測(cè)量系統(tǒng)分析MSA概論

1、1測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）ISO/TS16949:20092022/10/17向昌斌MSAMeasurementSystemAnalysis測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)分析31、測(cè)量（Measurement)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)。包括過(guò)程程、產(chǎn)品品、服務(wù)務(wù)的輸入入、輸出出及性能能/績(jī)效的定定量化信信息。術(shù)語(yǔ)及其其定義42、Gage任何用以以獲得測(cè)測(cè)量結(jié)果果的裝置置，特別別指指基層使使用的量量具，包包括用來(lái)來(lái)測(cè)量合合格/不合格的的裝置。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、量具、設(shè)備、軟件、人員的的集合。為獲得測(cè)測(cè)量結(jié)果

2、果的完整整過(guò)程。術(shù)語(yǔ)及其其定義5測(cè)量方法法測(cè)量環(huán)境境儀器設(shè)備備被測(cè)量對(duì)對(duì)象的特特征測(cè)量人員員計(jì)量基準(zhǔn)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的要素素6測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的組成成傳感器：感受被測(cè)測(cè)物理量量/特征量的的變化（長(zhǎng)度、溫度、重量、磁場(chǎng)、均勻性性、舒適適度等）轉(zhuǎn)換器：物理量/特征量的的轉(zhuǎn)換/放大（磁磁-電、光-電、熱-電等）讀出出：模擬顯示示、數(shù)字字顯示、磁記錄錄、觀測(cè)測(cè)記錄等等（顯示示器、記記錄器、觀測(cè)人人員等）阻尼器：減少測(cè)量量系統(tǒng)的的高頻振振蕩，有有助于測(cè)測(cè)量結(jié)果果的平穩(wěn)穩(wěn)輸出（濾波、磨擦、阻抗等等）校準(zhǔn)準(zhǔn)：系統(tǒng)驗(yàn)收收、周期期校驗(yàn)/使用前校校驗(yàn)、溯溯源7數(shù)據(jù)的真真實(shí)性系系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定定性結(jié)結(jié)果的的精確性性測(cè)量

3、系統(tǒng)統(tǒng)的基本本要求8觀測(cè)值=真值？觀測(cè)值測(cè)量誤差差真值觀測(cè)值測(cè)量誤差差真值數(shù)據(jù)的真真實(shí)性9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)？10反映被測(cè)測(cè)實(shí)體/系統(tǒng)微小小變化的的能力。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？測(cè)量結(jié)果果的精確確性11分辨力（Discrimination)概念：指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。分辨力的的要求：1、最小測(cè)測(cè)量單位位/容差10%（用于計(jì)計(jì)量型合合格判定定）2、最小測(cè)測(cè)量單位位/過(guò)程變差差10%（用于計(jì)計(jì)量型過(guò)過(guò)程控制

4、制）影響分辨辨力的因因素：1、傳感器器的靈敏敏度2、讀出裝裝置的最最小顯示示單位12控制制只有下列列條件下下才可用用于控制制：1、與規(guī)范范相比過(guò)過(guò)程變差差較小2、預(yù)期過(guò)過(guò)程變差差上的損損失函數(shù)數(shù)很平緩緩3、過(guò)程變變差的主主要原因因?qū)е戮灯埔品治鑫?、對(duì)過(guò)程程參數(shù)及及指數(shù)估估計(jì)不可可接受。2、只能表表明過(guò)程程是否正正在產(chǎn)生生合格零零件1、依據(jù)過(guò)過(guò)程分布布可用半半計(jì)量控控制技術(shù)術(shù)2、可產(chǎn)生生不敏感感的計(jì)量量控制圖圖1、一般來(lái)來(lái)講對(duì)過(guò)過(guò)程參數(shù)數(shù)及指數(shù)數(shù)的估計(jì)計(jì)不可接接受2、只提供供粗劣的的估計(jì)1個(gè)數(shù)據(jù)分級(jí)1個(gè)數(shù)據(jù)分級(jí)1、可用于于計(jì)量控控制圖1、建議使使用5個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)分級(jí)不重疊的的過(guò)程分分布

5、的數(shù)數(shù)據(jù)分級(jí)級(jí)對(duì)控制制與分析析活動(dòng)的的影響分辨力13討論論試舉一種種實(shí)際使使用的測(cè)測(cè)量?jī)x器器，分析析其分辨辨力14準(zhǔn)確度（Accuracy)表示測(cè)量量結(jié)果（單值或或平均值值）與真真值的接接近程度度。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=基準(zhǔn)值多次測(cè)測(cè)量平均均值15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(lái)表表示，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差越越大，精精密度越越低。16ReferenceValue=.010.015xxx.014xxxxxxx.013xxxxxx.012xx

6、.011.014x.013xx.012xxx.011xxx.010 xxxxx.009xxxx.008xx.007x.011xxx.010 xxxxxxx.009xxxxxx.008xx準(zhǔn)確度與與精密度度17觀測(cè)值=真值？總變差測(cè)量誤差差過(guò)程變差差觀測(cè)值測(cè)量誤差差真值數(shù)據(jù)的真真實(shí)性18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(guò)程中中發(fā)生的的變化控制圖失失真，不不能提供供正確信信息測(cè)量誤差差可能導(dǎo)導(dǎo)致19隨機(jī)誤差差-突然發(fā)生生、不可可預(yù)測(cè)、可通過(guò)過(guò)重復(fù)測(cè)測(cè)量避免免；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)特性性隨機(jī)誤差差和系統(tǒng)統(tǒng)誤差20系統(tǒng)

7、誤差差：不可能能通過(guò)重重復(fù)測(cè)量量避免：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)在偏偏差隨機(jī)誤差差和系統(tǒng)統(tǒng)誤差21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。觀測(cè)的平均值基準(zhǔn)值偏倚222）重復(fù)性性（Repeatability)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)同一零零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

8、。測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的類型RepeatabilityTrue Average同一測(cè)量人員同一量具同一零件的同一特性233）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)同同一零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。測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的類型RepeatabilityTrue Average不同的測(cè)量人員不同/相同一量具同一零件的同一特性O(shè)perator BOperator COperator A244）穩(wěn)定性性Stability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

9、總總變差。穩(wěn)定性時(shí)間2時(shí)間1測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的類型255）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）線性度度% Linearity在預(yù)期工工作范圍圍內(nèi)線性性誤差的的變化率率。測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的類型偏倚較小基準(zhǔn)值觀測(cè)的平平均值基準(zhǔn)值觀測(cè)的平平均值范圍的較較低部分分范圍的較較高部分分有偏倚基準(zhǔn)值觀測(cè)的平均值無(wú)偏倚偏倚較小26重復(fù)性與與再現(xiàn)性性GR&RGage Repeatability&Reproducibility-對(duì)測(cè)量系系統(tǒng)隨機(jī)機(jī)誤差的的綜合評(píng)評(píng)定，目目前已成成為測(cè)量量系統(tǒng)分分析的主主要指標(biāo)標(biāo)。27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

10、性、GR&R測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的類型28計(jì)量型測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)誤差的的估計(jì)29選定基準(zhǔn)準(zhǔn)值重復(fù)測(cè)量量并記錄錄觀測(cè)平均均值偏倚量=偏倚百分分比：偏偏倚量/過(guò)程變差差100%確定偏倚倚Bias30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31測(cè)量前儀儀器/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)量位置置不正確確常見的疏疏忽與失失誤32(1)小樣法ShortMethod(2)大樣法Long Method(3)圖法法GraphicalAnalysisGR&R的研究方方法33GR

11、&R研究中的的主要因因素因 素在同一實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量條件相 同不 同時(shí) 間同一時(shí)間測(cè)量在不同時(shí)間測(cè)量校 準(zhǔn)各次測(cè)量之間未再校準(zhǔn)各次測(cè)量之間重新校準(zhǔn)測(cè)量人員同一測(cè)量人不同測(cè)量人員設(shè) 備同一設(shè)備、同次校準(zhǔn)不同設(shè)備應(yīng)根據(jù)測(cè)量量系統(tǒng)不不同的實(shí)實(shí)際使用用情況，確定GR&R研究相應(yīng)應(yīng)的測(cè)量量條件。34GR&R研究的準(zhǔn)準(zhǔn)備確定（方方法、人人員、被被測(cè)零件件數(shù)、重重復(fù)測(cè)量量次數(shù)）。被測(cè)零件件應(yīng)為生生產(chǎn)線上上的產(chǎn)品品，變差差范圍能能代表允允差范圍圍，最好好由不同同日期的的產(chǎn)品中中每天選選一件，并予以以編號(hào)標(biāo)標(biāo)識(shí)。由日常從從事該測(cè)測(cè)量活動(dòng)動(dòng)的人員員進(jìn)行并并事先進(jìn)進(jìn)行培訓(xùn)訓(xùn)。35測(cè)量注意意事項(xiàng)盲測(cè)隨機(jī)抽取取估讀最小刻

12、度度的1/2記錄防止混淆淆36小樣法實(shí)實(shí)例零件號(hào)人員A人員B極差R14222341367145725981總極差737計(jì)算平均均極差:=1.4量具綜合誤差（GRR）=注：d2查表-*容差百分分率（設(shè)設(shè)容差為為20）%GR&R=GR&R/容差=6.1/20100=30.5%小樣法實(shí)實(shí)例38大樣法至少2名測(cè)量人人員至少10個(gè)零件每人對(duì)每每個(gè)零件件至少重重復(fù)測(cè)2遍39步驟：10個(gè)零件逐逐一編號(hào)號(hào)量具校準(zhǔn)準(zhǔn)人員A對(duì)零件進(jìn)進(jìn)行測(cè)量量（隨機(jī)機(jī)順序），記錄錄員記錄錄讀數(shù)人員B、C對(duì)零件進(jìn)進(jìn)行測(cè)量量（隨機(jī)機(jī)順序），記錄錄員記錄錄讀數(shù)。上述循環(huán)環(huán)重復(fù)3遍，測(cè)量量順序打打亂。大樣法40確定重復(fù)復(fù)性Repeatab

13、ility選取樣件件（n)和評(píng)價(jià)人人（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,m41子組極差差：平均極差差：標(biāo)準(zhǔn)差：重復(fù)性變變差：（概率率99%）重復(fù)性計(jì)計(jì)算42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,m43再現(xiàn)性計(jì)計(jì)算i=1,r再現(xiàn)性變變差：（概率99%）校正后的的再現(xiàn)性性：44評(píng)價(jià)人標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差：測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)偏差：測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)（重復(fù)復(fù)性與再再現(xiàn)性）變差：GR&R=5.15m(概率99%）GR&R45容差百分分率過(guò)過(guò)程變差差百分率率%GR&R判斷

14、測(cè)量量系統(tǒng)可可否接受受的量度度在MINITAB統(tǒng)計(jì)工具具軟件處處理結(jié)果果中以（%SV）表示。46測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)可接受受條件容差百分分率10%過(guò)程變差差百分率率10%47容差百分分率30%或過(guò)程變差差百分率率30%測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)拒絕條條件48需考慮:被測(cè)特性性的重要要程度測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的復(fù)雜雜程度成本因素素10%30%容差百分率 或過(guò)程變差百分率測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)有條件件接受49小樣法:簡(jiǎn)單、快快捷、綜綜合反映映測(cè)量系系統(tǒng)重復(fù)復(fù)性與再再現(xiàn)性（GR&R）誤差大樣法：數(shù)據(jù)量大大、更具具可信性性、可區(qū)區(qū)分重復(fù)復(fù)性與再再現(xiàn)性誤誤差（GR&R）的比重重，有助助于尋找找原因，制訂改改進(jìn)措施施。兩種方法法比較50當(dāng)重復(fù)性性誤差比

15、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(guò)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(guò)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經(jīng)驗(yàn)分析析51（1）小樣法法ShortMethod（2）重復(fù)性性與再現(xiàn)現(xiàn)性GR&R計(jì)數(shù)型測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)分析52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53設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)：30個(gè)零件事事先經(jīng)權(quán)權(quán)威判斷斷作出結(jié)結(jié)論選擇3個(gè)檢驗(yàn)員員，每人人對(duì)每個(gè)個(gè)零件檢檢查2次（順序序打亂）并給

16、出出接收/據(jù)收判斷斷結(jié)果計(jì)算：3人判斷結(jié)結(jié)果的一一致率（R&R）3人判斷結(jié)結(jié)果一致致且正確確率（總總體有效效性）計(jì)數(shù)型測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)R&R研究實(shí)例例54產(chǎn)品：緩緩沖器質(zhì)量特性性：噴漆漆表面質(zhì)質(zhì)量檢驗(yàn)員：檢驗(yàn)員兩次測(cè)量結(jié)果一致率檢驗(yàn)員兩次測(cè)量結(jié)果一致且為正確率檢驗(yàn)員1檢驗(yàn)員2檢驗(yàn)員3檢驗(yàn)員1檢驗(yàn)員2檢驗(yàn)員3檢驗(yàn)次數(shù)303030303030匹配數(shù)202920152817拒收錯(cuò)誤（應(yīng)接收判拒收）402接收錯(cuò)誤（應(yīng)拒收判接收）111測(cè)量結(jié)果不一致數(shù)1011095%得置信上限83.5%100.0%83.5%67.9%100.0%74.4%結(jié)果一致率66.7%96.7%66.7%50.0%93.3%56.7%95%得置信下限49.8%90.3%49.8%32.1%84.4%38.9%三個(gè)檢驗(yàn)員對(duì)零件的六次測(cè)量結(jié)果一致率三個(gè)檢驗(yàn)員對(duì)零件的六次測(cè)量結(jié)果一致且為正確率檢驗(yàn)次數(shù)3030結(jié)果一致次數(shù)121195%得置信上限57.5%53.9%結(jié)果一致率40.0%36.7%95%得置信下限22.5%19.4%計(jì)數(shù)型測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)R&R研究實(shí)例例55應(yīng)用用產(chǎn)品質(zhì)量量改進(jìn)時(shí)時(shí)，可以以進(jìn)行MSA分析；對(duì)測(cè)量系系統(tǒng)有所所懷疑時(shí)時(shí)，可以以進(jìn)行MSA分析；對(duì)檢驗(yàn)人人員進(jìn)行行評(píng)價(jià)時(shí)時(shí)，可以以進(jìn)行MSA分析；56小結(jié)結(jié)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)的基本本要素；計(jì)量型測(cè)測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)分析中中