1、MSA-MSA-温林华温林华 1 1 测量系统分析测量系统分析 （MSAMSA）Measurement Systems AnalysisISO/TS16949ISO/TS16949相关工具相关工具培训教程培训教程讲师：温林华讲师：温林华在TS推进或培训过程中，您的任何建议或意见，请与项目推行小组随时保持沟通（6773 段鹏），或登录力神质量论坛 http:/qa-qsl/bbs 发起讨论。随堂测试的答案会在考试完成后公布在质量论坛。MSA-MSA-温林华温林华 2 2 目目 录录n前言前言n测量系统的基本概念测量系统的基本概念n测量系统的基本要求测量系统的基本要求n通用指南通用指南n试验程序的
2、选择与制定试验程序的选择与制定 n评定测量系统的程序评定测量系统的程序 n测量系统分析测量系统分析 MSA-MSA-温林华温林华 3 3 一、前言一、前言n测量系统分析是企业建立符合产品生产控制测量系统分析是企业建立符合产品生产控制的测量系统的基础工作；的测量系统的基础工作；n测量系统分析为企业实施测量系统分析为企业实施SPC所要求；所要求；n测量系统分析报告是实施测量系统分析报告是实施APQP和呈报和呈报PPAP中的重要资料。中的重要资料。n正确的选择与运用测量系统，能保证以较低正确的选择与运用测量系统，能保证以较低的成本获得高质量的测量数据。的成本获得高质量的测量数据。MSA-MSA-温林
3、华温林华 4 4 ISO/TS16949:7.6.1 测量系统分析测量系统分析 为分析各种测量和试验设备系统测量结为分析各种测量和试验设备系统测量结果存在的变差，应进行适当的统计研究。此果存在的变差，应进行适当的统计研究。此要求应适用于在控制计划提出的测量系统。要求应适用于在控制计划提出的测量系统。所用的分析方法及接收准则，应与顾客关于所用的分析方法及接收准则，应与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准，也可采用其它分析方法和接收顾客的批准，也可采用其它分析方法和接收准则。准则。MSA-MSA-温林华温林华 5 5 APQP:测量系统分析
4、计划测量系统分析计划n小组应制定测量系统分析计划，至少应包小组应制定测量系统分析计划，至少应包括量具的双性、线性、偏倚和备用量具的括量具的双性、线性、偏倚和备用量具的相关性的职责；相关性的职责；n详见详见MSA参考手册。参考手册。MSA-MSA-温林华温林华 6 6 关于手册关于手册n MSA参考手册参考手册1990年由美国汽车工业行动集团（年由美国汽车工业行动集团（AIAG）发）发布布,是评定测量系统的质量提供指南；是评定测量系统的质量提供指南；在第一版发布的基础上进行了两次修订，现在在第一版发布的基础上进行了两次修订，现在有效的版本为第三版；有效的版本为第三版；n MSA参考手册的目的参考
5、手册的目的提供测量系统分析的理论基础和方法；提供测量系统分析的理论基础和方法；主要关注的是对每个零件能重复读数的测量系统；主要关注的是对每个零件能重复读数的测量系统；作为作为ISO/TS16949质量管理体系标准的附属文件；质量管理体系标准的附属文件；在呈报在呈报PPAP的实际应用中，具体应用需要顾客批准。的实际应用中，具体应用需要顾客批准。MSA-MSA-温林华温林华 7 7 二、二、几个基本概念几个基本概念n 测量：赋值测量：赋值(或数或数)给具体事物以表示它们之间给具体事物以表示它们之间关于特性的关系。关于特性的关系。赋值过程为测量过程，而赋予的值为测量值。赋值过程为测量过程，而赋予的值
6、为测量值。n 量具：任何用来获得测量结果的装置，经常指量具：任何用来获得测量结果的装置，经常指用在车间的装置，包括通过用在车间的装置，包括通过/不通过装置。不通过装置。n 测量系统：用来对被测特性定量测量或定性评测量系统：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，用来获得测量件、人员、环境和假设的集合，用来获得测量结果的整个过程。结果的整个过程。MSA-MSA-温林华温林华 8 8 几个基本概念几个基本概念 测量系统的构成：测量系统的构成：操作者操作者设备设备软件软件被测事物被测事物操作程序操作程序
7、测量环境测量环境赋赋值值数据（测量结果）数据（测量结果）MSA-MSA-温林华温林华 9 9 n关于测量数据关于测量数据n测量数据用途：测量数据用途：用于对被测量事物的判断；用于对被测量事物的判断；用于过程调整；用于过程调整；确定在两个或更多变量之间是否存在重要确定在两个或更多变量之间是否存在重要关系。关系。MSA-MSA-温林华温林华 1010 n测量数据的质量测量数据的质量由由(在稳定条件下运行的在稳定条件下运行的)某一测量系统多次某一测量系统多次测量结果得到的统计特性确定。其测量数据测量结果得到的统计特性确定。其测量数据与其标准值比较与其标准值比较,而确定其质量而确定其质量“高高”/“低
8、低”。测量数据的质量最常用偏倚和方差来表示。测量数据的质量最常用偏倚和方差来表示。理想是零偏倚、零方差。理想是零偏倚、零方差。“低低”的通常原因之一是数据变差太大，这的通常原因之一是数据变差太大，这是由于测量系统和它的环境之间的交互作用是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的。造成的。管理一个测量系统是监视和控制变差，以使管理一个测量系统是监视和控制变差，以使测量系统产生可接受的数据。测量系统产生可接受的数据。MSA-MSA-温林华温林华 1111 n真值：真值：零件的零件的“实际实际”测量值。测量值。它是未知的和不可知的。它是未知的和不可知的。但它是测量过程的目的，一般使用但它是测量过程
9、的目的，一般使用“基准值基准值”代替。代替。MSA-MSA-温林华温林华 1212 n 偏倚偏倚：用来表示多次测量结果与基准值之差；其用来表示多次测量结果与基准值之差；其中，基准值可以通过更高级别的测量设备进行多中，基准值可以通过更高级别的测量设备进行多次测量取其平均值来确定。次测量取其平均值来确定。基准值偏倚偏倚示意图MSA-MSA-温林华温林华 1313 n 变差：用来表示在相同条件下进行多次重复测量变差：用来表示在相同条件下进行多次重复测量结果的变异程度，常用测量结果的标准差结果的变异程度，常用测量结果的标准差或过或过程变差程变差PV表示。表示。PV5.150.99过程变差PV示意图0.
10、0050.005MSA-MSA-温林华温林华 1414 n有些资料上把偏倚称为准确度，把变差称有些资料上把偏倚称为准确度，把变差称为精度，高质量的数据准确度和精度都要为精度，高质量的数据准确度和精度都要高高;下面的四个图例说明偏倚和变差大小的下面的四个图例说明偏倚和变差大小的状态状态偏倚小、变差小偏倚小、变差小偏倚大、变差小偏倚大、变差小偏倚小、变差大偏倚小、变差大 偏倚大、变差大偏倚大、变差大MSA-MSA-温林华温林华 1515 三、测量系统的基本要求三、测量系统的基本要求 操操 作作输输 入入输输 出出 测量过程测量过程 测量值测量值分析分析测量测量决决 定定n测量过程测量过程 测量过程
11、可用下图表示：测量过程可用下图表示：需要控制需要控制的过程的过程测量过程示意测量过程示意MSA-MSA-温林华温林华 1616 n测量系统的统计特性测量系统的统计特性n一个能产生一个能产生“理想理想”的测量结果的测量系统的的测量结果的测量系统的统计特性统计特性：零方差；零方差；零偏倚；零偏倚；对所测的任何产品错误分类为零概率。对所测的任何产品错误分类为零概率。这种理想统计特性的测量系统几乎不存在。这种理想统计特性的测量系统几乎不存在。MSA-MSA-温林华温林华 1717 n现时中测量系统应具备的统计特性：现时中测量系统应具备的统计特性：足够的分辨率和灵敏性足够的分辨率和灵敏性测量系统应该是统
12、计受控。测量系统应该是统计受控。统计受控，即统计稳定性：在可重复条件下，测统计受控，即统计稳定性：在可重复条件下，测量系统的变差只能是由普通原因而不是特殊原因量系统的变差只能是由普通原因而不是特殊原因造成的。造成的。MSA-MSA-温林华温林华 1818 对于产品控制，测量系统的变异性小于公差；对于产品控制，测量系统的变异性小于公差；对于过程控制，测量系统的变异性应该显示对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效分辨率并且小于制造过程变差。有效分辨率并且小于制造过程变差。有效分辨率有效分辨率对于一个特定的应用，测量系统对过程变差对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性；的灵敏性；产生有用
13、的测量输出信号的最小输入值；产生有用的测量输出信号的最小输入值；总是以一个测量单位报告。总是以一个测量单位报告。MSA-MSA-温林华温林华 1919 测量系统的统计特性可能随被测的项目变测量系统的统计特性可能随被测的项目变化而改变，测量系统的最大的（最坏）变化而改变，测量系统的最大的（最坏）变差应小于过程变差和规范控制限两者中较差应小于过程变差和规范控制限两者中较小者。小者。n测量系统受随机和系统变差源影响测量系统受随机和系统变差源影响。这些这些变差源由普通原因和特殊原因造成变差源由普通原因和特殊原因造成，为此为此应应：识别潜在的变差源识别潜在的变差源；排除排除(可能时可能时)或监控这些变差
14、源或监控这些变差源。MSA-MSA-温林华温林华 2020 n 识别变差源的工具识别变差源的工具，如因果图、故障树图等如因果图、故障树图等。n 测量系统误差的主要要素测量系统误差的主要要素：S(标准标准)、W(工件工件)、I(仪器仪器)、P(人人/程序程序)、E(环境环境)。n 实际的变差对一个特定的测量系统的影响是唯一实际的变差对一个特定的测量系统的影响是唯一的。的。n 图图2 为一张潜在的变差源因果图为一张潜在的变差源因果图，可作为研究测可作为研究测量系统变差源思考的起点量系统变差源思考的起点。MSA-MSA-温林华温林华 2121 标准标准测量系统变异性测量系统变异性仪器仪器+(量具量具
15、)维护维护敏感性敏感性均匀性均匀性重复性重复性再现性再现性 人人 员员 环环 境境照明照明几何相容性几何相容性照明照明阳光阳光人工的人工的人人空气流空气流热膨胀热膨胀零件零件稳定稳定-系统部件系统部件温度温度循环循环本位的和周围的本位的和周围的压力压力人机工程人机工程空气污染空气污染振动振动教育的教育的体力的体力的可操作定义可操作定义目视标准目视标准程序程序态度态度经验经验教训教训理解理解标准标准p.m设计确认设计确认 -夹紧夹紧 -定位定位 -测量点测量点 -测量传感器测量传感器 制造变差制造变差制造公差制造公差制造制造稳定性稳定性标准标准热膨胀系数热膨胀系数弹性性质弹性性质朔源性朔源性 工
16、件工件(零件零件)弹性变形弹性变形物质物质支持特性支持特性弹性性质弹性性质可操作定义可操作定义隐藏的几何尺寸隐藏的几何尺寸内部相关特性内部相关特性清洁度清洁度充分的数据充分的数据设计设计一致性一致性放大放大接触几何尺寸接触几何尺寸变形影响变形影响线性线性稳定性稳定性坚定性坚定性假设使用假设使用MSA-MSA-温林华温林华 2222 测量系统误差：所有变差源的累积影响测量系统误差：所有变差源的累积影响构成了测量系统的输出值，有时称为构成了测量系统的输出值，有时称为“误差误差”。n测量系统的变异性影响被测对象的测量结测量系统的变异性影响被测对象的测量结果果，因此相同零件的重复读数产生不同或因此相同
17、零件的重复读数产生不同或相同的结果相同的结果。读数之间不同是由于普通和特殊原因造成的读数之间不同是由于普通和特殊原因造成的。MSA-MSA-温林华温林华 2323 n对不同变差源的影响应经过短期和长期对不同变差源的影响应经过短期和长期评估：评估：测量系统的能力是短期时间的测量系统（随测量系统的能力是短期时间的测量系统（随机）误差。由线性、一致性、重复性和再现机）误差。由线性、一致性、重复性和再现性误差合成的定量值；性误差合成的定量值；测量系统的性能是所有变差源随时间的影响。测量系统的性能是所有变差源随时间的影响。通过确定过程是否受控，对准目标通过确定过程是否受控，对准目标(无偏倚无偏倚)，且在
18、预期结果的范围有可接受的变差且在预期结果的范围有可接受的变差(量具量具GRR)。MSA-MSA-温林华温林华 2424 n测量对决策的影响测量对决策的影响n测量零件后的活动之一是确定零件的状态：测量零件后的活动之一是确定零件的状态：一种是确定零件可接受一种是确定零件可接受(在公差内在公差内)/不可接受不可接受(在公差在公差外外)；另一种是把零件进行规定的分类：合格品的分级；另一种是把零件进行规定的分类：合格品的分级；进一步分类可能是可返工的、可返修的或报废的。进一步分类可能是可返工的、可返修的或报废的。n按产品控制原理，这样的分类是测量零件的主按产品控制原理，这样的分类是测量零件的主要原因要原
19、因-零件是否在明确的目录之内。零件是否在明确的目录之内。MSA-MSA-温林华温林华 2525 n按过程控制原理，焦点是零件变差，是由过按过程控制原理，焦点是零件变差，是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。程中的普通原因还是特殊原因造成的。n控制原理和驱动兴趣点控制原理和驱动兴趣点控制原理控制原理驱动兴趣点驱动兴趣点1 产品控制产品控制零件是否在明确的目录内？零件是否在明确的目录内？2 过程控制过程控制过程是否稳定和可接受？过程是否稳定和可接受？MSA-MSA-温林华温林华 2626 n取决于测量系统误差：零件重复读数所有变差取决于测量系统误差：零件重复读数所有变差受量具的重复性和再现性影响
20、。受量具的重复性和再现性影响。n研究的前提：测量过程是统计受控且是零偏倚研究的前提：测量过程是统计受控且是零偏倚(对准目标对准目标)。n无论测量的零件变差分布与规范控制限是否交无论测量的零件变差分布与规范控制限是否交叉，作出的决定会有风险：叉，作出的决定会有风险：型错误型错误:生产者风险或误发警报，既好的生产者风险或误发警报，既好的会被判为坏的会被判为坏的;型错误型错误:消费者风险或漏发警报，既坏的消费者风险或漏发警报，既坏的会被判为好的。会被判为好的。MSA-MSA-温林华温林华 2727 n 相对公差，作出错误的决定的潜在因素是系统误差与公差交叉相对公差，作出错误的决定的潜在因素是系统误差
21、与公差交叉注：注：坏零件总是称坏的；坏零件总是称坏的；n对于产品状况，目标是最大限度地作出正确决定，有两种选择：对于产品状况，目标是最大限度地作出正确决定，有两种选择：改变生产过程：减少过程变差，没有零件产生在改变生产过程：减少过程变差，没有零件产生在区；区；改变测量系统：减少测量系统误差从而减少改变测量系统：减少测量系统误差从而减少区面积，生产的零件将在区面积，生产的零件将在区，可能最大限度降低作出错误决定的风险。区，可能最大限度降低作出错误决定的风险。目目 标标 上限上限 下限下限 可能作出潜在错误决定；可能作出潜在错误决定；好零件总是合格的。好零件总是合格的。MSA-MSA-温林华温林华
22、 2828 在设计和采购测量仪器或测量系统之前策在设计和采购测量仪器或测量系统之前策划是关键，其做出的决定将影响测量设划是关键，其做出的决定将影响测量设备的方向和选择，为此应明确：备的方向和选择，为此应明确：n 测量过程的目的和如何进行测量。测量过程的目的和如何进行测量。n 测量寿命周期测量寿命周期 测量寿命周期概念表达当一个人研究和改进测量寿命周期概念表达当一个人研究和改进过程时，测量方法会随着时间改变的信心。过程时，测量方法会随着时间改变的信心。MSA-MSA-温林华温林华 2929 n 测量过程设计选择的准则测量过程设计选择的准则 在采购测量系统之前，应制定测量过程的详细工程概念。在采购
23、测量系统之前，应制定测量过程的详细工程概念。指南如下：指南如下：小组应评价系统（总成）或零件的设计并识别重要特小组应评价系统（总成）或零件的设计并识别重要特性；性；利用量具利用量具DFMEA和和(测量能力测量能力)过程过程FMEA，制定维护，制定维护和校准计划；和校准计划；用流程图表示零件总成或零件的制造关键过程步骤，用流程图表示零件总成或零件的制造关键过程步骤，确定每一步骤的输入和输出。以利于制定测量计划、确定每一步骤的输入和输出。以利于制定测量计划、测量类型清单；测量类型清单；对于复杂的测量系统，流程图由测量过程组成。对于复杂的测量系统，流程图由测量过程组成。MSA-MSA-温林华温林华
24、3030 n评价一个测量系统，应考虑三个基本问题：评价一个测量系统，应考虑三个基本问题：测量系统要有足够的分辨力测量系统要有足够的分辨力测量系统在规定的时间内要保持统计稳定性测量系统在规定的时间内要保持统计稳定性 测量系统要具有线性测量系统要具有线性 MSA-MSA-温林华温林华 3131 n测量系统的分辨力测量系统的分辨力测量系统的分辨力是指测量系统检出并如实指测量系统的分辨力是指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。示被测特性中极小变化的能力。每个测量系统都有自己的分辨力，在分辨力范每个测量系统都有自己的分辨力，在分辨力范围内，该测量系统能识别零件之间的差别，但围内，该测量系统能
25、识别零件之间的差别，但在分辨力范围内之外，该系统将无能为力。在分辨力范围内之外，该系统将无能为力。没有一个测量系统能识别一切被测特性。没有一个测量系统能识别一切被测特性。MSA-MSA-温林华温林华 3232 n一个测量系统被选用，它一定具备有足够一个测量系统被选用，它一定具备有足够的分辨力。这里足够是指：的分辨力。这里足够是指：测量系统的波动比制造过程的波动小，测量系统的波动比制造过程的波动小，最多为后者的最多为后者的1/10；测量系统的波动小于公差限，最多为公测量系统的波动小于公差限，最多为公差限的差限的1/10。MSA-MSA-温林华温林华 3333 n若波动大小用各自的标准差表示，若波
26、动大小用各自的标准差表示，其中：其中：表示测量系统的标准差表示测量系统的标准差1表示制造过程的标准差表示制造过程的标准差 d表示公差限表示公差限则一个测量系统具有足够的分辨力是则一个测量系统具有足够的分辨力是指：指：min1/10，d/10MSA-MSA-温林华温林华 3434 n如果测量系统没有足够的分辨力，就不能如果测量系统没有足够的分辨力，就不能定量的表示单个零件的特性值，也不能识定量的表示单个零件的特性值，也不能识别制造过程所发生的波动，这时，应放弃别制造过程所发生的波动，这时，应放弃使用该测量系统，而改用更好的测量系统，使用该测量系统，而改用更好的测量系统，使它具有足够的分辨力。使它
27、具有足够的分辨力。n有时使用分辨力过高的测量系统意味着浪有时使用分辨力过高的测量系统意味着浪费。费。MSA-MSA-温林华温林华 3535 n测量系统在规定的时间内要保持统计稳定测量系统在规定的时间内要保持统计稳定性性这是一项基本要求。这是一项基本要求。评价测量系统是否保持统计稳定性可用评价测量系统是否保持统计稳定性可用x-x-R R控制图。控制图。因为测量系统可以看成一个制造（数据的）因为测量系统可以看成一个制造（数据的）过程，因此用于判断过程稳定性的各种过程过程，因此用于判断过程稳定性的各种过程控制图都可以用来评价测量系统的稳定性。控制图都可以用来评价测量系统的稳定性。MSA-MSA-温林
28、华温林华 3636 稳定性稳定性(或漂移或漂移):):是测量系统在某一段时间内，测量是测量系统在某一段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。或者说是偏倚随时间的变化。或者说是偏倚随时间的变化。时间时间参考值（基准值）参考值（基准值）MSA-MSA-温林华温林华 3737 n考察其稳定性具体操作如下：考察其稳定性具体操作如下：选定标准件或标准样品，在选定的时间点上对选定标准件或标准样品，在选定的时间点上对其进行重复测量其进行重复测量作控制图作控制图分析控制图，看有无异常现象出现分析控制图，看有无异常现象出现考察过程变差是否符合要求考察
29、过程变差是否符合要求MSA-MSA-温林华温林华 3838 n测量系统要具有线性测量系统要具有线性 测量系统的线性是指在其量程范围内，偏倚应测量系统的线性是指在其量程范围内，偏倚应是基准值的线性函数。是基准值的线性函数。在量程较低的地方（基准值小），偏倚要小一在量程较低的地方（基准值小），偏倚要小一些，在量程较高的地方（基准值大）偏倚可以些，在量程较高的地方（基准值大）偏倚可以大一些大一些（如图）（如图）MSA-MSA-温林华温林华 3939 在量程内对测量系统的在量程内对测量系统的偏倚要求偏倚要求基准值基准值偏倚较小偏倚较小基准值基准值偏倚较大偏倚较大观测的平均值位于观测的平均值位于量程较低
30、部位量程较低部位观测的平均值位于观测的平均值位于量程较高部位量程较高部位小量程小量程大量程大量程MSA-MSA-温林华温林华 4040 四、通用指南四、通用指南评定前的两个步骤评定前的两个步骤:n 验证在适当的特性位置正在测量正确的变量：验证在适当的特性位置正在测量正确的变量：若适用还要验证夹紧和锁紧；若适用还要验证夹紧和锁紧；识别和测量相互依赖的任何关键的环境因素。识别和测量相互依赖的任何关键的环境因素。n 确定测量系统具有可接受的统计特性：确定测量系统具有可接受的统计特性：明确数据的使用，以确定统计特性；明确数据的使用，以确定统计特性；统计特性确定之后，应对测量系统进行评定，以便了解统计特
31、性确定之后，应对测量系统进行评定，以便了解它实际上是否具有这些特性。它实际上是否具有这些特性。MSA-MSA-温林华温林华 4141 评定工作的阶段评定工作的阶段n第第1阶段：阶段：确定测量系统是否满足需要。确定测量系统是否满足需要。通过试验确定系统是否具有所需的统计通过试验确定系统是否具有所需的统计特性；特性；通过试验找出对系统有显著影响的环境通过试验找出对系统有显著影响的环境因素，以确定对使用环境的要求。因素，以确定对使用环境的要求。MSA-MSA-温林华温林华 4242 n第第2阶段：通过试验验证系统能否持续阶段：通过试验验证系统能否持续地具备所需的统计特性地具备所需的统计特性常见的量具
32、的双性（常见的量具的双性（R&R）是本阶段试）是本阶段试验的一种形式验的一种形式这些试验通常作为机构正常校准程序、这些试验通常作为机构正常校准程序、维护程序和计量程序的一部分日常工作维护程序和计量程序的一部分日常工作进行进行MSA-MSA-温林华温林华 4343 五、选择五、选择/制定试验程序制定试验程序选择选择/制定一个评定测量系统统计特性的试验制定一个评定测量系统统计特性的试验方案应考虑的问题：方案应考虑的问题：n 采用哪一级的计量用标准，能否可溯源到国家标采用哪一级的计量用标准，能否可溯源到国家标准。准。n 对于第二阶段（对于第二阶段（R&R）的试验应使用盲测法。）的试验应使用盲测法。盲
33、测法：在实际测量的环境下，在操作者事先不知道盲测法：在实际测量的环境下，在操作者事先不知道正在对该测量系统进行评定的条件下，所进行的测量。正在对该测量系统进行评定的条件下，所进行的测量。MSA-MSA-温林华温林华 4444 n 试验成本；试验成本；n 试验所需的时间；试验所需的时间；n 没有被普遍接受的术语应作出可操作的定义，如，没有被普遍接受的术语应作出可操作的定义，如，准确度、精密度、重复性和再现性。准确度、精密度、重复性和再现性。n 两个测量系统的对比试验。两个测量系统的对比试验。n 确定第二阶段试验的频次：这应由单个测量系统确定第二阶段试验的频次：这应由单个测量系统的统计特性及其对设
34、施的影响和使用该设施的用的统计特性及其对设施的影响和使用该设施的用户决定。户决定。MSA-MSA-温林华温林华 4545 六、评定测量系统的程序六、评定测量系统的程序 n程序的涉及范围程序的涉及范围 测量系统程序用于评定以下统计特性：重复性、测量系统程序用于评定以下统计特性：重复性、再现性、偏倚性、稳定性及线性再现性、偏倚性、稳定性及线性 这些程序有时通称这些程序有时通称“量具量具R&R”程序。因为它程序。因为它经常用来评价再现性与重复性两项统计特性经常用来评价再现性与重复性两项统计特性 测量系统的评价试验还应包括研究其它因素测量系统的评价试验还应包括研究其它因素（如温度、光线等）对系统变差的
35、影响（如温度、光线等）对系统变差的影响 MSA-MSA-温林华温林华 4646 n评价一个测量系统需要确定的三个基本问评价一个测量系统需要确定的三个基本问题题 否有足够的分辨率否有足够的分辨率 时间变化是否保持稳定时间变化是否保持稳定 统计性能在预期范围内是否一致，用于过程控统计性能在预期范围内是否一致，用于过程控制是否可接受制是否可接受 MSA-MSA-温林华温林华 4747 n测量系统变差的五种形式测量系统变差的五种形式 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MSA-MSA-温林华温林华 4848 测量过程变差测量过程变差n 对多数测量过程而言，测量变差通常被描述为正态分布。
36、正对多数测量过程而言，测量变差通常被描述为正态分布。正态概率被设想成测量系统分析的标准方法。态概率被设想成测量系统分析的标准方法。n 特点，如图：特点，如图：n 测量过程变差可分为：测量过程变差可分为：位置变差；位置变差；宽度变差。宽度变差。位置（数据的中心倾向）位置（数据的中心倾向）宽度（数据的分散程度）宽度（数据的分散程度）图图1.5-3 正态分布正态分布MSA-MSA-温林华温林华 4949 位置变差位置变差n 偏倚偏倚n 稳定性稳定性n 线性线性宽度变差宽度变差n重复性重复性n再现性再现性MSA-MSA-温林华温林华 5050 偏倚（准确度）偏倚（准确度）n准确度准确度通用概念：在测量
37、过程处于统计控制状态下，通用概念：在测量过程处于统计控制状态下，一个或多个测量结果的平均值与一个参考值之一个或多个测量结果的平均值与一个参考值之间一致的接近程度。间一致的接近程度。在一些组织中准确度和偏倚互相使用。使用准在一些组织中准确度和偏倚互相使用。使用准确度这个术语时包含了偏倚和重复性的含义。确度这个术语时包含了偏倚和重复性的含义。n偏倚偏倚偏倚是对同样的零件的同样特性，真值偏倚是对同样的零件的同样特性，真值(基准值基准值)和观测到的测量平均值的差值。和观测到的测量平均值的差值。MSA-MSA-温林华温林华 5151 偏倚偏倚 基准值基准值偏倚偏倚图图6.1：偏倚偏倚MSA-MSA-温林
38、华温林华 5252 造成过分偏倚的可能原因造成过分偏倚的可能原因n 仪器需要校准仪器需要校准；n 仪器、设备或夹紧装置的磨损；仪器、设备或夹紧装置的磨损；n 磨损或损坏基准，磨损或损坏基准，基准出现误差基准出现误差；n 校准不当或校准不当或调整基准的使用不当调整基准的使用不当；n 仪器质量仪器质量差差设计或一致性不好设计或一致性不好；n 线性线性误差；误差；n 应用错误的量具；应用错误的量具；MSA-MSA-温林华温林华 5353 n 不同的测量方法不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术设置、安装、夹紧、技术；n 测量错误的特性；测量错误的特性；n(量具或零件量具或零件)变形；变形；n 环境环境
39、温度、湿度、振动、清洁的影响；温度、湿度、振动、清洁的影响；n 违背假定，在应用常量上出错；违背假定，在应用常量上出错；n 应用应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误观察错误(易读性、视差易读性、视差)。MSA-MSA-温林华温林华 5454 重重 复复 性性n 重复性：由一个评价人，采用相同的测量仪器，多次测量重复性：由一个评价人，采用相同的测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差。同一零件的同一特性时获得的测量变差。n 重复性是设备本身固有的变差或性能。重复性是设备本身固有的变差或性能。n 重复性一般指仪器的变差重复性一般指仪器的变差(
40、EV)，事实上它是从规定的测量事实上它是从规定的测量条件下，连续试验得到的普通原因条件下，连续试验得到的普通原因(随机误差随机误差)变差。变差。n 当测量环境是固定的，并且被规定了（即固定的零件、仪当测量环境是固定的，并且被规定了（即固定的零件、仪器、标准、方法、操作者、环境和假设）时，对于重复性器、标准、方法、操作者、环境和假设）时，对于重复性最好的定义是系统内部变差。最好的定义是系统内部变差。重复性重复性参考值参考值MSA-MSA-温林华温林华 5555 影响重复性的原因影响重复性的原因n 零件零件(样品样品)：形状、位置、表面加工、錐度、样：形状、位置、表面加工、錐度、样品一致性；品一致
41、性；n 仪器：修理、磨损、设备或夹紧装置故障、质量仪器：修理、磨损、设备或夹紧装置故障、质量差或维护不当；差或维护不当；n 基准基准：质量、质量、级别、磨损级别、磨损；n 方法：在设置、技术、零件调整、夹持、夹紧、方法：在设置、技术、零件调整、夹持、夹紧、点密度的变差；点密度的变差；n 评价人：技术、职位、缺乏经验、操作技能评价人：技术、职位、缺乏经验、操作技能/培培训、感觉、疲劳；训、感觉、疲劳；MSA-MSA-温林华温林华 5656 n环境：温度、湿度、振动、亮度、清洁度环境：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化；的短期起伏变化；n违背假定：稳定、正确操作；违背假定：稳定、正确操作
42、；n仪器设计或方法缺乏稳定性，一致性不好仪器设计或方法缺乏稳定性，一致性不好；n应用错误的量具；应用错误的量具；n(量具或零件量具或零件)变形、硬度不足；变形、硬度不足；n应用应用零件尺寸、位置、操作者技能、零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差疲劳、观察误差(易读性、视差易读性、视差)。MSA-MSA-温林华温林华 5757 n 再现性：由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量再现性：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；同一零件的同一特性时测量平均值的变差；n 传统上，把再现性看作传统上，把再现性看作“评价人之间评价人之间”的变差的变差(AV)；
43、n 再现性也被看作是系统之间或测量条件之间的平均变差再现性也被看作是系统之间或测量条件之间的平均变差；n ASTM的定义，不仅包括评价人不同，而且量具、实验的定义，不仅包括评价人不同，而且量具、实验室和环境室和环境(温度、湿度温度、湿度)也不同，同时再现性计算中还包括也不同，同时再现性计算中还包括重复性。重复性。评价人AC再现性再现性BMSA-MSA-温林华温林华 5858 影响再现性的潜在原因影响再现性的潜在原因n 零件零件(样品样品)之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为时，当测量零件的类型为A、B、C时的均值差；时的均值差；
44、n 仪器之间：同样的零件、操作者和环境，使用仪器仪器之间：同样的零件、操作者和环境，使用仪器A、B、C等的均值差。在这种研究情况下，再现性错误常与方法等的均值差。在这种研究情况下，再现性错误常与方法/操作者混淆；操作者混淆；n 标准之间；测量过程中不同的设定标准的平均影响；标准之间；测量过程中不同的设定标准的平均影响；n 方法之间：改变点密度、手动与自动系统相比、零件调整、方法之间：改变点密度、手动与自动系统相比、零件调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差；夹持或夹紧方法等导致的均值差；MSA-MSA-温林华温林华 5959 n 评价人评价人(操作者操作者)之间：评价人之间：评价人A、B、C等的培
45、训、技术、等的培训、技术、技能和经验不同导致的均值差；技能和经验不同导致的均值差；n 环境之间环境之间：在第在第1、2、3等时间段内测量等时间段内测量,由环境循环引起由环境循环引起的均值差的均值差；n 违背研究中的假定；违背研究中的假定；n 仪器设计或方法缺乏稳健性仪器设计或方法缺乏稳健性；n 操作者培训效果操作者培训效果;n 应用应用零件尺寸、位置、观察误差零件尺寸、位置、观察误差(易读性、视差易读性、视差)。MSA-MSA-温林华温林华 6060 稳稳 定定 性性 稳定性稳定性(或漂移或漂移):):是测量系统在某一段时间内，测量同一是测量系统在某一段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获
46、得的测量总变差。基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。或者说是偏倚随时间的变化。或者说是偏倚随时间的变化。时间参考值（基准值）MSA-MSA-温林华温林华 6161 影响稳定性的原因影响稳定性的原因n 仪器需要校准，仪器需要校准，校准时间间隔要缩短校准时间间隔要缩短；n 仪器、设备或夹紧装置的仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损；n 正常老化正常老化/退化；退化；n 缺乏维护缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁蚀、锈蚀、清洁；n 磨损或损坏基准，基准出现误差；磨损或损坏基准，基准出现误差；n 校准不当校准不当/调整基准的调整基准的使用不当使用不当；n 仪器
47、质量差仪器质量差 设计或一致性不好；设计或一致性不好；MSA-MSA-温林华温林华 6262 n 仪器设计或方法缺乏仪器设计或方法缺乏稳健性稳健性；n 不同的测量方法不同的测量方法设置、设置、安装、夹紧、技术；安装、夹紧、技术；n(量具或零件量具或零件)变形；变形；n 环境变化环境变化温度、湿度、振动、清洁度温度、湿度、振动、清洁度；n 违背假定违背假定,在应用常量上出错在应用常量上出错；n 应用应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误观察错误(易读性、视差易读性、视差)。MSA-MSA-温林华温林华 6363 n 线性线性:在设备的预期操作在设备的预期
48、操作(测量测量)范围内偏倚的不同范围内偏倚的不同。线性也线性也可以被认为关于偏倚大小的变化可以被认为关于偏倚大小的变化。n 线性误差的可能原因同稳定性线性误差的可能原因同稳定性偏倚偏倚值值N基准值基准值零偏倚线零偏倚线观观测测值值基准值基准值观观测测值值基准值基准值观观测测值值线性线性非常量偏倚非常量偏倚常量偏倚常量偏倚值值1偏倚偏倚零偏倚零偏倚基准值基准值基准值基准值观观测测值值|基基准准值值基准值基准值正偏倚正偏倚负偏倚负偏倚观测值观测值 观测值观测值MSA-MSA-温林华温林华 6464 七、测量系统分析 测量系统分析的目的是了解测量系统测量系统分析的目的是了解测量系统变差的原因。除了分
49、析变差的五种类型外，变差的原因。除了分析变差的五种类型外，还要分析测量系统的分辨力。测量系统分还要分析测量系统的分辨力。测量系统分析的前提是被测零件不受测量改变或破坏。析的前提是被测零件不受测量改变或破坏。MSA-MSA-温林华温林华 6565 测量系统分析的准备测量系统分析的准备实施研究之前的典型准备如下：实施研究之前的典型准备如下：n确定使用的方法。如：确定使用的方法。如：通过目视观察或量具研究来确定评价人在校准通过目视观察或量具研究来确定评价人在校准或使用仪器中产生影响。或使用仪器中产生影响。有些测量系统的再现性影响可忽略，如按按钮，有些测量系统的再现性影响可忽略，如按按钮，打印出一个数
50、据。打印出一个数据。MSA-MSA-温林华温林华 6666 n评价人的数量、样品数量及重复读数次数评价人的数量、样品数量及重复读数次数应预先确定。应考虑的因素应预先确定。应考虑的因素:关键尺寸需要更多的零件关键尺寸需要更多的零件/试验。试验。零件结构大或重者可规定较少样品和较多试验零件结构大或重者可规定较少样品和较多试验。n评价人应从日常操作该仪器的人中选择。评价人应从日常操作该仪器的人中选择。MSA-MSA-温林华温林华 6767 n样品的选择应具有代表性。样品的选择应具有代表性。对于产品控制，测量结果和判断准则用于确定：对于产品控制，测量结果和判断准则用于确定：“相对特性规范确定合格或不合
