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1、MSA测量系统分析前 言测量系统分析(MSA)是汽车行业在采用质量管 理体系标准ISO/TS16949:2002时所涉及的五 种核心工具之一。本教材简单阐述了五个问题:何谓测量系统? 为何要对测量系统进行分析? 对测量系统进行分析要分析什么? 如何分析测量系统的“五性”? 对测量系统进行研究分析了怎么办?一. 何谓测量系统定义:是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。由这一定义可以将测量过程看作一个制造过程，其 产生的输出就是数值(数据)。这样看待一个测量系统 是很有用的
2、，因为这样让我们明白己经说明的所有概 念，原理，工具，这在统计过程控制中早已被证实它 们的作用。检验本身就是一个过程。一般过程操作输出输入测量 数值分析标准人员 （评价人）仪器 （量具）工作件 （零件）程序环境决定测量过程二. 为什么要对测量系统进行分析 测量数据的质量:数据的质量取决于多次测量的统计特征：偏倚及变差。高质量数据对某一特定特性值进行多次测量的数值均于该特性的参考值“接近”。低质量数据测量数据均与该特性的参考值相差“很远”。理想的测量系统零偏倚，零变差。理想的测量系统不存在，为什么?由于测量系统变差源：标准，人员(评价人)。仪器(量具) ，工作件(零件)，程序(方法)，环境的作用
3、结果，使得观 测到的过程变差值与实际的过程变差值不相等。2 观 =2实 +2测由于变差源的作用结果,因此:2 观 2实 生产用量具的变差式中: 2 观 ：观测到的过程标准 差2实：实际的过程(零件) 标准差2测: 测量系统标准差实际过程的变差观测到的 过程变差从另一角度能力指数CP看:CP= ，将此式转换后得:(CP ) 2观= (CP ) 2实+ (CP ) 2测 事实上,由于测量系统变差源的作用结果， CP观15个。尽管数据表格只能容纳10个零件,但不局限 于10个。对于任何统计技术来说,样本数量越多,抽样变差 越小,产生风险也越小。X重复性和再现性研究: 取得一个能代表过程变差实际或预期
4、范围的 样本，取样本零件数n5个零件的样本。 测量前,将零件从1-n个零件进行编号，但零 件编号不要让评价人看到(盲测)。 让评价人以随机顺序测量n个零件。 不要让评价人之间相互知道他们的测量读数 。 按表格进行填写、计算。量具的重复性和再现性报告表说明： 在量具重复性和再现性报告表左側的测量系统分析的下 面，是对每个变差组成部分的计算： .重复性或设备变差（EV或E）是由极差平均值（ ）乘以 一个常数K1来决定的。K1取决于量具研究中的测量次数， K1为 的倒数。 查表得到，查表时，m（测量次数，2 或3次），g（零件数量评价人的人数）。.再现性或评价人变差（AV或A）是由评价人平均值的最大
5、 差值( DIFF= M A X M I N )乘以一个常数K2来决定的。 K2取决于评价人的人数，其值为 的倒数。查表得到，查表时，m为评价人数，2或3，g=1(因为只有 一个极差计算)TV = （ DIFFK2）2 EV2/ nrXd2*d2*RK1=1/ ，E= 1/ Rd2*d2*XXXd2*d2*注：由于评价人变差被包含在设备变差中，因此必须通过减去设备变差 的一个分数来对其进行调整。 式中：n为零件数量，r 为测量次数。 当计算AV时，如根号下所得的数值为负数时，则AV=0。 重复性和再现性（ R&R或M ）的计算为设备变差的平方加上评价人 变差的平方，然后再开根号而得，即：R&R
6、= M2=E2+ A2 零件的变差（P V或P ）是由零件平均值的极差（RP）乘以一个常数 K3来决定的。 K3取决于测量零件的数量，其值为 的倒数。查表得到，查表时，m(零件数量)g=1,(因为只有一个极差计算)。d2*EV2+AV2d2*PV=RpK3 P =Rp1/ d2* 总变差（TV或T ）是加总了重复性和再现性变差的平方 与零件变差的平方，再开根号而得到，即：如果已知该过程变差，且它的值是以6为基础，则可用它来代替从量具 研究数据中计算得到的总研究变差（TV）,也就是说，可通过以下两 个公式进行计算来完成：以上两个值都可用来代替前面计算的值。TV= ， T2=M2+ p2 R&R2
7、+PV2a. TV=过程变差/ 6b. PV= TV2 R&R2在量具重复性和再现性报告表右側的“总变差%（TV）”的下面，是对研究中各个因素的变差与总变差（TV）进行比较。 %EV=100EV/TV %AV=100AV/TV %R&R=100 R&R /TV %PV=100PV/TV ndc=1.41PV/ R&R 注：1）各因素变差占总变差的百分率之和不等于100%。2）如果分析是以公差为基础来代替以过程变差为基础的话，则可对 量具重复性和再现性报告表进行修改，使表格右边的总变差的百分比 由公差的百分比来代替。在这种情况下，%EV,%AV,%R&R,%PV的计算公 式中的总变差（TV）是由
8、公差除以6来代替。3）ndc区别分类的数量，这能由该测量系统可靠的分辨，这是可 以覆盖预期的产品的产品变差的非重叠97%置信度区间。ndc应四舍五 入到整数，而且要5。重复性和再现性的图示分析法 1)均值图:横轴是零件编号，纵轴是每个评价人对每个零件测量平均值每 个评价人都有一条均值点连线。均值图控制限计算:UCL= +A2 ,LCL= A2 图形解释:控制区内表示测量灵敏度。大约一半或更多的均值点应落在控 制区外，那么测量系统能够充分探测零件之间的变差，否则，说明测 量系统的有效分辨力不足。 如果三个评价人的三条线是平行的，则没有交互关系。 如果三条线不平行,相交的角度愈大，相互作用愈大，应
9、采取措施消除相 互作用的原因。 2)极差图:横轴是零件编号，纵轴是每个评价人对每个零件读数值的极差 每个评价人都有一条极差值点的连线。 控制限计算:UCLR= D4 （无下控制限，n0.5，a20=0.5Pa=第五步：计算偏倚和重复性（R）偏倚等于规范下限值减去pa =0.5时所对应的测量参考值即：偏倚=规范下限值XT(pa =0.5时)在概率图上找出pa =0.995和pa =0.005两点所对应的测量参考值的 差除以1.08即为重复性（R）。 注：1.08为样本客量为20时的特定值。重复性（R）= 为了确定偏倚是否明显的偏离零，采用下列统计量：t=如果计算t值明显大于2.093（t19，0
10、.025 ），则这偏倚明显的偏离零，量具是不 可接受的。t19，0.025查标准t分布表得到。XT（Pa=0.995时的参考值）XT（Pa=0.005时参考值）1.0831.3偏倚重复性（R）大样法范例用一个计数型的量具测量公差为 0.010的尺寸。这量具是一个生产线末端的100%的自动检具，它已受到重复性和偏倚的影响。为了完成研究，用该 量具测量8个零件，每个零件测量20次，这8个零件的参考值为从0.016至 0.002，间隔为0.002，各零件的接受次数为（见右表）： 由于只有2个参考值的零件的接受次数位于1 a 19，因此至少再找4个零件，再对4个零件分别测量20次。因此需要测量那些参考
11、值（XT)在现有间隔的中间处的零件（即把原来间隔为0.002减小为0.001)。这些参考值(XT)及接受次数(a )为：XT a0.015 1 此三个零件参考值接受次数位于 1a19，加0.013 5 上原来有两个零件参考值接受次数位于 1019，0.011 16 只有五个零件，尚不能满足规则规定的要求，需再找一个零件参考值接受次数位于1a19，为此，将间隔从0.001减小到0.0005，评价以下一个零件：XT a 至此，已满足了数据收集准则，即： 0.0105 18 必须有六个零件参考值接受次数位于 1a19。 下面计算它们的接受概率：0.01600.0250.01510.075 0.014
12、30.1750.01350.2750.01280.4250.011160.7750.0105180.8750.010200.9750.008201.000XT a Pa将这些点画在常态概率纸上，从图上 可得到：Pa=0.5时对应的参考值（在横座标上 ）为-0.0123。则偏倚=规范下限值-XT（Pa=0.5）=0.010-0.0123=0.0023计算重复性（R）XT（Pa=99.5）-XT（Pa=0.5）1.08重复性（R）=在上面画好的常态概率图上查得：XT（在Pa=99.5时）=-0.0163 XT（在Pa=0.5时）=-0.0084|-0.0163|-|- 0.0084|1.08重复性
13、（R）=0.0073注：1.08是调整系数，是样本容量为20时特定值，它是通过模拟方法确定的 。确定偏倚是否明显的偏离零，计算如下：31.3|偏倚|重复性（R ）t =31.30.00230.0073=9.86由于t =9.86大于t19，0.025=2.093，说明偏倚明显偏离零。结论：该量具不可接受。注： t19 ，0.025是当自由度为（20-1）、置信度为（=0.05）查t表将到9.86。五.对测量系统进行研究分析了怎 么办与其它所有过程一样,测量系统受随机的和系统的变差来源的影 响。这些变差是由普通原因和特殊(无次序的)原因造成的。为了 提高测量数据的质量，必须使测量系统变差尽可能减
14、小，重要的 是识别变差来源,消除和降低变差源的影响。针对测量系统的“五性”研究分析，识别影响“五性”的变差源 。 1.造成过大的偏倚的原因有: 仪器需要校准 仪器,设备或夹具磨损 基准的磨损或损坏 不适当的校准或调整 仪器质量不良 线性误差 使用了错误的量具 不同的测量方法作业准备,夹紧,技巧 测量的特性不对 变形(量具或零件) 环境温度，湿度，振动，清洁 错误的假设，应用的常数不对 应用零件的数量，位置，操作者技能，疲劳， 观测误差(易读性，视差)在校准过程所使用的测量程序(如:使用“基准 ”)，应该尽可能地与正常操作的测量程序一致 。2.造成不稳定的可能因素有: 仪器需要校准，缩短校准周期 仪器，设备或夹具的磨损 正常的老化或损坏 维护保养不好-空气，动力，液体，过滤器，腐蚀，尘土，清洁 基准的磨损或损坏,基准的误差 不适当的校准或调整 仪器质量不好设计或符合性 仪器缺少稳健的设计或方法 不同的测量方法作业准备，夹紧，技巧 变形(量具或零件) 环境变化温度，湿度，振动，清洁 错误的假设，应用的常数不对 应用零件数量，位置，操作者技能，疲劳，观测误差(易读性， 视差)3.
