测量系统分析（msa）—培训教材（第三版）

测量系统分析Measurement Systems Analysis （ M S A ）,上海奥邦科技发展有限公司,MSA 的概念,1、MSA 的概念： 指 Measurement Systems Analysis （测量系统分析）的英文简称。 M ( Measurement ) 测量 S ( Systems ) 系统 A ( Analysis ) 分析2、MSA 的定义： 指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。,确定新购或经维修、校准合格后的测量设备在生产过程中使用时能提供客观、正确的分析/评价数据，对各种测量和试验设备系统测量结果的变差进行适当的统计研究，以了解测量系统是否满足产品特性的测量需求和评价测量系统的适用性，确保产品质量满足和符合顾客的要求和需求。,MSA 的目的,MSA 与 APQP、CP、FMEA、PPAP和SPC的关系,过程分析（乌龟图）审核工作表注：MSA 的“过程分析（乌龟图）”表中之具体和详细内容的填写请见附件二。,“过程分析（乌龟图）”在 MSA 中的运用,MSA 实施的时机和范围,凡企业控制计划中所提出的和/或顾客要求的所有检验、测量和试验设备均要进行测量系统分析（MSA）。,质量部于每年度结束前根据控制计划和/或顾客要求制定下一年度的“测量系统分析计划”，并确定在控制计划和/或顾客要求中所用到的检验、测量和试验设备需进行测量系统分析的方法、内容、预计完成时间、负责部门/人员、分析频率、进度要求等，经管理者代表核准后由质量部和相关部门执行。 进行测量系统分析的工作/和管理人员必须接受公司内部或外 部的相关测量系统分析课程之培训/训练，并经考试合格或获 得相关证书，方可进行测量系统分析工作。,编制检验、测量和试验设备的年度测量系统分析（MSA）计划,MSA 课程目的,使参加培训的人员 理解MSA在控制和改进过程中的重要性； 具备开展测量系统分析所需要的实用知识； 建立测量系统不确定度的量化方法、可测量指标 和接受准则，从而作出专业的、客观的评价。,课程结构图,测量系统分析,定义测量系统,分辨率,计量较准和追溯,偏倚、线性和稳定性,进行GR & R,测量系统比较和分析工具,第一章,MSA 与 ISO/TS16949 的关系,ISO/TS16949:2002 与 MSA,要求条文要素7.6.1为分析当前的各种测量和试验设备系统测量结果的变差，应进行适当的统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所有的分析方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致。（如：偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性研究。）如经顾客批准，也可采用其它分析方法及接受准则。,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。 SQA手册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。,ISO/TS16949:2002与MSA,ISO/TS16949:2002与MSA,实施要点说明 标识、监视与测量设备及其校准状态 确定量具准确度和精确度 当量具被发现处于非校准状态时，应对其以前的测量结果 作确认 确保所有的量具的搬运、保护、清洁、维护和存放 校准记录应包括个人量具 应用MSA手册中规定的方法,优胜者方法,最大限度的减少量具种类 最大限度的减少量具的数量 根据产品族添置量具 只采用符合MSA要求的量具 不允许个人量具 用6过程分布计算结果，而不是规范或公差,第二章,测 量 系 统 简 介,什么是测量系统,测量过程 数据,测量系统 用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设 备、软件及操作人员的集合。,测量系统范例,例如要测量一个柱的内径，那其测量系统应包括： 测量项目 人员 测量仪器 进行测量的环境条件 作为测量活动的结果，产生一个数值以表示内径,什么是数据的质量,数据的类型 计量型数据（Variable data） 指定量的数据，可用测量值来分析。例如：用毫米表示的轴承轴颈 直径、用牛顿表示关门的力、用百分数表示电解液的浓度、用牛 顿米表示紧固件的力钜、XR图、XS、 中位数、单值和移动 极差控制图等都用于计量型数据。 计数型数据（Attribute data） 可以用来记录和分析的定性数据。例如：要求的标签出现、所有要 求的紧固件安装、经费报告中不出现错误等特性量即为计数型数据 的例子。其它的例子如一些本来就可测量（即可以作为计量型数据 处理）只是其结果用简单的“是/否”的形式来记录，例如：用通 过/不通过量具来检验一根轴的直径的可接受性，或一张图样上任 何设计更改的出现，计数型数据通常以不合格品或不合格的形式收 集，它们通过P、np、U和C控制图来分析。,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 均值与真值（基准值）之差。 方差大小。 计数型数据的质量 对产品特性产生错误分级的概率。,什么是数据的质量,数据分析和使用,用测量系统所收集的数据用于： 控制过程 评估影响过程结果的变量及其相互关系 利用数据分析，增进对测量系统中因果关系和对过程的影 响的了解 把注意力放在测量系统上，其产生的读数可在每个零件上 获得重复，在每个测量人员间获得再现,标准的传递,公司标准,企业的校准实验室,检测设备制造厂,追溯性：通过应用连接标准等级体系的适当标准程序，使单个测量结果与国家标准或国家接受的测量系统相联系。,标准的传递,测量系统分析（MSA） MSA用于分析测量系统对测量值的影响 强调仪器和人的影响 我们对测量系统作试验，以确定系统的统计特性值与可接 受的标准作比较,什么是测量系统分析,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？,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?,MSA总目标,测量不确定度 一个特性的估计真值所处的范围，这类数据可表达为一系列测量值的统计分布、标准差、概率、百分比及实测值与真值的差，在控制图或曲线图表上的点等。,优胜者方法,只有与过程变差相关联，才能使用测量系统分析对上述基 本问题的确定变得最有意义。 针对日益强调持续改进的全球化市场，仅仅用相对于公差 的百分来表达测量误差是不够的。, 盲测法 在实际测量环境下，在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件 下，获得的测量结果。即：指测量系统分析人员将评价的510个零件予 以编号，然后要求评价人A用测量仪器将这些已编号的510个零件第一次 进行依此测量（注意：每个零件的编号不能让评价人知道和看到），同时 测量系统分析人员将评价人A第一次所测量的数据和结果记录于相关测量系 统分析表中，当评价人A第一次将510个零件均测量完后，由测量系统分 析人员将评价人A已测量完的510个零件重新混合，然后要求评价人A用第 一次测量过的测量仪器对这些已编号的510个零件第二次进行依此测量， 同时测量系统分析人员将评价人A第二次所测量的数据和结果记录于相关测 量系统分析表中，第三次盲测以此类推。 向传统观念挑战 长期存在的把测量误差只作为公差范围百分率来报告的传统，是不能面临 未来持续改进的市场挑战。,评价测量系统的关键注意点,测量系统的变差,测量过程的构成因子及其相互作用，产生测量结果的变差,人员,量具,材料,环境,方法,测量值变差,环境如何影响测量结果,温度变化引起热胀冷缩，使同一零件的同一特性产生 不同的读数 光线不足防碍正确的读数 刺眼的光导致读数不正确 受时间影响的材料-如铝、塑料及玻璃 湿度影响 污染-如电磁、灰尘等,测量仪器如何影响测量结果,测量仪器精度必须小于规范值 测量仪器的咱类，如尺、游标卡尺 测量仪器的准确度和精确度 偏倚和线性 重复性和再现性 稳定性,材料、人员如何影响测量结果,材料 人员,测量值并不总是精确的,测量系统的变差影响每个测量值和根据这些测量数据 所作的判定 测量系统的误差或分为五类：偏倚、重复性、再现性、 稳定性和线性 必须在使用一个测量系统前知道其测量变差,MSA的应用,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 量具维修前后的性能比较 计算测量系统变差 确定制造过程可接受性 管理和改进测量过程,从哪里开始,评估量测系统的组成并尽可能控制量测系统的变差， 以确保量测系统在符合使用它的要求状态下 把我们的关注从测量过程变差扩展到测量系统统计 特性和测量不确定性上 使用SPC的基本原理,第三章,测 量 系 统 统 计 特 征,理想的测量系统,每次都能获得正确的测量值，每个测量值都与真值一致 有以下统计特性： 零变差 零偏倚 零概率错误分类,测量系统特性及变差类型和定义,操作者B,操作者C,操作者A,再现性,基准值,无偏倚,有偏倚,观测的平均值,测量系统数据,评估量测系统的组成并尽可能控制量测系统的变差，以确 保量测系统在符合使用它的要求状态下 把我们的关注从测量过程变差扩展到测量系统统计特性和 测量不确定性上 使用SPC的基本原理,变差数据表达,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 + MSV,测量系统的变差与制造过程变差,测量系统的变差必须小于制造过程变差 MSV 或45） 如果不呈线性关系，应当采用其它工具分析测量系 统的可接受性,非线性的原因,量具的工作范围的上限和下限未经正确的校准 用于最小和最大量程的标准件有误 量具磨损 量具固有的设计特性,稳定性,稳定性(或漂移)是指一个测 量系统在某一持续时间（指 几天而不是几小时）获得的 对同一基准或零件的一个单 一特性的测量值总变差,稳定性范例, 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, ,测量系统的稳定性,两种稳定性 一般概念：随着时间变化系统偏倚的总变差。 统计稳定性概念：测量系统只存在普通原因变差， 而没有特殊原因变差。 利用控制图评价测量系统稳定性（稳定性分析实例） 保持基准件或标准样件 极差图（标准差图）出现失控时，说明存在不稳定 的重复性。 均值图出现失控时，说明偏倚不稳定。,稳定性,稳定性是测量系统对给定零件或标准零件在不同时间 的偏倚的总变差 当同时有多个测量系统介入时，偏倚最小的那个系统 被认为是“稳定”的系统,量具稳定性,一般没有R&R问题大 有助于确定校准周期 当多个系统精确测量同一标准件并随时间变化有显著 变差时，有助于确定最稳定的测量系统 应对测试跟踪并图表化（或至少在量具记录中记录实 际读数和其它相关数据）,对量具稳定性的影响,长时间的不用或间歇使用 二次稳定性试验的测量数据很大或很小 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,稳定性不好的影响,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）,量具稳定性分析,量具稳定性工作指南 1、使用在偏倚和线性分析中作为样件的基准/标准件 在保护环境下恰当地保存它们(产品的生命期内) 给它们标上名称和号码以便于追溯和进一步研究， 包括低、中、高极差值的样本 2、对标准件在一天朱同时间作3-5次测量（根据测量系统 的具体情况而定）,量具稳定性分析,量具稳定性工作指南（续） 3、把数据在均值和极差图或均值和标准差图标出 注:要求对每个标准件按过程或规范容限做一个图 4、根据通常的SPC要求作评估 5、将测量标准差与过程变差相比较，以确定适用性,稳定性图析,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，检查： a、偏倚改变了 确定原因并改正 b、如果原因是磨损 重复校准、维修 不必计算测量系统稳定性数值 通过减少系统 变差来改善稳定性,测量系统的稳定性,第六章,量 具 重 复 性 与 再 现 性,量具R&R,目的 理解用AIAG计算方法所作的GR&R 注意 重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或 分布 偏倚、稳定性和线性用于测量系统变差作定位,重复性,同一评鉴人用同一测量仪器 多次测量同一零件的同一特 性所获得的测量变差,重复性范例,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,不同评价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,再现性范例,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 为A和B的再现性 为A和C的再现性 为B和C的再现性,量具R&R分析,量具R&R工作指南 1、在测量系统使用者中选出2-3个评价人 2、抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差 3、把零件从1至10编号，但号码不为被评价人所见 4、如果测量程序文件中有规定，则对量具作校准 5、由评价员A随机地对10个零件作测量，由一个观察 员记录测量结果,量具R&R分析,量具R&R工作指南（续） 6、由其他评价员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得 的读数 7、重复第5和第6步，用不同的随机组合测量 8、对每个评鉴员的读数计算均值和极差 9、用所附GR&R报告表，记录零件均值和极差均值 10、计算表示设备变差的重复性,量具R&R分析,量具R&R工作指南（续） 11、计算表示评鉴人员变差的再现性 12、计算GR&R并转换为百分比 13、计算零件变差并转换为百分比 14、计算总变差,测量系统的重复性与再现性,(1) 测量数据,测量系统的重复性与再现性,(2) 重复性分析,绘极差图 计算控制限 UCLR = RD4 = 2.52.575 = 6.4mm UCLR = RD3 = 0.00mm 分析控制图 计算重复性（量具变差） R 2.5 EV = 5.15e = 5.15 = 5.15 = 7.5mm d2* 1.72,控 制 常 数 图,测量系统的重复性与再现性,测量系统的重复性与再现性 (平均极差分布的d2值）,（d2*值 g15的）,1.41 1.91 2.24 2.48 2.67 2.83 2.96 3.08 3.18 3.27 3.35 3.42 3.49 3.55 1.28 1.81 2.15 2.40 2.60 2.77 2.91 3.02 3.13 3.22 3.30 3.38 3.45 3.51 1.23 1.77 2.12 2.38 2.58 2.75 2.89 3.01 3.11 3.21 3.29 3.37 3.43 3.50 1.21 1.75 2.11 2.37 2.57 2.74 2.88 3.00 3.10 3.20 3.28 3.36 3.43 3.49 1.19 1.74 2.10 2.36 2.56 2.73 2.87 2.99 3.10 3.19 3.28 3.35 3.42 3.49 1.18 1.73 2.09 2.35 2.56 2.73 2.87 2.99 3.10 3.19 3.27 3.35 3.42 3.49 1.17 1.73 2.09 2.35 2.55 2.72 2.87 2.99 3.10 3.19 3.27 3.35 3.42 3.488 1.17 1.72 2.08 2.35 2.55 2.72 2.87 2.98 3.09 3.19 3.27 3.35 3.42 3.48 1.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.35 3.42 3.48 1.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.42 3.48 1.16 1.71 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 3.48 1.15 1.71 2.07 2.34 2.55 2.72 2.85 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 3.48 1.15 1.71 2.07 2.34 2.55 2.71 2.85 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 3.48 1.15 1.71 2.07 2.34 2.54 2.71 2.85 2.98 3.08 3.18 3.27 3.34 3.41 3.48 1.15 1.71 2.07 2.34 2.54 2.71 2.85 2.98 3.08 3.18 3.26 3.34 3.41 3.48 1.128 2.059 2.534 2.847 3.078 3.258 3.407 1.639 2.326 2.704 2.907 3.173 3.336 3.472,g,15,测量系统的重复性与再现性,测量系统的重复性与再现性,（3）再现性分析 评价人均值极差 R0=X2 - X1=216.9-216.3=0.6 计算再现性 R0 e 2 AV=5.15 ( ) 2 _ d2* nr 0.6 1.452 = 5.15 ( )2 - 1.41 53 =1.0mm,测量系统的重复性与再现性,(4) 零件间变差分析 计算均值控制限 UCLX = X+A2R =216.6+1.0232.5=219.2mm UCLX = X-A2R = 216.6-1.0232.5=214.1mm 分析控制图(一半以上点应在控制限外) 计算零件间变差 RP 6.2 PV = 5.15 = 5.15 =12.8mm d2* 2.48,测量系统的重复性与再现性,(5) 计算双性R&R R&R= (EV)2+(AV)2 = 7.52+1.02 = 7.6 mm计算过程总变差 TV= (PV)2 +(R&R)2 = 12.82+7.62 = 14.9mm,测量系统的重复性与再现性,测量系统的重复性与再现性,量具R&R,重复性 同一评鉴人员用同一测量仪器多次测量同一零件的同一特性所获得的测量变差。做极差图,再现性 不同评价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变差。做均值图,极差图范例,2个评价人，3欠实验，5个零件,极差图解析,对于两个评价人，所有的点都在控制限制内，因此，评价 人没有区别 如果其中一个评价人的测量值超出控制限制，那么结论是 他的方法与另外一个不同 如果两个评价人都有一些点超出控制限制，那么结论是测 量系统对评价人的技术敏感，需要改进以获得有用的数据,均值图范例,2名评价人，4次试验，5个零件,均值图解析,在这次分析中，10个点中的4个超出控制限制 因为这少于总点数的一半，结论是测量系统不足以检查出 零件间变差,测量系统分析实施流程图,测量是否可重复,测量是否随机赋值,供试验零件是否超过300,是否计量型,适用的分析时间,是否计量型,见其它参考手册,计数型量具研究(Short Method)P81,极差法 P43,计数型量具研究(Long Method)P82,图示分析P46,均值极差法或方差分析法P55 P69,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,Y,N,短,长,计量型- 极差法,计量型 -均值极差法示例,图示分析- 极差图,UCLR,R,1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 A B C,分析: 是否显示与评价人或零件要关的图形? 是否有超出控制限的点?,极