1、测量系统分析测量系统分析（MSA)第四版2019年1月15日MSA与IATF16949：2016的关系MSA 介绍测量系统的统计特性分辨率测量系统的量化进行量具的重复性和再现性分析(GR&R)属性测量MSA 技术总结内容提要MSA与IATF16949的关系IATF16949：2016与MSA标准条文标准条文7.1.5.1.1 测量系统分析测量系统分析应进行统计研究来分析在控制计划所识别的每种检验、测量和试验设备系统的结果中呈现的变异。所采用的分析方法和接收准则，应与测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客批准，其他分析方法和接收准则也可以应用。替代方法的顾客接受记录应与替代测量系统分析的结果
2、一起保留（见第 9.1.1.1 条）。注：测量系统分析研究的优先级应当着重于关键或特殊产品或过程特性。实施要点说明实施要点说明对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析。测量分析方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致。经顾客批准，可以采用其它方法及接受准则。强调要有证据证明上述要求已达到。PPAP手册中规定：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。APQP手册，MSA为“产品/过程确认”阶段的输出之一。SPC手册指出MSA是控制图必需的准备工作。IATF16949：2016与MSA测量系统分析简介测量系统分析简介是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用
3、的仪器或量具、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。什么是测量系统什么是测量系统测量系统的范例如果要测量一个柱孔的内径，那么测量系统应包括：被测量的零件人员测量仪器仪器使用方法进行测量的环境条件作为测量活动的结果，我们产生一个数值，以此表示内径。8什么是数据的质量 数据的类型计量型数据Variable data计数型数据Attribute data9什么是数据的质量如何评定数据质量如何评定数据质量 -测量结果与“真”值的差越小越好。-数据质量是用多次测量的统计结果进行评定。计量型数据的质量计量型数据的质量 -均值与真值（基准值）之差。-方差
4、大小。计数型数据的质量计数型数据的质量 -对产品特性产生错误分级的概率。10什么是测量系统分析测量系统分析(MSA)MSA用于分析测量系统对量测值的影响强调仪器和人的影响我们对测量系统作测试，以确定量测数值的统计特性，并与可接受的标准相比较11测量系统评定的两个阶段第一阶段（使用前）-确定统计特性是否满足需要？-确认环境因素是否有影响？第二阶段（使用过程）-确定是否持续地具备恰当的统计特性？12评价测量系统的基本问题是否有足够的分辨力？是否具备时间意义的统计稳定？统计特性是否在期望的范围内具备一致性，用于过程控制和分析是否可接受？所有的变差总和是否在一个可接受的量测不确定度的水平？13测量系统
5、变差测量过程的构成因子及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。14测量值变差环境方法仪器(机器)材料人员环境影响测量数据温度变化引起热涨冷缩，使同一零件的同一特性产生不同的读数光线不足妨碍正确读值刺眼的光导致读值不正确在绞线制造中，电线绝缘层的厚度会因测量方法不同而不同测量方法影响测量结果16二种方法的测量结果不一样 扁平 圆形 同心轴测量仪器影响测量结果测量仪器的递增刻度必须小于规范值测量仪器的种类，如尺，卡尺17材料和人员影响测量结果材料：材料必须能够代表所预期的正常的生产过程人员：从构成该测量系统的人员中进行选取，其必须能够较为熟练的使用该测量系统中的量器具测量值并不总是精确的测量系统
6、的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作的判定测量系统的误差可分为五类：偏倚、稳定性、线性、重复性和再现性。前三者被称作位置变差，后三者被称为宽度变差。必须在采纳一个测量系统前知道其测量变差19测量系统分析目的获得测量系统与所处环境有相互作用时，其产生的测量变差的类型和大小。评估测量系统所具有的测量能力是否适用于产品和过程的控制。制定改进和提高测量能力，减小变差的措施。20测量系统分析的具体应用建立新量具的适用性和可接受性标准把一个量具和另一个量具作比较评估可疑的量具量具维修前后的特性比较计算测量系统变差建立制造过程可接受性标准管理和改进测量过程21测量系统的统计特性22理想的测量系统每次都
7、能获得正确的测量值，每个测量值都与标准件一致统计特性：“零”变差“零”偏倚“零”概率误判被测量产品23测量系统数据的质量数据的质量取决于从处于稳定条件下进行操作的测量系统中，多次测量的统计特性。通常描述测量数据质量的统计特性是某测量系统的偏倚及变差。v偏倚的统计特性指的是数据值相对于参考（基准）值的位置。v变差的统计特性指的是数据分布的宽度。24测量系统数据的质量低数据质量最普遍的原因之一是变差太大。一组数据中的变差多是由于测量系统及其环境的相互作用造成的。具有较大变差的测量系统可能不适合用于分析制造过程，因为测量系统的变差可能会掩盖制造过程的变差。管理一个测量系统的许多工作集中在监视和控制其
8、变差，另外还需重点集中在了解测量系统与环境有什么样的相互作用，以便获得可接受质量的数据。25测量系统特性及变差类型和定义26变差的数学表达 过程控制中所收集的数据包含二种不同的，相对独立的变差来源：制造过程变差(MPV)测量系统变差(MSV)总变差(TV)=MPV+MSV27测量系统的变差必须小于制造过程变差MSV MPVMSV MPV 注：测量系统的变差必须尽可能小注：测量系统的变差必须尽可能小变差的数学表达28+MSVMSVMPVMPV 总变差总变差 (TV)(TV)规范公差规范公差测量系统必须处于统计稳定状态，也就是说，测量系统的变差不受特殊原因支配1.1.一般说来，当没有数值(点)落在
9、特殊原因区域内时，测量系统便处于统计控制状态2.2.如果没有如SPC手册中描述的数据 趋势或漂移时，我们也可认为是统 计控制状态统计控制29 共同原因区域共同原因区域特殊原因区域特殊原因区域特殊原因区域特殊原因区域处于统计控制状态，即只存在变差的普通原因。测量系统的变异性（Variability）小于过程变异性测量系统的变异性小于技术规范界限。测量增量（increments）小于过程变异性和技术规范宽度的1/10。当被测项目变化时，测量系统统计特性的最大变差小于过程变差和规范宽度较小者。测量系统应具备的特性30分辨率31分辨率了解测量系统的能力，以提供过程变差的信息当测量系统不能探测过程变差时
10、，不宜作测量系统分析当测量系统不能探测特殊原因变差时，不宜用作过程控制32分辨率33分辨率的范例MSA手册的定义提供分辨率分别为0.001”和0.01”的二个测量系统之间的反差用二个系统测量同一组样本；建立如下页所示的均值和极差图(X&R Chart)34测量系统的分辨力（分辨率不足对控制图的影响）35分辨率不足当极差图出现以下情况时，表示测量系统的分辨率不足：只有一、二或三个数值的极差可读四分之一以上极差为零选择分辨率按比例小于规范或过程变差，以获得足够的分辨率36分辨率的决定原则分辨率应当为(容限)公差或分布的十分之一在PPAP之前，APQP和测试期间进行量具分辨率的研究研究制造过程的极差
11、图；如果只有一、二或三个极差图时，表示测量系统的分辨率不够从不断改进的角度看，十分之一的公差值可能不够。MSA建议用6o制造标准差的十分之一。37测量系统的量化38测量系统量化目的帮助理解测量系统的变差来源并量化其对测量结果的影响范围评估主要的统计特性：准确度和精确度重复性再现性偏倚稳定性线性39准确度和精确度量化：准确度以偏倚评估准确度以偏倚评估精确度以重复性和再现性评估精确度以重复性和再现性评估40准确度和精确度范例41量具 A量具 B量具 CA 具有最佳准确度B 具有最佳精确度C 的准确度好于B量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值偏倚观测值与基准值之差。基准值可接受的参考值或标准值
12、，用作测量值的认可基准。基准值可以由更高级别的测量设备而获得的测量均值决定。42偏倚范例43 至 为 A 的偏倚 至 为 B 的偏倚 至 为 C 的偏倚 量具 A量具 B量具 C量具 A 的均值量具B 的均值量具C 的均值量具偏倚的工作指南1.1.用标准值或高等级量具，如完全尺寸检验设备，获得基准值2.2.用测量室或完全尺寸检验设备3.3.由同一评鉴人对同一零件作至少10次测量4.4.计算：读数的均值偏倚=观值均值-基准值偏倚%=(偏倚/过程变差(公差)10044偏倚范例同一作业员对一条轴的外径作了10次测量，数据如下：过程变差估计为0.00310”,基准值为0.72650”，是一个名誉值，即
13、假定产品与原样一致。估计偏倚45观测次数观测次数 外径观测值外径观测值 (英寸英寸)1 0.72660 2 0.72440 3 0.72535 4 0.72630 5 0.72710 6 0.72745 7 0.72630 8 0.72515 9 0.72525 10 0.72570均值(X-bar)=0.72596偏倚 =观测均值-基准值 =0.72596-0.72650 =0.00036%偏倚 =(|偏倚|/过程变差)x 100 =(0.00036/0.00310)x 100 =11.6%观测值要比基准值平均小0.00036”,占过程变差的11.6%量具偏倚不合格的原因标准值有误测量设备：
14、磨损错误的尺寸测量错误的特性校准不当作业员使用不当46稳定性稳定性(或漂移)是指一个测量系统在一段时间(指几天而不是几小时)获得的对同一标准件或零件的一个单一特性的测量总变差47稳定性范例48量具A的第一次均值量具A的第二次均值至 为A的稳定性稳定性分析1.获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。2.定期（天、周）测量基准样品3至5次。样本容量和频率应基于对测量系统的了解。因素包括要求多长时间重新校准或维修，测量系统使用的频率，以及操作条件如何重要。读数应在不同时间读取以代表测量系统实际使用的情况。这些还包括预热，环境或其它在一天内可能变化的因素；3.在Xbar-R控制图中标绘数据；4.确
15、定每个曲线的控制限并按标准曲线图判断失控或不稳定状态；5.根据通常的SPC要求作评估。均值和极差或均值和标准差控制图是测量系统稳定性分析的好方法 49稳定性示例为确定某一新测量仪器的稳定性是否为可接受，过程小组选取了生产过程输出范围中接近中间值的一个零件。该零件被送到了测量实验室，经测量其参考值为6.01。小组每班测量该零件5次，共测了四周（20个子组）；收集到数据以后，画出了Xbar-R。50稳定性示例（续）51对稳定性图的分析如果稳定性有问题时，均值和极差图会出现漂移或非控制状态均值图出现非控制状态时，表明测量系统测量不正确偏倚改变了-确定原因并改正如果原因是磨损-重复校准、维修测量系统控
16、制图适用于标准件或期望测量的低/中/高极差的标准52量具的稳定性一般没有R&R问题大有助于确定校准周期当多个系统测量同一标准件并在不同时间内有显著的变差时，有助于确定最稳定的测量系统应追溯二次测试并图表化(至少应记录实际读数和其它相关数据)53对量具稳定性的影响时间-长时间的不用或间歇使用二次稳定性试验的测量数很大或很小环境或系统变化，例如：湿度，气压与统计稳定性相混淆的其它因子，如预热效应、磨损度、缺乏维护、作业员或实验人员缺乏培训等54量具稳定性错误的原因校准频度不够或太过频繁缺乏气压调节或过滤电子或其它量具的预热期缺少维护不易观察的磨损和损坏氧化(生锈)55线性56量具在期望的作业范围偏
17、倚值的差量具的线性57量具线性的分析58量具线性的分析59测量系统的线性60测量系统的线性61线性图析62量具的线性分析（图示法）由于存在过程变差，选择g5个零件，使这测量涵盖这量具的整个工作量程；对每个零件进行全尺寸测量，从而确定其参考值，并确定涵盖了这量具的工作行程；量具作业范围的中部也应考虑让经常使用该量具的操作者测量每个零件m10次。要随机地选择零件，从而减少评价人对测量中偏倚的“记忆”。计算每次测量的偏倚，以及每个零件偏倚的平均值 63iJIjiX)(,参考值偏倚mmjjii1,偏倚偏倚量具的线性分析（续）在线性图上画出相对于参考值的每个偏倚及偏倚平均值。应用以下公式，计算并画出最适
18、合的线及该线的自信度区间。计算并画出最适合的线及该线的自信度区间。画出“偏倚0”的线，并对图进行评审，以观察是否存在特殊原因，以及线性是否可接受。如果“偏倚0”的整个直线都位于置信度区间内，则称该测量系统的线性是可接受的。sxxxxgmtaxbsxxxxgmtaxbgmyxaybysigmigmiiii2122021,202122021,202112下限：上限：式中64线性示例某工厂检验员对某过程引进了一套新的测量系统。作为PPAP（生产件批准程序手册）的一部分，需要对测量系统的线性进行评价。根据已文件化的过程变差描述，在测量系统的全部工作量程的范围内选取了五个零件。通过对每个零件进行全尺寸检
19、验从而确定它们的参考值，然后由主要操作者对每个零件测量12次。在分析中，这些零件是随机抽取的。65线性示例（续）66线性示例（续）67线性示例（续）68非线性的原因量具的作业范围的开端和末端未经恰当的校准用于最小和最大量程的标准件有误量具磨损量具的设计特性6970量具的重复性和再现性(GR&R)分析重复性同一评鉴人员用同一测量仪器测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差71重复性范例72量具 A量具 B量具 C量具 A的均值量具 B的均值量具 C的均值再现性不同评鉴人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变差73再现性范例74 至 为A和 B 的再现性 至 为A和 C
20、 的再现性 至 为B和 C 的再现性评鉴人 A评鉴人 B评鉴人 C评鉴人A 的均值评鉴人B 的均值评鉴人C 的均值量具R&R分析量具R&R工作指南1.1.在测量系统使用者中选出2-3个评鉴人2.2.抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差极差3.3.把零件从1至10编号，但号码不为被评鉴人所见4.4.如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准75量具R&R分析量具R&R工作指南(续)5.5.由评鉴员A随机地对10个零件作测量，由一个观察员 记录测量结果6.6.由其他评鉴员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得的读数7.7.重复第5和第6步，用不同的随机组合测量8.8.对每个评鉴员的读数计算均值和极
21、差76量具R&R分析量具R&R工作指南(续)9.9.用GR&R报告表，记录零件均值和极差均值10.10.计算表示设备变差的重复性11.11.计算表示评鉴人员变差的再现性12.12.计算GR&R并转换成百分比13.13.计算零件变差并转换为百分比14.14.计算总变差7780重复性极差控制图81重复性极差控制图0.000.020.040.060.080.1012345678910评价人A评价人B评价人C极差UCLLCL极差图结论三个评鉴人的所有观测极差值都在控制限内，即三个评鉴人之间无差异如果其中一个评鉴人有观测极差落在控制限外，结论为三个人的方法有别如果所有评鉴人(本例为三人)都有些点落在控制
22、限外，结论是测量系统对评鉴人的技术敏感，需要改进以获得有用的数据82均值控制图83零件评价人均值图5.5006.0006.5007.0007.50012345678910XUCLLCL评价人A评价人B评价人C均值图结论至少有大于30的点落在控制限外如不到半数，结论是测量系统不足以探测零件与零件之间的变差84GR&R 接受标准根据估计的系统R&R值，接受标准为:%R&R10%,接收10%R&R30%,系统需要改进85R&R的应用当重复性比再现性大时：量具需要维护重新设计量具以更为严格改进量具的夹紧或定位零件内部变差太大R&R的应用当再现性比重复性大时：评鉴人员需要更好的量具使用培训需要更好的操作
23、定义量具的刻度可读性太差需要辅助装置，以求量具使用的一致性87属性的测量88属性的测量属性类量具：将每个零件与设定的容限作比较，当符合容限时零件被接受用于接收或拒收一组标准件不能告知零件好、坏的程度，仅有接收/或拒收(通过/不通过)之分89属性量具的工作指南1.1.选择20个零件2.2.包括几个处于规范容限上限或下降边缘的零件3.3.选出二个在日常工作中使用这种量具的评鉴员4.4.每个评鉴员对每个零件随机地测量二次90属性量具决策原则如果所有测量一致-接受量具如果所有测量不一致-改进系统(单个不一致)如果量具不能改进，系统不能接收-寻求其它测量系统91属性量具分析范例二个评鉴员用属性量具对20
24、个零件作了测试，结果如下：92零件1，9，13和20测量系统结果不一致，系统需要改进93MSA技术总结测量系统分析典型的准备工作包括：分析的操作定义评鉴员和样件数量重复读数或试测次数尺寸的关键性零件构造作业员在作业时使用测量仪器样件能代表完整的作业极差测量仪器的分辨率必须能够读出特性的过程变差94MSA 总结95偏倚偏倚分辨率分辨率准确度准确度选择测量系统的基本要求(可通过极差图作目视分析)通过测定偏倚值衡量通过对GR&R估计的重复性衡量通过观测均值减去基准值衡量精确度精确度MSA 总结96稳定性稳定性线性线性当测量系统间歇使用或较长时间不用后作分析至少应该在作业范围内作2-3次偏倚分析对相同样件作重复测量的行业测量系统GR&RGR&RMSA思考题MSA双性分析中，需要借助以什么样的分析方法？是否GRR合格，测量系统就合格？量具1/10原则，代表的含义是什么？请举例说明9798
