测量系统分析(MSA)

测量系统分析（MSA）目的和范围规范测量系统分析，明确实施方法、步骤及对数据的处理、分析。规范性引用文件无定义测量系统：用来对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。稳定性：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。稳定性是整个时间的偏倚的变化。分辨率：为测量仪器能够读取的最小测量单位。别名：最小读数单位、刻度限度、或探测度、分辨力；要求低于过程变差或允许偏差（tolerance）的十分之一。Minitab中常用的分辨率指标：可区分的类别数ndc=(零件的标准偏差/总的量具偏差)*，一般要求它大于等于5才可接受，10以上更理想。过程总波动TV=6σ。σ——过程总的标准差准确性（准确度）：测量的平均值是否偏离了真值，一般通过量具计量鉴定或校准来保证。真值：理论正确值，又称为：参考值。偏倚：是指对相同零件上同一特性的观测平均值与真值的差异。%偏倚=偏倚的平均绝对值/TV。线性：在测量设备预期的工作量程内，偏倚值的差值。用线性度、线性百分率表示。精确性（精密度）：测量数据的波动。测量系统分析的重点，包括：重复性和再现性重复性：是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。重复性又被称为设备波动（equipmentvariation，EV）。再现性：是由不同的评价人，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。再现性又被称为“评价人之间”的波动（appraiserwaration，AV）。精确性%公差（SV/Toler），又称为%P/T：是测量系统的重复性和再现性波动与被测对象质量特性公差之比，%P/T=R&R/(USL-LSL)*100%=6/(USL-LSL)*100%。精确性%研究变异（%GageR&R、%SV）=R&R/TV*100%=6/6σ*100%。线性线性Kendall的一致性系数(KCC)表示在评估相同样本时多名评估员所做顺序评估的关联程度。例如，使用1到10个等级对外观严重程度进行评定：10表示严重，8表示中等，1表示极其轻微等。评估结果Kendall值介于0和+1之间。Kendall值越高，关联程度就越强。一般而言，当Kendall系数为或以上时，就认为关联程度非常强。较高或显著的Kendall系数意味着评估员评估样本时采用的是基本一致的标准。Kendall的相关系数如果为每个样本提供一个已知评级标准，可以计算Kendall的相关系数。这些相关系数将提供给每位评估员以表示每位评估员与已知标准的一致性；而总体系数表示所有评估员与标准的一致性。相关系数有助于确定某个评估员是否保持了一致性但却不准确。连续型数据（又称为：计量型数据）测量系统分析指引对连续型数据测量系统及其统计特性的基本要求：测量系统应处于统计受控状态（稳定性分析控制图无异常）。具有足够的分辨率：(10比1规则）和ndc大于等于5（2~4仅用于参数的粗略估计）。对于非特殊性测量，%偏倚≤10%、%线性≤10%可接受，对于可接受而又显著存在偏倚和线性的测量系统（P值小于），如需继续使用该测量系统，可依据MSA分析结果对测量数据进行相应修正。精确性要求%研究变异或%公差测量系统能力评价都小于10%良好介于10%～30%勉强可接受，可用于非关键性能指标测量有一项大于30%不合格，测量系统必须改进后才能使用连续型数据测量系统稳定性分析举例收集数据：使用某卡尺测量零件轴的直径，参考值为，数据如下：序号测量日期测量结果1结果2结果3结果4结果512007-5-1422007-5-1532007-5-1642007-5-1752007-5-1862007-5-2172007-5-2282007-5-2392007-5-24102007-5-25112007-5-27122007-5-28132007-5-29142007-5-30152007-5-31162007-6-3172007-6-4182007-6-5192007-6-6202007-6-7212007-6-9222007-6-10232007-6-11242007-6-12252007-6-13将数据导入Minitab（本例使用MinitabR15中文版），按照统计>控制图>子组的变量控制图>Xbar-R的路径（如下图）进入Minitab操作：选择子组的观测值位于多列的同一行中，将数据列C3－C7选入；点击Xbar-R（如上图）选项，进入下图，选择检验菜单中的对特殊原因进行所有检验后，确定。得到Xbar－R图如下，该图没有出现异常点，表明该量具稳定性良好。连续型数据测量系统偏倚和线性分析举例收集数据：准备10个标准重量的样本（参考值），样本的过程变异（6*标准差）为,用量称测量结果如下：样本编号参考值测量次数测量结果1第1次1第2次1第3次1第4次1第5次1第6次1第7次1第8次1第9次1第10次2第1次2第2次2第3次2第4次2第5次2第6次2第7次2第8次2第9次2第10次3第1次3第2次3第3次3第4次3第5次3第6次3第7次3第8次3第9次3第10次4第1次4第2次4第3次4第4次4第5次4第6次4第7次4第8次4第9次4第10次5第1次5第2次5第3次5第4次5第5次5第6次5第7次5第8次5第9次5第10次6第1次6第2次6第3次6第4次6第5次6第6次6第7次6第8次6第9次6第10次7第1次7第2次7第3次7第4次7第5次7第6次7第7次7第8次7第9次7第10次8第1次8第2次8第3次8第4次8第5次8第6次8第7次8第8次8第9次8第10次9第1次9第2次9第3次9第4次9第5次9第6次9第7次9第8次9第9次9第10次10第1次10第2次10第3次10第4次10第5次10第6次10第7次10第8次10第9次10第10次将数据导入Minitab软件（本例使用MinitabR15中文版），按照统计>质量工具>量具研究>量具线性和偏倚研究路径(如下图）进入Minitab操作：按照下图选入相应数据，点击确定。得到测量结果的量具线性和偏倚研究分析图（如下图）：总结该图结果，形成分析结果如下：判定项目数值结果偏倚偏倚的P值P<，表明偏倚的显著性存在%偏倚≤10%，可接受线性R-SQ％小于，结果不合格。常量和斜率的P值P<,常量和斜率的显著性存在%线性>10%，不可接受连续型数据测量系统重复性和再现性（%GageR&R或%P/T）分析举例收集数据要求：选择足够多的样本，以使（样本数）×（操作员数）>15，否则应增加测试次数。一般选择10个以上代表过程变异预期范围的样本，不要选择连续部件，2～3名操作员以随机顺序测量每个样本2～3次，安排人员及时记录测量数据。本案例选择10个代表过程变异预期范围的样本,样本公差为8cm，样本历史标准差为1cm，3名操作员以随机顺序测量这10个样本，每个样本测量3次，量测数据（单位：cm）如下样本编号测量人员测量结果1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C将数据导入Minitab工作表。

a)选择统计>质量工具>量具研究>量具R&R研究（交叉）。b)在样本号中，输入样本。c)在操作员中，输入操作员。d)在测量数据中，输入测量值。e)在分析方法下，选择方差分析。f)单击选项。在过程公差下，选择规格上限-规格下限并输入8，历史标准差输入1。g)在每个对话框中单击确定。a)步骤图示：b）－e）图：f）－g）图：得到下图所示：会话文件夹信息如下：数据和图形分析（供参考）查看方差分析表中操作员*样本交互作用的p值。当操作员与样本的p值>时，Minitab在整个模型中忽略此交互作用。请注意，本案例方差分析表没有交互作用，因为p值为。查看量具R&R表中的“%贡献”列，来自样本间的贡献百分比大于合计量具R&R的贡献百分比。这表明大部分变异是由于样本间的差异所致。查看“%研究变异”列，合计量具R&R占研究变异的%。虽然合计量具R&R%贡献是可接受的，但仍有改进的余地。可区分的类别数为4（要求需大于等于5），不合格。在“变异分量”图（位于左上角）中，样本间的贡献百分比大于合计量具R&R的贡献百分比，表明大部分变异是由于样本间的差异所致。在“按样本”图（位于右上角）中，样本间存在较大差异，如非水平线所表明。在“R控制图（按操作员）”（位于左侧中部）中，操作员B的样本测量值很不稳定。在“按操作员”图（位于右侧列的中部）中，与样本间的差异相比，操作员之间的差异较小，但仍属显著（p值=）。操作员C的测量值似乎比其他人略低一些。在“Xbar控制图（按操作员）”（位于左下角）中，X和R控制图中的大部分点都在控制限制之外，表明变异主要是由于样本间的差异所致。“操作员样本交互作用”图是对于操作员样本的p值（此处为）的直观表示，表明每个样本和操作员之间不存在显著的交互作用。数据分析汇总如下，整体判定结果为：测量系统不合格，测量的数据不可用，测量系统需要改善。项目编号判定项目项目值判定结果1%研究变异％测量系统基本合格，但需改善2%公差％测量系统基本合格，但需改善3可区分的类别数4测量系统不合格，测量的数据不可用，测量系统需要改善连续型数据测量系统破坏性试验的测量系统分析由于破坏性试验重复测量的不可能实现，改为抽取10个以上批次的样品，每批次至少抽取两个以上的样品（编号相同），分给2个以上的检验人员进行测量，记录结果；再应用Minitab选择统计>质量工具>量具研究>量具R&R研究（嵌套）进行分析，结果分析判定参照。由于应用较少，在此不做详细说明。属性数据（计数型数据）测量系统分析指引检验标准判定专家的选择检验标准判定专家必须为检验对象专业领域中具备丰富的经验人员，最好请检验标准制定者本人担任量测系统标准判定的专家。样本的选择由检验标准判定专家负责挑选样本样本量建议选择至少30个样本，其中选择大约20％为明显的良品，大约20％为明显的不良品，其余样本处于标准的边界（灰色区域），大约一半为合格品，一半为不合格品。将挑选好的样本编号，如编为1、2、…30等号码，并将专家判定的结果记录。样本的编号和专家判定的结果保证在整个操作中不被评估员所知道。评估员的选择按照工作经验的不同在实际测量系统中选择2-4名（不少于2名）具有代表性使用者（检验员）作为本次评估员，将其分别编号为A、B、C等（也可以用评估员实际姓名）测量分析操作过程由评估员A随机地对30个样本进行判定，由一个观察员记录评估员编号、样本编号和评估员判定的结果和对应专家判定的结果。同样其余评估员在不看别人判定结果的情况下对30个样本随机的顺序进行判定并分别记录评估员编号、样本编号和评估员判定的结果和对应专家判定的结果。用另一种随机的次序来重复以上循环，循环2-3次（不少于2次）。分别记录评估员编号、样本编号和评估员判定的结果和对应专家判定的结果。整理好记录的所有数据导入到Minitab软件（建议使用中文版R15以上）进行属性一致性分析。测量系统的判定各项一致性比率至少应该大于80%，最好大于90%。通常，kappa值至少应该为以上，但kappa值最好接近或大于，对于进货检验和成品检验要求kappa值大于。判定测量系统不合格时应采取纠正措施，在纠正措施实施后，应再次进行MSA，建议两次MSA内容放在同一份报告内，便于参照对比。Kappa技术分析举例进货检验模块对塑料外观件检验有效性进行分析，选择塑料样本30件，专家对样本事先做好标准判定，选择A、B、C共3名检验员，进行2轮重复检验，检验的结果如下：样本编号检验人员检验结果专家判定/标准1A划花OK2A划花划花3A色差色差4A黑点黑点5AOKOK6A色差色差7A黑点黑点8A色差划花9AOKOK10A色差色差11A黑点黑点12A黑点色差13A黑点黑点14A划花OK15AOKOK16A黑点黑点17A划花划花18A杂色杂色19A黑点划花20A杂色杂色21A色差色差22A黑点黑点23A色差色差24A黑点黑点25AOKOK26A色差色差27A黑点黑点28A黑点黑点29AOKOK30A色差色差1BOKOK2B划花划花3B色差色差4B黑点黑点5BOKOK6B色差色差7B黑点黑点8BOK划花9BOKOK10B色差色差11B色差黑点12B色差色差13B黑点黑点14BOKOK15BOKOK16B黑点黑点17BOK划花18B杂色杂色19B划花划花20B杂色杂色21B色差色差22B黑点黑点23B色差色差24B黑点黑点25BOKOK26B色差色差27B色差黑点28B黑点黑点29BOKOK30B色差色差1COKOK2C划花划花3C色差色差4C黑点黑点5C黑点OK6C色差色差7C黑点黑点8C划花划花9COKOK10C色差色差11C黑点黑点12COK色差13C黑点黑点14COKOK15COKOK16C黑点黑点17C杂色划花18C杂色杂色19C划花划花20C杂色杂色21C色差色差22C黑点黑点23C色差色差24C黑点黑点25COKOK26C色差色差27COK黑点28C黑点黑点29C色差OK30C色差色差1AOKOK2A划花划花3A色差色差4A黑点黑点5AOKOK6A色差色差7A黑点黑点8A划花划花9AOKOK10A色差色差11A黑点黑点12A色差色差13A黑点黑点14A色差OK15A黑点OK16A黑点黑点17A划花划花18AOK杂色19A划花划花20A杂色杂色21A色差色差22A黑点黑点23A色差色差24A黑点黑点25AOKOK26A色差色差27A黑点黑点28A黑点黑点29A色差OK30A色差色差1BOKOK2B划花划花3B色差色差4B黑点黑点5BOKOK6B色差色差7B黑点黑点8B划花划花9BOKOK10B黑点色差11B黑点黑点12B色差色差13B黑点黑点14BOKOK15BOKOK16B黑点黑点17B划花划花18B杂色杂色19B划花划花20B杂色杂色21B色差色差22B黑点黑点23B色差色差24B黑点黑点25BOKOK26B色差色差27B黑点黑点28B黑点黑点29BOKOK30B色差色差1COKOK2C划花划花3C色差色差4C黑点黑点5COKOK6C色差色差7C划花黑点8C划花划花9COKOK10C色差色差11C黑点黑点12C色差色差13C黑点黑点14COKOK15C黑点OK16C黑点黑点17COK划花18C杂色杂色19C划花划花20C杂色杂色21COK色差22C黑点黑点23C色差色差24C黑点黑点25COKOK26C色差色差27C黑点黑点28C黑点黑点29COKOK30C色差色差将数据导入Minitab（本例使用MinitabR15中文版），选择统计>质量工具>属性一致性分析的路径进入Minitab操作：在属性列中，输入'检验结果'；在样本中，输入'样本编号'；在检验员中，输入'检验人员'；在已知标准/属性中，输入'专家判定/标准'，并单击确定。注：Kappa分析需在选项菜单，勾选“如果适当，计算Cohen的Kappa”，在结果菜单，勾选“此外，Kappa和Kendall（顺序数据）”。仅作一致性分析时不勾选。输出图形如下：会话窗口输出检验结果的属性一致性分析检验员A、C自身一致性（重复性）低于80%，不合格检验员自身检验员A、C自身一致性（重复性）低于80%，不合格评估一致性#检#相检验员验数符数百分比95%置信区间A3022,B3025,C3022,#相符数:检验员在多个试验之间，他/她自身标准一致。Fleiss的Kappa统计量检验员响应KappaKappa标准误ZP(vs>0)AOK黑点划花色差杂色整体BOK黑点划花色差杂色整体COK黑点划花色差杂色整体检验员A、C与标准一致性（偏倚）低于80%，不合格每个检验员与标准检验员A、C与标准一致性（偏倚）低于80%，不合格评估一致性#检#相检验员验数符数百分比95%置信区间A3022,B3025,C3022,#相符数:检验员在多次试验中的评估与已知标准一致。Fleiss的Kappa统计量检验员响应KappaKappa标准误ZP(vs>0)AOK黑点划花色差杂色整体BOK黑点划花色差杂色整体COK黑点划花色差杂色整体检验员之间检验员之间一致性（再现性）低于80%，不合格评估一致性检验员之间一致性（再现性）低于80%，不合格#检#相验数符数百分比95%置信区间3015,#相符数:所有检验员的评估