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1、测量系量系统分析分析(MSA)(MSA) 课程大纲：课程大纲：n测量系统分析的意义和目测量系统分析的意义和目的；的；n测量系统分析的定义：测量系统分析的定义： 测量系统、量具、测量、测量过程；n测量系统分析的基础知识：测量系统分析的基础知识： 测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力 n计量型测量系统的分析方法计量型测量系统的分析方法 1）、偏倚 2）、稳定性 3）、重复性和再现性（量具R&R分析） 极差法、均值-极差法、 4）、线性n计数型测量系统的分析方法计数型测量系统的分析方法 1）、小样法n范例：MSA控制程序，常用MSA分析表单和分析软件2024/7/302第一
2、章第一章 测量系统分析的意义测量系统分析的意义測量的重要性測量的重要性n 如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。 n 因此，要保证测量结果的准确性和可信度,即保证测量数据的质量。PROCESS原料人机 法环测量测量测量测量结果合格不合格测量测量2024/7/304为什么要进行测量系统分析n即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。n检测设备的检定或校准不能满足测量的需要。 因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。2024/7/
3、305测量系统分析的目的测量系统分析的目的n运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。 从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。n保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。2024/7/306第二章第二章 基本概念和知识基本概念和知识测量系统的基本知识和概念测量系统的基本知识和概念n测量系统及其统计特性 分辨力、稳定性、偏倚 、重复性、再现性、线性n术语n理想的测量系统 n测量系统的共同特性n测量系统的评定步骤和准备2024/7/308术语n测量：测量：赋值给具体事物以表示他们之间的赋值给具体事物以表示他们之间的关系。关系。而赋予的值定义为而赋予
4、的值定义为测量值测量值。 n量具量具：任何用来获得测量结果的装置，经：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。量合格不合格的装置。n测量系统： 用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。 2024/7/309测量系统的组成测量系统的组成 测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序测量的环境2024/7/3010测量系统的测量系统的统计统计特性特性 通常，使用测量数据的统计特性来衡量测量通常，使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量系统的质量
5、nDiscrimination 分辨力(ability to tell things apart) ;nBias 偏倚(Accuracy准确性) ;nRepeatability 重复性(precision精密度) ;nReproducibility再现性 ;nLinearity 线性 ;nStability 稳定性 。2024/7/3011分辨力（率）：分辨力（率）： 定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。2024/7/3012分辨率（分辨率（力力）的要求）的要求n对于计量型的量具的分辨率，应是公差（过程变对于计量型的量具的分辨率，应是公差（过程变差的差的(1/51/10)(
6、1/51/10)。n对于特殊特性，建议的要求是总过程对于特殊特性，建议的要求是总过程6 6(标准偏标准偏差差) )的十分之一。传统是公差范围的十分之一的十分之一。传统是公差范围的十分之一; ;2024/7/3013偏倚偏倚( (Bias)Bias)：基准值观测平均值 偏倚偏倚偏倚：是测量结果的观测观测平均值平均值与基准值基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。 2024/7/3014重重复复性性( (Repeatability)Repeatability)重复性重复性重复性是由是由一个一个评价人，采用评价人，采用一种一种测量仪器，多次测量测量仪器
7、，多次测量同一同一零件的零件的同一同一特性时获得的测量特性时获得的测量值变差。差。 2024/7/3015再再现性性( (Reproducibility)Reproducibility)：再现性再现性是由是由不同不同的评价人，采的评价人，采用用相同相同的测量仪器，测量的测量仪器，测量同一同一零件的零件的同一同一特性特性时测量平均值时测量平均值的的变差。差。 再現性操作者操作者B B操作者操作者C C操作者操作者A2024/7/3016稳定性定性( (Stability)Stability)：稳定性 时间1时间2稳定性(或飘移)：是测量系统在某持续时间持续时间内测量同一同一基准或零件的相同相同特
8、性时获得的测量值的总变差。2024/7/3017线线性性( (Linearity)Linearity)：量程量程基准值观测平均值 基准值线性是在量具性是在量具预期的工作范期的工作范围内，偏倚内，偏倚值的差的差值 2024/7/3018测量系量系统所所应具有具有的特性：的特性： n测量系量系统必必须处于于统计控制中控制中，这意味着意味着测量系量系统中的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。差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可可称称为统计稳定性定性；n测量系量系统的的变差必差必须比制造比制造过程的程的变差小差小； n测量系量系统的的变差差应小于公差小于公差带；n测量精度
9、应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，般来说，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者的十分之一；的十分之一；n测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真化。若真的如此，的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差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。带两者中的较小者。 2024/7/3019第三章第三章计量型测量系统的分析方法计量型测量系统的分析方法2024/7/3020测量系统研究的淮备测量系统研究的淮备n应
10、预先确定评价人的数量，样品数量及重复读数次数。在应预先确定评价人的数量，样品数量及重复读数次数。在此选择中应考虑的因素如下：此选择中应考虑的因素如下： n 尺寸的关键性：关键尺寸需要更多的零件和/或试验，原因是量具研究评价所需的置信度。 n 零件结构：大或重的零件可规定较少样品和较多试验。n由于其目的是评价整个测量系统，由于其目的是评价整个测量系统，评价人的选择应从日常评价人的选择应从日常操作该仪器的人中挑选。操作该仪器的人中挑选。n样品必须从过程中选取并代表其在整个样品必须从过程中选取并代表其在整个生产过程中产品变生产过程中产品变差的全部范围。可能会每一天取一个样本，持续若干天才差的全部范围
11、。可能会每一天取一个样本，持续若干天才能满足此要求。由于每一零件将被测量若干次，必须对每能满足此要求。由于每一零件将被测量若干次，必须对每一零件编号以便识别。一零件编号以便识别。2024/7/3021n确保测量方法(即评价人和仪器)在按照规定的测量步骤进行测量。n测量应按照随机顺序，以确保整个研究过程中产生的任何漂移或变化将随机分布。评价人价人员员不不应知道正在知道正在检查零件零件的的编号，以避免可能的偏倚号，以避免可能的偏倚。但是进行研究的分析人员分析人员应知道正在检查那一零件，并记下数据。 n在设备读数中，读数应估计到可得到的最接近的数字。如果可能，读数应取至最小刻度的一半。例如，如果最小
12、刻度为0.0001，则每个读数的估计应圆整为0.00005。n分析工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行。 n每一位评价人员应采用相同方法，包括所有步骤来获得读数。 2024/7/30221 1、稳定性分析定性分析: : n 1 1、获获取取一一样样本本并并确确定定其其相相对对于于可可追追溯溯标标准准的的基基准准值值。如如果果不不能能得得到到，则则选选择择一一个个落落在在产产品品测测量量中中程程数数的的产产品品零零件件，并并指指定定它它作作为为标标准准样样本本进进行行稳稳定定性性分分析析。可可能能需需要要具具备预预期期测量量值值的的最最低低值、最最高高值及中程数的及中程数的标准准样本。建本。建
13、议对各各样本本单独独测量并做控制量并做控制图。n 2 2、定定期期( (天天、周周) )测量量基基准准样品品3 35 5次次。样本本容容量量和和频率率应基基于于对测量量系系统的的了了解解。因因素素包包括括要要求求多多长时间重重新新校校准准或或维修修，测量量系系统使使用用的的频率率，以以及及操操作作条条件件如如何何重重要要。读数数应在在不不同同时间读取取以以代代表表测量量系系统实际使使用用的的情情况况。这些些还包包括括预热，环境境或或其其它它在在一一天内可能天内可能变化的因素化的因素； 2024/7/3023n 3、将将测量量值标记在在XbarXbar-R CHART -R CHART 或或Xb
14、arXbarS CHARTS CHART上上； n4 4、结果分析、结果分析作图法作图法 计算算控制控制界限界限, , 并并对失控或不失控或不稳定作定作评估估, ,如果控制如果控制图不受控，图不受控，代表仪器已不稳定，代表仪器已不稳定，此此测量系量系统是不可接受是不可接受的的，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以及稳定性的分析。稳定性的分析。n 5 5、结果分析、结果分析- -数据法数据法n 计算算测量量结果果标准差准差, , 并与并与过程过程标准差相比准差相比较, , 以以评估估测量系量系统的的稳定性定性. .不可以不可以发生生测量量结果果标
15、准差准差大于大于过程过程标准差准差的的现象，如果有象，如果有发生此生此现象，代表象，代表测量量的的变差差大于大于过过程程变差差，此，此测量系量系统是不可接受的。是不可接受的。 2024/7/3024控制图的判读n超出控制界限的点：出现一个或多个点超出任何一个超出控制界限的点：出现一个或多个点超出任何一个控制界限是该点处于失控状态的主要证据控制界限是该点处于失控状态的主要证据UCLCLLCL異常異常2024/7/3025控制图的判读 n链：有下列现象之一即表明过程已改变链：有下列现象之一即表明过程已改变 n连续连续7 7点位于平均值的一侧点位于平均值的一侧n连续连续7 7点上升点上升( (后点等
16、于或大于前点后点等于或大于前点) )或下降。或下降。 UCLCLLCL2024/7/3026控制图的判读n明明显的非随机的非随机图形：形：应依正依正态分布来判定分布来判定图形，形，正常正常应是有是有2/32/3的点落于中的点落于中间1/31/3的区域的区域。 UCLCLLCL2024/7/3027范例：10/1610/2210/2811/1211/1811/191/156/1910/1211/2012/948.648.448.948.948.948.548.448.747.847.948.148.748.848.647.950.149.048.248.048.648.348.648.348.0
17、48.948.049.249.048.347.748.748.448.71/122/133/204/115/206/196/287/607/218/98/2248.248.148.348.048.148.148.348.148.048.247.948.548.748.948.748.448.448.648.648.648.448.348.948.548.648.648.748.748.548.748.748.948.79/79/1110/948.048.147.948.448.648.348.848.948.42024/7/30282024/7/3029n1 1、选取取一一个个样品品, , 并
18、并建建立立可可追追溯溯标准准的的基基准准值值。 对样本本或或标准准件件测量量1010次次, , 计算算其其平平均均值, , 将将其其当当成成 “基准基准值”. . n2 2、由由一一位位作作业者者以以常常规方方式式对样本本或或标准准件件测量量1010次次. . 并并计计算算出出平平均均值值, , 此此值值为为 “观测平平均均值”. . 2、偏倚分析、偏倚分析-独立样本法独立样本法2024/7/3030n1、通过采用更高级别的测量设备进行多次（通过采用更高级别的测量设备进行多次（1010次）次）测量，取其平均值作为基准值。测量，取其平均值作为基准值。n2 2、如果不能按如果不能按这种方法种方法对
19、所有所有样件件进行行测量，可量，可采下列替代的方法采下列替代的方法 ：n在工具室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密测量。 n让一位评价人用与正被评价的量具同一级别的量具测量同一零件至少十次。n计算读数的平均值，即为基准值。基准值的获取方法基准值的获取方法2024/7/3031n n计算计算偏倚偏倚: : n偏倚偏倚= = 观测平均值观测平均值 基准基准值 n过程变差过程变差= 6= 6=T=Tn% %偏偏倚倚= =偏偏倚倚/ /过程变差过程变差n可用公差代替过程变差；可用公差代替过程变差；6 6=T=T2024/7/3032范例：塞规0.8 +_0.35X1=0.75X6=0.80X2=0
20、.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65已知：基准值为0.80mmX10=0.70过程变差为T = 0.70(mm);2024/7/3033n偏倚占公差百分比采用同偏倚占公差百分比采用同样方法方法计算，式中用公差代替算，式中用公差代替过程程变差。差。 n因此，在量具因此，在量具R&RR&R研究中使用的厚薄规的偏倚为研究中使用的厚薄规的偏倚为 -0.05 -0.05。这意味着测量观测值平均比基准值小这意味着测量观测值平均比基准值小0.050.05，是过程变差的，是过程变差的7.1%. 7.1%. 基准值0.800.75平均值2024/7/3034
21、n参考的偏倚接受准则：参考的偏倚接受准则：na. 对测量特殊特性的测量系统，偏倚%10%时可接受，偏倚%10%时，不能接受。n b.对测量非特殊特性的测量系统，偏倚%20%时可接受，偏倚%20%时，拒绝接受。n n如果偏倚相对比较大，查看这些可能的原因：如果偏倚相对比较大，查看这些可能的原因：n基准的誤差基准的誤差；n磨損的零件磨損的零件；n制造的仪器尺寸不对制造的仪器尺寸不对 ；n仪器测量了错误的特性仪器测量了错误的特性 ；n仪器没有正确校准仪器没有正确校准 ；n评价人员使用仪器不正确。评价人员使用仪器不正确。2024/7/30353、重复性和再现性分析重复性和再现性分析n分析方法有：n 极
22、差法；极差法；n 均值均值- -极差法；（常用）极差法；（常用）n 方差分析方差分析ANOVAANOVA。2024/7/3036量具量具R&RR&R分分析（析（均值均值- -极差法）（常用）极差法）（常用）n1 1）取取得得包包含含1010个个零零件件的的一一个个样样本本，代代表表过过程程变变差差的的实实际际或或预预期期范范围围,并并按按1 1至至1010给零件编号给零件编号,使评价人不能看到这些数字。使评价人不能看到这些数字。n2 2）指定评价人员指定评价人员A A、B B、C C。n3 3）让让评评价价人人A A以以随随机机的的顺顺序序测测量量这这1010个个零零件件，并并让让另另一一个个
23、观观测测人人将将结结果果记记录录在在第第一一行行，让让测测试试人人B B和和C C测测量量这这1010个个零零件件并并互互相相不不看看对对方方的的数数据据。然后由观测人将测量结果分别填入第然后由观测人将测量结果分别填入第6 6行和第行和第1111行；行；n4 4）使使用用不不同同的的随随机机测测量量顺顺序序重重复复上上诉诉操操作作过过程程。把把数数据据填填入入第第2 2、7 7、1212行行，在在适适当当的的列列记记录录数数据据，例例如如，第第一一个个测测量量的的零零件件是是零零件件7 7，则则将将结结果果记记录录在在标标有有7 7号号零零件件的的列列内内，如如果果需需要要试试验验3 3次次，
24、重重复复上上述述操操作作，将将数数据记录在第据记录在第3 3、8 8和和1313行。行。n5 5）当当零零件件量量过过大大或或无无法法获获得得所所需需零零件件时时，第第4 4和和第第5 5步步可可以以改改成成下下述述步步骤之后：骤之后：na)a)让让评评价价人人A A测测量量第第一一个个零零件件，并并在在第第1 1行行记记录录读读数数，让让评评价价人人B B测测量量第第1 1个个零零件件并并在在第第6 6行行记记录录读读书书，让让评评价价人人C测测量量第第1 1个个零零件件并并在第在第1111行记录读数；行记录读数；2024/7/3037n b)b)让让评评价价人人A A重重复复读读取取第第1
25、 1个个零零件件的的读读数数，记记录录在在第第2 2行行，评评价价人人B B在在第第7 7行行记记录录重重复复读读数数，评评价价人人C C在在第第1212行行记记录录重重复复读读数数。如如果果需需要要测测量量3 3次次，则则重重复复上上述述操操作作并并在在第第3 3、8 8和和1313行记录数据。行记录数据。n6 6）如如果果评评价价人人在在不不同同的的班班次次，可可以以使使用用一一个个替替换换的的方方法法，让让评评价价人人A A测测量量1010个个零零件件，并并将将读读数数记记录录在在第第1 1行行。然然后后，让让评评价价人人A A按按照照不不同同的的顺顺序序重重新新测测量量，并并把把结结果
26、果记记录录在在第第2 2行和第行和第3 3行。评价人行。评价人B B和和C C也同样做。也同样做。 n试验完完后后, , 测试人人员将将量量具具的的重重复复性性及及再再现性性数数据据进行行计算算如如附附件件一一( (R&RR&R数数据据表表), ), 附附件件二二( (R&RR&R分分析析报告告), ), 依依公公式式计算并作成算并作成控制控制图或直接用表或直接用表计算即可算即可； 2024/7/3038% %R&RR&R接受准则：接受准则： a. %R&R10%a. %R&R30%c. %R&R30%不能接受，必须改进。不能接受，必须改进。 2024/7/3039极差分析法极差分析法： n典
27、型的极差法使用典型的极差法使用两名两名评价人和价人和五个五个零件零件进行分析，在行分析，在这个分析中，每个个分析中，每个评价人价人测量每个零件一次，每个零件量每个零件一次，每个零件的极差是的极差是评价人价人A A获得的得的测量量结果与果与评价人价人B B的的测量量结果的果的绝对值，利用，利用这些些数据来数据来计算算R&RR&R，但但这种方法，无法分种方法，无法分解成是解成是仪器的器的误差或是人的差或是人的误差。差。 2024/7/3040示例：零件评价人A评价人B极差(A-B)10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.
28、600.102024/7/3041計算計算2024/7/30424 4、线性分析性分析： n 在在测量量仪器器的的工工作作范范围内内选择一一些些零零件件可可确确定定线性性。这些些被被选零零件件的的偏偏倚倚由由基基准准值与与测量量观察察平平均均值之之间的的差差值确确定定。最最佳佳拟拟合合偏偏倚倚平平均均值值与与基基准准值值的的直直线线的的斜斜率率乘乘以以零零件件的的过过程程变变差差( (或或公公差差) )是是代代表表量量具具线线性性的的指指数数。为为把把量量具具线线性性转转变变成成过过程程变变差差( (或或公公差差) )的的百百分分率率，可可将线性乘以将线性乘以100100后除以过程变差后除以过
29、程变差( (或公差或公差) )。n 正正如如在在偏偏倚倚分分析析中中一一样，零零件件的的基基准准值可可由由工工具具室室或或全全尺尺寸寸检验设备确确定定。在在操操作作范范围内内选取取的的那那些些零零件件由由一一个个或或多多个个评评价价人人测测量量，确确定定每每一一零零件件的的观观察察平平均均值值，基基准准值值与与观观察察平平均均值值之之间间的的差差值值为为偏偏倚倚，要要确确定定各各个个被被选选零零件件的的偏偏倚倚。线线性性图图就就是是在在整整个个工工作作范范围围内内的的这这些些偏偏倚倚与与基基准准值值之之间间描描绘绘的的。如如果果线线性性图图显显示示可可用用一一根根直直线线表表示示这这些些标标绘
30、绘点点，则则偏偏倚倚与与基基准准值值之之间间的的最最佳佳线线性性回回归归直直线线表表示示两两个个参参数数之之间间的的线线性性。线线性性回回归归直直线线的的拟拟合合优优度度R R2 2确确定定偏偏倚倚与与基基准准值是是否否有有良良好好的的线性性关系。关系。 2024/7/3043n计算误差计算误差: :誤差誤差= = 觀測平均值觀測平均值 參考值參考值n过程变差过程变差= 6= 6 =T =Tn繪圖繪圖: :nX X軸軸= =基准基准值值nY Y軸軸= = 偏倚偏倚n其方程式為其方程式為: : y=a+y=a+bxbxn再分別計算其再分別計算其n截距截距a a，斜率斜率b b，拟合度合度R2R2
31、，线性，性，线性性% %等等 2024/7/3044公式2024/7/3045n 系系统的的线性及性及线性百分率由回性百分率由回归线斜率及零件斜率及零件过程程变差差( (或公差或公差) )计算得出。如果回算得出。如果回归线有很好有很好的的线性性拟合，那么可以合，那么可以评价价线性幅度及性幅度及线性百分性百分率来确定率来确定线性是否可接受。如果回性是否可接受。如果回归线没有很好没有很好的的线性性拟合，那么可能偏倚平均合，那么可能偏倚平均值与基准有非与基准有非线性关系，性关系，这需要需要进一步分析以判定一步分析以判定测量系量系统的系的系统是否可接受。是否可接受。2024/7/3046n线性接受准则
32、：线性接受准则： a. 对测量特殊特性的测量系统，线性%5% 接受，线性%5%时，不予接受。nb. 对测量非特殊特性的测量系统，线性%10%接受，线性%10%时，不予接受。 n如果测量系统为非线性，查找这些可能原因：如果测量系统为非线性，查找这些可能原因： n在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；n最小或最大值校准量具的误差； n磨损的仪器； n仪器固有的设计特性。 2024/7/3047Case Studypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.5243.9365.7487.75109.3122.4244.2365.9487.85109.5
33、122.5245.0365.9487.75109.3122.7243.8366.0487.85109.4122.3243.9366.1487.85109.5122.5243.9366.0487.85109.5122.5243.9366.1487.75109.5122.4243.9366.4487.85109.6122.4244.0366.3487.55109.2122.6244.1366.0487.65109.3122.4243.8366.1487.75109.42024/7/30482024/7/3049第四章第四章计数型测量系统的分析方法计数型测量系统的分析方法计数型量具数型量具： n就是
34、把各个零件与某些指定限就是把各个零件与某些指定限值相比相比较，如果如果满足限件足限件则接受接受该零件否零件否则拒收。拒收。 n计数型量具只能指示数型量具只能指示该零件被接受或拒零件被接受或拒收。收。n计数型测量系统的分析方法有：计数型测量系统的分析方法有：n 小样法。小样法。 （常用）（常用）n 大样法。（不常用）大样法。（不常用）n 交叉试验法。（最新）交叉试验法。（最新）2024/7/30511 1、小样法分析、小样法分析：n选取二十个零件来进行，其中应有一些零件稍许高或低于规范限值。 n选取二位评价人员以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件。n所有的测量结果(每个零件测四次)必须一致则接受该量具，否则应改进或重新评价，或找到一个可接受的替代测量系统。2024/7/30522024/7/3053测量系统分析程序和表格n见附件！2024/7/3054测量系统分析流程图2024/7/3055
