如何做好MSA測(cè)量系統(tǒng)分析報(bào)告

1、測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）1、測(cè)量（Measurement）包括過程程、產(chǎn)品品、服務(wù)務(wù)的輸入入、輸出出及性能能/績(jī)效效的定量量化信息息。以確定實(shí)實(shí)體或系系統(tǒng)的量量值大小小為目標(biāo)標(biāo)的一整整套作業(yè)業(yè)。一、術(shù)語語及其定定義2、Cage任何用以以獲得測(cè)測(cè)量結(jié)果果的裝置置，特別指基基層使用用的量具具，包括括用來來測(cè)量合合格/不不合格的的裝置。引自自QS9000參考考手冊(cè)3、測(cè)量系系統(tǒng)（MeasurementSystem）用以對(duì)被被測(cè)特性性賦值的的作業(yè)、方法、步驟驟、量量具、設(shè)設(shè)備、軟軟件、人人員的集集合。為獲得測(cè)測(cè)量結(jié)果果的完整整過程。引自自QS9000參考考手冊(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的要素素：測(cè)量方法測(cè)量環(huán)境儀器設(shè)備

2、被測(cè)量對(duì)象的特征測(cè)量人員計(jì)量基準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的組成成：傳感器：感受被被測(cè)物理理量/特特征量的的變化（長(zhǎng)度、溫溫度度、重量量、磁場(chǎng)場(chǎng)、均勻勻性、舒舒適度等等）轉(zhuǎn)換器：物理量量/特征征量的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換/放放大（磁磁-電、光光-電、熱熱-電等等）讀出出：模擬顯顯示、數(shù)數(shù)字顯示示、磁記記錄、觀觀測(cè)記錄錄等（顯顯示器、記錄器器、觀測(cè)測(cè)人員等等）阻尼器：減少測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的高頻頻振蕩，有助于于測(cè)量量結(jié)果果的平穩(wěn)穩(wěn)輸出（濾波、磨擦、阻抗抗等）校準(zhǔn)準(zhǔn)：系統(tǒng)驗(yàn)驗(yàn)收、周周期校驗(yàn)驗(yàn)/使用用前校驗(yàn)驗(yàn)、溯源源測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的基本本要求：數(shù)據(jù)的真真實(shí)性系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性結(jié)果的精精確性數(shù)據(jù)的真真實(shí)性真值測(cè)量誤差差觀測(cè)值真值測(cè)量誤差差

3、觀測(cè)值觀測(cè)值=真真值？系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性不同的時(shí)時(shí)間、環(huán)環(huán)境、人人員、儀儀器設(shè)備備對(duì)測(cè)量量結(jié)果影影響如何何？系統(tǒng)是否否處于統(tǒng)統(tǒng)計(jì)控制制狀態(tài)？測(cè)量結(jié)果果的精確確性反映被測(cè)測(cè)實(shí)體/系統(tǒng)微微小變化化的能力力。測(cè)量誤差差與被測(cè)測(cè)量的變變化范圍圍（總變變差）相相比，是是否可以以接受？4、測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的精度度與誤差差類型分辨力（Discrimination）指示裝置置可以有有效辨別別所指示示的緊密密相鄰量量值能力力的定量量表示。ISO10012/1:1992分辨力的的要求：1）最小小測(cè)量單單位/容容差10%（用于計(jì)計(jì)量型合合格判定定）2）最小小測(cè)量單單位/過過程變差差10%（用于計(jì)計(jì)量型過過程控制制）影響分辨辨

4、力的因因素：1）傳感感器的靈靈敏度2）讀出出裝置的的最小顯顯示單位位準(zhǔn)確度（Accuracy）：表示測(cè)量量結(jié)果（單值或或平均值值）與與真值的的接近程程度。數(shù)量上，準(zhǔn)確度度可以用用相對(duì)誤誤差數(shù)表表示。準(zhǔn)確度=基基準(zhǔn)值-多次測(cè)量量平均值值精密度（Precision）：在相同條條件下進(jìn)進(jìn)行重復(fù)復(fù)測(cè)量或或試驗(yàn)，其結(jié)果果相互間間的一致致程度。表示測(cè)定定結(jié)果中中隨機(jī)誤誤差大小小的程度度。精密度常常用測(cè)量量的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)差來表表示，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差越越大，精精密度越越低。測(cè)量誤差差：測(cè)量誤差差總變差觀測(cè)值過程變差真值測(cè)量誤差差測(cè)量誤差差可能導(dǎo)導(dǎo)致：不合格產(chǎn)產(chǎn)品被接接收合格產(chǎn)品品被拒收收難以識(shí)別別過程中中發(fā)生的的變化控制圖

5、失失真，不不能提供供正確信信息隨機(jī)誤差差和系統(tǒng)統(tǒng)誤差：隨機(jī)誤差差突然發(fā)生生、不可可預(yù)測(cè)、可通過過重復(fù)復(fù)測(cè)量避避免可能源于于：環(huán)境因素素的波動(dòng)動(dòng)測(cè)量位置置的不同同人員作業(yè)業(yè)的偶然然性儀器、設(shè)設(shè)備的重重復(fù)特性性系統(tǒng)誤差差不可能通通過重復(fù)復(fù)測(cè)量避避免可能源于于：不同的時(shí)時(shí)間不同的環(huán)環(huán)境因素素不同的測(cè)測(cè)量方法法（程序序）人員素質(zhì)質(zhì)的差異異校準(zhǔn)錯(cuò)誤誤儀器設(shè)備備內(nèi)在偏偏差測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的類型（1）偏倚（Bias）：測(cè)量值或或估計(jì)量量的分布布中心（平均值值）與真真值（基基準(zhǔn)值）之差。偏倚屬于于系統(tǒng)性性誤差，直接影影響測(cè)量量系統(tǒng)的的準(zhǔn)確度度。 基準(zhǔn)值偏倚 觀測(cè)的平均值偏倚倚（2）重復(fù)性性（Repeatabi

6、lity）相同的測(cè)測(cè)量人員員、使用用同一設(shè)設(shè)備、在在同一次次校準(zhǔn)期期間、同同一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室、采采用相同同的方法法，在較較短時(shí)間間內(nèi)，對(duì)對(duì)同一另另件的同同一特性性測(cè)量的的結(jié)果，其相互互接近的的程度。ISO5725-1重復(fù)性同一測(cè)量量人員同一量具具同一另件件的同一特特性（3）再現(xiàn)性性（Reproducibility）不同的測(cè)測(cè)量人員員、使用用不同設(shè)設(shè)備、在在不同實(shí)實(shí)驗(yàn)室、在不同同時(shí)間，采用相相同的方方法對(duì)同同一另件件的同一一特性測(cè)測(cè)量的結(jié)結(jié)果，其其相互接接近的程程度。ISO5725-1再現(xiàn)性不同的測(cè)測(cè)量人員員不同/相相同一量量具相同另件件的同一特性性重復(fù)性與與再現(xiàn)性性（GageRepeatabilit

7、y &Reproducibility）：對(duì)測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)隨機(jī)誤誤差的綜綜合評(píng)定定。目前已成成為測(cè)量量系統(tǒng)分分析的主主要指標(biāo)標(biāo)。（4）穩(wěn)定性Stability時(shí)間2穩(wěn)定性時(shí)間1測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)在某持持續(xù)時(shí)間間內(nèi)測(cè)量量單一零零件單一一特性時(shí)時(shí)，測(cè)量量值的總總變差。（5）線性Linearity量具在預(yù)預(yù)期工作作范圍內(nèi)內(nèi)，偏倚倚值的差差值。（6）線線性度%Linearity在預(yù)期工工作范圍圍內(nèi)線性性誤差的的變化率率。偏倚較小基準(zhǔn)值偏倚較小基準(zhǔn)值觀測(cè)的平均值觀測(cè)的平均值范圍的較低部分范圍的較商部分觀測(cè)的平均值無偏倚有偏倚基準(zhǔn)值線性性系統(tǒng)性誤誤差：偏倚、線線性、穩(wěn)穩(wěn)定性隨機(jī)性誤誤差：重復(fù)性、再現(xiàn)性性、GR&R二、

8、計(jì)量量型測(cè)量量系統(tǒng)誤誤差的估估計(jì)：1、確定偏倚倚Bias選定基準(zhǔn)準(zhǔn)值x0重復(fù)測(cè)量量并記錄錄（x1、x2x10）觀測(cè)平均均值偏倚量偏倚百分分比：偏偏倚量/過程變變差100% 產(chǎn)生偏倚倚的原因因：校準(zhǔn)環(huán)境境不符合合規(guī)定的的要求不合理地地延長(zhǎng)了了校準(zhǔn)的的周期測(cè)量人員員變動(dòng)、測(cè)量程程序未形形成文件件測(cè)量時(shí)間間規(guī)定不不嚴(yán)、條條件變動(dòng)動(dòng)疏忽與失失誤常見的疏疏忽與失失誤：測(cè)量前儀儀器/量量具未校校零忽略了多多次測(cè)量量取平均均值的要要求測(cè)量位置置不正確確缺乏維護(hù)護(hù)保養(yǎng)的的支持系系統(tǒng)：未識(shí)別不不合要求求的測(cè)量量/試驗(yàn)驗(yàn)程序，對(duì)被失失準(zhǔn)的量量具測(cè)量量的產(chǎn)品品未進(jìn)行行識(shí)別、隔離和和重新評(píng)評(píng)價(jià)。偏倚可能能來源于于測(cè)量

9、人員員、設(shè)備、程程序及實(shí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)環(huán)境等要要素的變動(dòng)。注意意2、GR& R的研究方方法(1)小樣法ShortMethod(2)大樣法LongMethod(3)圖圖法法GraphicalAnalysisGR&R研究中的的主要因因素：應(yīng)根據(jù)測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)不同的的實(shí)際使使用情況況，確定定GR&R研究究相應(yīng)的的測(cè)量條條件。GR&R研究的準(zhǔn)準(zhǔn)備：1.確定（方方法、人人員、被被測(cè)另件件數(shù)、重重復(fù)測(cè)量次數(shù)數(shù)）。2.被被測(cè)另件件應(yīng)為生生產(chǎn)線上上的產(chǎn)品品，變差差范圍能代表表允差范范圍，最最好由不不同日期期的產(chǎn)品中每每天選一一件，并并予以編編號(hào)標(biāo)識(shí)識(shí)。3. 由日日常從事事該測(cè)量量活動(dòng)的的人員進(jìn)進(jìn)行并事事先進(jìn)行培培訓(xùn)。

10、測(cè)量注意意事項(xiàng)：盲測(cè)隨機(jī)抽抽取估讀最小刻刻度的1/2記錄防止混混淆（1）小樣法法實(shí)例計(jì)算平均均極差=總總極差/另件數(shù)數(shù)=1.4量具綜合合誤差（GRR）=（）4.33=6.1注：4.33=5.15/d2*d2*查表表1容差百分分率（設(shè)設(shè)容差為為20）%GR&R=GR&R/容差差=6.1/20100=30.5%RR（2）大樣法法實(shí)例至少2名名測(cè)量人人員，至至少10個(gè)另件件，每人人對(duì)每個(gè)個(gè)另件至至少重復(fù)復(fù)測(cè)2遍遍。步驟：10個(gè)零零件逐一一編號(hào)量具校準(zhǔn)準(zhǔn)人員A對(duì)對(duì)零件進(jìn)進(jìn)行測(cè)量量（隨機(jī)機(jī)順序）記錄員員記錄讀讀數(shù)。人員B、C對(duì)零零件進(jìn)行行測(cè)量（隨機(jī)順順序）記記錄員記記錄讀數(shù)數(shù)。上述循環(huán)環(huán)重復(fù)3遍，測(cè)測(cè)量

11、順序序打亂。（a）確定重復(fù)復(fù)性Repeatability選取樣件件（n）和評(píng)價(jià)價(jià)人（r）確定測(cè)量量次數(shù)（m）重復(fù)測(cè)量量并記錄錄（xijk）i=1,rj=1,nk=1,m重復(fù)性計(jì)計(jì)算：子組極差差：平均極差差：標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)差差：e=/d2*d2*查表1重復(fù)性變變差：5.15e（概率99%）（b）確定再現(xiàn)現(xiàn)性Reproducibility選取樣件件（n）和評(píng)價(jià)價(jià)人（r）確定測(cè)量量次數(shù)（m）重復(fù)測(cè)量量并記錄錄（xijk）i=1,rj=1,nk=1,m計(jì)算：i=1,r再現(xiàn)性變變差：5.150/d2*（概率99%）校正后的的再現(xiàn)性性：評(píng)價(jià)人標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差:測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)偏偏差：m=e2+02(c)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)(重復(fù)性與

12、與再現(xiàn)性性)變差：GR&R=5.15m(概率99%)判斷測(cè)量量系統(tǒng)可可否接受受的量度度：容差百分分率過程變差差百分率率%GR&R容差百分分率：GR&R/容差100%計(jì)算公式式:5.15100%過程變差差百分率率：GR&R/TV100%或 100%其中：t：總過程程標(biāo)準(zhǔn)偏偏差TV：總總過程變變差TV=5.15t在MINITAB統(tǒng)計(jì)計(jì)工具軟軟件處理理結(jié)果中中以（%SV）表示。測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)可接受受條件：容差百分分率10%過程變差差百分率率10%拒絕條件件：容差百分分率30%或:過程變差差百分率率30%有條件接接受：10%30%需考慮：被測(cè)特特性的重重要程度度測(cè)測(cè)量系系統(tǒng)的復(fù)復(fù)雜程度度成本因素素 兩種方

13、法法比較小樣法：簡(jiǎn)單、快快捷、綜綜合反映映測(cè)量系系統(tǒng)重重復(fù)性性與再現(xiàn)現(xiàn)性（GR&R）誤差差大樣法：數(shù)據(jù)量大大、更具具可信性性、可區(qū)區(qū)分重重復(fù)復(fù)性與再再現(xiàn)性誤誤差（GR&R）的的比重重，有助助于尋找找原因，制訂改改進(jìn)進(jìn)措施。經(jīng)驗(yàn)分析析：當(dāng)重復(fù)性性誤差比比重較大大時(shí)，可可能表明明：測(cè)量設(shè)備備需要保保養(yǎng)測(cè)量設(shè)備備剛性不不足測(cè)量過程程中零件件的定位位方式有有待改進(jìn)進(jìn)零件內(nèi)變變差影響響過大當(dāng)再現(xiàn)性性誤差比比重較大大時(shí)，可可能表明明：需對(duì)測(cè)量量人員進(jìn)進(jìn)行操作作培訓(xùn)應(yīng)更明確確規(guī)定校校準(zhǔn)測(cè)量量的方法法和要求求(3)圖法法:均值/鏈鏈圖(Average/RunChart)極差圖(RangeChart)振蕩圖(W

14、hiskers Chart)均值-基基準(zhǔn)值圖圖 (Plot of Averages by Size)歸一化單單值圖(NormalizedIndividualsChart)3、確定線性性Linearity其中：y 測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)偏倚量量x 測(cè)測(cè)量范圍圍內(nèi)的基基準(zhǔn)值變變量以后記基準(zhǔn)值偏倚值（觀測(cè)值值-基準(zhǔn)準(zhǔn)值）線性度（%linearity）線性誤差差（linearity）平均偏倚倚值選擇基準(zhǔn)準(zhǔn)零件xj(j=1,2,n),評(píng)評(píng)價(jià)人r=1確定測(cè)量量次數(shù)（m）重復(fù)測(cè)量量并記錄錄xiji=1,2,m,j=1,2,n分析步驟驟：一元線性性回歸按照回歸歸方程計(jì)計(jì)算（見見例題）應(yīng)用MINITAB統(tǒng)統(tǒng)計(jì)工具具軟件：

15、主 模塊塊：功能模塊塊：工具模塊塊：statQuality ToolsCage linearitystudy判定偏倚倚與基準(zhǔn)準(zhǔn)值之間間是否存存在線性性關(guān)系：相關(guān)系數(shù)數(shù)r2(擬合優(yōu)優(yōu)度）當(dāng)r2=1，y與x完完全線性性相關(guān)r=0，y與x線性無無關(guān)判斷測(cè)量量系統(tǒng)能能否接受受：線性、線線性度、平均偏偏倚值規(guī)定要要求線性誤差差較大的的原因：量具未在在全量程程，尤其其是大、小兩端端正確校校準(zhǔn)最小或最最大的基基準(zhǔn)有誤誤量具磨損損量具本身身設(shè)計(jì)不不合理4、確定穩(wěn)穩(wěn)定性Stability選擇基準(zhǔn)準(zhǔn)樣本（基準(zhǔn)件件/中程程數(shù)零件件）確定測(cè)量量間隔/頻率（天、周周）排除其它它影響因因素的變變化重復(fù)測(cè)量量、記錄錄并作控

16、控制圖(&R或&S)判定測(cè)量量系統(tǒng)的的穩(wěn)定狀狀態(tài)(受受控/失失控)三、計(jì)數(shù)數(shù)型測(cè)量量系統(tǒng)分分析:(1)小小樣法ShortMethod(2)大樣法LongMethod(3)重復(fù)性與與再現(xiàn)性性GR&R（1）小樣法研研究確定基準(zhǔn)準(zhǔn)零件（n=20）確定評(píng)價(jià)價(jià)人r確定重復(fù)復(fù)測(cè)量次次數(shù)m=2判定準(zhǔn)則則：所有測(cè)量量結(jié)果一一致接受否則不接受受（2）大樣法研研究量具特性性曲線的的概念（GPC）確定基準(zhǔn)準(zhǔn)零件（n=8，逐步步篩選）確定測(cè)量量次數(shù)m=20當(dāng)0.5a200.5當(dāng)當(dāng)=0.5描繪特性性曲線GPC正態(tài)概率率紙最佳擬合合直線計(jì)算偏倚倚B=xT（Pa=0.5處）名義限值值計(jì)算重復(fù)復(fù)性其中：1.08 調(diào)調(diào)整因因子

17、顯著性判判定：tt0（3）計(jì)數(shù)型測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)R&R研究設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)：30個(gè)零零件事先先經(jīng)權(quán)威威判斷作作出結(jié)論論選擇3個(gè)個(gè)檢驗(yàn)員員，每人人對(duì)每個(gè)個(gè)零件檢檢查2次次（順序序打亂）并給出出接收/據(jù)收判判斷結(jié)果果計(jì)算：3人判斷斷結(jié)果的的一致率率（R&R）3人判斷斷結(jié)果一一致且正正確率（總體有有效性）四 、測(cè)測(cè)量工具具、量具具和儀器器的選擇擇Measurementsystem performance測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的性能能能能否實(shí)現(xiàn)現(xiàn)產(chǎn)品與與過程控控制的要要求、有有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的規(guī)定定Measurementtoolmaintenance測(cè)量工具具的維護(hù)護(hù)必必要的培培訓(xùn)和技技術(shù)支支持持Measurementdiscr

18、imination測(cè)量分辨辨率能否區(qū)區(qū)分出合合格/不不合格Measurementenvironment測(cè)量環(huán)境境高高精度的的儀器應(yīng)應(yīng)規(guī)定嚴(yán)嚴(yán)格的使使用環(huán)環(huán)境五、計(jì)量量與校準(zhǔn)準(zhǔn)1、計(jì)量（Metrology）是一門精精密測(cè)量量的學(xué)科科。是檢驗(yàn)質(zhì)質(zhì)量和全全面質(zhì)量量管理的的關(guān)鍵內(nèi)內(nèi)容之一一。計(jì)量管理理是質(zhì)量量工程師師工作的的基礎(chǔ)。2、標(biāo)準(zhǔn)溯溯源性(TraceabilitytoStandards)通過連續(xù)續(xù)的比較較鏈，使使測(cè)量結(jié)結(jié)果能夠夠與有關(guān)關(guān)計(jì)量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)通常是是國際或或國家計(jì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)相相聯(lián)系的的特性。引自自ISO10012測(cè)量基準(zhǔn)準(zhǔn)的逐級(jí)級(jí)校準(zhǔn)國家基準(zhǔn)準(zhǔn)地區(qū)基準(zhǔn)準(zhǔn)計(jì)量室基基準(zhǔn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)基準(zhǔn)塊塊量值傳遞遞的五個(gè)個(gè)水平可溯源到國家標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)進(jìn)行檢查的比較基準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)塊/器用于測(cè)量的量具/儀器被測(cè)產(chǎn)品的量值標(biāo)準(zhǔn)所/實(shí)驗(yàn)室企業(yè)計(jì)量室 車間檢驗(yàn)員 與 操作人員溯源誤差差分析：實(shí)驗(yàn)室基基準(zhǔn)與國國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)間的誤誤差實(shí)驗(yàn)室內(nèi)內(nèi)校準(zhǔn)時(shí)時(shí)的傳遞遞誤差對(duì)于工件件或服務(wù)務(wù)的測(cè)量量誤差3、校準(zhǔn)目的確保測(cè)量量系統(tǒng)適適用于所所要測(cè)量量的變差差范圍和和質(zhì)量規(guī)規(guī)格對(duì)在用的的測(cè)量設(shè)設(shè)備定期期復(fù)校以以保證其其精度及時(shí)淘汰汰喪失精精度/功功能的測(cè)測(cè)量設(shè)備備何時(shí)需要要校準(zhǔn)？投入使用用之前初次次使用、偶然使使用規(guī)定周期期根根據(jù)設(shè)備備的特性性、使用用的特特點(diǎn)點(diǎn)及頻繁繁程度如何確定定校準(zhǔn)周周期？使用前一一周