测量系统分析(MSA)”第三版”

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1、 四测量系统分析(MSA)”第三版”(一) 手册概貌 1MSA含义MSA是英文名称Measurement Systems Anelysis 的缩写，中译名为测量系统分析。有时为了简略，常用MSA来代之。 2本手册性质和目的本手册性质属指南性的，故对测量系统所述与的术语和评定测量系统质量的方法均作了介绍，特别是适用于工业界的评定测量系统质量多种方法作了详情介绍。其目的为评定测量系统(主要是关注对每个零件能重复读数的)质量提供指南，是为工业界正确使用测量系统提供方法。 3本手册的版本说明 本手册是由北美三大汽车公司联合编写而成，原是供执行QS9000质量标准的供货商使用，现应用围已扩展到执行ISO

2、/TS16949技术规的供应商也可使用。 当然其容也随着时间的推演而不断扩充，因此其版本也不断更新，现已从1990年10月第一版经过1995年2月的第二版演变为2002年3月第三版。 随着版本的变换，对使用者的知识要求和使用工具也有变化。初版时很明确说明“本手册是应用了统计学方法来阐述测量系统的分析，但非统计学领域的人同样可以使用。”但第三版对测量系统分析方法的叙述，使不具备一些统计学方法的基本知识者很难理解，同时强调了计算机软件的使用。4本手册的主要容：1） 详情的术语解释2） 强调了测量系统变异性对决策（产品、过程、新过程接受、过程设定/控制）的影响3） 提出了对测量过程要进行策划和量具来

3、源选择的流程4） 明确提出了测量系统分析方法的分类： 简单测量系统分析方法 复杂测量系统分析方法 其它测量系统分析方法5为了便于使用，对简单测量系统分析的多种方法作了详细介绍。（二）测量系统分析的起因1 由测量系统对被测特性赋值而得到的测量数据，过去一直用于产品控制，近来已用于过程控制，用来确定二个或多个变量之间是否存在重要关系的研究。随着应用围的扩大和次数的增加，发现从同一测量系统获得的测量数据，其使用围不能无限扩大，也就是说，不同的使用围对提供测量数据的测量系统的质量有一定要求。到底怎样的测量系统的质量才能满足使用要求呢？此要通过测量系统分析才能知晓。此就是测量系统分析的起因。2 同时，在

4、探究测量数据质量时，感到习惯叫法例误差、精度等等，有时有些词不达意，感到用测量数据的统计特性来描述测量数据有时更确切、方便。故在进行测量系统分析时采用了数据统计的术语和方法。 （三）测量系统的特性1 何谓测量系统定义： 测量系统是用来对被测特性进行定量测量或定性评价时所涉与的仪器或量具、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。2 测量系统质量如何度量从测量系统的定义可知，测量系统是一个集合体，测量系统的变差受到集合体各组成成员变差的影响，因此出现一样零件的重复读数会产生不一样的结果。因此测量系统质量的度量也用统计特性来表达，其定义如下：一个测量系统的质

5、量经常仅用其在稳定条件下多次测量数据的统计特性来度量。3 测量系统的统计特性从上述定义可知，测量系统质量的度量可用多次测量数据的统计特性来表示。统计特性有：位置变差a偏倚是对同一零件上的同一特性测量结果的观测平均值与基准值的差值，如图1所示：获得方法（计算式）偏倚=观察平均值基准值式中：基准值可以通过更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来获得。 偏倚 测量系统平均值 基准值 图1 b稳定性 稳定性（或漂移）是测量系统在某一阶段时间，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。换句话说，稳定性是偏倚随时间的变化，如图2所示。获得方法：定期（天、周）测量标准样本35次，应在不同时间读数，

6、其目的代表测量系统实际使用情况，然后按时间顺序画在X-R控制图上。 时间 参考值 图2c. 线性 在设备的预期操作（设备量程）围偏倚的不同被称为线性。线性可以被认为是偏倚大小的变化。如图3所示。 偏倚 偏倚 值1 值N 图3说明： 值1、值N是基准值 值1 tgm-2, 1-/2=2.00172 故Ho：a=0 不成立|tb|=10.158 tgm-2, 1-/2=2.00172 故Ho：b=0 不成立 这也同样证明了该测量系统在操作围，线性是不能接受的。5重复性和再现性 分析方法对重复性和再现性的分析方法有三种：l 极差法极差法是一种改良的计量型量具的研究，它可迅速提供一个测量变异的近似值，

7、这种方法只能提供测量系统的整体概况，而不能将变异分为重复性和再现性，它的典型用途是快速检查验证GRR是否发生了变化。l 均值极差法是一种可提供对测量系统重复性和再现性二个特性作出评估的方法，它是将测量系统的变差分成二个部分即重复性和再现性来研究，而不是它们的交互作用。l 方差分析法（ANOVE法）是一种标准统计技术，可用于分析测量误差或其它测量系统中数据变异的来源。在方差分析中，方差可分解成4部分：零件、评价人、零件与评价人之间交互作用和由于量具造成的重复误差。其优点：有处理任何实验装置的能力；可以精确地估计方差；从实验数据中获得更多信息。其缺点：数据计算复杂，操作者要掌握一定的程度的统计知识

8、来解释结果。说明：通常再现性被解释为评价人的变差，在实际过程中有时没有评价人，用同一台设备来处理，即再现性为0，只要研究重复性即可。但当使用多台夹具，此时再现性就是多台夹具间的变差。本讲授只讲均值极差法。若需独立对重复性、再现性作出评价，可采用本法中所述方法。 分析步骤序号步 骤说 明1开始2选择零件确定零件个数n5，一般为10个样本应代表实际的或期望的过程变差围，因此，零件的测量值要有大、中、小三种测量值把零件编号（110）3选择评价人一般为3人，应从日常操作者挑选分别编号A、B、C评价人不能看零件编号4校准量具如果作为正常测量系统程序一部分时若不是，可省略5评价人对每个零件进行测量一般测量

9、三次评价人用随机抽样办法抽取零件，并进行测量把测量值告知记录员，记录员按零件编号记录在各自的GRR数据收集表的记录栏中注意第一次全部测量完，再进行第二次测量次序不能搞乱，要顺序进行。记录表格是GRR数据收集表（见图5-1）6计算均值和极差执行者记录员7画出均值图和极差图（层叠式）可用X-R控制图表示，但此对横座标为零件编号由评价人把各人测得均值和极差，用不同颜色/或记号标在X-R图上记录员计算控制限并标上得层叠式均值图（见图5-2）和极差图（见图5-3）8解读均值图和极差图（层叠式） A A 1极差图 各点是否在控制限，若是，表示所示评价人看来一样。如果有一名失控，即表明他的方法与众不同。如果

10、所有评价人都有失控的极差，说明测量系统对评价人技术敏感，需要改进。它能帮助我们确定与重复性相关的统计控制即是否存在特殊原则。若受控，表示只有普遍原因。2均值图 它提供测量系统的可用性l 若许多均值，大约一半或一半以上在控制限外，此表明测量系统能够充分探测出零件与零件之间落差。提供对过程分析和过程控制有用的信息l 若小于1/2，说明缺乏分辨率或样本不能代表期望的过程变差。三位评价人图形类似，表明评价人之间无差异。9计算数值利用GRR数据收集表和GRR报告表单（图5-4）逐项计算各项数值。10检查计算结果确认没有发生错误11分析结果用评价准则来确认是否适用 评价准则 误差10%可接受 误差10%不

11、可接受 例：重复性和再现性 工厂主管为了查清测量系统的重复性、再现性和量具的双R（GR&R），选择了10个零件和三位评价者，每个零件有每个评价人重复测量三次，测量值记录在数据收集表上，如表1所示。 然后计算均值和极差，把结果记在数据收集表一的相应的栏目中，如表1所示。 接着画出均图（层叠式）和极差图（层叠式），如图1、图2所示。从图1显示可见，测量系统对由样本零件代表m过程变差有足够分辨率，没有评价人之间差别。从图2显示可见有一人的测量点 出控制限，说明那人测量方法与众不同。 数值计算，按GRR报告纸所画，计算各栏目数值，如表2所示。 根据数值来进行评价，得出可接收、不可接收等结论。评价人/实

12、验#零 件均值12345678910A 10.29-0.561.340.470.312.261.360.120.41-0.681.170.501.250.130.64-0.581.270.840.210.662.011.310.2均差0.447-0.6071.2600.537-0.853-0.1000.667-0.2272.087-1.307Xa=0.19极差0.350.120.170.170.120.230.160.140.270.11Ra=0.1B 10.08-0.470.01-0.56-0.200.47-0.63-1.680.020.25-1.221.03-1.200.220.550.0

13、8-1.620.130.07-0.680.20-1.280.060.83-0.34-1.500.0均值0.133-0.7901.1570.413-1.0130.0270.617-0.2972.037-1.600Xb=0.06极差0.180.750.401.020.720.420.360.710.390.18Rb=0.5C 10.04-10.881.450.02-0.461.77-0.220.11-11.091.070.01-0.561.45-0.230.150.670.21-0.491.87-0.2均值0.073-1.1570.8800.150-1.327-0.4830.080-0.5031.

14、697-1.807Xc=-0.25极差0.190.420.420.090.390.380.200.100.420.67Rc=0.3零件均值0.169-0.8511.0990.367-1.064-0.1860.454-0.3421.940-1.57X=Rp= .003.5( Ra=0.184+ Rb=0.513+ Rc=0.328)/#评价人个数=3=R=0.34MaxX=0.1903-MinX=-0.2543= X =0.446 R =0.3417*D4=2.58=UCLR=0.8816当实验次数为2次时D4=3.27,为3次时D4=2.58UCLR表示R的界限,圈出那些超出界限的值,了解原因

15、并纠正.用与原来一样评价人和仪器对同一个零件重复原来的测量或者剔除这些值并由其余观察值再次平均并计算R和UCLR值。, 表1 数据收集表3210-1-2-3UCLLCL 评价人A 评价人B 评价人C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图1： 均值图“层叠的”1210806-0。4020UCL 评价人A 评价人B 评价人C 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10零件 图2： 极差图“层叠的”量具重复性和再现性报告零件号和名称: 量具名称: 日期:特性: 量具号: 完成人:规: 量具类型: R = 0.3417 XDIFF = 0.4446 RP = 3.511 测量单元分析% 总变差 （TV）重复性设备变差 （EV）EV = RK1试验K1= 0.34170.590820.8862 = 0.20188 30.5908%EV = 100EV/TV= 1000.20188/1.14610= 17.62 %再现性评价人变差（AV）AV = （XDIFFK2）2-（EV2/(nr)） =(0.4460.523)2-(0.201882/(103) = 0.22963评价人23n=零件数 r=实验次数K20.70710.5231%AV = 100AV/TV= 1000.22963/1.14610= 20.04 % 重复性和再现性 (GRR) GRR = EV2 + AV2