量测系统分析培训稿

1、测量系统分析MSAMeasurement Systems Analysis 1序MSA（ Measurement Systems Analysis ）A：什么是测量系统分析？B：测量系统分析是怎样起源？又通过了怎样的 一个发展过程？C：实施测量系统分析的主要目的是什么？D：我们要在什么样的时机进行测量系统分析？ 怎样分析？E：现阶段所推行的MSA又包了着哪些关键的内 容？2MSA！当您看到这个标题的时候，您是否也会在心底存在着这些，甚至更多的疑问呢？一起来探讨吧！3第一章要了解什么是测量系统分析，我们首先要知道什么是“测量”从右边的图示我们知道，“测量”这一动作包含着这几个方面的内容。那么“测

2、量”到底是怎样的一种动作呢？4测量的定义赋值给具体事物，而这些数或数值能够体现实物各种属性特征的关系。 -(1963)given by C.Eisenhart（艾森华特）简单的说，测量的定义就是使用者利用相关的量具或仪器，将具体事物的某种特性赋予具体的可视化的数或数值。那么这个赋值的过程就是测量过程5“测量系统”的定义指用于对被测量或评估属性的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员和环境的集合，用来获得测量结果的整个过程。6“量具”的定义任何用来获得测量结果的装置，包括执行“是/否”判断的属性装置，通常用来特指用于生产车间的装置。7量具的分类计量型量具： 根据作测之数据值，进行不同级的

3、判别其好坏程度，可分为优、良好、合格、不合格、差等，存在接受的公差范畴。（如卡尺、力度计等大部份常用量具）计数型量具： 就是把各个零件与某些指定限值相比较，如果满足限值则接受该零件否则拒收。 计数型量具不能象计量型量具指示一个零件多幺好或多幺坏，它只能指示该零件被接受还是拒收。（如：分色仪、金属探测仪等） 8测量系统分析的起源与发展测量系统分析的前身实际上是对某种对象进行的可靠性的研究。人们早期对“可靠性”这一概念仅仅从定性方面去理解，而没有数值量度。为了更好地表达可靠性的准确含义，不能只从定性方面来评价它，而应有定量的尺度来衡量它。在第二次世界大战后期，德国火箭专家RLusser首先提出用概

4、率乘积法则，将系统的可靠度看成是其各子系统的可靠度乘积，从而算得V型火箭诱导装置的可靠度为75，首次定量地表达了产品的可靠性。从50年代初期开始，在可靠性的测定中更多地引进了统计方法和概率概念以后，定量的可靠性才得到广泛应用，可靠性问题才作为一门新的学科被系统地加以研究。9测量系统分析的三个发展阶段： 1）初期发展早期的可靠性研究，重点放在故障占大半的电子管方面。多用于军工产品。3040年代，两次世界大战。特别二战期间，电子设备常失效。例：美国运到远东的航空电子设备60%不能使用（运输失效）；1939年，英国航空委员会适航性统计学注释，首次提出飞机故障率0.00001次/ h，相当于一小时内飞

5、机的可靠度Rs=0.99999，这是最早的飞机安全性和可靠性定量指标。 二战末期，德火箭专家R卢瑟（Lusser）把火箭诱导装置作为串联系统，求得其可靠度为75%，这是首次定量计算复杂系统的可靠度问题。 1942年美国麻省理工学院，对真空管进行可靠性研究。测量系统分析的起源与发展10 2） 可靠性工程技术发展形成阶段：5060年代，大体上确定了可靠性研究的理论基础及研究方向。 1952年，美国军事工业部门和有关部门成立AGREE（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment，国防部电子设备可靠性顾问团），研究电子产品的设计、制造、试

6、验、储备、运输及使用。至60年代后期，美国约40%的大学设置了可靠性工程课程。 日本，1958年成立可靠性研究委员会。1971年起每年召开一次可靠性与维修性学术会议。 前苏联，1950年起，开始研究机器可靠性问题。 这一阶段，可靠性研究工作从电子产品扩展到机械产品，从军工产品扩展到民用产品。测量系统分析的起源与发展11 3） 可靠性发展的国际化时代1965年国际电子技术委员会设立了可靠性技术委员会TC56（1977年改名为可靠性与维修性技术委员会）。从7080年代起，可靠性理论研究从数理基础发展到失效机理的研究；形成了可靠性试验方法及数据处理方法；重视机械系统的研究；重视维修性研究；建立了可靠

7、性管理机构；颁布了一系列可靠性标准；测量系统分析的起源与发展12国内可靠性研究的发展和现状： 我国从1953年开始可靠性技术教育。60年代初，广州设立可靠性环境试验研究所（电子元件）。70年代后开始注重可靠性工作：（1） 各行业相继成立可靠性学术组织；（2） 大力开展可靠性方面的人才培训；（3） 制定了一些可靠性标准；（4） 抓产品的可靠性考核工作。13实施MSA的目的和意义在产品的质量管理中，数据的使用是极其频繁和相当广泛的，产品质量管理的成败与收益在很大程度上决定于所使用数据的质量，所有质量管理中应用的统计方法都是以数据为基础建立起来的。为了获得高质量的数据，必须对产生数据的测量系统要有充

8、分的理解和深入的分析。在QS9000（或ISO/TS16949等）汽车业质量体系中，均具有针对测量系统分析的强制性要求，亦即：企业除应对相关量具（或测量仪器）执行至少每年一次的定期校正以外，还必须对其实施必要的测量系统分析（即：MSA）。14MSA的目的是：汽车整车厂（顾客）认为汽车零组件生产厂家若仅针对量具定期“校正”，并不能确保产品最终的测量品质，“校正”只能代表该量具在特定场合（如校正场所）的某种“偏倚”状况，尚不能完全反映出该量具在生产制造现场可能出现的各种变差问题；因此，对于汽车零组件生产企业来说，为避免可能存在的潜在零件质量问题及顾客车辆可能因此而被“召回”的风险，必须对相关的“测

9、量系统”进行分析。MSA目前除了已被汽车零组件生产企业所应用之外，同时也被广泛运用于其他行业。实施MSA的目的和意义15测量在质量管理体系统中的地位顾客顾客管理职责资源管理输入 实现产品 输出量度、分析、改进持续改善质量管理体系滿 意要求产品16测量在质量管理体系统中的地位17测量系统分析时机1. 新生产之产品PV有不同时 2. 新仪器，EV有不同时 3. 新操作人员，AV有不同时 4. 量具的使用者更换频繁易损耗之仪器必须注意其分析频率 。18测量系统应具有的统计特性量测系统必须处于统计管制状态，表示量测系统内的变异只是由于普通原因产生，而不是特殊原因量测系统变异性要小于制造过程的变异性变异

10、性要小于允许公差范围量测的精度必须高于制程变异性或是公差范围中精度较高者，（十分之一）当被量测项目改变时，量测系统的统计特性也可能改变；量测系统变异小于制程变异和公差范围两者中的较小者19测量系统的评定测量系统的评定通常分为两个阶段，称为第一阶段和第二阶段 第一阶段：明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。第一阶段试验主要有二个目的 ： 1）确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必 须在使用前进行 。 2）发现哪种环境因素对测量系统有显着的影响，例如温 度、湿度等，以决定其使用之空间及环境 。第二阶段的评定： 1）目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应 持续具有恰当的统

11、计特性 。 2）常见的就是“量具R&R”是其中的一种型式 。20测量系统中的因素测量系统的因素再现性重复性偏倚稳定性线性量具呈现偏大或偏小的差值随着测量时间的推移，量具呈现不稳定的状态量具的测量最小刻度值不能精确测量特性由不同的操作员引起的偏差量具在测量时对特性产生的偏差21定义及名词解释重复性： 指同一个评价人，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（数据）的变差。再现性：指由不同的评价人，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。稳定性：指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。偏 倚：指同一操作人员使用相同量

12、具，测量同一零件之相同特性多 次数所得平均值与采用更精密仪器测量同 一零件之相同特 性所得之平均值之差，即测量结果的观测平均值与基准值的 差值，也就是我们通常所称的“准确度”线 性：指测量系统在预期的工作范围内偏倚的变化。22测量系统分析准备步骤规定量测人数、样本数、重复次数选定经常使用此仪器的操作人员对几天生产之产品中抽样，以保证抽取样本代表整个作业范围抽取样本进行编号量测仪器分辨力为所要量测特性的十分之一读数要精确到最小刻度之一半确保测量方法按照规定的测量步骤测量特征尺寸23计量型量具研究根据作测之数据值，进行不同级的判别其好坏程度，可分为优、良好、合格、不合格、差等，存在接受的公差范畴。

13、用于尺寸或其它数值特性的检查如卡尺、力度计等大部份常用量具24稳定性(Stability)是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25稳定性1)选择基准件2)定时测量基准件3)根据测量数据制定Xbar-R图4)观察数据是否处于统计制程控制5)计算标准偏差 Sigma=Rbar/d26)将标准偏差与过程变化标准偏差比较.26偏倚(Bias)是测量结果的观测平均值与基准值的差值(基准是采用更高级别的检测设备得到的一致认可的数据)27偏倚1)首先用较高准确度的设备对基准件进行测量十次,计算平均值,得到基准值Xr.2)再让评价人用待评价设备测量基准件至少十次以上,得到平

14、均值Xbar.3)偏倚 BiasXbarXr4)偏倚% Bias%Bias/过程变差*100%28线性(Linearity)是在量具预期的工作范围内,偏倚值的差值.29线性1) 选择处于测量系统工作范围的部分零件,例如510件2) 利用高准确度设备测量其基准值Xir.3) 评价人使用待评价设备对每个零件测量多次(随机抽取),得出 零件平均值Xibar4) 计算每个测量点的偏倚 Biasi=Xibar-Xir5) 划出Xir-Xibar线性相关图,计算线性斜率30线性Y=b+aX X-基准值 Y-Bias a-斜率 a=Sum(xy)-Sum(x)*Sum(y)/n/Sum(x2)-Sum(x)

15、2/nb=Sum(y/n)-a*Sum(x/n)线性=斜率*过程变差拟合优度R2=Sum(xy)-Sum(x)Sum(y)/n2 /Sum(x2)-Sum(x)2/n*Sum(y2)-Sum(y)2/n31计量型测量系统研究(1)：极差法可快速评估量测变异提供量测系统整体情形无法分成重复性与重现性32计量值(1)：极差法两位评估人员量测五个产品- 检测评估人员各个量测差计算平均范围（R）GR&R = 5.15 (R）d2d2 = 1.19% GR&R = 100 X (GR&R制程变异）制程变异 = 公差范围33计量值(1)：极差法零件評估者A評估者B极差（A-B）10.850.800.052

16、0.75 0.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.10平均极差R = 0.35 / 5 = 0.07GR&R = 5.15 R / 1.19 = 5.15 X 0.07 / 1.19 = 0.303製程變異（公差範圍）= 0.40% GR&R = 100 GR&R / 製程變異 = 100 X 0.303 / 0.40 = 75.5% 34计量值(2)：均值与极差法量具分析之平均与范围方法将误差分成重复性与再现性35计量值(2)：均值与极差法EV：设备误差AV：人员误差PV：零件误差TV：全部误差R&R：重复性与再现性RR = 100 (R&R

17、) / TV36计量值(2)：均值与极差法R&R均值和极差法(Xbar-法)1)采用多个评价者测量数个零件(一般5个零件以上)2)让评价者多次测量每个零件(不知编号),纪录结果.3)对数据进行重复性和再现性分析.37计量值(2)：均值与极差法R&R均值和极差法(Xbar-法)重复性(Repeatability)-原理:评价者多次测量同一物品的差距即重复性实际上是设备的变异引起-用多个人多个产品统计平均值代表性更高EV=(Rbar)bar*K1 (K1=5.15/d2是常数)38计量值(2)：均值与极差法R&R均值和极差法(Xbar-法)再现性(Reproducibility)-原理:每个评价者

18、测量同一物品的差距即再现性实际上是人的操作的变异引起-用多个人多个产品统计平均值最大差距代表-考虑消除再现性影响AV=(Xbar)DIFF*K22-EV2/nr1/2 (K2=5.15/d2是常数)n=零件数; r=试验次数39R&R均值和极差法(Xbar-法)产品/制程变差-原理:测量值的变化范围-使用多人平均值的变化范围(去除测量者差异)PV=Rp*K3 (K3=5.15/d2是常数)总变差TV=(GR&R)2+PV21/2如已知过程变差Sigma, 也可 TV=5.15*Sigma40常用參數計算表41计量值(2)：均值与极差法R&R均值和极差法(Xbar-法)EV%=(EV/TV)*1

19、00%AV%=(AV/TV)*100%R&R=(R&R/TV)*100%PV=(PV/TV)*100%注意:各因素占总变差的百分数和不等于100%42计量值(2)：均值与极差法GR&R研究1)在测量系统的稳定性不足或不知的情况下进行GR&R的研究是毫无意义的2)样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围3)评价者的测量是盲测,否则因为心理作用而使结果偏差4)Xbar-R图需与计算前进行分析A)R图应受控B)Xbar图应有一半或更多落在控制限之外.43计量值(2)：均值与极差法如果再现性数据高于重复性- 原因可能是:操作者尚未适当训练有关量具使用与读数量具上之刻度模糊需某种夹具帮助评价人提高使用量

20、具的一致性如果重复性数据高于再现性 - 原因可能是:量具应保养量具应重新设计以达成量测目的量具固定位置应改善存在过大的零件内变差44计量值(2)：均值与极差法结果分析结果应分析以判定量具是否可达成量测目的允收准则允收准则以量测系统误差之公差百分比来判定：低于10可以接受之量测系统10到30%考虑到应用的重要性，成本 ，维修费用等因素，可能可以 接受之量测系统大于30%不可接受之量测系统45计数型量具研究计数型量具仅将物品/制程的特性与指定限制值比较, 而结果仅有接受或拒收两种.例如:一般的外观检查 对色 金属探测仪 针规46计数值量具(1)：小样法将产品与量具比较可否接受或拒收抽样20个产品两位评估者各量测两次相同产品之四个量测结果判定应一致，否则量具判定不合格47计数值量具(1)：小样法48计数型量具研究(大样法)1)在制程变化范围内等间隔选择8个待测物2)每个待测物用量具测量20次,纪录每个待测物合格次数a3)最小待测物的a=0,最大待测物的a=204)其它6个待测物的a介于1到19之间,如果不符,选取额外测量点.5)计算各待测物的接收概率Pa6)绘制Pa正态概率图,计算再现性R49计数型量具研究(大样法)Pa=(a+0.5)/m