MSA測量系統(tǒng)分析基礎(chǔ)知識講稿

1、第 PAGE 15 頁 共 NUMPAGES 15 頁第3頁MSA產(chǎn)生及發(fā)展MSA測量系統(tǒng)分析是目前汽車行業(yè)質(zhì)量控制的5大技術(shù)工具手冊這一，由美國的三大汽車公司編寫的，發(fā)展到現(xiàn)在共經(jīng)歷了三個版本（分別在90年、95年和2000年版）第4頁測量、量具和測量系統(tǒng)的定義： 測量：賦值并比較測量值與特定特性值的關(guān)系。 量具：獲得測量結(jié)果的裝置，（這里指裝置，現(xiàn)新版9001標準中對7.6監(jiān)視和測量裝置的控制改為是設(shè)備。裝置要比設(shè)備的范圍要大，例如只給出合格/不合格的工具，包括是自制的治具、通止規(guī)等）測量系統(tǒng)：獲得測量結(jié)果的整個過程中涉及的的人、機、料、法、環(huán)各項因素的集合。第5頁你對目前測量系統(tǒng)了解有多

2、深？相信一般人都是說全部測量設(shè)備都校準合格了，設(shè)備合格測量就沒問題了，這是我們一般性的思維，但請各位想一想，設(shè)備校準了，它的校準結(jié)果有偏差嗎？有，只不過在合格范圍。另外測量系統(tǒng)除設(shè)備偏差這個因素外還有其它因素，我們往往對這些因素的影響忽略了，但這些因素積小成多，加起來所產(chǎn)生的變差就可以很大，甚至將真實情況掩蓋，例如，如果測量系統(tǒng)的產(chǎn)生了正向變差，如產(chǎn)品實際產(chǎn)生負向變差，這樣兩者相抵反映出來的測量結(jié)果為正常，這就掩蓋了真相。第6頁測量數(shù)據(jù)的品質(zhì)：由圖可見，最終測量結(jié)果受產(chǎn)品過程變差與測量系統(tǒng)變差兩方面的影響，我們重點看測量系統(tǒng)的變差：人方面就是評價者的變差；機方面就是量具變差中的重復(fù)性、偏移、線

3、性；材料方面就是被測量物料自身的變差（這種材料的變并往往同時包含了過程的變差）；法方面的影響主要融合到人的變差中（因方法是由人操作，人的操作方法不同和技能程度不同造成的變差），環(huán)境方面主要就是測量環(huán)境對量具變異的穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，環(huán)境不同，變異程度會有所不同（這個穩(wěn)定性雖然分在量具變差這下面，但實際環(huán)境對量具、測量主體和對象都有影響）。第7頁測量過程：輸入測量所需的各種因素實施測量獲得測量數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)與預(yù)期標準比較輸出測量結(jié)果（可接受否？）第8頁測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性：即具有什么樣的統(tǒng)計特性的測量系統(tǒng)才是我們可以接受的。第9頁 1、分辨力：是指量具上的最小刻度值，一般要求測量結(jié)果的分辨力為0.1，則

4、量具的分辨力就要達到0.01（即量具的分辨力必須達到測量對象分辨力要求的1/10），如測量一件零件的長度，要求精確到毫米，則所使用的量具的分辨力必須達到0.1毫米。這種分辨力要求是選擇量具的最低標準。 2、測量系統(tǒng)必須在統(tǒng)計受控狀態(tài)中，即所產(chǎn)生之變差只能是由于普通原因，而非特殊原因。 3、如測量系統(tǒng)是用于過程控制，那么這個測量系統(tǒng)的變差必須小于制造過程的變差。（這種變差一般是通過測量值極差的反映） 4、如測量系統(tǒng)是用于產(chǎn)品控制，那么這個測量系統(tǒng)的變差必須小于產(chǎn)品公差范圍。 5、如測量系統(tǒng)既用于過程控制又用于產(chǎn)品控制，那么這個測量系統(tǒng)的最大變差必須小于過程變差和產(chǎn)品公差范圍中的較小者。第10頁分

5、辨力不足會造成過度的去掉尾數(shù)，如果該分辨力不能探測過程變差，用其來分析過程是不可接受的；并且如果它不能探測特殊原因的變差，則其不能用于控制（是否有能力控測出過程變差可以通過GRR分析中的ndc值判定，或通過重復(fù)性分析中的極差圖判定）。在以下情況時顯示測量的分辨力不足：當極差圖中只有1個，2個或3個極差值在控制限值內(nèi)時；當4個極差值在控制限值內(nèi)，且超過四分之一以上的極差為零。第11頁分辨力不足的情況會在控制圖中表現(xiàn)出來。上述兩控制圖取自同樣的數(shù)據(jù)，不同之處就是一個分辨力是0.001,另一個是0.01，但控制圖顯示的結(jié)果卻是不同，一個受控，一個失控，為什么?失控的原因是分辨力不足。（即因為過程的變

6、差程度比較少，主要變差主要是千分之幾的變差，分辨不同則不能呈現(xiàn)出這種合理的變差）第12頁變異的來源：詳細看魚骨圖，識別出了人、機、料、法、環(huán)方面進行的分析，變異的來源是多種多樣的，因此整個測量系統(tǒng)的影響因素很多，很多因素往往我們在平常都會忽視了。這里就暫不詳說，但這個魚骨圖對我們分析最終原因時會有一定作用，因為我們的這個測量系統(tǒng)分析只能分析到人、機、料、法、環(huán)幾個大的方面有異常，致于什么原因，還要靠我們的經(jīng)驗和進一步的排查分析，這個圖就可以給我們作為參考之用，當然可能影響的因素還不止這些。第13頁測量系統(tǒng)分析的兩個階段： 一是使用前評價測量系統(tǒng)是否能滿足要求及對測量系統(tǒng)的使用環(huán)境是否特殊要求。

7、（使用前的評價）另一階段就是驗證測量系統(tǒng)的持續(xù)有效性的保證能力。（定期/不定期的再評價，變更的再評價） 測量系統(tǒng)變差的類型：第14頁偏倚：分析測量平均值與基準值的差值，偏倚越小即準確度越高。第15頁穩(wěn)定性（漂移）：分析偏倚隨時間的變化情況（用同一測量系統(tǒng)對同一基準零件在不同時間進行測量）第16頁線性：分析偏倚隨量具量程的變化情況（使用量具不同量程進行測量得出各量程的偏倚量）（注意這種測量應(yīng)含蓋實際使用中涉及到的所有量程范圍）第17頁重復(fù)性：分析設(shè)備變差情況（同一人、用同一儀器、多次測量同一零件的同一特性）重復(fù)性亦分為精密度、均一性、一致性，精密度就是這個測量值分布寬度（寬度越小精度越高）、均一

8、性就是每次測量這個分布寬度的變化（每一次這個分布弧度都一樣均一性就好）、一致性就是這個分布每次測量發(fā)生偏離的變化程度（每一次這個分布的中心線都一樣一致性就好）。第18頁再現(xiàn)性：分析操作人員的變差（不同操作人員、用同一量具、測量同一零件的同一特性，測量所得平均值的變差情況，這里主要針對平均值分析）第19頁重復(fù)性&再現(xiàn)性（R&R）：是結(jié)合重復(fù)性和再現(xiàn)性兩者的變差，通過勾股定理的原理計算所得的估計值。重復(fù)性的平方加再現(xiàn)性平方就等于重復(fù)性&再現(xiàn)性的平方。第20頁九、測量系統(tǒng)分析的準備： 1、計劃每個測量系統(tǒng)使用的分析方法，可通過矩陣圖列出計劃。（縱列為量具的類別，橫列為分析方法）。這樣確定每類量具要使

9、用那些分析方法。 2、預(yù)先確定評價人的數(shù)量、樣品數(shù)及重復(fù)計數(shù)次數(shù)。應(yīng)考慮的主要因素尺寸的關(guān)鍵性（關(guān)鍵尺寸需要更多的零件和試驗）；零件結(jié)構(gòu)（大或重的零件可使用較少樣品進行較多試驗） 3、評價人應(yīng)使用日常操作這提測量系統(tǒng)的人員。第21頁 4、樣品的選擇：用于產(chǎn)品控制的測量系統(tǒng)，樣本的選擇不需要覆蓋整個過程范圍；而用于過程控制的測量系統(tǒng)，樣本必須是選自于過程并且代表整個的生產(chǎn)范圍；另樣本可以通過每天取一個樣本，持續(xù)若干天的方式進行選取。 5、儀器的分辨力應(yīng)允許至少直接讀取特性的預(yù)期過程變差（或公差）的十分之一。 6、建立測量程序，以確保測量方法(如評價人和儀器)的正確性。第22頁 7、在測量系統(tǒng)研究

10、中，為最大限度的減少誤導(dǎo)結(jié)果的可能性，應(yīng)采取注意以下幾點:：、測量應(yīng)按照隨機順序，以確保整個研究過程中產(chǎn)生的任何漂移或變化將隨機分布。為此，評價人不應(yīng)知道哪個被編號的零件正在被檢查，以避免可能的認識偏倚。但是進行研究的人應(yīng)知道正在檢查哪一個零件，并相應(yīng)記下數(shù)據(jù)。如評價人A，零件1，第一次試驗；評價人B，零件4，第二次試驗等。、在測量設(shè)備讀數(shù)中，測量值應(yīng)記錄到儀器分辨率的實際限度。A、機械裝置必須讀取和記錄到最小的刻度單位。B、對于電子讀數(shù)，必須記錄所顯示的最右有效數(shù)位。、研究工作應(yīng)由了解進行可靠研究的重要性的人員進行管理和觀察。第23頁十、測量系統(tǒng)分析的應(yīng)用和時機：應(yīng)用：接受新測量設(shè)備的準則；

11、比較兩種測量設(shè)備；評價懷疑有缺陷的量具；維修前后測量設(shè)備的比較分析時機：新生產(chǎn)產(chǎn)品（零件變差變化）；新儀器（儀器變差變化）；新操作人員（人員變差變化）；對易損耗儀器確定分析頻率。第24頁十一、測量系統(tǒng)分析計量值量具分析 1、穩(wěn)定性研究步驟：1)取樣：取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值，但我們是分析測量系統(tǒng)的實際情況，所以建議，選擇一個落在產(chǎn)品測量中程數(shù)的生產(chǎn)零件（必須時具備預(yù)期限測量的最低值、最高值和中程數(shù)三個樣本，每個標準樣本分別做測量與控制圖），指定其為穩(wěn)定性分析的標準樣本。2)測量：定期(每天、每周)測量標準樣本3-5次，樣本容量和頻率應(yīng)該基于對測量系統(tǒng)的了解。應(yīng)在不同的時間讀數(shù)以

12、代表測量系統(tǒng)的實際使用情況，以便說明在一天中預(yù)熱、周圍環(huán)境和其它因素發(fā)生的變化。3)分析：將數(shù)據(jù)繪制成 X&R控制圖.建立控制限并用標準控制圖分析評價失控或不穩(wěn)定狀態(tài)第25頁結(jié)果判定：1)均值圖中失控表明測量系統(tǒng)不再正確的測量偏倚已經(jīng)改變。2)極差圖中的失控狀態(tài)表明不穩(wěn)定的重復(fù)性重復(fù)性已改變。3)如果測量過程是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)可以用于確定測量系統(tǒng)的偏倚。第26頁穩(wěn)定性研究范例：第29頁第28頁第27頁某工廠為了確定某一新卡尺的穩(wěn)定性是否可以接受，評價人員在生產(chǎn)制程中選取了接近中間值的一個零件。評價人員每天兩次(上下午各一次)，每次測量該零件5次，共測量了四周(20個子組)；收集到所有數(shù)據(jù)后，畫出了

13、均值極差圖?？刂茍D顯示過程的點都在受控狀態(tài)中，過程是穩(wěn)定的。（詳細計算方法及圖見課件）第30頁 2、偏倚分析：（獨立樣本法）研究步驟： 取樣測定基準值（實驗室測10次取平均，如有，建議用高一級分辨力的量具測量）測量系統(tǒng)實施測量并記錄測量值（同一人測樣本10次）第31頁分析：有作圖法及數(shù)據(jù)法兩種，作圖法：就是直接將數(shù)據(jù)畫成直方圖（見40頁），評價直方圖的分布中心是否與基準值一致，并通過分布情況確定是否存在異因，這種方法雖比較直觀，但判定的標準不明確。數(shù)據(jù)法：通過計算偏倚的置信度區(qū)間，如零在這個區(qū)間中則偏倚可接受、反之不可接受。計算的步驟： 計出測量值的平均數(shù) （即用所有測量讀數(shù)值之和除讀數(shù)值的個

14、數(shù)）。第32頁計出重復(fù)性標準差 （即用測量讀數(shù)值中的最大值減最小值除常數(shù)d2*）計出平均值標準差（即用重復(fù)性標準差除讀數(shù)值個數(shù)的開平方（平方根）。計出偏倚的統(tǒng)計量 t = （即用偏倚值（平均測量值參考值）除平均值標準差）第33頁分別計劃置信度區(qū)間的上、下限值d2及d2*及V均為常數(shù)連同tv,1-a/2，均查表可得；將平均值標準差及查出的常數(shù)代及此式中，再分別用偏倚值減、及加上此式就得出區(qū)間的上、下限值。注：t表是有一份國標的叫統(tǒng)計數(shù)值表t分布GB4086.3-83，查當中的t分布位數(shù)表，V可以根據(jù)子組數(shù)及子組容量查d2*表得，而1-/2=1-0.05/2=0.975此值即為表中的P值，根據(jù)V值

15、及P值就可在t位數(shù)表中找出對應(yīng)的t值。另更簡單的方法就是查出自由度V后通過Excel中的TINV函數(shù)計出（TINV（，V）其中置信帶范圍一般為0.05。（自由度V通過MSA手冊中的附錄C的d2*表中可對應(yīng)子組數(shù)及子組容量查出）第34頁偏倚分析范例：一個制造工程師評價一個用來監(jiān)視生產(chǎn)過程的新的測量系統(tǒng)。工程師評價了測量系統(tǒng)偏倚。他在這個測量系統(tǒng)操作范圍內(nèi)選擇一個零件；這個零件經(jīng)全尺寸測量以確定其基準值（則在實驗室測量）。而后這個零件由領(lǐng)班測量15次。第35頁 測量所得值記表，同時計算出每個測量值與參考值的偏倚（量測值參考值）第36-38頁 按上述所講的計算順序分別計算各數(shù)值。 最終計算出置信區(qū)間

16、是(-0.119478，0.1332478)，零是落在這個區(qū)間中，可以接受。第39頁偏倚直方圖，比較少用，而具標準不太明確，里前面已大概介紹，這就不詳說。第40-42頁偏倚分析（控制圖法）：這種方法主要是利用前面進行穩(wěn)定性分析時的數(shù)據(jù)來作評價，這樣就可以不再對偏倚另外獨立分析，但前題必須是穩(wěn)定性分析的結(jié)果是控制圖顯示測量系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 分析步驟： 方法與計算公式與獨立樣本法基本一樣，只是平均值為各子組的總平均而計算重復(fù)性標準差中的極差亦要用各子組極差的平均數(shù)，計算平均值標準差時分母用的是子組數(shù)的平方根（而獨立樣本法時用的是樣本容量數(shù)），其它的計算方式都與獨立樣本法一樣。第43頁 3、線性分析：

17、 分析步驟：取樣（一般5個以上）注意所取樣板要覆蓋量且的測量范圍測定基準每個樣本測量10次以上并記錄（由實操者進行） 第44頁 分析方法： 、計算每次測量值的偏倚（即用每次的測量值基準值） 、在線性圖上畫出每個單值偏倚及均值偏倚第45頁 、計算并畫出最佳擬合線 截距斜率(Slope) X取每子組（零件）的基準值；Y取每子組（零件）測量值的平均值，gm：g表示子組數(shù)、m表示子組容量（即每組測量次數(shù)），但這里gm并非兩者相乘，計算時只取g進行計算、計算置信帶第46頁 計算每個子組置信帶的上下限：下限： 上限畫出圖表并評價回歸線是否有置信度區(qū)間內(nèi)。第47頁 線性研究范例：第48頁某工廠主管在評價測量

18、系統(tǒng)時，在測量系統(tǒng)操作量程內(nèi)選擇了5個零件，每個零件經(jīng)過全尺寸測量以確定其基準值。然后由領(lǐng)班分別測量每個零件12次. 分析結(jié)果如下：第49頁 按記錄的測量數(shù)據(jù)進行計得出下值： 相乘后得XY= -8 求和后得（X）2 = 302 = 900第50頁 下限： 上限tgm-2，1-/2 自由度V按g=5-2=3，m=12查表得出為26.5，為0.05，通過查表或用Excel中的TINV函數(shù)計算得出tgm-2，1-/2 = 2.056第一子組(基準為2的那組)的下限計算方式：按此方式分別計算出各子組的上下限值，如下表：第51頁 將偏倚=0的回歸線（即X為基準值，Y為每子組平均偏倚值）及置信區(qū)間線（即X

19、為基準值，Y為置信區(qū)的上限/下限值） 判斷方法：如果回歸線全部在置信區(qū)間范圍內(nèi)，側(cè)線性可接受，否側(cè)不可接受。 另外線性的判斷方法在一些書中以及我們當時上學(xué)的時候老師教的一種判定方法就是直接判斷斜率a的絕對值是否小于10%，小于則可接受。如按此方法判斷，上述的測量系統(tǒng)斜率a的絕對值為13.17%，大于10%。所以這里重點還是按MSA手冊中的內(nèi)容來講?；蛘呤蔷€性=斜率的絕對值/過程變差，線性%=線性/過程變差。第52-54頁4、重復(fù)性再現(xiàn)性： 分析步驟：取樣一種（10個）零件，并將零件編號（注意編號不能讓評價人看到）確認三個評價人（應(yīng)選擇實際操作此測量系統(tǒng)的人員）三人分別按隨機順序測量10個零件（

20、三人之間不能看到彼此的測時結(jié)果重復(fù)上一步驟兩次（即每人對每件零件有三次的測量記錄） 重點在于：每人對每個零件非連續(xù)性的測量三次，采取隨向抽取的方法而且測人不知所測量零件的編號的及自已或其它人曾經(jīng)測得的值，目的是減少測量人的測量結(jié)果首次測量值或他人測量值的影響。只要把握這個原則不管樣本數(shù)是否有10個（或許只有一個）或三個評價人是否能同時進行測量并不重要。第55-56頁 下面用一個卡尺的范例作說明： 取10個同款零件讓操作該量具的3位人員分別對10個零件測量2次并記錄，結(jié)果如表。第57-60頁 計算步驟及方法： 、計算各人測量每件樣本的平均值（見表4、9、14行），并計算各人的總平均數(shù)、計算各人測

21、量每件樣本的極差值（見5、10、15行），并計算各人極差的平均值。、計算10件樣本三個人測量值的總體平均數(shù)（見16行），再計算RP用此均值的最大數(shù)減最小數(shù)。、計算10件樣本三個人測量值極差的平均值的平均數(shù)R=（RA+RB+RC）/評價人數(shù)（見17行）。、計算極差控制圖的上下管制限（見19、20行）具體計算方法同前面計劃穩(wěn)定性控制圖的方法一樣，不再重復(fù)。、計算以確定差異（見18行），計算方法是將第4、9、14行（即各人測量各樣本的平均值）中的最大值次最小值得出。 第61-62頁、計算重復(fù)性EV（設(shè)備變異）公式：EV = * K1 = 0.04*0.8862 = 0.0354 其中K1為常數(shù)，與每

22、個樣本的測量次數(shù)有關(guān)，查表可得。、計算再現(xiàn)性AV（評價人變異） 其中K2為常數(shù)，也評價人數(shù)有關(guān)，查表可得。而n表示樣本個數(shù)（即子組數(shù)），r表示樣本容數(shù)（即每個樣本的測量次數(shù)）計算重復(fù)性&再現(xiàn)性 將上述計得的重復(fù)性EV及再現(xiàn)性AV值分別代入此式可得GRR。計算零件變異（PV） PV=RPK3 （RP 前表中已算出；K3為常數(shù)，與樣本數(shù)（子組數(shù)）有關(guān)，查表可得）計算總變異（TV）將上述計得的重復(fù)性&再現(xiàn)性GRR及零件變異PV代入上式可得。 分別計算重復(fù)性、再現(xiàn)性、重復(fù)性&再現(xiàn)性、零件變差占總變差的百分比。第63頁計算有效分辨率ndc =1.41(零件變差PV重復(fù)性&再現(xiàn)性GRR)，有效分辨率應(yīng)大于

23、5，下面就是論證為什么ndc要大于5的原因，因為等于5時的%GRR亦正好在30%，如小于5則%GRR大于30%，而%GRR大于30%時系統(tǒng)不能接受。第64頁判定：%GRR10%系統(tǒng)可接受；2.10% %GRR 30%系統(tǒng)尚可接受，建議改善（一般采決于該系統(tǒng)的重要性、改善所需的費用等因素）；%GRR 30%系統(tǒng)不能接受，必須改進。第65頁重復(fù)性與再現(xiàn)性的比較：重復(fù)性再現(xiàn)性。（設(shè)備變差大于人的變差）(1) 量測儀器需要維修保養(yǎng)。(2) 可能需要對量具進行重新設(shè)計，以獲得更好的嚴格度。(3) 需要對量具的夾緊或固定裝置進行改進。(4) 零件內(nèi)變差太大。再現(xiàn)性重復(fù)性。（人的變差大于設(shè)備變差）(1) 需

24、要更好的對評價人進行如何使用和判讀該量測儀器的培訓(xùn)。(2) 量具需要校準或刻度不清晰。（影響有的讀數(shù)判定）(3) 可能需要輔助儀器協(xié)助作業(yè)者使用量具。第66頁零件評價人均值圖分析：（三每評價人測量每件測量的均值圖）如圖，控制線以內(nèi)的區(qū)域表示測量的敏感性(干擾)。由于研究中所使用的零件組代表了過程的變差，大約一半以上的平均值均落在控制線之外。則測量系統(tǒng)是適合檢驗出零件之間的變差，以及能為過程的分析和控制提供有用的信息。第67頁重復(fù)性極差圖分析：（三每評價人測量每件測量的極差圖）極差圖被用來確定過程是否受控。原因是不論測量誤差可能有多大，控制線將包含該誤差。因所有的極差均受控在界限內(nèi)，則說明所有的

25、評價人都進行了相同的工作。 第68頁零件圖分析：（每件零件每個人測量的平均值（描點）及三個測量的總均值（描線）圖）如果零件間有較大的變差，表現(xiàn)為折線而非水平線。從零件圖可知零件間存在較大變差！但單個零件對變差的影響具有一致性（即同一零件的多次測量值比較集中。第69頁評價人圖：（每人測量每件零件的均值（描點）及10件零件的總均值（描線）圖） 如圖，顯示的折線接近水平線，表示評價人的差異較小。第70頁十二、計數(shù)型量測系統(tǒng)研究 何謂計數(shù)型量具？就是不能讀取具體的測量值，通過對比觀察進行評價，只判斷被檢驗對象是否能接收（結(jié)果只有兩個，OK、NG）。這種量具不能說明被檢驗對象的好壞程度。第71頁 1、小

26、樣法研究： 研究步驟：選取20個以下零件（應(yīng)包括有部分在規(guī)范限值邊緣）零件編號（編號不能讓評價人看到）由兩位評價分別以隨機抽取有方式對零件進行量測兩次并記錄測量結(jié)果 重點注意：評價有不應(yīng)知道自已首次的測量結(jié)果或另一位評價人的測量結(jié)果，同時評價人亦不應(yīng)知道零件的編號，避免首次評價時的記憶影響。 判斷方法：四次的測量結(jié)果都一致則接受該量且，否則應(yīng)進改。第72頁 該表就是上述小樣法的記錄范例。第73頁 2、風(fēng)險分析法： 如這種計數(shù)型的測量有量具則可通過小樣法進行分析，這樣不會存在灰色地帶，不行就改量具。但有時檢驗是無標準量具的，只夠評價人的個人感觀進行與標準進行比對，這樣就會在允收與拒收之間有灰色地帶，這樣的測量就完全靠人的能力，通過風(fēng)險分析法就分析出這個系統(tǒng)中各人的一致性（精密度）及各人與基準的一致性（即判定準確性）。第74頁 下面以實例說明風(fēng)險分析法的應(yīng)用：第75頁 隨機選取50個零件樣本由相對權(quán)威人員評價出基準及屬