MSA测量系统分析培训讲义

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1、第一章第一章测量系统分析的基础知识测量系统分析的基础知识l如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。l因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机 法环测量测量测量测量结果合格不合格测量测量Y=x +l 測量值 =真值(True Value)+測量誤差戴明說沒有真戴明說沒有真值的存在值的存在一致一致nDiscrimination 分辨能力nPrecision 精密度(Repeatability 重复性)nAccuracy 准确度(Bias偏差)nDamage 损坏nDifferences among ins

2、truments and fixtures(不同仪器和夹具间的差异)nDifference in use by inspector 不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)nDifferences among methods of use(使用不同的方法所造成差异)nDifferences due to environment(不同环境所造成的差异)测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境l 即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环等方面的原因，会带来测量误差。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从

3、而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。l ISO/TS16949:2009标准7.6.1规定：为分析出为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统计研究。此要求必须适用于在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及的测量系统。这些分析方法以及控制计划中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。得顾客的批准。l运用统计分析方法，确定测量系统测量运用

4、统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的结果的变差（测量误差），了解变差的来源。来源。从而确定一个测量系统的质量，从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。并且为测量系统的改进提供信息。l保证所用统计分析方法及判定准则的一保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。致性。l1、测量、测量 l2、量具、量具 Gagel3、测量系统、测量系统 l4、分辨、分辨力力 Discrimination l5、偏倚、偏倚 Bias;l6、重复性、重复性 Repeatabilityl7、再现性、再现性 Reproducibility;l8、线性、线性 Linearity l

5、9、稳定性、稳定性 Stability l1、测量、测量：赋值给具体事物以表示他们之：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而赋予的值定义为测量值。间的关系。而赋予的值定义为测量值。l2、量具、量具：任何用来获得测量结果的装置，：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，包括用经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格不合格的装置。来测量合格不合格的装置。l3、测量系统、测量系统：用来对被测量特性赋值用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。操作人员的集合。l定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。l传

6、统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。T1030基准值观测平均值 偏倚偏倚偏倚：是测量结果的观测观测平均值平均值与基准值基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。重复性重复性重复性是由是由一个一个评价人，采用评价人，采用一件一件测量仪器，测量仪器，多次多次测量测量同一同一零件的零件的同一同一特性时获得的测量特性时获得的测量值变差。值变差。再现性再现性是由是由不同不同的评价人，采的评价人，采用用相同相同的测量仪器，测量的测量仪器，测量同一同一零件的零件的同一同一特性时测量平均值特性时测量平均值的变差。的变差。再現性再現性

7、操作者操作者B B操作者操作者C C操作者操作者A量程量程基准值观测平均值 基准值线性：线性：是在量具预期的是在量具预期的工作范围工作范围内，偏倚值的差值，内，偏倚值的差值，即量具在使用范围内偏移量具在使用范围内偏移(准确度准确度)差异之分布状况差异之分布状况.观测的平均值 基准值无偏倚有偏倚稳定性 时间1时间2稳定性稳定性：是测量系统在某持续时间持续时间内测量同一同一基准或零件的相同相同特性时获得的测量值的总变差。第二章第二章测量系统的分析方法测量系统的分析方法l测量系统的变差类型：测量系统的变差类型：l 偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性l测量系统特性可用

8、下列方式来描述测量系统特性可用下列方式来描述：位置：稳定性、偏倚、线性。位置：稳定性、偏倚、线性。宽度或范围：重复性、再现性。宽度或范围：重复性、再现性。位置宽度位置宽度标准值 理想的测量系统在每次使用时：应只产生理想的测量系统在每次使用时：应只产生“正确正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一的测量结果。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，应具有系统，应具有零方差、零偏倚零方差、零偏倚和所测的任何产品和所测的任何产品错误分类为零概率错误分类为零概率的统计特性。的统计特性。真值真值l 测量系统必须处于统计控制中，这意味

9、着测测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性特殊原因造成的。这可称为统计稳定性；l 测量系统的变异必须比制造过程的变异小测量系统的变异必须比制造过程的变异小；变异应小于公差带变异应小于公差带；l 一般来说，测量精度是过程变异和公差带两一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一。者中精度较高者的十分之一。1）取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不可获得，选择一个落在生产测量范围中间的生产零件，指定其为稳定性分析的标准样本。具备预期测量的最低值，最

10、高值和间位置的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。2）定期(天,周)测量标准样本35次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理，测量系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以说明在一天中预热、周围环境和其他因素发生的变化。3）将数据按时间顺序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。l结果分析结果分析作图法作图法4）建立控制限并用标准控制图分析法来评价失）建立控制限并用标准控制图分析法来评价失控或不稳定状态。控或不稳定状态。l结果分析结果分析数据法数据法如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测如

11、果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。量系统的偏倚。同样，测量的标准偏差可以用作测量系统重复同样，测量的标准偏差可以用作测量系统重复性的近似值。这可以与（生产）过程的标准偏性的近似值。这可以与（生产）过程的标准偏差进行比较以决定测量系统的重复性是否适于差进行比较以决定测量系统的重复性是否适于应用。应用。可能需要实验设计或其他分析和解决问题的技可能需要实验设计或其他分析和解决问题的技术以确定测量系统稳定性不足的主要原因。术以确定测量系统稳定性不足的主要原因。l举例举例稳定性稳定性 为了确定一个新的测量装置稳定性是否可为了确定一个新的测量装置稳定性是否可以接受，工艺小组在生产工艺中选

12、择了一个零以接受，工艺小组在生产工艺中选择了一个零件件.这个零件被送到测量实验室，确定基准值为这个零件被送到测量实验室，确定基准值为6.01。小组每班测量这个零件。小组每班测量这个零件5次，共测量次，共测量5周周（25个子组）。收集所有数据以后，个子组）。收集所有数据以后，Xbar&R图就可以做出来了图就可以做出来了.6.36.05.7样本均值子组0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0样本极差R=0.47792ULC=1.01LCL=0控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显可见的特殊原因

13、影响。有出现明显可见的特殊原因影响。基准值测量系统的平均值偏偏倚倚 偏倚又称为准确度偏倚又称为准确度(Accuracy),是指量测平是指量测平均值与真值之差值均值与真值之差值.而真而真值可以通过采用更高级值可以通过采用更高级别的测量设备别的测量设备(实验室或实验室或全尺寸检验设备全尺寸检验设备)进行多进行多次测量次测量,取其平均值来确取其平均值来确定。定。偏偏 移移(Bias)（例（例3）1位作业者量测位作业者量测1个零件个零件10次，量测值如下：次，量测值如下：X1=0.75 X6=0.80 X2=0.75 X7=0.75 X3=0.80 X8=0.75 X4=0.80 X9=0.75 X5

14、=0.65 X10=0.70测量平均值测量平均值VA=,已知该零件之真已知该零件之真值值VT为为0.8mm,零件之制程变异为零件之制程变异为0.70mm.则则Bias=VA-VT=0.75-0.80=0.05%Bias=100(Bias /制程变异）制程变异）=100（0.05/0.70)=7.1%（标准是（标准是5%以下）以下）10175.010/iXi1）选择g5个零件，由于过程变差，这些零件测量值覆盖量具的操作范围。2）用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认了包括量具的操作范围。3）通常用这个仪器的操作者中的一人测量每个零件m10次。随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小

15、化。4）结果分析结果分析-作图法作图法l计算零件每次测量的偏倚及零件偏倚均值。5)在线性图上画出单值偏倚和相关基准值的偏倚均值l线性接受准则：线性接受准则：la.对测量特殊特性的测量系统，线性%5%接受，线性%5%时，不予接受。lb.对测量非特殊特性的测量系统，线性%10%接受，线性%10%时，不予接受。l如果测量系统为非线性，查找这些可能原因如果测量系统为非线性，查找这些可能原因：在工作范围上限和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。l线性线性-举例举例l一名工厂主管希望对过程采用新的测量系一名工厂主管希望对过程采用新的测量系统统,作为作为PPA

16、P的一部分的一部分,需要评价测量系统需要评价测量系统的线性的线性,在测量系统量程内选择在测量系统量程内选择 5个零件个零件,每每个零件经过全尺寸检验测量以确定其基准个零件经过全尺寸检验测量以确定其基准值值.然后由领班分别测量每个零件然后由领班分别测量每个零件12次次.研研究中零件是被随机选择的究中零件是被随机选择的.l计算建议使用软件计算建议使用软件(minitab:statquality toolsgage study gage Linearity and bias study)。零件基准值123452.004.006.008.0010.00试验12.705.105.807.609.1022

17、.503.905.707.709.3032.404.205.907.809.5042.505.005.907.709.3052.703.806.007.809.4062.303.906.107.809.5072.503.906.007.809.5082.503.906.107.709.5092.403.906.407.809.60102.404.006.307.509.20112.604.106.007.609.30122.403.806.107.709.40表表5：线性研究数据：线性研究数据Reference ValueBias1086421.00.50.0-0.5-1.00Regressi

18、on95%CIDataAvg BiasPercentBiasLinearity1050Gage LinearitySlope-0.131670.010930.000PredictorCoefSE?CoefPConstant0.736670.072520.000S0.239540R-Sq71.4%Linearity0.790000%Linearity13.2Gage Bias20.4916678.20.00040.1250002.10.29360.025000Reference0.40.6888-0.2916674.90.00010-0.61666710.30.000Bias%BiasPAver

19、age-0.0533330.90.040Gage name:Date of study:Reported by:Tolerance:Misc:Percent of Process VariationG age Linearity and Bias Study for m easl1、图示分析指出特殊原因可能会影响这测量系、图示分析指出特殊原因可能会影响这测量系统统.表示该测量系统存有一线性问题。表示该测量系统存有一线性问题。l2、“偏倚偏倚=0”的直线与置信度区间相交，而不的直线与置信度区间相交，而不是包含在置信区间内。也表示该测量系统存有一是包含在置信区间内。也表示该测量系统存有一线性问题。

20、线性问题。l3、如果测量系统存在一线性问题，需要通过调、如果测量系统存在一线性问题，需要通过调整软件、硬件或两项同整软件、硬件或两项同时进行来再校准以达到时进行来再校准以达到0偏倚。偏倚。l4、如果偏倚在测量范围内不能被调整到、如果偏倚在测量范围内不能被调整到0，只要，只要测量系统保持稳定，仍可用于产品测量系统保持稳定，仍可用于产品/过程的控制，过程的控制，但不能进行分析，直到测量系统达到稳定。但不能进行分析，直到测量系统达到稳定。l均值极差法(Xbar&R)是一种可提供测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分重复性和再现性。l进行研究进行研究l

21、表格参见MSA参考手册。详细的程序是：l1、获得一个样本零件数n大于5，应代表实际的或期望的过程变差范围；l2、选择评价人为A，B，C等。零件的号码从1到n，评价人不能看到零件编号。3、让评价人A以随机的顺序测量n个零件，将测量结果输入第一行（如使用MINITAB应输入“数据”栏）。4、让评价人B和C测量同样的n个零件，而且他们之间不能看到彼此的结果，输入数据到第6行和11行。5、用不同的随机测量顺序重复该循环。输入数据到第2，7，12行，在适当的列记录数据，如果需要试验3次，重复循环并输入数据到3，8，13行。6）当零件数量很大或同时多个零件不可同时获得时，测量步骤4，5可能改变如下是需要的

22、：让评价人A测量第一个零件并在第1行记录读数。让评价人B测量第一个零件并在第6行记录读数。让评价人C测量第一个零件并在第11行记录读数。让评价人让评价人A重复测量第一个零件并记录读数于第重复测量第一个零件并记录读数于第2行，行，让评价人让评价人B重复测量第一个零件并记录读数于第重复测量第一个零件并记录读数于第7行，行，让评价人让评价人C重复测量第一个零件并记录读数于第重复测量第一个零件并记录读数于第12行，行，如果试验需要进行如果试验需要进行3次，重复这个循环将数据记录在次，重复这个循环将数据记录在 第第3，8，13行。行。7、如果评价人属于不同的班次，可以使用一个替代方法，、如果评价人属于不

23、同的班次，可以使用一个替代方法，让评价人让评价人A测量所有的测量所有的10个零件输入数据于第个零件输入数据于第1行，然后行，然后评价人评价人A以不同的顺序读数，记录结果于第以不同的顺序读数，记录结果于第2，3行，让行，让评价人评价人B，C同样做。同样做。l依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可。依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可。结果分析结果分析-作图法作图法 作图工具的应用是很重要的。在使作图工具的应用是很重要的。在使用任何其他统计分析之前应先用作图用任何其他统计分析之前应先用作图工具将明显的变差特殊原因数据进行工具将明显的变差特殊原因数据进行系统地筛选。系统地筛选。从测量系统分析得

24、到的数据可以用从测量系统分析得到的数据可以用控制图显示出来。控制图显示出来。均值图均值图 将每个评价人对每个零件多个读数的均值画将每个评价人对每个零件多个读数的均值画于图中，并标以零件号码为代码，这样可以帮于图中，并标以零件号码为代码，这样可以帮助我们确定评价人之间的一致性。助我们确定评价人之间的一致性。大约一半或更多的均值应落在控制限以外。大约一半或更多的均值应落在控制限以外。如果数据显示出这种图形，那么测量系统应该如果数据显示出这种图形，那么测量系统应该能够充分探测零件能够充分探测零件-零件之间的变差并且测量系零件之间的变差并且测量系统能够提供对过程分析和过程控制有用的信息。统能够提供对过

25、程分析和过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外边，则测量如果少于一半的均值落在控制限外边，则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。过程变差。极差图极差图 极差控制图用于确定过程是否受控。在包括平均极差和控制限的标准的极差图上画出了由每个评价人对每个零件测量的多个读数范围。如果所有的极差都受控，则所有的评价人的工作状态是相同的。如果一个评价人不受控，则他的测量方法与其他人不同。如果所有评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要改善以获得有用的数据。%R&R%R&R接受准则接受准则：a.%GRR10%a.%GRR30%c

26、.%GRR30%不能接受，必须改进。不能接受，必须改进。l当当重复重复性性(EV)(EV)大大于于再现性再现性(AV)(AV)时时，原因可能是：，原因可能是：仪器需要仪器需要保养保养；量具量具应重新应重新设计设计来提高刚度来提高刚度增强增强；量具的夹紧或零件定位的方式量具的夹紧或零件定位的方式需要改进；需要改进；存在过大的零件变差。存在过大的零件变差。l当再现性当再现性(AV)(AV)大于重复性大于重复性(EV)(EV)时：时：评价人员需要更好的培训如何使用评价人员需要更好的培训如何使用量具及数据量具及数据读取方式读取方式；量具量具刻度盘上的刻度不清楚；刻度盘上的刻度不清楚；需要某些夹具协助需

27、要某些夹具协助评价人员来提高使用评价人员来提高使用量具量具的的一致性一致性。PARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者APARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.750.7091.000.95100.550.50操作者BPARTREADING1READING210.500.5521.

28、051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者CSample Range0.120.080.040.00_R=0.0383UCL=0.1252LCL=0123Sample Mean1.00.80.60.4_X=0.8075UCL=0.8796LCL=0.7354123Gage name:Date of study:Reported by:Tolerance:Misc:R Chart by?Xbar Chart by?G age R&R(Xbar/R)for?nGage R&R

29、Study-XBar/R Method n%ContributionnSource VarComp (of VarComp)nTotal Gage R&R 0.0020839 6.33n Repeatability 0.0011549 3.51n Reproducibility 0.0009291 2.82nPart-To-Part 0.0308271 93.67nTotal Variation 0.0329111 100.00n Study Var%Study VarnSource StdDev(SD)(5.15*SD)(%SV)nTotal Gage R&R 0.045650 0.2350

30、99 25.16n Repeatability 0.033983 0.175015 18.73n Reproducibility 0.030481 0.156975 16.80nPart-To-Part 0.175577 0.904219 96.78nTotal Variation 0.181414 0.934282 100.00%R&R重复性再现性R&R分析注意事项分析注意事项1、分析之量具、分析之量具 （1）APQP及及PPAP所使用之量具所使用之量具 （2）客户要求须执行）客户要求须执行R&R之量具之量具2、分析时机：、分析时机：（1）操作者变更时）操作者变更时 （2）量具变动时）量具变

31、动时 （3）产品变更时）产品变更时 （4）量具修理后）量具修理后 （5）配合量具校正作业定期分析。）配合量具校正作业定期分析。R&R分析注意事项分析注意事项1、执行分析人员、执行分析人员 （1）资料搜集：须为操作该量具人员）资料搜集：须为操作该量具人员 （2）分析人员：该量具之校正管理人员）分析人员：该量具之校正管理人员2、执行前之准备工作：、执行前之准备工作：（1）决定进行分析之产品及量具）决定进行分析之产品及量具 （2）决定参与分析之测量人数，最少两人）决定参与分析之测量人数，最少两人 （3）决定进行分析之产品取样数（至少）决定进行分析之产品取样数（至少5件，件，10件为宜）。件为宜）。（

32、4）决定测量次数，最少须两次。）决定测量次数，最少须两次。计数型量具小样法实务指南：计数型量具小样法实务指南：计数型量具就是把各个零件与某些指定限值作比较，如计数型量具就是把各个零件与某些指定限值作比较，如果满足要求则接受该零件，如果不满足要求，则拒收。计果满足要求则接受该零件，如果不满足要求，则拒收。计数型量具不象计量型量具，它不能指点示一个零件有多么数型量具不象计量型量具，它不能指点示一个零件有多么好或多么坏，它只指示该零件是接受还是拒收。好或多么坏，它只指示该零件是接受还是拒收。小样法研究是通过选取小样法研究是通过选取20个零件来进行的。由两位评价个零件来进行的。由两位评价人以一种能防止

33、评价人偏倚的方式两次测试所有零件。在人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测试所有零件。在选取的选取的20个零件中，一些零件或许会低于或高于规范限值。个零件中，一些零件或许会低于或高于规范限值。如果所有的测量结果（每个零件四次）一致则接受该如果所有的测量结果（每个零件四次）一致则接受该量具，否则应改进或重新评价该量具。如果不能改进该量量具，否则应改进或重新评价该量具。如果不能改进该量具，则不能被接受，并且要找到一个可接受的替代测量系具，则不能被接受，并且要找到一个可接受的替代测量系统。统。典型的计数型量具研究小样法的表格见下表：典型的计数型量具研究小样法的表格见下表：齿齿轮轮内内径径 通通过过/不

34、不通通过过塞塞规规A评价人评价人B评价人评价人12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19GGGG20GGGG子組內樣本數A2D3D4d221.88003.2671.12831.02302.5751.69340.72902.2822.05950.57702.1152.32660.48302.0042.53470.4190.0761.9242.70480.3730.1361.8642.84790.3370.1

35、841.8162.970100.3080.2231.7773.078110.2850.2561.7443.173120.2660.2841.7163.258 附录附录C-d2*表表 子组容量 Size(m)23456789101112131415子组数g11.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041

36、.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.4951.191.742.102.362.562.732.872.993.103.193.283.353.423.4961.181.732.092.352.562.722.872.993.103.193.273.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.4881.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.34

37、2.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48111.161.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.343.413.48121.151.712.082.342.552.722.852.983.093.183.273.343.413.48131.151.712.082.342.552.712.852.983.093.183.273.343.413.48141.151.712.082.342.552.712.

38、852.983.093.183.273.343.413.48151.151.712.082.342.552.722.852.983.093.183.263.343.413.48d21.1281.6932.0592.3262.5342.7042.8472.9703.0783.1733.2583.3363.4073.472谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH