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1、1,MSA 测量系统分析介绍,Terry Liu 2009.06.09,2,第一部分：基础篇,MSA的重要性 测量系统分析的对象 测量系统误差来源 测量基础术语 测量系统统计特性 理想的测量系统 测量系统应有的特性,3,第二部分：方法篇,测量系统研究准备 计量型分析 稳定性分析 偏倚分析独立样本法 偏倚分析控制图法 线性分析指南 重复性和再现性分析指南 计数型分析 风险分析法 解析法 破坏型分析 通过多次读数减少变差,4,测量系统分析，英文为“Measurement System Analysis”，缩写为”MSA“。它用于评估测量系统的质量，是运用统计方法分析研究测量系统中的各个变差源以及他
2、们对测量结果的贡献，并根据可接受的判断方法判断测量系统的符合性。 对测量系统分析的一个重要前提是将测量活动看成是一个过程测量过程，这样就可以对测量过程应用任何与过程控制有关的管理统计和逻辑技术。,MSA 的定义,5,MSA 的重要性,如果测量过程有问题，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,6,测量基础术语,7,关于误差,定义：测量结果减去被测量的真值。 由于真值不能确定，实际上使用约定真值。测量的目的是要确定被测量的量值，但由于人们对客观规律认识的局限性，测量
3、设备的不准确，测量方法的不完善，温度，湿度，压力，振动，干扰等环境条件的不理想，测量人员的技术水平等原因都会使测量结果与被测量的定义值（即真值）不同。因此测量系统误差是客观的和普遍的。,8,关于误差,Y = x+ 测量值=真值(True Value) + 测量误差,戴明说没有真 值的存在,一致性,9,测量误差来源,10,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偏差) Damage损坏 Differences among instruments and fixture
4、s(不同仪器和夹具间的差异),11,测量误差的来源,不同检验者的差异Difference in use by inspector (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,12,测量误差的来源,不同环境所造成的差异（Differences due to environment） 温度 湿度 振动 照明 腐蚀 污染(油脂),13,测量误差的来源,方法方面：Differences among methods of use 测试方法 测试标准 材料方面： 准备的样本本身有差异 收集的样本本身有差异,14,关于测量,测量：赋值给具体事物以表
5、示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋予的值定义测量值。 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，包括用来测量合格不合格的装置。 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。,15,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)。,16,标准,被承认的一个被测体的数值，作为一致同意的用于进行比较的基准或标准样本。其他同义的术语： 用于比较的可接受的基准值； 已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被
6、接受； 基准值。,17,准确度,观测值和可接受基准值之间一致的接近程度。,基准值,觀測平均值,18,校准,在规定的条件下，建立测量装置与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。,19,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。,20,分辨力,分辨力指测量设备的分辨力，也称可读性、分辨率，或者最小可读单位、测量分辨率、最小刻度极限或可分辨的最小极限等。 指测量设备能辨别的最小的示差值，即该设备能够检测并如实地显示相对于参考值的变化量；测量或仪器输
7、出的最小刻度； 由设计决定的固有特性； 1:10经验法则：在计量学领域，一个通行的规则是测量设备的分辨力应至少等于被测距离的1/10。,21,不同数据分类数（ndc）,一个数据分级,定义：指测量数据的分类数量。它可以被测量系统的分辨率以及在实际观测过程中的零件变差来有效划分(ndc)。 Ndc = 1.41x(PV/GRR) 左图：只能表明过程是否正在生产合格零件。,Number of data classification,22,不同数据分类数（ndc）,24个数据分级,左图：只能粗略估计制程。 不能用于计量控制。,23,5个或更多个个数据分级,左图：可用于计量控制图 达到5个以上分级数建议
8、使用,不同数据分类数（ndc）,24,不同数据分类数（ndc）,6 ,-10,+10,4个分级数,10个分级数,25,有效分辨率,定义：指测量系统的分辨率，是测量系统把测量划分为”数据分类“的能力，在同一数据分类中对被测特性的测量结果具有相似的数值。例如，某测量系统可以精确测量到0.001mm，那么对于数据1.0001，0.9998和1.0004来说，认为它们都同属于一个1.000的数据分类。换句话说，对于这三个数据使用该测量系统获得的测量结果都是一个数1.000mm。,26,有效分辨率,通过例子说明测量系统分辨率不足时在控制图上的体现。（不同分辨率的比较） 从分辨率为0.001的极差图看出过
9、程是受控的，所有的极差值都在上下控制限之内；分辨率为0.01的极差图不但有三个点超出了上控制限，而且还显示出离散的”跳动“或”阶跃“，表明过程不受控。但，这是个假象，是由于分辨率不足引起的，并非过程不受控。,27,置信区间,期望包括一个参数的真值的值的范围(在希望的概率情况下叫置信水平)。 统计检定时，常常取用置信水平(1- )=95%。,28,量具R&R,一个测量系统的重复性和再现性的合成变差的估计。GRR变差等于系统内和系统间变差之和。,29,显著性水平,被选择用来测试随机输出概率的一个统计水平，也同风险有关，表示为风险，代表一个决定出错的概率。,30,“”及“”风险说明,第一类错误（拒真
10、错误）：原假设为真，但由于抽样的随机性，样本落在拒绝域内，从而导致拒绝原假设，其发生概率记为，又称为显著性水平； 第二类错误（取伪错误）：原假设不真，但由于抽样的随机性，样本落在拒绝域外，从而导致接受原假设，其发生的概率记为。,31,“”及“”风险说明,（第一种错误）,（第二种错误）,32,测量系统统计特性,33,测量系统的统计特性,34,测量系统的统计特性,通常将测量系统误差分为两类：准确度和精密度，用来分别表示测量过程的位置变差和宽度变差。 准确度指一个或多个测量结果的平均值与一个参考值之间一致的接近程度。 精密度描述在测量范围内重复测量的预期变差。即当使用同样的测量设备重复测量同样的零件
11、时所得到的变差。,35,Bias偏倚(位置变差) Linearity线性(位置变差) Stability稳定性(位置变差) Repeatability重复性(宽度变差) Reproducibility再现性(宽度变差),测量系统的统计特性,36,偏倚(Bias),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。,37,造成过份偏倚的可能原因,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 线性误差大 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
12、误的特性 量具或零件的变形 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,38,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。,ETBEST Consulting Company,39,40,不稳定的可能原因,仪器校准时间间隔太长 仪器、设备或夹紧装置的磨损 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 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 仪器设计或方法缺乏稳健性 不同的测量
13、方法装置、安装、夹紧、技术 量具或零件变形 环境变化温度、湿度、振动、清洁度 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,41,线性(Linearity),量程,基准值,观测平均值,基准值,是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。,观测平均值,42,线性(Linearity),观测平均值,基准值,无偏倚、无线性,有偏倚、有线性,43,线性误差的可能原因,仪器需要校准，需减少校准时间间隔； 仪器、设备或夹紧装置磨损； 缺乏维护通风、动力、液压、腐蚀、清洁； 基准磨损或已损坏； 校准不当或调整基准使用不当； 仪器质量差；设计或一致性不好；,仪器设计或方法缺乏稳定 性
14、； 应用了错误的量具； 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、变形； 环境影响温度、湿度、震动、清洁度； 其它零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、读错。,44,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,45,重复不好的可能原因,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
15、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、观察误差(易读性、视差),46,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,47,再现性不好的可能潜在原因,零件(样品)之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为A,B,C时的均值差。 仪器之间：同样的零件、操作者、和环境，使用仪器A,B,C等的均值差 标准之间：测
16、量过程中不同的设定标准的平均影响 方法之间：改变点密度，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(操作者)之间：评价人A,B,C等的训练、技术、技能和经验不同导致的均值差。对于产品及过程资格以及一台手动测量仪器，推蕮进行此研究。 环境之间：在第1,2,3等时间段内测量，由环境循环引起的均值差。这是对较高自动化系统在产品和过程资格中最常见的研究。 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、观察误差(易读性、视差),48,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。,49,足够的分辨率和灵敏度。为了测量的目的，相对于过程变差或规范
