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1、测量系统分析Measuring System Analysis1MSA课程大纲测量和测量系统基本概念PLANNINGOFMEASUREMENTDEVISES(CEMATRIX)FMEAOFMEASUREMENTDEVICES测量系统的特性测量系统分析的基本概念计量型仪器的测量系统分析计数型测量仪器的测量系统分析CHAPERT42MSA测量系统分析Measuring System Analysis第一部分：测量和测量系统的基本概念3MSA基本概念MSA手册历史:1990年10月第一版1995年2月第二版2002年3月第三版4MSA基本概念产品质量部分取决于过程质量过程质量取决于控制过程的能力控制
2、过程的能力取决于测量过程的能力测量过程的能力取决于测量系统的质量5MSA基本概念量具/测量仪器/测量和监控设备(Gage/MeasurementInstrument/Measurement&MonitorDevice):用来获得测量结果的任何装置（Device），包括通过/不通过（GO-NOGO）装置，它是测量系统的一部分。测量系统（MeasurementSystem）:指由人员、被测量、量具/夹具及其它设备、环境、操作程序/操作方法或软件所构成的系统.6MSA基本概念测量设备的基本参数：分辨力（discrimination）、分辨率（resolution）、可读性（readability）别
3、名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探测度由设计决定的固有特性测量或仪器输出的最小刻度单位总是以测量单位报告1:10经验法则7MSA基本概念测量设备的基本参数：有效分辨率（effectiveresolution）测量系统的灵敏度针对过程变差的一个特别应用；产生有用的测量输出信号的最小输入值；总是以一个测量单位报告灵敏度：8MSA基本概念误差：定义：测量时，实际测量值（或测量平均值）与真值之间的差异，称为“误差”；公式：误差=测量值-真值分类：若就误差的性质区分，一般可分为，其特质如下图：系统性误差：随机性误差：重大误差（粗大误差）：定义、性质、处理/合成9MSA人为疏忽气流辐射噪声尘埃
4、仪器环境观察温度归零负载水平磨耗混用干扰振动压力湿度记忆力读取视差量具误用标准件分辨率迟滞现象量测误差重大误差系统性误差随机性误差10MSA基本概念测量数据的质量及其描述：表征测量数据质量最通用的方法使用统计特性，即测量系统的偏倚和方差；所谓偏倚的特性，是指数据相对基准（标准）值的位置；所谓方差的特性，是指测量数据的分布；11MSA基本概念测量精度概念有关位置变差：准确度（Accuracy,有时也称Bias偏倚）指测量仪器的实际测量值（或测量平均值）与待测值之真值（TrueValue）或可接受的基准值的接近程度，亦即实际测量值偏离真实值的程度。以偏差愈微小之程度称为准确度佳，反之称为准确度差。
5、一般由系统误差引起。12MSA基本概念测量精度概念有关位置变差：偏倚（Bias）稳定性（Stability）线性（linearity）13MSA基本概念测量精度概念有关分布变差：精密度（Precision）指测量仪器所能够区分出的微量程度或最小距离，亦即代表测量仪器对同一待测工件，以相同测量过程作重复测量时，其各测量结果的差异程度（重复读数彼此之间的“接近度”MSA手册第三版）。以差异程度愈微小称为精密度佳，反之称为精密度差。一般由随机误差引起，包含仪器的（重复性）和人为的（再现性）因素。14MSA基本概念测量精度概念有关分布（宽度）变差：重复性（Repeatability）：再现性（Repr
6、oducibility）：GRR(GageR&R)：灵敏度（Sensitivity）：是导致一个可检测到的输出信号的最小输入值。一致性(Consistency)：:是随时间得到测量变差的区别。它可以看厂是重复性随时间的变化。均匀性(Uniformity)：是量具在整个工作量程内测量变差的区别。它可以被认为是重复性在量程上的均一性。15MSA基本概念测量精度概念有关系统变差：精确度/精准度（Accuracy）平均值=真值1. Accuracy 一词由很多含义，注意混淆；2. ASTM（美国试验与材料协会）定义中包含位置和宽度的影响（即：偏倚和重复性）；但MSA手册放在“位置变差”里讲的；16MS
7、A基本概念测量精度概念有关系统变差：能力（Capability）：基于短期的评估，对测量误差（随机误差和系统误差）合成变差的估计。性能（Performance）：所有有效的和可确定的变差源随时间的最终影响。不确定度（Uncertainty）17MSA基本概念我国量值传递系统与溯源性 ：对于一个国家，每一个量值传递系统只允许有一个国家基准，在我国大多数保存在中国计量科学研究院内；分布在各大区的国家计量测试中心是国家组建的承担跨地区计量检定、测试任务的国家法定计量检定机构；目前，主要有：华北、东北、华东、中南、华南、西南、西北等7个大取得国家计量测试中心；我国量值传递体系示意图如下图；18MSA中
8、国计量科学研究研、中国测试技术研究院、国家标准物质研究中心东北、华北、华东、中南、华南、西北、西北（中国测试技术研究院） 七大区计量测试中心各省计量技术机构（含上述大区中心）市级计量技术机构县/区级计量检定机构厂矿企业、科研、院校、医院、商贸、市场等国家专业计量站分站区域计量站国防军工企业、军队国防计量中心19MSANational Standard held by National BureauPrimary (private company)Primary (university)Primary Standard (government agency)secondarysecondaryw
9、orkingworkingMesa.systemUsed in plantworkingsecondarysecondaryworkingworkingMesa.systemUsed in plantMesa.systemUsed in plantsecondary美国国家标准局基本概念量值传递20MSA基本概念何谓标准v国家标准v一级标准(连接国家标准和私人公司、科研机构等)v二级标准(从一级标准传递到二级标准v工作标准(从二级标准传递到工作标准)21MSA测量系统分析Measuring System Analysis第二部分：测量系统的特性22MSA测量系统的特性理想的测量系统：应只产生正
10、确的测量结果（即每次测量结果总应该与真值/标准相一致）；理想的测量系统，应具有：零方差、零偏倚和对所测量的任何产品错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，具有以上统计特性的理想测量系统是不存在的，因此我们必须选择合适的统计特性对测量系统进行分析，以评价测量系统的质量。23MSA测量系统的特性“好的”测量系统的一些基本特性：具有足够的分辨力（discrimination）和灵敏度（sensitivity）.测量系统应处于统计稳定状态：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特殊原因造成的。这可称为统计稳定性.为了产品控制测量系统的变差（variability）必须小于规格限（speci
11、ficationlimit)/公差值（tolerance）.为了过程控制，测量系统的变差要能证明其具有有效的分辨率/力（effectiveresolution），并且小于制造过程的变差。24MSA测量系统的特性测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，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（10-1法则）。 测量系统的统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。25MSA测量系统分析Measuring System Analysis第三部分：测量系统分析的基本概念1)概述2)分析的时机3)分析的对象
12、4)分析的项目5)分析的步骤6)测量系统分析项目说明26MSA测量系统分析的基本概念概述-决定测量什么-设计一个测量系统-决定哪些统计特性是重要的-对相关的统计特性进行策划并实施试验 （第一和第二阶段试验）-分析结果并采取措施27MSA测量系统分析的基本概念概述Phase第一阶段测量系统是否适宜？决定测量系统是否具有满意的统计特性决定环境因素的影响在规定的条件下进行通常在实验室内进行28MSA测量系统分析的基本概念概述Phase 第二阶段以系统的持续监测 Testing 试验 Calibration 校准 Maintenance 维护在规定的条件下进行通常在工厂内进行重复性和再现性GR&R29
13、MSA测量系统分析的基本概念概述Phase 第二阶段第二阶段试验的频次考虑统计的特质 考虑不监测量系统的后果：对供应商 对客户接下来所讲的程序主要适用于第二阶段的试验及部分第一阶段的试验 为了完成第一阶段的试验，必须对试验设计（DOE）有很好的理解30MSA测量系统分析的基本概念分析时机v新生产的产品，PV有不同时，如试生产；v新仪器，EV有不同时；v新操作人员，AV有不同时；v设计变更；v工程变更；v易損耗之仪器必須注意其分析频率；v客户要求的频次。31MSA测量系统分析的基本概念那些测量仪器要做？v参见QS9000:1998条文4.11/TS16949:2002条文7.6的规定；v可选择的
14、方法32MSA测量系统分析的基本概念7.6.1测量系统分析为分析在各种测量和试验设备系统的结果中呈现的变异，必须进行统计研究。此要求必须应用于在控制计划中所提出的测量系统。所采用的分析方法及接受准则，必须与顾客对于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准，其它分析方法和接受准则也可以应用。33MSA测量系统分析的基本概念测量系统分析的项目偏倚（Bias）稳定性（Stability）线性（Linearity）重复性（Repeatability）再现性（Reproducibility）34MSA测量系统分析的基本概念分析的步骤如何进行量测系统分析？建立必要之程序书、指导书文件，以管制所有量
15、测系统维持在正常及最佳状态。制定计划：选择分析对象/分析项目/分析时间，确定抽样方法；须有合格之分析人员，待分析之量具，以及必要之环境。样品的选择至关重要；搜集足够之数据，再依据所使用之分析记录执行分析作业。盲测数据分析结论判定此量测系统是处于可接受、勉强接受或不能接受。改进；35MSA测量系统分析的基本概念测量系统分析的项目说明偏倚（Bias）稳定性（Stability）线性（Linearity）重复性（Repeatability）再现性（Reproducibility）零件变异（PartVariation）36MSA偏倚（Bias）偏倚，常被称为准确度（Accuracy），是指量测平均值与
16、真值之差值。而真值可藉由较高等级之量具量测数次之平均值而得，偏倚可以下面图形表示： 偏倚(准确度)TAVT：真值VA：测量平均值37MSA偏倚（Bias） 偏倚是测量系统的系统误差的衡量指标，它包含已知的和未知的得变差来源共同作用的总和。 造成过大的偏倚的可能原因有（见下页）：38MSA39MSA偏倚（Bias）(例)1位作业者测量1个零件10次，测量值如下所示：X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65X10=0.70测量平均值VA=Xi/10=0.75，已知该零件之真值VT为0.8mm，零件的制造过程变差0.70mm则Bias=VA-VT=0.750.80=-0.05%Bias100（Bias/制造过程变差）100(0.05/0.70)=7.1%40MSA稳定性(Stability)稳定性，又称为漂移（Drift），是指测量系统在某一段时间内，测量同一基准或零件的单一特性是获得的测量总变差。稳定性可下面图形表示：稳定性时间1时间241MSA42MSA线性(Linearity) 线性是指量具在使用范围
