MSA测量系统分析及运用管理

1、MSA测量系统分析测量系统分析Measurement Systems Analysis误差及能力分析戈运卫Sensa.Agnt1目录1.准备备知识1.1量量具、测测量和测测量系统统1.3测量系统统所应具具有之统统计特性性1.2影响测量量结果的的因素1.4测测量系统统的评定定2.误差差的组成成过程程变差的的剖析3.误差差的“五五性”准确性性/稳定定性/线线性/重复性/再现性4.MSA分分析时机机5.如何何计算GR&R?6.通过过实例理理解GR&R(课堂堂计算练练习）7.GR&R在测量量系统分分析中的的作用8.计数数型/定定性数据据GR&R9.提问问和讨论论12/20/201021 准备备知识1.

2、1量量具、测测量和测测量系统统、测量量标准v量具:任任何用来来获得测测量结果果的装置置，包括括用来测测量合格/不合格格的装置置。v 测量量：对产产品或过过程特性性赋值的的过程。测量系统统：用来来获得表表示产品品或过程程特性的的数值的的系统，称之为为测量系系统。测测量系统统是与测测量结果果有关的的仪器、设备、软件、程序、操作人人员、环环境的集集合。变差的描描述划分分：变差差位置和和变差分分布12/20/201031 准备备知识1.1量量具、测测量和测测量系统统、测量量标准（续）V测量标标准包括括用于比较较的可接接受的基基准；用于接受受的准则则；已知的数数据，在在表明的的不确定定界限内内作为真真值

3、被接接受；基准值；12/20/20104测量数据据准确:数据的中心与与标准值值相近.好的测量量数据:零变差零偏倚零错误分分类率精确:数据的变差小小,集中于某某点附近近.12/20/201051.2影影响测测量结果果的因素素S、W、I、P、E):12/20/201061.3测测量系系统所应应具有之之统计特特性V测量系统统必须处处于统计计控制中中，这意意味着测测量系统统中的变变差只能能是由于于普通原原因而不不是由于于特殊原原因造成成的。这这可称为为统计稳稳定性。v测量系统统的变差差必须比比制造过过程的变变差小。v 测量量系统的的变差应小小于公差差带。满足分辨辨率要求求理想的测测量系统统：零方方差、

4、零零偏倚和和错误分分类零概概率；用多次测测量数据据的统计计特性来来确定MS的质质量12/20/201071.3.1MSA测量量系统的的统计特特性统计特性定义分辨率（力）(Resolution）最少的读数单位，是设计输出的固有特性，是测量仪器输出的最刻度单位偏倚(Bias)真值（基准值）与观测的测量值均值之差值，是系统误差之一稳定性(Stability）又叫漂移，是偏倚随时间的变化，在某种持续时间内测量同一基准或零件单一特性结果的变差线性（Linearity）量具预期工作范围内偏倚的变差，是系统误差的一个分量 12/20/201081.3.1MSA测量量系统的的统计特特性(续续）统计特性定义重复

5、性(Repeatability)同一评价人用同一量具多次测量同一零件的同一特性所获得的变差，是设备本身固有的变差或性能再现性(Reproducibility)由不同评价人，采用相同的量具，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差，一般由评价人，环境或方法的误差引起的GR&R由重复性和再现性合成，用以评估测量系统能力的变差 12/20/201091.4测测量系系统的评评定评价测量量系统的的三个基基本问题题是否有有足够的的分辨力力？是否统统计稳定定？统计特特性用于于过程控控制和分分析是否否可接受受？12/20/201010分辨率要要求:考虑一个个产品，其规格格为100.5mm，而产产品测量量使用直

6、直尺，其其刻度值值为1mm，这这样的测测量系统统有问题题吗?12/20/201011什么样的的分辨率率是可以以接受的的?分辨率:测量系系统检测测并如实实指示被被测特性性的微小小变化的的能力。被测特特性根据据测量值值分为不不同的数数据组，同一数数据组内内的零件件之被测测特性具具有同样样的数值值。典型的,此能力力的度量量是看仪仪器的最最小刻度度值通用准则则是一个个量具的的分辨率率是所测测特性公公差/过过程变差差的十分分之一分辨目录录数(ndc):测量量特性将将根据测测量的值值而分成成不同的的目录组组,在一一组内的的产品具具有一样样的值.分辨率不不足对控控制图的的影响。（具体体见下图图）12/20/

7、2010120.1360.1400.144平均( x )0.14555(UCL)控制上线0.13571(LCL)控制下线0.01810(UCL)控制上线00.0100.020最小测量单位为0.001英寸数据控制图0.1360.1400.144平均( x )0.14555(UCL)控制上线0.13571(LCL)控制下线0.01810(UCL)控制上线00.0100.020最小测量单位为0.01英寸数据控制图ab极差极差12/20/2010131.4测测量系系统的评评定测量系统统的评定定通常分分为两个个阶段：第一阶段段：明白该该测量过过程并确确定该测测量系统统是否满满足我们的的需要。第一阶阶段试

8、验验主要有有二个目目的：v确定该测测量系统统是否具具有所需需要的统统计特性性，此项项必须在使使用前进进行。v发现哪种种环境因因素对测测量系统统有显着着的影响响，例如如温度、湿湿度等，以决定定其使用用之空间间及环境境。第二阶段段：评定目目的是在在验证一一个测量量系统一一旦被认认为是可行行的，应应持续具具有恰当当的统计计特性。常见的“量具R&R分析析”就是其中中的一种种型式。12/20/2010141.4测测量系系统的评评定数据的的类型？数据的的类型：计量型型数据；计数型型数据如何评评定数据据质量？测量结结果与“真”值值的差越越小越好好。数据质质量是用用多次测测量的统统计结果果进行评评定。计量型型

9、数据的的质量：均值与与真值（基准值值）之差差。方差大大小。计数型型数据的的质量对产品品特性产产生错误误分级的的概率12/20/201015追溯性：通过应应用连接接标准等等级体系系的适当当标准程程序，使使单个测量结果果与国家家标准或或国家接接受的测测量系统统相联系系。标准的传传递国家标准准国际标准准地方标准准公司标准准测量结果果国家实验验室国际实验验室国家认可可的校准准机构企业的的校准实实验室测量结果果国家认可可的校准准机构12/20/2010162.误差的组组成过过程变差差剖析过程变差差观测值值实际过程程变差测量误差差重复性短期过程变差差抽样产生生的变差量具变差操作员造造成的变差差长期过程变差

10、差准确度稳定性线性再现性“重复性性”和“再现性性”是测测量误差差的主要要来源12/20/2010173.误差的的“五性性”3.1重重复性变变差Repeatability传统上称称为“评评价人内内部”的的变异。重复性是是用同一一个评价价人使用用同一测测量仪器器对同一一零件上上的同一一特性进进行多次次测量所所得到的的测量变变差，用用于估计计短期的的变差。重复性变变差是设设备本身身固有变变差或能能力。通常被称称为设备备变差(equipment variation,EV)12/20/201018造成重复复性的可可能原因因零件内部部（抽样样样本）：形状状、位置置、表面面光度、锥度、样本的的一致性性仪器内

11、部部：维修修、磨损损、设备备或夹具具的失效效、质量量或保养养不好。标准内部部：质量量、等级级、磨损损。方法内部部：作业业准备、技巧、归零、固定、夹持。12/20/201019造成重复复性的可可能原因因.评价人内内部：技技巧、位位置、经经验、操操作技能能或培训训、意识识、疲劳劳环境内部部：对温温度、湿湿度、振振动、清清洁的小小幅度波波动。缺乏稳健健的仪器器设计或或方法，一致性性不好。12/20/2010203.误差的的“五性性”3.2再再现性性 Reproducibility传统上将将再现性性称为“评价人人之间”的变差差。通常将再再现性定定义为用用不同评评价人使使用相同同的测量量仪器对对同一产产

12、品上的的同一种种特性进进行测量量所得平平均值的的变差。通常被称称为A.V评价价人变差差（AppraiserVariation)测量系统统中操作作员产生生的变异异差。12/20/201021n量具重复复性和再再现性Gage R&R(repeatabilityandreproducibility)Reproducibility（再现性性）再現性人員C人員BRepeatability（重复复性）：重複性12/20/201022造成再现现性的可可能原因因零件之间间（抽样样样本）：使用用相同的的仪器、操作者者和方法法，测量量A、B、C零零件类型型时的平平均差异异。仪器之间间：在相相同零件件、操作作者和环

13、环境下使使用A、B、C仪器测测量平均均值差异异。标准之间间：在测测量过程程中，不不同的设设定标准准的平均均影响。方法之间间：改变变测量点点密度、手动或或自动系系统、归归零、固固定或夹夹紧方法法等所造造成的平平均值差差异。12/20/201023造成再现现性的可可能原因因.评价人（操作者者）之间间：评价价人A、B、C之间由由于培训训、技巧巧、技能能和经验验所造成成的平均均值差异异。环境之间间：在经经过1、2、3等时段段所进行行的测量量，由于于环境周周期所造造成的测测量平均均值差异异。缺乏稳健健的仪器器设计或或方法。12/20/2010243.误差的的“五性性”3.3准准确度度 Accuracy它

14、是指一一个或多多个测量量结果的的平均值值与一个个参考值值之间一一致的接接近程度度。偏倚Bias通通常被称称为“准准确度”。偏倚是指指对相同同零件上上同一特特性的观观测平均均值与真真值（参参考值）的差异异。偏倚是系系统误差差。12/20/201025量测系统统变异（Bias）Bias（偏差差值）：观察平平均值与与标准值值之差异异，参考考准确度度（Accuracy）=ABS(Bias)/(T/2)标准值Bias12/20/2010263.误差的的“五性性”3.4稳稳定性性 Stability随时间变变化的偏偏倚值。一个稳定定的测量量过程在在位置方方面是处处于统计计受控状状态的。稳定性的的别名漂漂移

15、drift。12/20/201027量测系统统变异（Stability）Stability（稳定性性）：不不同时间间，量测测相同产产品之同同一特性性时，获获得的测测量值总总变差稳定性时间1时间212/20/2010283.误差的的“五性性”3.5线线性Linearity在量具正正常工作作量程内内的偏倚倚变化量量。多个独立立的偏倚倚误差在在量具工工作量程程内的关关系是测测量系统统的系统统误差所所构成的的。12/20/201029量测系统统变异（Linearity）Linearity(线性性)：同同一量具具之不同同操作范范围（工工作范围围）时，Bias（偏偏差值）之差异异12/20/2010304

16、.MSA分分析时机机v新生产之之产品PV有不不同时v新仪器，EV有有不同时时v新操作人人员，AV有不不同时v易损耗之之仪器必必须注意意其分析析频率。注：PV：产品品偏差( ProductVariation)；EV：再再现性( EquipmentVariation)；AV：重重复性( AppraiserVariation).12/20/2010315.如何何计算GR&R?MSA.xls6.通过过实例理理解GR&R(课堂堂计算练练习）12/20/201032误差接受受准则宽度误误差widthorspread12/20/201033例:游游标卡尺尺测量一一金属零零部件的的长度1.分分析变差差的来源源

17、。主要变差差来源：a.人人员读数数，手势势，方法法b.卡卡尺本身身游隙 2.选选择恰当当的方法法参考方法法：重复复性和再再现性分分析。（前提偏偏倚已在在控制范范围内。）12/20/201034计量型数数据的均均值-极差法法均值-极极差（X-R）法是确确定测量量系统的的重复性性和再现现性的数数学方法法，步骤骤如下：1选选择三三个测量量人（A,B,C）和10个测量量样品。测量人应应有代表表性，代代表经常常从事此此项测量量工作的的QC人员或生生产线人人员10个样样品应在在过程中中随机抽抽取，可可代表整整个过程程的变差差，否则则会严重重影响研研究结果果。2校校准量量具3测测量，让三个个测量人人对10个

18、样品品的某项项特性进进行测试试，每个个样品每每人测量量三次，将将数据填填入表中中。试验验时遵循循以下原原则：盲测原则则1：对对10个个样品编编号，每每个人测测完第一一轮后，由其他他人对这这10个个样品进进行随机机的重新新编号后后再测，避免主主观偏向向。盲测原则则2：三三个人之之间都互互相不知知道其他他人的测测量结果果。4计计算12/20/201035计算A测的所有有样品的总平均均值XA。同样方法法计算RB, XB, RC, Xc对每个样样品由三三个人所所测得的的9个测试试值求平平均值，计算这些些均值的的极差Rp计算A对对每个样样品三次次测试结果果的极差差，然后计算算10个个样品品的极差的的均值

19、RA12/20/201036测量系统统分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=MaxXA,XB,XC-MinXA,XB,XC重复性-设备备变差EV=RK1再现性-测验验人变差差AV=(XDIFFK2)2-(EV2/nr)过程变差差PV=RPK3R&R=(EV2+AV2)总变差TV=(R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=样品个数数r=每个个人对每每个样品品的试验验次数rK1234.563.05K2233.652.70测试人数数nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*

20、AV计算中，如根号号下出现现负值，AV取取值012/20/201037卡尺的R&R研究Excel运运算12/20/201038StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)TotalGage R&R1.85E-020.09544918.8719.09Repeatability1.42E-020.07300614.4414.60Reproducibility1.19E-020.06148612.1612.30Part-to-Part9.64E-020.49664698.2099.33TotalVariatio

21、n9.82E-020.505735100.00101.15Numberofdistinctcategories= 7Minitab计算GR&RXbar-R均均值极极差法注：使用用同组数数据Discrim98.218.9=sspms=*.227.312/20/2010397.GR&R在测量量系统分分析中的的作用测量系统统的变差差分为位位置变差差和分布布变差位置变差差可以通通过校验验加以消消减观测变差差Vtal分分产品变变差VProduct和测测量系统统变差Vms“重复性性”和“再现性性”是测测量误差差的主要要来源，必须加加以控制制GR&R可以判判断测量量系统误误差水平平，帮助助测量系系统的改改进

22、。12/20/201040如果重复复性比再再现性大大，原因因可能是是：设备备需要维维护、量量具需要要重新设设计增加加刚度、测量的的夹紧或或定位需需要改进、零件件内的变变差过大大；如果再现现性比重重复性大大，原因因可能是是：评价价人需要要更好地接受如如何使用用测量仪仪器和度度数培训训、量具具刻度盘盘校准不不清晰。12/20/201041反应措施施：位置误差差：再校准调零宽度误差差：重新校准准量具的维维护量具的改改进设计计夹具的调调整岗位操作作培训12/20/2010428.计数数型/定定性数据据GR&RGo-NoGo数数据模模式人为因素素主导，情况复复杂统计模型型多种多多样统计学上上各家争争鸣，尚尚无定论论实践中采采用何种种形式，取决于于实例与与统计模模型的接接近程度度12/20/2010438.计数数型/定定性数据据GR&R对于以“是”和和“不是是”为计计数基础础的定性性数据，其GR&R考考察的概概念是与与定量数数据一样样的.但但方法上上完全不不同;定性数据据测量系系统的能能力取决决于操作作员判断断的有效效性,即即将“合合格”判判断成合合格,将将“不合合格”判判断成