505.500.025.545.525.560.045.585.545.560.045.5475.385.385.380.005.405.425.440.045.405.365.380.045.3985.345.345.360.025.365.385.380.025.365.345.360.025.3695.445.445.420.025.465.445.440.025.445.465.420.045.44105.405.4
26、05.400.005.405.425.400.025.405.425.400.025.40平均值平均值5.385.375.385.395.395.415.395.385.38RpAverage XA5.37RA0.01Average XB5.40RB0.03Average XC5.39RC0.030.307R=0.02UCLR=(R)X(D4)#trial D4 X diff.=0.02UCLR2=0.07823.27UCLR3=0.06232.58Total Tolerance0.5重复性-Equipment Variation(EV)EV=R X K1#trialK124.56EV=0.0
27、7333.05%EV=14.47再现性-Appraiser Variation(AV)AV=(Xdiff.x K2)2-(EV)2/(n x r)OperatorK2n=样品个数23.65AV=0.06r=测试次数32.7%AV=12.17过程变差-Process Variation(PV)PV=Rp X K3#PartsK3PV=0.49771.8281.7491.67101.62总变差-Total Variation(TV)TV=(R&R2+PV2)TV=0.506卡尺的卡尺的R&R研究研究 Excel 运算运算 Choose certainty-Add value.Choose cert
28、ainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 StdDev Study Var%Study Var%ToleranceSource (SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)Total Gage R&R 1.85E-02 0.095449 18.87 19.09 Repeatability 1.42E-02 0.073006 14.44 14.60 Reproducibility 1.19E-02 0.061486 12.16 12.30 Part-to-Part 9.64E-02 0.496646 98.20 99.33 Total Variation 9.82E-
29、02 0.505735 100.00 101.15 Number of distinct categories=7Minitab 计算计算GR&RXbar-R 均值极差法均值极差法注：使用同组数据注：使用同组数据Discrim98.218.9=s ss spms *.227.3 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析%ContributionSource VarComp (of VarComp)Total Gage R&R 0.000459 4.53 Repeatability 0.000231 2.
30、28 Reproducibility 0.000228 2.25 Operator 0.000117 1.16 Operator*Part No 0.000111 1.09 Part-To-Part 0.009670 95.47 Total Variation 0.010129 100.00 StdDev Study Var%Study Var%ToleranceSource (SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)Total Gage R&R 0.021430 0.110366 21.29 22.07 Repeatability 0.015202 0.078292 15.11
31、 15.66 Reproducibility 0.015105 0.077789 15.01 15.56 Operator 0.010834 0.055793 10.76 11.16 Operator*Part No 0.010525 0.054205 10.46 10.84 Part-To-Part 0.098336 0.506430 97.71 101.29 Total Variation 0.100644 0.518317 100.00 103.66 Number of Distinct Categories=6Minitab 计算计算GR&R-ANOVA 法法sssssTotalrpt
32、OpPxOPart22222 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析%R&RResults 30%测量系统需要改进测量系统需要改进Gage R&R 判断原则判断原则 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 计数型测量系统是测量系统中的一种，其测量值是一种有限的分级数，最常见的是通过/不通过量具，其它如视觉标准，分成57个不同的等级（很好，好，一般，差，很差）不在本册讨论 这种测量系统最大的风险来自于分区的边界
33、，最适当的方法是用量具性能曲线GPC将处理系统变差量化 两种风险分析方法 假设检验分析、信号探测理论 计数型测量系统变差源应通过人的因素及人机工程学的研究结果最小化计数型测量系统分析法计数型测量系统分析法 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 试验条件：20个零件、2个评价人、每人测量2次 接收准则：必须一致 样本选择准则？计数型测量系统分析法计数型测量系统分析法 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 不
34、能重复测量的测量系统分析（如破坏性检验，动态测量等）考虑零件内变差更复杂的测量系统分析更复杂的测量系统分析 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析MSAMSA在质量管理体系中的应用在质量管理体系中的应用使用时机使用时机与与APQPAPQP、SPCSPC、PPAPPPAP的关系的关系与质量管理体系的关系与质量管理体系的关系 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 并不是所有产品和过程特性都需要测量并不是所有产品
35、和过程特性都需要测量系统分析。简单地测量工具被排除在外系统分析。简单地测量工具被排除在外，但一个基本准则是看特性是否在控制，但一个基本准则是看特性是否在控制计划中被识别或该特性在确定产品或过计划中被识别或该特性在确定产品或过程是否可接受时的重要性，程是否可接受时的重要性，Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析 接收新测量设备的标准 一种测量装置与另外一种测量装置的比较 评价怀疑有缺陷的量具的基础 测量设备维修前与维修后的比较 计算过程变差的一个必要部分，以及一个生产过程的可接受性的水平 Choose certainty-Add value.Choose certainty-Add value.测量系统分析测量系统分析The end
