MSA理论培训教材

1、MSA理论培训,讲师:刘旭明,2019/8/3,一、MSA简介,1.什么是MSA M: 指Measurement 测量 S: 指System 系统 A: 指 Analysis 分析 MSA也就是对量测系统进行分析的方法!,2019/8/3,2.MSA 的重要性,如果测量的方式不对，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。,2019/8/3,3.什么情况下做MSA,2019/8/3,通过测量用数字体现的数据，并不是总能代表事实。 因此，有必要对数据的信赖性进行确认。,4.测量值的组成要素,2019/8/3,测量误差有多大? 测量误差的原因是什么? 测量工具是否具备分辨率? 重复测量也能得到相同的结果 吗? 用别的测量工具也能得到相同结果吗 ? 测量工具随着时间的推移是否保持稳定状态 ? 怎样提高测量系统?,5.MSA分析要确认的信息,2019/8/3,理想的测量系统应该是每次都能测出真实值。 测量系统的质量通常仅仅取决于经过一段时间后产生数据的统计特性： Bias 偏倚 Repeatability 重复性 Reproducibil

2、ity 再现性 Linearity 线性 Stability 稳定性,6.MSA的统计属性,2019/8/3,要观察测量误差的主要原因, “重复性(repeatability)” 和“再现性(reproducibility)”.,要想解决实际PROCESS的波动，应把握测量系统的波动， 并把它与PROCESS波动分离.,7.过程波动的主要来源,2019/8/3,8.MSA变差的因果分析,2019/8/3,用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量 系统。测量系统是与测量结果有关的仪器、设备、软件、测 量程序、测量人员、被测物品和环境的集合。,二、MSA相关术语,1.测量系统定义,2019/8/3,好的分辨率,差的分辨率,是指测量装置能够测量到最小可检出的单位。 测量刻度应为产品规格或过程波动的十分之一。,2.分辨率,2019/8/3,某一物品理论上的真实值或参考值。,测量值平均和真实值的差异。,3.真实值,4.偏倚（Bias),2019/8/3,某标准件，已知值为25.4mm，某机械检查工用精度为0.025mm的游标卡尺测量10次，测量结果如下： 25.425 25.425 2

3、5.400 25.400 25.375 25.400 25.425 25.400 25.425 25.375 把10个测量值相加除以10，得到平均值：25.4051mm 偏倚等于平均值减去参考值：25.405125.4000.0051mm,计算偏倚举例,2019/8/3,线性是指量具在其工作范围内偏倚的变化规律。 在全部测量范围内，测量值和基准值的差异保持稳定，说明其 线性好。,5.线性,2019/8/3,稳定性 良好,时间2,是指随时间变化的偏倚值。 根据时间的推移测量结果互不相同时，说明该测量系统缺乏稳定性。,6.稳定性,2019/8/3,由一个人使用同一量具，对同一被测特性进行多次重复测量 所得结果之间的偏差，即为测量系统的重复性。,7.重复性,2019/8/3,由不同的人使用同一量具，对同一被测特性进行多次重复测量 所得结果之间的偏差，即为测量系统的再现性。,8.再现性,2019/8/3,现有硬度为5.0（真实值）的材料. 方法1得到的测量值是 : 3.8, 4.4, 4.2, 4.0 方法2得到的测量值是 : 6.5, 4.0, 3.2, 6.3 哪一个方法更正确 ? 方法

4、2 因为平均值与“真实”硬度相同。 哪一个方法更精密 ? 方法 1 因为变差很小。 应首先的方法是 ? 其理由是?,方法 1 : 比起变差，解决平均的变化更为容易。,例 题,2019/8/3,1）计划要使用的方法； 2）确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数； 3）从日常操作该仪器的人中挑选评价人； 4）样品必须从过程中选取并代表整个工作范围； 5）仪器的分辨力应允许至少读取特性的预期过程变差的十分之一； 6）确保测量方法（即评价人和仪器）在按照规定的测量步骤测量特征尺寸；,2.测量系统研究准备,2019/8/3,1）测量必须按照随机顺序进行； 2）不应让评价人知道正在检查零件的编号； 3）测量读数应估计到可得到的最接近的数字； 4）研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行； 5）每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量方法；,3.测量系统研究注意事项,2019/8/3,计量型MSA 稳定性-均值极差法; 偏倚-独立样本法; 偏倚-均值极差法; 线性-一元线性回归法; GRR-均值极差法; GRR-Crossed ANOVA; GRR-Nested ANOVA; 计数型MSA

5、解析法; 交叉表法; 信号探测法;,测量系统分析方法分类,2019/8/3,确定某一测量仪器的稳定性是否为可接受。 同一评价人对同一样品进行多次测量的情况。通过对 测量数据进行统计，得出分析结论。,1）稳定性均值极差法,1.计量型MSA(稳定性均值极差法）,2019/8/3,取得包含1个零件的样本，选取了生产过程输出范围中接近中间值的一个零件。（不能给评价人看到） 指定1位操作人员在不知情的状况下使用校验合格的量具，共测了5周（25个子组）以上个零件进行测量, 并重复3次，将操作员所读数据进行记录, 研究其设备的稳定性。 试验完后, 测试人员将量具测出数据计算均值、极差和控制限，并作成均值极差控制图。 计算结果均值、极差及控制限等。,2）分析步骤,2019/8/3,计算出相应的数值。,2019/8/3,2019/8/3,前提条件: 只有当测量系统处于统计稳定状态时,进行偏倚研究才有意义。 什么是偏倚-独立样件法? 利用一个标准样件对量测系统进行偏倚的分析方法。,1）偏倚独立样本法,2.计量型MSA(偏倚独立样本法）,2019/8/3,a) 取得一个标准样件,并确定其参考值。 参考值=X

6、T(注:如不能取得标准值,则选择一件落在生产测量范围中间的生产件作为基准件,将其用更精密的仪器测量该零件N10次,取平均值作为参考值) b) 让一名评价人以正常方式测量样件N10次,并记录结果。 c) 画直方图： 画出数据相对于参考值的直方图,根据专业知识判断是否存在特殊原因或出现异 常.如果不存在,继续分析,当n30时,对任何的解释或分析,要特别注意。 d) 计算数值：,2）分析步骤,2019/8/3,计算N个读值的平均值:,计算重复性标准差: 公式中 可从附表中查到,取g=1,且m=n. 确定偏倚中的t统计值: 偏倚B=观测到的平均测量值-参考值,2019/8/3,结果分析 如果0落在偏倚值附件的 置信度界限内,则偏 在 水准上是可接受的.,2019/8/3,0(偏倚值)在置信区间之间，则偏倚可接受,否则 偏倚不可接受,3）判定规则,2019/8/3,2019/8/3,d) 作直方图: e) 根据专业知识判断是否存在特殊原因或出现异常，如果没有,继续分析。,2019/8/3,f) 计算统计值:,2019/8/3,因为0落在上述偏倚的95%置信区间之内,所以偏倚等于0的假设在=5%的

7、水平上是可以接受的。,g) 结果判定:,2019/8/3,用来分析该测量系统处于受控或失控状态。 同一评价人对同一样品作多次测量的情况。通过测量数据的统计， 计算出偏倚，得出结论。 如果用均值极差图来衡量稳定性，其数据也可以用来进行偏移的评 价。在偏倚被评价之前，控制图应该表明这测量系统处于稳定状态。,1）偏倚均值极差法,3.计量型MSA(偏倚均值极差法）,2019/8/3,取一个样件，并建立可追溯到相关标准的参考值。 每班测量该零件n次，并计算n个读值的平均值,共测量数 周累积M10个子组以上。 c) 计算偏移、重复性标准差和偏移统计t值。 d) 若0落在偏移值附近的置信区间内，则偏倚可接受。,2）分析步骤,2019/8/3,0在置信区间之间，则偏倚可接受,否则偏倚不可接受 。 即在实际使用中将不会带来额外的变差来源。,3）判定规则,2019/8/3,2019/8/3,（控制图表明,测量过程是稳定的,可以进行偏倚研究）,1.画出控制图:,2019/8/3,2019/8/3,线性是表示在量具的工作范围内其偏倚变化规律的一统计特性。 许多量具都有一定的工作范围,即量程。当用量具在其工 作

8、范围内测量不同大小的特性时,其偏倚可能是不同的。,1）线性一元回归法,4.计量型MSA(线性一元回归法）,2019/8/3,选择g5个零件,使这测量涵盖这量具的整个工作量程。 对每个零件进行测量确定其参考值。 选择一名评价人随机测量各每个零件m10次。 计算零件每次测量的偏倚,以及每个零件的偏倚平均值。,2）分析步骤,2019/8/3,e) 在线性图上画出相对于参考值的每个偏倚及偏倚的平均值。 f) 计算并画出最合适的线及该线的置信度区间。,2019/8/3,g) 划出”偏倚=0”线，评审该图指出特殊原因和线性的可接受性。 为使测量系统线性可被接受，”偏倚=0”线必须完全在拟合线置信带以内。,2019/8/3,h) 结果分析: 如果作图分析显示测量系统线性可接受，则下面的假设就成立。 若： H0：a=0, 斜率=0 不推翻原假设，如果: 如果以上的假设是成立的，则测量系统所有的基准值有相同的 偏倚。对于可接受的线性，偏倚必须为0。,若 H0：b=0, 中心(偏倚)=0 如果下式成立,则不能被否定:,2019/8/3,其中:,2019/8/3,计算:,输入测量值,2019/8/3,201

9、9/8/3,Tat意义值 且 Tbt意义值 则说明线性可以接受，否则 线性不可接受。,3）判定规则,2019/8/3,计算出a,b,R2,s,Ta和Tb,2019/8/3,计算公式如下:,2019/8/3,计算上下限:,2019/8/3,结果判定: 故线性不可接受。,画图:,2019/8/3,a) 取得包含10个零件的样本，代表过程变差或预期范围。并对 10个零件进行编号。（不能给评价人看到） b) 指定2-3位操作人员在不知情的状况下使用校验合格的量具， 分别对10个零件进行测量, 研究人员将操作员所读数据进行 记录, 研究其重复性和再现性(作业员应熟悉并了解一般操作 程序, 避免因操作不一致而影响系统的可靠度)同时评估量具 对不同操作员熟练度。 c) 试验完后, 测试人员将量具的重复性及再现性数据依公式计算，并作成X-R管制图或直接用表计算即可。(如下图）,2）分析步骤,2019/8/3,计算出相应的数值,2019/8/3,2019/8/3,GRR%30%,则表明系统不可接受。 10%GRR%30,系统可接受亦可不接受。 GRR%10%,系统可接受。,3）判定规则,2019/8/3,2019/8/3,方差分析法（analysis of variance)是一种标准的统计技术， 可用来分析测量误差和测量系统中其它变差来源。在变差的分 析中，变差可分解成四类：零件、评价人、零件与评价人之间 的相互作用，以及由于量具造成的重复误差。,1）GRRCrossed ANOVA(交叉式方差分析）,6.计量型MSA(GRR-Crossed ANOVA）,2019/8/3,取得一个能够代表过程变差实际或预期范围的样本，n大于或等于5个零件的样本。 给评价人编号为A、B、C等，并将零件从1到n进行编号，但零件编号不

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