1、1,测量系统分析 MSA(第三版） 培 训 教 材,2,MSA课程目的,使参加培训的人员-理解MSA在控制和改进过程中的重要性-具备开展测量系统分析所需要的实用知识-建立测量系统不确定度的量化方法、可测量指标 和接受准则，从而作出专业的、客观的评价,3,课程目录,第一章：MSA与ISO/TS16949关系 第二章：测量系统简介 第三章：测量系统统计特征 第四章：分辨率 第五章：偏倚、线性和稳定性 第六章：量具重复性与再现性 第七章：属性类测量系统 第八章：方差分析 第九章：MSA总结,4,课程结构图,5,第一章 MSA与ISO/TS16949关系,6,要求条文 要素7.6.1 为分析当前的各种
2、测量和试验设备系统测量结果的变差，应进行适当的统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。 所有的分析 方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致。（如：偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性研究。）如经顾客批准，也可采用其它分析方法及接受准则。,7,实施要点说明 对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析。 测量分析方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致。 经顾客批准，可以采用其它方法及接受准则。 强调要有证据证明上述要求已达到。 PPAP手册中规定：对新的或改进的量具、测量和试验设备应参考MSA手册进行变差研究。 APQP手册，MSA为“产品/过程确认”阶段的输出之一。 SPC手册
3、指出MSA是控制图必需的准备工作。,8,实施要点说明 标识、监视与测量设备及其校准状态 确定量具准确度和精确度 当量具被发现处于非校准状态时，应对其以前的测量结果作确认。 确保所有的量具的搬运、保护、清洁、维护和存放 校准记录应包括个人量具 应用MSA手册中规定的方法,9,优胜者方法,最大限度的减少量具种类 最大限度的减少量具的数量 根据产品族添置量具 只采用符合MSA要求的量具 不允许个人量具 用6过程分布计算结果，而不是规范或公差,10,第二章 测量系统简介,11,测量过程 数据,测量系统 用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件及操作人员的集合。,12,测量系统范例,例如要测量一
4、个柱孔的内经，那其测量系统应包括：-测量项目-人员-测量仪器-仪器的使用方法-进行测量的环境条件作为测量活动的结果，产生一个数值以表示内经。,13,数据的类型计量型数据 Variable data计数型数据 Attribute data,14,如何评定数据质量 - 测量结果与“真”值的差越小越好。 - 数据质量是用多次测量的统计结果进行评定。 计量型数据的质量 - 均值与真值（基准值）之差。 - 方差大小。 计数型数据的质量 - 对产品特性产生错误分级的概率。,15,数据分析和使用,16,公司标准,企业的校准 实验室,检测设备 制造厂,17,追溯性：通过应用连接标准等级体系的适当标准程序，使单
5、个测量结果与国家标准或国家接受的测量系统相联系。,18,什么是测量系统分析,测量系统分析（MSA）-MSA用于分析测量系统对测量制的影响-强调仪器和人的影响 我们对测量系统作试验，以确定系统的统计特性值与可接受的标准作比较,19,第一阶段（使用前）- 确定统计特性是否满足需要？- 确认环境因素是否有影响？第二阶段（使用过程）- 确定是否持续地具备恰当的统计特性？,20,是否有足够的分辨力？是否具备时间意义的统计稳定？统计特性是否在期望的范围内具备一致性， 用于过程控制和分析是否可接受？所有的变差总和是否在一个可接受的量测不确定度的水平？,21,MSA总目标,测量不确定度一个特性的估计真值所处的
6、范围，这类数据可表达为一系列测量值的统计分布、标准差、概率、百分比及实测值与真值的差，在控制图或曲线图表上的点等。,22,优胜者方法,23,盲测法在实际测量环境下，在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件下，获得测量结果。向传统观念挑战长期存在的把测量误差只作为公差范围百分率来报告的传统，是不能面临未来持续改进的市场挑战。,24,测量系统的变差 测量过程的构成因子及其相互作用，产生测量结果的变差,人员,量具,材料,环境,方法,测量值 变差,25,环境如何影响测量结果,温度变化引起热胀冷缩，使同一零件的同一特性产生不同的读数 光线不足防碍正确的读数 刺样的光导致读数不正确 受时间影响的材料
7、-如铝、塑料及玻璃 湿度影响 污染-如电磁、灰尘等,26,测量仪器如何影响测量结果,测量仪器精度必须小于规范值 测量仪器的种类，如尺、游标卡尺 测量仪器的准确度和精确度 偏倚和线性 重复性和再现性 稳定性,27,材料、人员如何影响测量结果,材料 人员,28,练习一： 定义测量系统,29,测量值并不总是精确的,30,MSA的应用,31,从哪里开始？,32,第三章 测量系统统计特征,33,理想的测量系统,每次都能获得正确的测量值，每个测量值都与真值一致 有以下统计特性：-零变差-零偏倚-零概率错误分类,34,操作者B,操作者C,操作者A,再现性,基准值,无偏倚,有偏倚,观测的平均值,35,测量系统
8、数据,36,变差数学表达,37,38,统计稳定性,39,测量系统应具备的特性 1、处于统计控制状态，即只存在变差的普通原因。 2、测量系统的变异性（Variability）小于过程变异性。 3、测量系统的变异性小于技术规范界限。 4、测量增量（increments）小于过程变异性和技术规范宽度的1/10。 5、当被测项目变化时，测量系统统计特性的最大变差小于过程变差和规范宽度较小者。,40,第四章 分辨率,41,分辨率,42,分辨率,43,44,（分辨率不足对控制图的影响）,45,46,47,建议的可视分辨率610- 过程的标准差(不是公差宽度的1/10),48,第五章 偏倚、线性和稳定性,4
9、9,准确度与精确度,50,准确度与精确度,51,偏倚,52,基准值,53,基准件,54,测量标准,55,使用国家测量标准的好处,56,应用局限性,57,选择,58,测量不确定度,59,测量不确定度,60,测量不确定度与校准,61,测量不确定度与校准,62,偏移范例,63,偏移计算指南,64,偏移分析的意义,65,实例 已知：基准值0.8mm零件过程变差=0.7mm 一位评价人对样件测量10次结果(以mm为单位):0.75 0.75 0.80 0.80 0.650.80 0.75 0.75 0.75 0.70X 7.5X= = =0.75mm10 10 偏倚=0.75-0.8=-0.05mm 偏
10、倚靠占过程变差百分比=0.05/0.70=7.1%,66,偏倚相对较大的可能原因- 基准的误差- 元器件磨损- 仪器尺寸错误- 测量错误的特性- 仪器未经正确校准- 不正确使用仪器,67,练习二 偏移,68,线性,69,量具的线性,70,量具线性的分析,71,量具线性的分析,72,实例:(1)测量数据,试 验 次 数,1 2.70 5.10 5.80 7.60 9.102 2.50 3.90 5.70 7.70 9.30 3 2.40 4.20 5.90 7.80 9.504 2.50 5.00 5.90 7.70 9.305 2.70 3.80 6.00 7.80 9.406 2.30 3.
11、90 6.10 7.80 9.507 2.50 3.90 6.00 7.80 9.508 2.50 3.90 6.10 7.70 9.50 9 2.40 3.90 6.40 7.80 9.60 10 2.40 4.00 6.30 7.50 9.20 11 2.60 4.10 6.00 7.60 9.3012 2.40 3.80 6.10 7.70 9.40 零件平均值 2.49 4.13 6.03 7.71 9.38 基准值 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 偏倚 +0.49 +0.13 +0.03 -0.29 -0.62 极差 0.4 1.3 0.7 0.3 0.5,73,
12、(2)线性回归公式: Y = b+aXX 基准值 Y 偏倚 a 斜率拟合结果:Y = 0.7367 0.1317X线性 = a过程变差 = 0.13176.00 = 0.79%线性 = a100% = 13.17%拟合优度 = 0.98,74,线性图析,75,练习三 线性,76,线性分析,77,非线性的原因,78,稳定性,79,稳定性范例,80,两种稳定性- 一般概念：随着时间变化系统偏倚的总变差。- 统计稳定性概念：测量系统只存在普通原因变差，而没有特殊原因变差。利用控制图评价测量系统稳定性（稳定性分析实例）- 保持基准件或标准样件- 极差图（标准差图）出现失控时，说明存在不稳定的重复性。-
13、 均值图出现失控时，说明偏倚不稳定。,81,稳定性,82,量具稳定性,83,对量具稳定性的影响,84,稳定性不好的原因,85,量具稳定性分析,86,量具稳定性分析,87,稳定性图析,88,89,第六章 量具重复性与再现性,90,量具R&R,91,重复性,92,重复性范例,93,再现性,94,再现性范例,95,量具R&R分析,96,量具R&R分析,97,量具R&R分析,98,(1)测量数据,99,(2)重复性分析,绘极差图计算控制限UCLR = RD4 = 2.52.575 = 6.4mmUCLR = RD3 = 0.00mm分析控制图计算重复性（量具变差）R 2.5EV = 5.15e = 5
14、.15 = 5.15 = 7.5mmd2* 1.72,100,控 制 常 数 图,101,（d2*值 g15的）,1.41 1.91 2.24 2.48 2.67 2.83 2.96 3.08 3.18 3.27 3.35 3.42 3.49 3.551.28 1.81 2.15 2.40 2.60 2.77 2.91 3.02 3.13 3.22 3.30 3.38 3.45 3.511.23 1.77 2.12 2.38 2.58 2.75 2.89 3.01 3.11 3.21 3.29 3.37 3.43 3.501.21 1.75 2.11 2.37 2.57 2.74 2.88 3
15、.00 3.10 3.20 3.28 3.36 3.43 3.491.19 1.74 2.10 2.36 2.56 2.73 2.87 2.99 3.10 3.19 3.28 3.35 3.42 3.491.18 1.73 2.09 2.35 2.56 2.73 2.87 2.99 3.10 3.19 3.27 3.35 3.42 3.491.17 1.73 2.09 2.35 2.55 2.72 2.87 2.99 3.10 3.19 3.27 3.35 3.42 3.48 8 1.17 1.72 2.08 2.35 2.55 2.72 2.87 2.98 3.09 3.19 3.27 3.
16、35 3.42 3.481.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.35 3.42 3.481.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.42 3.481.16 1.71 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 3.481.15 1.71 2.07 2.34 2.55 2.72 2.85 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 3.481.15 1.71 2.
17、07 2.34 2.55 2.71 2.85 2.98 3.09 3.18 3.27 3.34 3.41 3.481.15 1.71 2.07 2.34 2.54 2.71 2.85 2.98 3.08 3.18 3.27 3.34 3.41 3.481.15 1.71 2.07 2.34 2.54 2.71 2.85 2.98 3.08 3.18 3.26 3.34 3.41 3.481.128 2.059 2.534 2.847 3.078 3.258 3.4071.639 2.326 2.704 2.907 3.173 3.336 3.472,g,15,102,103,104,（3）再现
18、性分析 评价人均值极差R0=X2 - X1=216.9-216.3=0.6 计算再现性R0 e 2AV=5.15 ( ) 2 _ d2* nr0.6 1.452= 5.15 ( )2 -1.41 53=1.0mm,105,(4)零件间变差分析计算均值控制限UCLX = X+A2R =216.6+1.0232.5=219.2mmUCLX = X-A2R = 216.6-1.0232.5=214.1mm,(4)零件间变差分析计算均值控制限UCLX = X+A2R =216.6+1.0232.5=219.2mmUCLX = X-A2R = 216.6-1.0232.5=214.1mm分析控制图(一半
19、以上点应在控制限外)计算零件间变差RP 6.2PV = 5.15 = 5.15 =12.8mmd2* 2.48,106,(5) 计算双性R&RR&R= (EV)2+(AV)2 = 7.52+1.02 = 7.6 mm计算过程总变差TV= (PV)2 +(R&R)2 = 12.82+7.62 = 14.9mm,107,108,练习四： 量具R&R应用,109,量具R&R,110,极差图范例,111,极差图解析,112,均值图范例,113,均值图解析,114,测量 是否可 重复,测量 是否随机 赋值,供试验 零件是否 超过300,是否 计量型,适用的 分析时间,是否 计量型,见其它参考手册,计数型
20、量具研究 (Short Method) P81,极差法 P43,计数型量具研究 (Long Method) P82,图示分析 P46,均值极差法或 方差分析法 P55 P69,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,Y,N,短,长,115,116,计量型-均值极差法示例,117,UCLR,R,1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5A B C,分析:- 是否显示与评价人或零件要关的图形?- 是否有超出控制限的点?,极 差 图,118,误差=观测值-零件平均值(或基准值)分析: 评价人B 10号零件,119,分析:- 评价人之间的一致性- 测量系统的适用性,120,121,最一化单值=
21、单个数据-总平均值分析:- 再现性- 异常读数- 零件与评价人的交互作用,122,分析:- 评价人一致性- 异常读数- 零件与评价人的交互作用,123,分析:- 线性- 评价人线性一致性,124,误差=观测值-零件平均值（或基准值）分析：评价人B 10号零件,125,分析:- 评价人一致性- 异常读数- 零件与评价人的交互作用,126,量 具 重 复 性 和 再 现 性 报 告,127,评定原则,128,分析:- 重复性比再现性大1)仪器需要维护。2)量具刚度不足。3)夹紧和检测点需改进。4)零件内变差(失圆锥度等)过大。- 再现性比重复性大1)评价人培训不足。2)刻度不清晰。3)需要某种辅助
22、器具。,129,重 复 性 极 差 控 制 图-示 例,130,零 件 评 价 人 均 值 图-示 例,131,第七章 属性类测量系统,132,方法：2个评价人，20个零件，每人试验2次。评定：每个零件4次结果一致则接受。,133,属性测量,134,属性量具分析,135,评价原则,136,分析示例,137,第八章 方差分析,138,ANOVA （Analysis Or Variance）,优点- 更精确估计方差。- 适用于任何试验调试。- 从数据中分离出更多的信息。缺点- 计算量大，需要计算机。,139,数学模型观测值=（零件均值+量具偏倚）+零件效应+评价人效应+评价人与零件间效应+重复检验
23、误差,140,何时使用？,141,用公式表达：yijm = （ + b）+ i + j + ij + eijm yijm - 第i个零件，第j个评价人，第m次观测值。 - 零件均值 b - 量具偏倚 i - 第i个零件效应，均值为0，方差为2 j - 第j个评价人效应，均值为0，方差为2 ij - 第i个零件与第j个评价人效应，均值为0，方差为2 eijm- 第i个零件、第j个评价人、第m次测量的误差，均值为0，方差为2i = 1，2，n j = 1，2，k m = 1，2，r,142,n Xi2 X2 n k r x2 SSp = TSS = Xijm2 i=1 kr nkr i=1j=1m
24、=1 nkrn Xi2 X2 SSo = - SSe = TSSSSo+SSp+SSopi=1 kr nkrn k Xij2 n Xi2 K Xj2. X2 SSop = + i=1,n j=i,k m = 1,ri=1j=1 r i=1 kr j=1 nr nkr,ANOVA,变差源 DF SS MS EMS F 评价人 k-1 SSo SSo/(k-1) = MSo 2 + r2 + nr2 零件 n-1 SSp SSp/(n-1) = MSp 2 + r2 + kr2 评价人零件 (n-1)(k-1) SSop SSop/(n-1)(k-1) = MSop 2 + r2 量具（误差） n
25、k(r-1) SSe SSe/nk(r-1) = MSe 2 总变差 nkr-1 TSS 评价人N（o,2)零件N（o,2)评价人零件N（o,2)量具（误差）N（o, 2 ),MSopMSe,DF 自由度 SS 平方和 MS 平方和自由度 EMS 期望均方差 F 计算零件与评价人相互作用统计量,143,变差源 DF SS MS F EMS,评价人 2 0.04800 0.02400 2 + 22 + 202 零件 9 2.05871 0.22875 2 + 22 + 62 评价人零件 18 0.10367 0.00575 4.45* 2 + 22 量具（误差） 30 0.03875 0.001
26、29 2,总变差 59 2.2491,显著水平=0.25,方差 标准 标准偏差的 5.15() 研究 贡献率 估计 偏差() 90%置信限 变差% %,2=0.00129 (重复性) 0.0359 (0.030,0.046) EV=0.19 17.6 3.1 2=0.00091 (操作人) 0.0302 (0.007,0.152) AV=0.16 14.8 2.2 2=0.00223 (交互作用) 0.0472 (0.029,0.074) INT=0.24 23.2 5.4 R&R=0.00443 (X2 + 2 + 2) 0.0666 (0.060,0.0163) R&R=0.34 32.7 10.7 2=0.0371641 零件 0.1928 (0.121,0.334) PV=-0.99 94.5 89.3,研究(或总)变差,TV= (PV)2 +(R&R)2 = 0.992+0.342 =1.055.15(分量) (研究)变差%= 100%5.15(研究变差)5.15(分量) (研究)变差%= 2100%5.15(研究变差),144,MSA总结,145,146,147,
