测量系统分析 —MSA

1、测量系统分析 MSA Measurement System Analysis,主讲：罗强(经营咨询师) Tel : 13723575387 E-mail : ,自我介绍 Self introduction,本课程结束时，学员应能： 识别测量系统分析组成的基本特性； 完成并理解计量、计数类型的测量系统分析。,课程目标,过程变差剖析,“重复性” 和 “再现性” 是测量误差的主要来源,测量系统基本概念引言,测量系统基本概念引言,测量：定义为赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特定性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。 量具：任何用来获得测量结果的装置；包括通过/不通过装置。 测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。,测量数据的基本术语: 分辨力 、参考值、真值 位置变差： 准确度、偏倚、稳定性、线性 宽度变差： 精确度、重复性、再现性、GRR（重复性和再现性） 敏感度、一致性、均一性 测量系统能力：测量系统变差的短期估计值； 测量系统性能：测量系统变差的长期估计值； 系

2、统变差： 能力、性能、不确定度,测量系统基本概念基本统计特性,测量系统基本概念术语,分辨力：仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量。它也可以称为可读性或分辨率。别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探测度 传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。,分辨力,测量系统基本概念术语,测量数据的基本统计特性: 参考值： 某一个物品的可接受数的值； 需要一个可操作的定义； 常被用来替代真值使用。 真值： 某一物品的真实数值； 不可知且无法知道的。,测量系统基本概念测量过程变差,对于大多数测量过程，所有测量变差（包括位置变差和宽度变差）通常被描述为正态分布测量过程变差。正态概率是测量系统分析的标准方法的假设。事实上，有一些测量系统并不是正态分布，那么MSA方法可能会过高估计测量系统误差。测量分析者必须识别并纠正这些非正态测量系统。,测量过程变差的特性,测量系统基本概念位置变差,偏倚（Bias）：是对相同零件上同一特性的观测平均值与参考值的差值。 参考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（至少十次以上），取其平均值来确定。,准确度：指一个或多个测

3、量结果的平均值与真值或参考 值“接近”的程度。注：测量过程必须处于统计控制状态，否则过程的准确度就毫无意义。,测量系统基本概念位置变差,稳定性(Stability)：稳定性（或漂移）是测量系统在某一阶段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。换句话说，稳定性是整个时间的偏倚变化。,测量系统基本概念位置变差,线性（Linearity） 测量设备的预期工作（测量）量程内，偏倚值的差异。线性可以被认为是偏倚对于量程大小不同所发生的变化。,测量系统基本概念宽度变差,精确度（Precision） 传统上，精确度描述了测量系统在操作范围（尺寸、范围和时间）内解析度、敏感度和重复性的最终影响。精确度最常用于描述测量范围内重复测量的预期变差。,重复性(Repeatability): 是由一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。“评价人内部变异”,测量系统基本概念宽度变差,再现性（Reproducibility） 再现性通常定义为由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。 “评价人之间”的变异,测量系统基本概念宽度

4、变差,量具R&R或GRR 量具R&R是结合了重复性和再现性变差的估计值。GRR值等于系统内部变差和系统之间变差的和。,测量系统基本概念,偏倚,不可接受的,重复性,偏倚和重复性的关系,测量系统分析研究步骤,第1 阶段试验是一项评定，用以验证是否按照测量系统的设计规范，在适当的特性位置测量正确的变量。（若适用，还要验证夹、治具）另外如果有与测量相互依赖的任何关键的环境因素，也要考虑。 第1阶段可以利用从统计角度设计的实验来了解测量过程，评价操作环境对测量系统参数的影响（例如偏倚、线性、重复性和再现性）。,测量系统研究的二个阶段：,第2阶段试验是对变差的主要原因提供持续的监控，从而说明测量系统是持续可信（以及所产生的数据）和/或随着时间的推移，测量系统是否出现变坏的信号。,测量系统分析实施方法（计量值）,确定重复性和再现性的指南： 均值-极差法,均值极差法:长期方法，将变差分解为重复性和再现性、但不确定两者的相互作用。,注：本节中所有分析技术都是以过程处于统计的稳定状态为前提。,范例 量具重复性和再现性数据表,均值-极差法,测量系统分析实施方法（计量值）,均值-极差法,1）获取一个样本零件数

5、n5，应代表实际的或期望的过程变差范围。 2）选择评价人A、B、C等。零件的号码从1到n，评价人不能看到零件编号。 3）应校准量具，如果是正常测量系统程序的一部分。让评价人A以随机顺序测量n个零件，并将测量结果输入第一行 4）让评价人B和C测量同样的n个零件，而且他们之间不能看到彼此的结果，输入数据到第6行和11行。 5）用不同的随机测量顺序重复该循环。输入数据到第2、7、12行，在适当的列记录数据，如果需要试验3次，重复循环并输入数据到3、8、13行。,6）当零件数量很大或同时多个零件不可同时获得时，测量步骤4，5可能改变如下是需要的： 让评价人A测量第一个零件并在第1行记录读数。让评价人B测量第一个零件并在第6行记录读数。让评价人C测量第一个零件并在第11行记录读数。 让评价人A重复测量第一个零件并记录读数于第2行，让评价人B重复测量第一个零件并记录读数于第7行，让评价人C重复测量第一个零件并记录读数于第12行，如果试验需要进行3次，重复这个循环将数据记录在第3、8、13行。 7）如果评价人属于不同的班次，可以使用一个替代方法，让评价人A测量所有的10个零件输入数据于第1行，然后评

6、价人A以不同的顺序测量，记录结果于第2、3行，让评价人B、C同样做。,测量系统分析实施方法（计量值）,测量系统分析实施方法（计量值）,结果分析- 作图法,从测量系统分析得到的数据可以用控制图显示出来。通过极差-均值确定的全部均值和控制限可以画出。均值图结果提供了测量系统的“实用性”指示。可以帮助我们确定评价人之间的一致性。,控制限内部区域表示的是测量敏感性（干扰）。因为研究中使用的零件子组代表过程变差，大约一半或更多的均值应落在控制限以外。如果数据显示出这种图形，那么测量系统应该能够充分探测零件-零件之间的变差并且测量系统能够提供过程分析和过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外边，则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。,均值图：,测量系统分析实施方法（计量值）,从图中可分析：测量系统有足够的解析度来测量样本零件所代表的过程变差。没有明显的评价人-评价人之间的差别。,测量系统分析实施方法（计量值）,极差图：极差控制图用于确定过程是否受控。,如果所有的极差都受控，则所有评价人的工作状态是相同的。 如果某个评价人不受控，说明他的方法与其他人不同。 如果所有评价人

7、都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要改善以获得有效的数据。,极差图可以帮助我们确定： 与重复性有关的统计控制； 评价人之间对每个零件测量过程的一致性。,测量系统分析实施方法（计量值）,评审以上图形显示，评价人的变差之间存在差异。,极差图-重叠画出,范例 完成的量具重复性和再现性数据表,范例 量具重复性和再现性报告,测量系统分析实施方法（计量值）,Gage R&R 判断原则,测量系统分析实施方法（计量值）,如果重复性大于再现性，原因可能是： 仪器需要维修； 可能需要对量具进行重新设计，以获得更好的严格度； 需要对量具的夹紧或固定装置进行改进； 零件内变差太大。,如果再现性大于重复性，原因可能是： 需要更好的对评价人进行如何使用和判读该量具仪器的培训； 量具校准，刻度不清晰； 某种夹具帮助评价人更一致地使用量具。,测量系统分析实施方法（计量值）,GR&R 对过程变差计算的影响,观测到的过程变差,实际的过程变差,测量系统的变差,测量系统分析实施方法（计量值）,GR&R 对过程能力计算的影响,70%,60%,50%,40%,30%,10%,测量系统分析实施方法（计数值）,测量系统分析实施方法（计数值）,对于以“是”和“不是”为计数基础的定性数据，其 GR&R考察的概念是与定量数据一样的。但方法上完全不同。 定性数据测量系统的能力取决于操作员判断的有效性，即将“合格”判断成合格，将“不合格”判断成不合格的程度。,计数型测量系统能力分析方法,测量系统分析实施方法（计数值）,小样法分析：,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。 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。 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。,测量系统分析实施方法（计数值）,MSA练习,谢谢大家,

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