MSA培训课件(五大工具)

测量系统分析

MeasurementSystemAnalysis1测量系统分析

MeasurementSystemAnalysis课程大纲第一部分测量仪器基本知识第二部分MSA的基本概念第三部分MSA的基础术语第四部分MSA的统计分析特性第五部分MSA的分析方法及案例23第一部分测量仪器基本知识有关测量的几个术语测量（measurement）以确定量值为目的的一组操作。测量设备为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质或辅助设备或它们的组合。本术语既包括测试和检验过程中使用的，也包括校准中使用的测量设备。测量误差Y=x+ε测量值=真值(TrueValue)+测量误差戴明说没有真值的存在一致性4有关测量的几个术语检定(verification)

由国家法制计量部门（或其它法定授权组织），为确定和证实计量器具是否完全满足检定规程的要求而进行的全部工作。

校准(calibration)

在规定条件下，为确定测量仪器、测量系统的示值、实物量具或标准物质所代表的值与相对应的由参考标准确定的量值之间关系的一组操作。注：校准可以确定示值误差，或给任何标尺上的标记赋值。5强检计量器具在我国《中华人民共和国计量法》指出：县 级以上人民政府计量行政部门对：社会公用计量标准器具；部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具以及用于贸易结算；安全防护；医疗卫生；环境监测方面；列入强制检定目录的工作计量器具，实行强制检定。6检定与校准的区别项目内容校准检定行为自愿法制内容确定误差是否合法依据校准规范检定规程结论误差数据是否合格报告校准报告检定报告7测量设备为何要校准或检定测量设备本身的需要；质量体系的要求（7.6）；中华人民共和国计量法规的要求。8测量设备的管理选配验收报废纳管使用周期校准维修9选配根据质量特性要求选购适宜的测量设备技术特性经济特性测量特性精密度量程分辨率准确度10测量特性准确度选择：定义：测量准确度是指测量结果与被测量的真值之间的一致程度。真值测量结果平均偏倚11测量特性准确度选择一般为被测量特性值公差的十分之一或以上。TT/10LSLUSL12测量特性精密度(重复性)选择精密度是指在同一测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果的一致性。相同的测量程序；相同的观测者；相同的测量仪器；在短时间内重复测量。用测量结果的分散性表示。13测量特性精密度选择一般为被测量公差的十分之一。TLSLUSLT/1014测量特性量程选择：所选择仪器的量程应能满足测量要求。一般，所测量的最大值为满量程的80%左右。080010015测量特性分辨率（最小刻度）选择：

一般为被测量参数公差的十分之一或以上。T103016选配平衡cost综合性能准确度精密度分辨率稳定度测量设备的综合测量能力不是越高越好，应与测量要求相适宜！测量设备综合性能使用要求17计量认证标志CMC:中华人民共和国制造计量器具许可证（ChinaMetrologyCertification）选择测量设备，尽可能选择有CMC标志的设备。18我国实验室温湿度常用值校验室名称常用温度°c温度波动°c相对湿度%长度测量室20±0.5<70电学标准室23±0.5<70热工仪表校准室17-23±1<70无线电仪表校准室15-25±1<70塑料、橡胶测试23±150±519测量系统分析的目的测量系统分析的目的是确定所使用的数据是否可靠;测量系统分析还可以：评估新的测量仪器将两种不同的测量方法进行比较对可能存在问题的测量方法进行评估确定并解决测量系统误差问题第二部分MSA的基本概念20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.如：假设使用某一在稳定条件下操作的测量系统对某一特定特性值进行了几次测量，如果这些测量值均与该特性的参考值（mastervalue）“接近”），那么，数据的质量被称为“高”；同样，如果部份或所有的测量值与参考值相差“很远”，则数据的质量很“低”21描述测量数据质量的统计特性通常用来描述测量数据质量的统计特性是某测量系统的偏倚（Bias）和变差（variance）。被称为偏倚的统计特性指的是数据值相对于参考（基准）值的位置。被称为变差的特性指的是数据的分布宽度。22低质量数据的原因和影响低质量数据的普遍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。如果相互作用产生的变差过大，那么数据的质量会太低，从而造成测量数据无法利用。如：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掩盖制造过程的变差。23标准对MSA分析要求TS169497.6.1测量系统分析为分析各种测量和试验设备系统测量结果存在的差异，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划中提出的测量系统。所用的分析方法及接收准则，必须与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准，也可采用其它分析方法和接收准则。24MSA的重要性如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。PROCESS原料人機法環測量測量結果好不好測量25测量误差的来源仪器方面：Discrimination(分辩力)Precision精密度(Repeatability重复性)Accuracy准确度(Bias偏倚)Damage损坏Differencesamonginstrumentsandfixtures(不同仪器和夹具间的差异)26测量误差的来源不同检验者的差异Differenceinusebyinspector(Reproducibility再现性)训练技能疲劳无聊眼力舒适检验的速度指导书的误解27测量误差的来源不同环境所造成的差异（Differencesduetoenvironment）温度湿度振动照明28测量误差的来源方法方面：Differencesamongmethodsofuse测试方法测试标准材料方面：样本本身有差异29对产品决策的影响TYPEI误差，将好的判成坏的。其平均值是落在合格区的，但由于GRR的影响可能会将其判成不合格的。LSLUSL30对产品决策的影响TYPEII误差，将坏的判成好的。其平均值是落在不合格区的，但由于GRR的影响可能会将其判成合格的。LSLUSL31量測系統的組成量具：任何用來獲得測量結果的裝置。量測系統：量具(equipment)

量測人員(operator)

被量測工件(parts)

程序、方法(procedure,methods)

上述之交互作用關係S标准W工件(如,零件)I仪器P人/程序E环境32儀器量測之準確度與精密度準確度精密度高低高低33关于测量测量系统：用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。第三部分测量基础术语34真值测量过程的目标是零件的”真”值，希望任何单独读数都尽可能地接近这一读值(经济地)。遗憾的是真值永远也不可能知道是肯定的。然而，通过使用一个基于被很好地规定了特性操作定义的”基准”值，使用较高级别分辨率的测量系统的结果，且可溯源到NIST，可以使不确定度减小。因为使用基准作为真值的替代，这些术语通常互换使用。35数据一组条件下观察结果的集合，既可以是连续的(一个量值和测量单位)又可以是离散的(属性数据或计数数据如成功／失败、好／坏、过／不通过等统计数据)。标准用于比较的可接受的基准；用于接受的准则；已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受；基准值。准确度观测值和可接受基准值之间一致的接近程度。36校准在规定的条件下，建立测量装置和已知基准值和不确定度的可溯源标准之间的关系的一组操作。校准可能也包括通过调整被比较的测量装置的准确度差异而进行的探测、相关性、报告或消除的步骤。校准周期两次校准间的规定时间总量或一组条件，在此期间，测量装置的校准参数被认定为有效的。37分辨力、可读性、分辨率最小的读数单位、刻度限度；由设计决定的固有特性；测量或仪器输出的最小刻度；1:10经验法则（过程变差与公差较小者）。38测量系统的有效分辨率（discrimination）卡尺千分尺三次元.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.279139案例练习请由二位评价人使用不同精度的同一类量具进行某产品的规格测量:先使用分辩率低的仪器由二人进行分别三次测量;使用分辩率高的仪器由二人进行分别三次测量;分别记录其测量数据.40测量系统的统计特性Bias偏差(Accuracy准确性)Repeatability重复性(precision)Reproducibility再现性Linearity线性Stability稳定性第四部分测量系统统计特性411.偏倚(Bias)基准值觀測平均值偏倚偏倚：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。真值的取得可以通过采用更高等级的测量设备进行多次测量，取其平均值。422.重复性(Repeatability)重复性指由同一个操作人员用同一种量具经多次测量同一个零件的同一特性时获得的测量值变差（四同）433.再现性(Reproducibility)由不同操作人员，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（三同一异）再现性444.稳定性(Stability)稳定性时间1时间2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。45

穩定性是指量測系統在某持續時間內，量測同一基準或零件的“單一特性”時，所獲得的測量值之總變差。時間2時間1穩定性穩定性(Stability)

46線性是指量具在預期作業範圍內偏倚值的差異。與儀器所使用於作業量測範圍(長度)有關。基準值較小的偏倚基準值較大的偏倚量測平均值(低量程)量測平均值(高量程)基準值量測值無偏倚偏倚線性(變化的線性偏倚)5.线性(Linearity)47可能原因仪器需要校准，需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置的磨损正常老化或退化校准不当或调整基准的使用不当环境变化─温度、湿度、振动、清洁度其它—零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、读错。环境影响—温度、湿度、震动、清洁度；48案例练习根据附件“测量系统分析计划”表格及贵公司使用仪器情况编制测量系统的分析计划。49理想的测量系统理想的测量系统在每次使用时，应只产生“正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。50测量系统研究的准备仪器的分辨力应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一，例如特性的变差为0.001，仪器应能读取0.0001的变化。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。51测量系统分析执行注意点测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人不应知道正在检查零件的编号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的人应知道正在检查那一零件，并记下数据。在设备读数中，读数应估计到可得到的最接近的数字。如果可能，读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小刻度为0.0001，则每个读数的估计应圆整为0.00005。研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。每一位评价人应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。521.偏倚分析:偏倚=观测平均值-基准值偏倚(%)=I偏倚I/过程变差(%)过程变差(过程能力,6σR/d2)第五部分测量系统分析方法及案例53制作偏倚的流程开始选一个零件作标准件测量10次并记录取平均值作为基准值由评价人测量10次以上并记录取平均值代入计算式求得偏倚判别不接受改进接受结束该零件尺寸应是位于中位数的零件，作好标准件的标识在精测室对该零件测量10次并记录由一位评价人对被测量具测量10次以上用偏倚的分析方法用偏倚的接受准则54偏倚的判定准则测量系统偏倚的误差超出校正程序中确定的最大允许误差是不可以接受的;零落在偏倚置信区间内,否则不可以接受;偏倚/过程变差的百分率小于10%;直方图分布特性呈常态分布.55

X1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65 mm X10=0.7mm同一操作者对同一工件测量10次如果参考标准是0.80mm.过程变差（公差）为0.70mm=0.75偏倚Bias=观测平均值0.75-基准值0.8=-0.05%Bias=100[偏倚0.05/过程变差0.70]=7.1%表明7.1%的过程变差是偏倚BIAS偏倚BIAS实例:56确定偏倚的指南-独立样件法1.选取一个样件，得出一个可追溯到相关标准的参考值。如果不可能，选择一件落在生产测量范围中间的生产件，指定其为偏倚分析的标准样本。在工具室测量这个零件n≧10次，并计算出n次读数的平均值；把这个平均值作为基准值。2.让一个评价人，以工作状态通常的方法测量这个样件10次以上。

1/15/202357确定偏倚的指南-独立样件法3.计算该评价人n个读数的均值。公式如右：4.计算可重复性标准偏差σr其中

d2*

可以从附录c中查到，g＝1，m＝n1/15/202358确定偏倚的指南-独立样件法

5.计算均值标准偏差σb6.确定偏倚的t统计量：偏倚＝观测测量平均值－基准值

7.如果0落在围绕偏倚值1-置信区间以内，偏倚在水平是可接受的。

d2，d2*和v可以在附录c中查到，g

=1，m=n59独立样件法—范例直方图1/15/202360独立样件法—范例计算结果基准值=6.00，=0.05g=1d2*=3.55

n（m）平均值x标准差σr/σ重复性均值标准差σb测量值156.00670.225140.05813t统计量df自由度显著t值（2尾）查t分布分位表偏倚95%偏倚置信区间低值高值测量值0.115310.82.2060.0067-0.121570.134971/15/202361独立样件法—范例

由于0落在偏倚置信度区间内（-0.12157，

0.13497），则结论是：符合要求。

1/15/202362案例练习使用精密高的仪器进行某项产品的基准确定,然后进行其偏倚的分析,判定偏倚是否可以接收.632.稳定性分析的做法开始选一个零件作标准件定期测量基准件3~5次并记录将数据画在X-R控制图上计算控制限将控制限画在X-R图上得控制用控制号判别不具稳定性改进具有稳定性结束64稳定性的判定准则分布随机无规则;无超出控制界限点.连续7点依次上升,下降或同在一侧;653.制作线性的流程开始选择5个零件制作5个零件的基准值一名操作工对标准件测量12次并作记录计算每个零件观测平均值和偏倚根据计算结果作图使用计算公式作出回归直线方程判别不接受改进接受结束选择5个零件，其测量值要覆盖被测量具的全部工作量程。在精测室对每个零件测量十次，其平均值作为该零件的基准值。第五个零件测量完毕，应检查是否覆盖了量具的全部量程，最理想是包括了最大、最小及其间的全部工作量程。使用被测量具的操作人员一名，对每个标准件测量12次并作记录。将计算结果标在y（偏倚）和x（观测平均值）的直角坐标上。用区间估计公式，或用拟合优度（R2）和线性百分率66线性的判定准则要求零偏倚直线100%位于置信区间内，否则不合格;线性(%)=线性/过程变差(%)≤10%

:测量系统可接受；67如测量系统为非线性，查找原因：在工作范围内上限或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684.R&R分析R&R分析前的準備工作在進行GaugeR&R試驗之前﹐操作員的人數、被測量的零件數目、每一個零件被反覆測量的次數、被測量的零件特性、與測量的環境都必須先行決定。通常考慮重點如下：操作員：隨機選取幾個日常使用量具的操作員。這可以 讓我們評估量具對不同操作員的敏感度。零件：自同一規格的零件中隨機選取5到10個零件進 行測量。(包含整個工作範圍)反覆測量的次數：每一個零件的量測特性被每一個 操作員反覆測量至少二次。量測系統的讀值精度，應比被測零件之規格位數低一位，如被測件要求0.01

，則量測系統要能讀出0.001。69為確保量測數據具有統計之獨立性，在量測過程中必須注意下列事項：量測數據之取得，必須是隨機的，量測者事先不能得之前一位量測者對同一工件之量測數據。每一位量測者之量測程序必須是一致的。量測數據之分析，需由對量測分析有經驗的人來進行。被測零件之讀值，要以量測系統最小之刻度為主。R&R分析前的準備工作70制作量具双R的流程开始零件数n≥5，一般取10件选择评价，一般2~3人，现取3人各人分别对10只零件进行测量，并记录按记录表记载的测量值，按报告单所列各项逐项计算判别准则不接受改进接受结束选择的零件应能代表实际的或期望的过程变差范围，分别予以编号，计1~10号采用盲测法，将10只零件的测量值记录在提供的记录纸上＜10%可接受≥10%~≤30%有条件接受＞30%不可接受71R&R分析之执行取得包含10个零件的样本，代表过程变差或预期范围.并对10个零件进行编号。（不能给评价人看到）指定2-3位操作人员在不知情的状况下使用校验合格的量具，分别对10个零件进行测量,研究人员将操作员所读数据进行记录,研究