MSA第四版讲议

1、MSA测量系统分析测量系统分析内容内容： 为什么要进行MSA？Why？； 什么是什么是MSA？ What ？； 什么时候进行什么时候进行MSA？When？； 如何进行如何进行MSA？ How？；目的目的：理解进行过程能力分析的重要性；掌握量测系统评估指数;掌握如何评估量测系统的分辨率为什么要进行MSA？我（你）的测量数据是可靠的吗？测量系统有足够的分辨力吗？两年内量具的结果能否保持一致？为什么不同的测量人员得到的结果不同，我应该相信谁？量具测量重复测量时结果也不尽相同，应该如何取值？为什么要进行MSA？因此我们需要：通过一系列的科学方法确保具有合适分辨力和小的测量系统误差的测量系统。什么是MS

2、A？什么是MSA？量具(Gage)人(People)测量技术(Measurement Technique)测量程序(Measurement Procedure)软件(Software)环境(Environment)其它因素(Other Factors)什么是MSA？如果测量系统没有足够的分辨率，它不能识别过程变差以及定量表示单个零件的特性值；不适合的分辨率可以通过极差图方便地显示出来。请看下页的极差图什么是MSA？极极 差差 图图什么是MSA？判断准则判断准则： 当极差图显示可能只有一、二或三个极差值在控制限值内时，或可能4个极差值在控制限值内且超过四分之一以上的极差为零时，都反映了测量系统没

3、有足够的分辨率/力。 建议建议： 可视分辨率最多是总过程的6（标准偏差）的十分之一（而不是公差范围的十分之一）。标准偏差公式：S = Sqrt(xi-x拨)2) /（N-1）公式中代表总和，x拨代表x的均值，2代表二次方，Sqrt代表平方根。 例：有一组数字分别是200、50、100、200，求它们的标准偏差。 x拨 = (200+50+100+200)/4 = 550/4 = 137.5 S2 = (200-137.5)2+(50-137.5)2+(100-137.5)2+(200-137.5)2/(4-1)标准偏差 S = Sqrt(S2) 什么是MSA？反映测量值相对于标准值的位置反映测

4、量值相对于标准值的位置：偏倚(Bias)稳定性(Stability)线性(Linearity)反映测量值的分散程度反映测量值的分散程度方差，也即方差，也即R&RR&R：重复性(Repeatability)再现性(Reproducibility)零件间变差什么是MSA？测量结果的观测平均值与基准值的差值（也叫准确度）；基准值偏倚观测的平均值什么是MSA？标准或基准值误差；检验校准程序仪器磨损； 维护或修理制造的仪器尺寸不对；仪器测量了错误的特性；仪器校准不当； 复查校准方法评价人员使用仪器不当； 复查检验说明书仪器修正计算不正确量具偏倚的工作指南1.1. 用标准值或高等级量具，如

5、完全尺寸检验设备，获得可接受基准值2.2. 用测量室或完全尺寸检验设备3.3. 由同一评价人对同一零件作至少10次测量4. 相对基准值作直方图，以判断是否存在特殊原因5.5. 计算：读数的均值偏倚= 观测值均值-基准值偏倚范例观测次数观测次数 外径观测值外径观测值 BiasBias 1 5.8 -0.2 2 5.7 -0.3 3 5.9 -0.1 4 5.9 -0.1 5 6.0 0.0 6 6.1 0.1 7 6.0 0.0 8 6.1 0.1 9 6.4 0.4 10 6.3 0.3 11 6.0 0.0 12 6.1 0.1 13 6.2 0.2 14 5.6 -0.4 15 6.0 0

6、.0均值 (X-bar) = 6.0067偏倚 = 观测均值 - 基准值 =6.0067- 6.0 = 0.0067标准偏差r = (6.4-5.6)/3.553 =0.22514均值的标准偏差= =0.22514/(sqrt15)=0.05813t=0.0067/0.05813=0.115395%置信区间：-1.118500.1319结论：偏倚是可以接受的，同时假定实际使用不会导致附加变差源同一作业员对一个轴的外径作了15次测量，数据如下：,基准值为6.0，是一个基准值，即假定产品与原样一致。估计偏倚：均值的标准b=:r/m t统计量：偏倚/b 95% 偏倚置信区间偏倚-(d2*b*t)/d

7、2* 偏倚(d2*b*t)/d2* 什么是MSA？测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差；（或称飘移）时间1时间2稳定性什么是MSA？Xbar chart by Operator32110.90.80.70.60.50.4UCL 0.88CL 0.807LCL 0.735R chart by Operator3210.120.110.10.090.080.070.060.050.040.030.020.010UCL 0.125CL 0.038LCL 0什么是MSA？平均值失控平均值失控表示：系统不再正确地测量（偏倚已经改变） 可能的原因：需要校准等极差图失控极差

8、图失控表示：不稳定的重复性 可能的原因：部件松动、气路堵塞、电压变化等量具稳定性分析量具稳定性工作指南1.1.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2.2.定期（天、周）对标准件作3至5次测量(根据测量系统的具体情况而定)3.3.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4.4.根据通常的SPC要求作评估（稳定？）5.5.将测量标准差与过程变差相比较，以确定适用性什么是MSA？量具预期的工作量程内，偏倚值的差值。量程较低部分量程较高

9、部分什么是MSA？ 其中：其中：x:基准值基准值 y:偏倚偏倚y=a+bx ，b：斜率：斜率什么是MSA？线性回归直线的拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性关系.线性=|斜率|（过程变差）%线性=100线性/过程变差拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性关系,其取值范围为0,1,越接近于1表示线性关系越强。注意注意: 线性是由最佳拟合直线的斜率而不是拟合优度的值确定的，一般地，斜率越低，量具线性越好。量具线性分析量具线性工作指南1.1.选择可在测量系统不同工作范围作测量的5-8个零件2.2.用完全尺寸检验设备确定每个零件的基准值3.3.由一个评价人和同一量具测量所有零件4.4

10、.每个零件重复m10次测量5.结果分析作图法（参见偏倚分析）6.6.计算零件的偏倚和偏倚均值。7.7.将计算出的偏倚由小到大排序8.8.以偏倚均值(Y-轴)对基准值(X轴)建立散点图9.9. 线性由这些点的最佳拟合直线的斜率确定。一般说来，斜率越小表示线性越好10.10. 计算量具的线性指数什么是MSA？在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；最小或最大值校准量具的误差；磨损的仪器；仪器固有的设计特性；什么是MSA？由一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值的变差。主要反映：量具变异。重复性重复性什么是什么是MSA？),(%.(99,15. 5)(.,)(222

11、可从附表一中查得量乘以评价人数量及零件数依赖于试验次数布测量结果的代表正态分为仪器变差或重复性为重复测量的平均极差式中的估计为变差重复性标准偏差或仪器gmddREVRdRe什么是MSA？仪器自身；零件在仪器中位置变化。什么是MSA？如果所有极差都受控，则仪器变差和测量过程在研究期间是一致的；如果一名评价人失控，那么他的方法与其他人不同；如果所有评价人都失控，则必须改进测量技术；什么是MSA？由不同的评价人，采用同一个的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。主要反映:人的变异评价人A评价人C评价人B什么是MSA？再现性的标准偏差：o=Ro/d2 (Ro为评价人最大平均值减去最小平均

12、值)。再现性AV=5.15 Ro/d2 。(d2的值取决于评价人的人数m和参与计算的极差的个数g=1,可从附表一中查得)由于量具变差影响了该估计值，必须通过减去重复性部分来调整。调整后的再现性的标准偏差：o=AV/5.15.,:)()15.5(15.5222试验次数零件数量式中校正过的再现性rnnrdRAVeo什么是MSA？均值控制图（评价人对每个零件的平均值绘制而成）如果只有30%或少于一半的平均值在限值外，则测量系统不足以检测出零件间变差。注意： 控制限以重复性误差为基础而不是零件间变差。什么是MSA？如果重复性再现性：仪器需要维护；量具应重新设计来提高刚度；夹紧和检验点需要改进；存在过大

13、的零件内变差；如果再现性重复性：评价人需要更好的培训如何使用量具和读数量具刻度盘上的刻度不清楚；需要某种夹具帮助评价人提高实用量具的一致性什么是MSA？由同一或不同的评价人，采用同一个的测量仪器，测量不同零件的同一特性时零件测量平均值的变差。零件间标准偏差：p =Rp/d2（ Rp为样品平均值极差）。零件间变差：PV=5.15 Rp/d2 。(d2取值取决于量具研究使用的零件数m和参与计算的极差个数g=1，可从附表一中查得)。什么是MSA？统计稳定性： 只有正常原因 没有异常原因测量系统的变差过程的变差测量的分辨率=1/10*5.15*过程变差线性较好保证测量结果的一致性;什么是MSA?%10

14、0/%:%100/&%:%100/%:%100/%:TVPVPVTVRRRRTVAVAVTVEVEV差的百分比零件间变差占总过程变变差的百分比测量系统变差占总过程过程变差的百分比测量系统的再现性占总过程变差的百分比测量系统的重复性占总tpmtmoemTVRR15. 515. 5&2222总过程变差总过程标准偏差测量系统变差测量系统标准偏差量具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个评价人2.2. 抽取10个零件，以此代表实际或期望的过程变差3.3. 把零件从1至10编号，但号码不为被评价人所见4.4. 如果测量程序文件中有规定，则对量

15、具作校准5.5. 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6.6. 由其他评价员重复第5步，隐藏其他评鉴员所获得的读数7.7. 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差9.9. 用所附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.计算总变差测量系统的接受准则偏倚：95%置信度下，0落在置信区间内（注意:不再是10%）线性：“偏倚=0”线必须完全在拟合线置信带以内GR

16、&R低于10% 测量系统可接受；10%至30% 根据应用的重要性、量具成本和维 修的费用等可能是可接受的；大于30% 测量系统需要改进。ndc5什么时候进行MSA？根据经验制造商建议无科学的方法资源浪费不必要的活动采取不正确的测量系统的危险度增大什么时候进行MSA？计划要使用的方法；确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数；确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数；从日常操作该仪器的人中挑选评价人；样品必须从过程中随机选取并代表整个工作范围；仪器的分辨率仪器的分辨率应允许至少读取特性的预期过程变差的十分之一；确保测量方法（即评价人和仪器）在按照规定的测量步骤测量特征尺寸。什么时候进行M

17、SA？测量必须按照随机随机顺序进行；不应让评价人知道正在检查零件的编号；测量读数应估计到可得到的最接近的数字；研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行；每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量方法。如何进行如何进行MSA？独立样本法图表法平均值标准差控制图平均值极差或平均值标准差控制图如何进行MSA？极差法极差法； 测量变异近似值； 只提供总体情形；平均值极差控制图法平均值极差控制图法； 把变异分为重复性和再现性；方差分析法方差分析法； 把变差分为四类：零件、评价人、零件与评价人的交互作用、量具重复性误差。计数型测量系统一个计数型量具: -将每个零件与一个给定的限制相比较,如果满足 这个

18、限制则接受这个零件 -用于接受/拒收一组标准件 -不能指出一个零件有多好或多坏,只能指出这个 零件是接受或拒受(通过/不通过)属性量具工作指南解析法（大样法）：解析法（大样法）： -对于计数型量具，用量具特性曲线(GPC)的概念来进行测量系统分析，用于评价量具的重复性和偏倚 。 -这种量具研究可用于单限值和双限值量具 。 - 对于双限值量具，假定误差是线性一致的，只需检查一个界限线性 。一般地，计数型量具研究包括获得多个被选零件的基准值。这些零件经过多次(m)评价，连同接受总次数(a)，逐个零件地记录，从这些结果就能估计重复性和偏倚 Gage R&R研究零件评价人A评价人B极差( A-

19、B)10. 850. 800. 0520. 750. 700. 0531. 000. 950. 0540. 450. 550. 1050. 500. 600. 10平均极差：0. 07重复性和再现性：0. 303过程变差：0. 40% G R& R=75. 7%75. 7%123456789101A10.651.000.850.850.551.000.950.851.000.600.830220.601.000.800.950.451.000.950.801.000.700.825334均值0.6251.0000.8250.9000.5001.0000.9500.8251.0000.6

20、50 XbarA0.8285极差0.050.000.050.100.100.000.000.050.000.10 RA0.0456B10.551.050.800.800.401.000.950.751.000.550.785720.550.950.750.750.401.050.900.700.950.500.750839均值0.5501.0000.7750.7750.4001.0250.9250.7250.9750.525 XbarB0.76810极差0.000.100.050.050.000.050.050.050.050.05 RB0.04511C10.501.050.800.800.4

21、51.000.950.801.050.850.8251220.551.000.800.800.501.050.950.801.050.800.83013314均值0.5251.0250.8000.8000.4751.0250.9500.8001.0500.825 XbarC0.82815极差0.050.050.000.000.050.050.000.000.000.05 RC0.025160.5671.0080.8000.8250.4581.0170.9420.7831.0080.6670.8080.558170.038180.060190.125200.000零件平均值评价人/试验次数零件均

22、值UCLR=Rbarbar*D4=LCLR=Rbarbar*D3= 2次试验时D4=3.27, 3次试验时D4=2.58; 7次试验以内=0。 UCLR代表单个R的极限。 圈出那些超出极限的值。 查明原因并纠正。 同一评价人采用最初的仪器重复这些读数或剔除这些值并由其余观测值再次平均并计算R和极限值。评价人极差均值： (RA+RB+RC)/3=(0.045+0.045+0.025)/3=Xdiff=Max(XbarA,XbarB,XbarC)-Min(XbarA,XbarB,XbarC)=0.828-0.768=零件编号和名称：垫片量具名称：厚度仪日期：4/12/88特性 厚度量具编号：X-2

23、934执行人尺寸规格：0.6-1.0mm量具类型：0.0-10.1来自表数据：重复性-设备变差（EV）%EV= 100EV/TV试验次数K1 = 18.73%24.56 =0.1833.05再现性-评价人变差（AV）%AV= 100AV/TV = 16.80% =0.16评价人数量23K23.652.70重复性和再现性（R& R）%R&R= 100R&R/TV零件数量K3 = 25.16%23.65 =0.2432.70零件变差（PV）42.30%PV= 100PV/TV52.08 = 96.78%61.93 =0.9071.8281.74总变差（TV）91.67101

24、.62 =0.93 所有计算都基于预期5.15 （在正态分布曲线之下99.0的面积）。K为5.15/d，d取决于试验次数（m）和零件数与评价人数的乘积（g），并假设该值大于15。D数值来自表2。AV-如果计算中根号下出现负值，评价人变差缺省为0。K为5.15d *，式中d *取决于评价人数量（m）和（g），g为1，因为只有单极差计算。K为5.15d *，式中d *取决于零件数（m）和（g），g为1，因为只有单极差计算。测量分析%总变差（TV）)/()(222nrEVKXAVDIFF1KREV22&AVEVRR3KRPVp)&(22PVRRTVMSA流程图确定测量参数根据测量要求

25、确定测量系统需要的统计特性进行测量系统统计特性分析和环境因素影响分析维修/改进用于参数测量测量系统稳定性监控测量系统的统计特性不满足使用要求满足测量需要校准正常周期性测量系统R&R研究正常测量系统R&R不符合要求控制图失控Gage R&R示例研究取包含5个零件零件的一个样本，代表过程变差的实际或预期范围；指定评价人评价人A、B，并按1至5给零件编号，使评价人不能看到这些数字；如果校准校准是正常程序中的一部分，则对量具进行校准；让评价人A以随机的顺序测量5个零件，并让另一个观测人记录结果。让评价人B以同样的方法测量5个零件；使用不同的随机测量顺序重复上述操作过程3次；Ga

26、ge R&R示例研究评价人A 评价人B 零件 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 217 220 217 214 216 216 216 216 216 220 2 216 216 216 212 219 219 216 215 212 220 试验 3 216 218 216 212 220 220 220 216 212 220 均值 216.3 218.0 216.3 212.7 218.3 218.3 217.3 215.7 213.3 220.0 级差 1.0 4.0 1.0 2.0 4.0 4.0 4.0 1.0 4.0 0.0 评价人A均值的均值 216.3 评价

27、人B均值的均值 216.9 Gage R&R示例示例研究研究Gage R&R示例研究示例研究1 .2145 . 2023. 16 .2162 .2195 . 2023. 16 .216:6 .2162/2 .43322RAXLCLRAXUCLXXxX图控制限总平均值Gage R&R示例研示例研究究000.04.6575.2,00.0:5.210/253443DRLCLDRUCLDDRRRR图控制限Gage R&R示例研究示例研究重复性标准偏差（量具标准偏差）：重复性：45.172.15.22dRe5 . 745. 115. 515. 5eEVGage R&

28、;R示例研究示例研究19.015.50.115.5/:0.1355.72.2)()15.5(15.5:2.241.16.015.5/15.56.03.2169.216222222AVnrdRAVdRRoeooo校正的评价人标准偏差校正过的再现性再现性Gage R&R示例研究示例研究8 .1250. 215. 515. 5:50. 248. 2/2 . 6/:2 . 60 .2132 .219:2PPpPPVdRR零件间变差零件间标准偏差样本平均值极差Gage R&R示例研究示例研究9 .1490.215.515.5:6 .747.115.515.5&:90.247.15

29、0.2:47.119.045.1:22222222tmmptoemTVRR总过程变差测量系统变差总过程变差的标准偏差测量系统标准偏差Gage R&R示例研究示例研究%9 .85%100/%:%7 .50%100/&%:%28. 1%100/%:%33.50%100/%:TVPVPVTVRRRRTVAVAVTVEVEV差的百分比零件间变差占总过程变变差的百分比测量系统变差占总过程过程变差的百分比测量系统的再现性占总过程变差的百分比测量系统的重复性占总Gage R&R示例研究示例研究研究显示测量系统的%R&R为50.7%50.7%，不符合测量要求；测量系统的重复性为

30、测量系统%R&R不合格的主要原因；Gage R&R示示例例研研究究附录：d2*取值表2345678910111213141511.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.62.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.4951.

31、191.742.12.362.562.732.872.993.103.193.283.353.423.4961.181.732.092.352.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.48g 81.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.3

32、42.552.722.862.983.093.183.273.343.423.48111.161.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.343.413.48121.151.712.072.342.552.722.852.983.093.183.273.343.413.48131.151.712.072.342.552.712.852.983.093.183.273.343.413.48141.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.343.413.48151.151.712.072.342.542.712

33、.852.983.083.183.263.343.413.48151.1281.6932.0592.3262.5342.7042.8472.9073.0783.1733.2583.3363.4073.472m自动测量设备的自动测量设备的Gage R&R研究研究自动测量设备的Gage R&R研究1个评价人，10个零件，测量每个零件210次计算步骤：1）计算每个零件的标准方差；2）计算平均的标准方差sBar；3）估计过程偏差（sBar/c4)；4) %P/T=(6*sBar/c4)/(USL-LSL)*100；n2345678910c40.79790.88620.92130.940

34、00.95150.95940.96500.96930.9727MSA与SPC的关系保证获得正确分析结果的两个基本点；MSA以SPC理论为基础；MSA为SPC的应用提供保证。机器能力指数确定机器能力是否满足产品质量标准的要求；消除设备隐患；保证机器正常运转；niinxXSSLSLUSLCm121)(,8其中SLSLXSXUSLSXCmk444或界距离与最近的公差边界的临 Cm (Cmk)1.67提高机器能力指数途径减少数据的分散性，即降低S;减小数据的偏移程度，即减小k；增加规格宽度，即提高T=USL-LSL计数型MSA研究计数型MSA计数型测量系统分析程序计数型测量系统分析程序: (1) 计划

35、目的计划目的. -评估检验员本身判定的一致程度是否充分评估检验员本身判定的一致程度是否充分; -评估不同检验员之间判定的一致程度是否充分评估不同检验员之间判定的一致程度是否充分; -评估检验员判定的正确程度如何评估检验员判定的正确程度如何. (2) 计划内容计划内容 -组成专案小组组成专案小组; -各过程检验站选定检验专家各过程检验站选定检验专家2人人, 协助选择良品及不协助选择良品及不 良品供评估用良品供评估用; -各过程检验站制作数个标准样品各过程检验站制作数个标准样品(个数个数30个个), 其中良其中良 品品/不良品各半不良品各半, 不良品的现象不要太明显不良品的现象不要太明显(限度样品

36、限度样品), 若样品的检验位置有两个以上若样品的检验位置有两个以上, 则在每个样品上标记同一则在每个样品上标记同一 检验位置检验位置. 计数型测量系统分析程序计数型测量系统分析程序: -将样品编号并依其编号记录良品或不良品将样品编号并依其编号记录良品或不良品;(3) 计划实施计划实施 -若有使用仪器若有使用仪器, 开始评估之前先将仪器设备校正好开始评估之前先将仪器设备校正好; -识别被评估的检验员识别被评估的检验员, 每次评估可选三位检验员每次评估可选三位检验员, 各检验各检验2次次; -随机检验被评估的检验产品随机检验被评估的检验产品. -检验进行中不要相互参考检验结果检验进行中不要相互参考检验结果, 也不得参考前一次的结果也不得参考前一次的结果; -检验完成后检验完成后, 由评估小组依记录表将结果记录于计数值测量系由评估小组依记录表将结果记录于计数值测量系统表统表, 当检验员判定正确时当检验员判定正确时, 合格判合格合格判合格, 不合格判不合格不合格判不合格, 记录记录 “1”, 当检验员判断不正确时当检验员判断不正确时, 合格判不合格合格判不合格, 不合格判合格不合格判合格, 记记录为录为 “0”. -记录记录A,B,C检验员各自的差异检验员各自的差异, 若同一样品每次判定都相同若同一样品每次判定都相同, 即即两次都是两次都是“1”或