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1、质量管理体系五种核心工具培训教材（五）MSA测量系统分析Measurement Systems Analysis目 录一、何谓测量系统 - 3二、为什么对测量系统进行分析 - 3三、对测量系统析要分析什么 - 5四、如何分析测量系统的“五性” - 6五、对测量系统进行研究分析了怎么办 - 23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/TS 16949:2002 时所涉及的五种核心工具之一。 本教材简明阐述了五个问题：l 何谓测量系统？l 为什么要对测量系统进行分析？l 对测量系统分析要分析什么？l 如何分析测量系统的五性？l 对测量系统进行研究分析了怎么办？一、何谓
2、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。 由这个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，因为这样让我们明白已经说明的所有概念、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。一般过程操作输入输出测量过程 数 值 标准 分析测量量人员 （评价人）决定仪器（量具）工作件（零件）程序 环境 二、为什么要对测量系统进行分析l 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
3、。高质量数据对某一特定特性值进行多次测量的数值均与该特性的参考值“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。实际过程的变差生产用量具的变差观测到的过程变差 2观=2实+2测 式中：2观：观测到的过程标准差 由于变差源的作用结果，因此： 2实：实际的过程（零件）标准差2观2实 2测：测量系统标准差从另一个角度能力指数Cp看:Cp= USL-LSL ，将此式转换后得： 6R/
4、d2 事实上，由于测量系统变差源的作用结果，Cp观Cp实例如：Cp测为2，Cp实必须大于或等于1.79时，才得到Cp观为1.33只有在测量过程没有任何变差源作用时，Cp观=Cp测，这是不可能的。再比如： 当R&R为10%时，Cp实为2，Cp观为1.96 当R&R为 30%时，Cp实为2，Cp观为1.71 当R&R为 60%时，Cp实为2，Cp观为1.28 可以看出，Cp观由1.96到1.28之间的区别就是由于测量系统的不同所造成的。 为此，我们要对测量系统进行分析，要识别测量系统的普通原因和特殊原因，以便采取决策措施，使测量系统的变差减小到最小程度，使得测量系统观测到的过程变差值尽可能接近和真
5、实地反映过程的变差值。这就要求，测量系统的最大（最坏）的变差必须小于过程变差或规范公差。三、对测量系统分析要分析什么 前面我们谈到，数据的质量取决于处于稳定条件下进行操作的测量系统中，多次测量的统计特征：偏倚和变差。 为此，我们引伸出如下一些术语：1. 位置变差l 偏倚：观测到的测量值的平均值与参考值之间的差值。l 准确度：与真值（或参考值）“接近”的程度。l 稳定性：别名：漂移。 随时间变化的偏倚值l 线性： 在量具正常工作量程内的偏倚变化量。2. 宽度变差l 精确度：每个重复读数之间的“接近”程度。l 重复性（设备变差）：E、V 一个评价人、同一种仪器、同一零件的某一特性，在固定的和已定义
6、的测量条件下，连续（短期内）多次测量中的变差。l 再现性（评价人变差）：A、V 不同评价人、同一种仪器、同一零件的某一特性的测量平均值的变差。l GRR或量具的重复性和再现性： 是重复性和再现性的联合估计值。l 测量系统能力：短期评估，是对测量误差合成变差的估计 2 2 2 能力=偏倚（线性）+RR*短期的一致性和均匀性（重复性误差）被包含在能力评价中。l 测量系统性能：性能量化了合成测量误差的长期评估。 2 2 2 2 性能 = 能力 +稳定性+ 一致性 *测量量程内长期的一致性和均匀性包含在性能评价之中。3. 对测量系统的五性分析位置变差宽度变差l 偏倚l 稳定性l 线性l 重复性l 再现
7、性对测量系统研究分析可供： 接受新测量设备的标准 两个测量装置的比较 测量设备维修前后的比较，计算过程变差及生产过程可接受性的水平绘制量具性能曲线四、如何分析测量系统的“五性”评价一个测量系统需考虑：l 具有足够的分辨力和灵敏度。 10比1规则：测量设备要能分辨出公差或过程变差的至少十分之一以上。l 测量系统必须是稳定的，应处于统计受控状态，计测量系统中的变差只能由普通原因造成。l 统计特性在预期的范围内一致，并满足测量目的： 为了产品控制，测量系统地变差必须小于规范限值 为了过程控制，测量系统地变差应该能小于制造过程变差，并能证明具有有效的解析度。计量型测量系统研究指南1. 确定偏倚得指南独
8、立样件法1) 取得一个样件，并且建立起与可追溯到相关标准的参考值。如果不能得到这参考值，选择一件落在生产测量范围中间的生产件，并将他指定为偏倚分析的基准件。在计量实验室里测量该零件n10次，并计算这n个读值的平均值作为“参考值”。2) 让一个评价者以正常方式测量样件10次。3) 结果分析图示法画出这些数据相对于参考值的直方图并评审，用专业知识确定是否出现异常，分析特殊原因，找出异常点。如正常，可继续分析。当n30时，对任何的解释或分析，要特别注意。 结果分析数值法4) 计算n个读值的平均值5) 计算重复性标准差（重复性或称r）重复性 = max（xi）min（xi） d2*式中：d2*可以从d
9、2*表中查到，此时，g=1，m=n6) 计算偏倚偏倚=观测到的平均测量值（）参考值7) 计算平均值的标准误差bb =r/8) 确定偏倚的t统计值偏倚b9) 确定置信度，一般要求为95%（即=0.005）偏倚d2b(tv,1-a/2)/d2*偏倚d2b(tv,1-a/2)/d2* 如果0落在偏倚值附近的置信度界限内，则偏倚在水准上是可接受的。式中：、d2、d2*可以从d2*表中查到。tv,1-a/2可以利用标准分布表中查到. 偏倚范例一个新测量系统，在测量系统的操作范围内选取一个零件，通过对该零件在计量室里测量n10次，计算这n个读数的平均值6.00作为参考值。然后由评价人测量该零件15次，测得
10、数值如下：测量次数参考值6.00偏倚测量次数6.00参考值6.00偏倚15.8-0.2126.3+0.325.7-0.3136.2+0.235.9-0.1145.6-0.445.9-0.1156.0056.0066.1+0.176.0086.1+0.196.4+0.4106.00116.1+0.1 4 3 2 1 05.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 测量的数据偏倚研究的直方图n(m)平均值标准差r平均值的标准误差b测量值156.00670.225140.05813参考值=6.00, =0.05,g=1,n(m)=15, d2*=3.55, d2=3.471
11、9统计的t值df显著的t值（2有尾数的）偏倚偏倚95%置信度区间下限上限测量值0.115310.82.2060.00670.12150.13192. 确定稳定性的指南1) 取得一样件建立起可追溯到相关标准的参考值。如果无法取得这样件，则选择一件落在生产测量范围中间的生产零件，作为基准样件以进行稳定性分析。希望拥有位于预期测量结果的下限、上限和中限位置的三个基准件。要求对每种基准件单独的进行测量和画控制图。2) 以一定的周期基础（每天/每周）测量基准件35次，抽样的数量和频率考虑因素包括重新校准或维修的频次、使用频次、操作条件等。3) 将数据按时间顺序画在控制图上4) 在画控制图前，要进行如下计算：a 计算每个子组的均值和极差 式中：X1、X2为子组内每个测量值 R=XmaxXmin n为子组容量： Xmax与Xmin为子组内的最大至于最小值b 计算平均极差及过程均值R= R1+R2+Rk K 式中：K为子组数量 X = X1+X2+Xk R1和为第一个子组的极差和K 均值，以此类推c 计算控制限 式中：D4、D3、A2 随子组容量不同 ， 而变化，可查表得到。 注：对于子组容量n7时，LCLR可能技术上为一个负值，所以没有极差R的下控制线5) 分析控制图，如没有明显可见的特殊原因结果发生，则表明该测量过程处于稳定状态，可接受。结果分析数值法
