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1、测量系统分析（MSA）,7.6.1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变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在控制计划提出的测量系统。 所用的分析方法和接收准则，必须与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客批准，也可采用其它分析和接收准则。,ISO/TS16949：2002中对测量系统分析的要求,第一节、测量和测量系统 第二节、测量和测量系统的主要术语 第三节、测量误差及其影响 第四节、测量系统研究 第五节、测量系统结果分析,总纲,案例演练,道具：一把卡尺、十个零件 演练： 分组 每组各出一人将十个零件测量1次，记录数据,测量 通过与预先设定的标准相比较

2、来确定用多少个单位（英寸、克等）来描述一个零件的过程。（赋值过程） 测量结果由一个数字和一个标准测量单位构成。 测量结果是测量过程的输出,测量的作用 根据测量数据决定是否调整制造过程。 确定在两个或多个变量之间是否存在重要关系。,测量的作用的发挥取决于所用测量数据的质量,第一节 测量和测量系统,测量数据的质量,一个“好的或高质量的”测量有哪些特点？ 一个“差的或低质量的”测量有哪些特点？,测量数据的质量由在稳定条件下运行的某一测量系统获得的多个测量结果的统计特性确定。,一个“好的或高质量的”测量有哪些特点？ 如果某一特性的测量值“接近”它的基准值，那么则称数据的质量“高”。 一个“差的或低质量

3、的”测量有哪些特点？ 如果某一特性的测量值“远离”它的基准值，那么则称数据质量“低”。 基准值被认同的作为比较参考的值。一个零件的基准值可能是实验室条件下确定的或是使用更为精确的量具建立起来的一个真的测量值。表述基准值的其它名词还有：合格基准值、合格值、公称值、公称真、规定值、最佳估计值、标准值、标准测量值,测量数据的质量,表征数据质量最通用的统计特性是测量系统的偏倚和方差。所谓偏倚的特性，是指数据相对基准（标准）值的位置，而所谓方差的特性，是指数据的分布。 低质量数据最通常的原因之一是数据变差太大。一组测量变差大多是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的。例如，测量某容器内流体的容积，使

4、用的测量系统可能对它周围的环境温度敏感，在这种情况下，数据的变差可能由于其体积的变化或周围温度的变化，使得解释这些数据很困难，因此这一测量系统是不理想的。 如果交互作用产生太大的变差，那么数据的质量可能会很低以至于数据没有用处。例如，一个具有大量变差的测量系统，在分析制造过程中使用是不适合的，因为测量系统变差可能会掩盖制造过程的变差。管理一个测量系统的许多工作是监视和控制变差。这就是说，应着重研究掌握环境对测量系统的影响，以使测量系统产生可接受的数据 .,案例演练,演练： 由另一个人将十个零件再测量1次，记录数据,案例演练,请分析测量变差的原因,测量系统变差,用来对被测特性定量测量或定性评价的

5、仪器或量具、标准、操作方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合，用来获得测量结果的整个过程。一个测量过程可以看成是一个制造过程，它产生数值（数据）作为输出。,量具： 任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置；包括通过/不通过程装置。,测量系统的概念,测量系统六个基本要素：SWIPE标准、工件、仪器、人、程序、环境,测量过程和测量系统的六个基本要素,测量过程,测量结果/变差,测量人员,零件/工件,仪器/量具,标准,程序、环境,voice of the process,PEOPLE,EQUIPMENT,MATERIALS,METHODS,ENVIRONMENT,INPUTS,PROC

6、ESS / SYSTEM,Accurate Measurement using STATISTICAL METHODS,IDENTIFYING IMPROVEMENT OPPORTUNITIES,OUTPUTS,PRODUCTS OR SERVICES,Measurement Systems Analysis,测量变差的原因, 公差（Tolerance） 是指一个零件某一特性允许的变差。公差通常以一个公称值所允许的相对于公称值的变差来表示。一个零件的宽度可以表示为15.500.2mm(一个15.48mm到15.52mm的宽度)。 受控（In-Control） 当一个过程显示出本身固有的、且可预

7、见的变差时则称该过程为“受控过程”。 假如过程处于受控状态，则无造成变差的特殊原因，那么，我们便可以认为零件在99.73%的时间内都能随机地落在控制限值之内。,第二节 测量和测量系统常用的定义, 失控（Out-of-Control） 指各种特殊变差原因均未消除的过程状态。这种状态在控制图上表现为点落在控制限之外或是在控制限内呈现非随机形态。 分辨力、可读性、分辨率： 测量或仪器输出的最小刻度单位，1：10经验法则 有效分辨率： 对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性；总是以一个测量单位报告。,第二节 测量和测量系统常用的定义, 基准值： 人为规定的可接受值，作为真值的替代。 真值： 物

8、品的实际值。,第二节 测量和测量系统常用的定义,位置变差 准确度： “接近”真值或可接受的基准值，包括位置和宽度误差的影响。 偏倚： 测量的观测平均值和基准值之间的差异，测量系统的系统误差分量。,第二节 测量和测量系统常用的定义, 稳定性： 偏倚随时间的变化。一个稳定的测量过程是关于位置的统计受控。,第二节 测量和测量系统常用的定义, 线性： 整个正常操作范围的偏倚改变，测量系统的系统误差分量。,第二节 测量和测量系统常用的定义,宽度变差 精密度： 重复读数彼此之间的“接近度”，测量系统的随机误差分量。 重复性： 由一位评价人多次使用一种测量仪器，测量同一零件的同一特性时获得的测量变差，通常指

9、EV，仪器的能力或潜能，系统内变差。,第二节 测量和测量系统常用的定义, 再现性： 由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零件的一个特性时产生的测量平均值的变差，通常指AV，系统间（条件）变差。,第二节 测量和测量系统常用的定义, GRR或量具R&R： 量具重复性和再现性：测量系统重复性和再现性合成的评估。依据使用的方法，可能包括或不包括时间影响。 测量系统能力： 测量系统变差的短期评估。 测量系统性能： 测量系统变差的长期评估。,第二节 测量和测量系统常用的定义, 灵敏度 在测量特性变化时测量系统的响应，最小的输入产生可探测出的输出信号。 一致性： 重复性随时间的变化程度。 均一性： 整个正

10、常操作范围内重复性的变化。,第二节 测量和测量系统常用的定义,系统变差 能力： 短期获取读数的变异性。 性能： 长期获取读数的变异性。 不确定度 关于测量值的数值估计范围，相信真值在此范围内。,第二节 测量和测量系统常用的定义,所有的测量系统应具备的特性, 测量系统必须处于统计控制中（可预见的）；这意味着测量系统内的变差只能是由于普通原因产生的，而不是由于特殊原因产生的。 测量系统的变异要小于制造过程的变异。 变异应小于技术规范限值和/或允许公差。 测量的增量必须小于过程变异或技术规范限值中较小者。 当被测项目变化时，测量系统的统计特性可能也会变化。若真的如此，则测量系统的最大（最糟）的变差必

11、须小于过程变差或技术规范限值中的较小者。,其他需要考虑的因素, 测量系统的管理涉及对变差的控制和监测。 应对测量系统与环境如何相互作用有所理解。,第三节 测量误差及其影响,测量误差的组成：,第三节 测量误差及其影响,测量误差的表现：,测量系统变异性的影响,一般来说，测量的两种错误只在被测特性的上/下规范值附近发生（对零件做出错误决定的潜在因素只在测量系统误差与公差交叉时存在）。,对决策的影响 对产品决策和过程决策的影响测量的两种错误： 型错误：将好的零件判为“坏”的零件； 型错误：将“坏”的零件判为好的零件。错漏检,2obs = 2actual + 2msa 同样地，Cpobs 也由Cp ac

12、tual和Cpmsa组成 如果Cp msa = 2，为了达到 Cp obs = 1.33, Cp actual必须达到1.79以上,对新过程的影响： 当有一个新过程，经常要完成一系列步骤，这通常包括在供应商处对设备的研究以及随后在顾客处对设备的研究。 如果在任何一方使用的测量系统与在正常情况下使用的测量系统不一致，那么就会发生混乱。最通常的情况包括使用不同的仪器。 最坏的情况是不具备资格的量具被投入使用。,对过程决策的影响：,对作业准备的影响：,通常生产操作是在一天的开始时使用单个零件来检验过程是否对准目标。如果测量的零件在目标外，就调整过程。然后，在一些情况下测量另一个零件并且可能再次调整过

13、程。干预 如：某金属涂层重量的控制目标是5.00克，通常作业准备时，要求操作者以一个样件为基础对其进行验证，如果过程运行超过4.90-5.10，应再次设定（调整）过程。 某天，假设过程实际运行为4.95克，但由于测量误差，观测值为4.85克，因此操作者调整过程至5.00克，但此时实际运行为5.10克。这样的过度调整由于从来没有进行测量系统分析持续影响。 规则： 除非过程不稳定，否则不作调整或不采取行动。,测量系统的策划和选择,在评价一个测量系统时必须考虑三个基本问题： 测量系统必须显示足够的灵敏性； 分辨力： 测量仪器的第一准则应该至少是被测范围的十分之一； 过程分布的分组数量（ndc)：如果

14、极差图显示出可能四个极差值在控制限内，并且超过四分之的极差值为零，则该测量是在分辨力不足时进行的。 测量仪器的最新准则为分辨率最大为全过程的6标准偏差的十分之一。,测量系统的策划和选择,测量系统必须是稳定的； 统计特性（误差）在预期的范围内一致，并足以满足测量的目标（产品控制或过程控制）。,第四节测量系统研究和策划,测量系统研究的准备步骤,根据研究目的，策划要采用的方法。 规定测量者人数、样件个数以及重复的测量结果的个数。这可能取决于尺寸的临界性或零件的物理特性。 选择经常使用这种仪器的测量者。 在几天生产的产品中取样，以保证所选取的样品代表整个操作范围。对每个零件进行编号以便于识别。（选自于

15、过程并且代表整个生产范围即代表产品变差的全部范围） 要保证所使用的测量装置的分辨力为所要测量的特性预期的过程变差的十分之一。（如果特性的变差的0.001,要求仪器能读到0.0001的变化量。）,在测量系统的研究中，将误传信息的危险性降到最小是十分重要的。下面四条事项需要注意：,由一个懂得认真谨慎在完成一个可靠的研究中的重要性的人来完成这项研究。 要保证每一个测量者使用相同的程序，包括获取数据的步骤。 测量必须是随机地进行。 读数必须要估计到尽可能精确的值。如果可能，读数要精确到最小刻度的一半。（例如：如果最小刻度是0.0001,每一个读数要估计到0.0005。）,测量系统分析稳定性,取得一个样

16、件。 建立其可追溯到相关标准的参考值 如果无法取得这样的样件，则选择一件落在生产测量范围中间的生产零件，指定 它为基准样件以进行稳定性分析。 以一定的周期基础（每天、每周）测量基准件三到五次。 抽样的数量和频率应取决于对测量系统的认识，可能考虑的因素包括要求重新校准或维修的频率、使用测量系统的频率，以及操作条件的重要性等。应该在不同时间下取得多次读值，以代表测量系统的实际使用情况。 将数据按时间顺序画在X-R或X-S控制图上。 结果分析 图形法，受控,测量系统分析-稳定性分析,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； 磨损或损坏的基准，基准出现误差； 校准不当或调整基

17、准的使用不当； 仪器质量差设计或一致性不好； 仪器设计或方法缺乏稳键性； 不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术；,（量具或零件）变形； 环境温度、湿度、振动、清洁的影响； 违背假定，在应用常量上出错； 应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳，观察错误（易读性、视差） 正常老化或退化； 缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁,稳定性不好的可能原因是：,测量系统分析-偏倚分析,取得一个样件。 建立其可追溯到相关标准的参考值 如果无法取得这样的参考值，选择一件落在生产测量范围中间的生产件，指定它为偏倚分析的基准件。在实验室中测量该零件n10次，并计算这n个读值的平均值，将该平均值视为“参考

18、值”。 一个评价者以正常方式测量样件n10次。 画出这些数据相对于参考值的直方图。 使用专业知识审查这直方图，从而确定是否存在任何特殊原因或异常点。 结果分析 数值法,测量系统分析-偏倚分析,测量系统分析-偏倚分析,结果分析： 计算n个读值的平均值 计算重复性标准差 注：d*2可从附录C中查找取得（g=1，m=n） 计算偏倚值 偏倚 = 平均值 参考值,测量系统分析-偏倚分析,计算偏倚的标准差 计算偏倚的t统计值 从附录C查到对应的v值,测量系统分析-偏倚分析,确定偏倚值在1-置信度水平上的界线（值） 偏倚 b （t v,1-/2） 0 偏倚 + b （t v,1-/2） 注：默认为0.05（

19、95%的置信度） 判定偏倚能否接受,案例-偏倚分析,用第一次测量A取得的数值作为基准值，B测量的数值作为观测值进行偏倚分析。,偏倚判断法则：,偏倚判断法则： 如果0落在围绕偏倚值1-置信区间以内，偏倚在水平是可以接受的。 注：如果水平不是用默认值0.05（95%置信度），则必须得到顾客的同意。,仪器需要校准； 仪器、设备或夹紧装置的磨损； 磨损或损坏的基准，基准出现误差； 校准不当或调整基准的使用不当； 仪器质量差设计或一致性不好； 线性误差； 应用错误的量具；,不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术； 测量错误的特性； （量具或零件）变形； 环境温度、湿度、振动、清洁的影响； 违背假定，在应用

20、常量上出错； 应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳，观察错误（易读性、视差）,造成过分偏倚的可能原因是：,选取五个零件。 注：五个样件应覆盖整个量程范围或测量范围。 建立其可追溯到相关标准的参考值。 由主要操作者以正常方式测量每个零件12次。 计算每个测量的偏倚。 计算每个零件的偏倚平均值。 在线性图上画出每个测量的偏倚和偏倚的平均值,测量系统分析-线性分析,应用公式计算并画出最适合的线 Yi = aXi + b b = Y - aX,测量系统分析-线性分析,应用公式计算并画出该线的置信度区间（上、下限）,测量系统分析-线性分析,画出“偏倚=0”的线，并对图进行评审，以观察是否存在特殊原因，以

21、及线性是否可以接受。 计算ta和tb，并与tgm-2,1-/2比较,测量系统分析-线性分析,测量系统分析-线性分析表,平均（X）,线性图：,测量系统分析-线性分析表,案例-线性分析,案例-线性分析,线性分析的接受判断法则：,为使测量系统线性可以被接受，“偏倚=0”线必须完全在拟合线置信带以内。,案例-线性分析,案例二： 假设A测量的值为基准值，B测量的值为测量的平均值，进行测量系统的线性分析。,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； 缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁 磨损或损坏的基准，基准出现误差； 校准不当或调整基准的使用不当； 仪器质量差设计或

22、一致性不好；,仪器设计或方法缺乏稳键性； 应用错误的量具； 不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术； （量具或零件）随零件尺寸变化的变形； 环境温度、湿度、振动、清洁的影响； 违背假定，在应用常量上出错； 应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳，观察错误（易读性、视差）,线性误差的可能原因是：,选取一个样本零件数n5。 注：一般n=10，所选取的样本应代表实际的或期望的过程变差范围。 选择评价人A、B、C三人。 校准量具。 让评价人以随机顺序测量n个零件，将数据填入数据表A1、B1和C1行。 注：三个评价人不能看到彼此的结果。 以不同顺序重复以上动作2次，并填入A2、B2、C2；以及A3、B3、C

23、3行。,测量系统分析-重复性和再现性分析(均值极差法),测量系统重复性和再现性数据记录表,计算：,测量系统分析-重复性和再现性分析(均值极差法),UCLR = R * D4 LCLR = R * D3 备 注： D4在2次试验时取3.27，在3次试验时取2.58，对于7次以下的试验D3=0。UCLR代表单值R的极限，圈出那些超出极限的点，识别原因并加以纠正。使用与开始时相同的评价人和量具，重复这些读数或剔除超限值后，用剩下的观测值来重新计算均值、R值及控制限。,注：结果分析是基于每个因素对总变差或公差所占的百分比。计算百分比时公差可能替代总变差作为分母。,计算：,测量系统分析-重复性和再现性分

24、析(均值极差法),测量系统分析-重复性和再现性分析,结果分析图形分析： 画出均值图及其上下控制线； 画出极差图及其控制线。 根据对均值图和极差图进行分析。,测量系统分析-重复性和再现性分析,对于分析的均值图： 均值图提供了测量系统的“可用性”指示。 控制区域内部表示的是测量灵敏度（“噪声”）。因为研究中使用的零件子组代表过程变差，大约一半或更多的均值应落在控制限以外。 对于分析的极差图： 用于确定过程是否受控。 如果所有的极差都受控，则所有评价人的工作状态是相同的。,测量系统分析-重复性和再现性分析,测量系统分析-重复性和再现性分析,结果分析数值分析：,重复性设备变差：EV = R K1 再现

25、性评价人变差： 重复性和再现性： 零件变差：PV = R K1 总变差：,测量系统分析-重复性和再现性分析,结果分析数值分析：,重复性影响： %EV = EV/TV 100% 再现性影响： %AV = AV/TV 100% 重复性和再现性影响： %GRR = GRR/TV 100% 零件变差影响：%PV = PV/TV 100% 数据分级数：ndc=1.41(PV/GRR),测量系统重复性和再现性分析表,TV =（GRR2+PV2）1/2,测量系统分析-重复性和再现性分析,另：数据分级数 ndc 应该大于或等于5,GRR分析的接受判定准则： 测量系统变异性是否令人满意的准则取决于被测量系统变差

26、所掩盖掉的生产制造过程变异性的百分比或零件公差的百分比。 对特性的测量系统最终的接受准则取决于测量系统的环境和目的，而且应取得顾客的同意。,测量系统分析-重复性和再现性分析,零件（样品）内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性； 仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不当； 基准内部：质量、级别、磨损； 方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度的变差； 评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳；,环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化； 违背假定：稳定、正确操作； 仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好； 应用错误的量具； （量

27、具或零件）变形，硬度不足； 应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳，观察错误（易读性、视差）,重复性不好的可能原因是：,零件（样品）之间：零件之间的均值差； 仪器之间：仪器之间的均值差（注：这种情况下，再现性错误经常与方法和/或操作者混淆）； 标准之间：不同的设定标准的平均影响； 方法之间：手动与自动系统相比，零点调整，夹持或夹紧方法等导致的均值差；,评价人之间：评价人的技术、技能或训练导致的均值差； 环境之间：不同时间段环境引起的均值差； 违背研究中的假定； 仪器设计或方法缺乏稳健性； 操作者训练效果； 应用零件尺寸、位置、观察错误（易读性、视差）,再现性不好的可能原因是：,案例演练,测量系统

28、分析,计数型测量系统的分析： 信号探测法 解析法 假设检验（交叉分析法）,测量系统分析-信号探测法,选取50个零件，并包括在整个测量范围内 确定其基准值。 由选择三位操作者使用量具按正常条件进行测量，记录测量结果。 计算分析: dlsl dusl d 估计%GRR,案例演练,注： + 所有评价人同意并接受该好的零件。 所有评价人同意并拒绝该坏的零件。 X 所有评价人同意并接受该好的零件。,案例演练,计算分析: dlsl = 0.566152-0.542704 = 0.023448 dusl = 0.470832-0.446697 = 0.024135 d = 0.0237915 估计%GRR = d/T = 0.02379/0.1 = 23.8%,测量系统分析-解析法,选取8个零件。 注：8个零件以近似等距选取，并包括在整个测量范围内 确定其基准值。 使用量具测量m=20次，记录测量结果：接受的数量a。 注：最小的零件必须 a=0，最大的零件必须 a=20，其余零件必须要0 a 19,测量系统分析-解析法,计算每个零件的接收概率:,测量系统分析-解析法,画出量具性能曲线（使用正态概率纸） 计算分析： 如果 t 大于 2.093，