MSA培训知识
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1.测量系统定义
用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量 系统。测量系统是与测量结果有关的仪器、设备、软件、测 量程序、测量人员、被测物品和环境的集合。
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ห้องสมุดไป่ตู้
2.分辨率
是指测量装置能够测量到最小可检出的单位。 ※测量刻度应为产品规格或过程波动的十分之一。
差的分辨率
1
2
3
4
5
好的分辨率
❖ 如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏 的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或 过程特性。
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3.什么情况下做MSA
新生产的产品存在较大的产品变差（PV）; 引进新仪器时（EV）; 测量操作更换新的人员时（AV）; 易损耗之仪器必须注意其分析频率 ;
1
2
3
4
5
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测量仪器分辨率
（测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%）
测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。 看看下面的部件A和部件B，它们的长度非常相似。测量分辨率描述了 测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。
部件A 部件B
A=2.0 B=2.0
部件A 部件B
b) 指定1位操作人员在不知情的状况下使用校验合格的量具，共 测了5周（25个子组）以上个零件进行测量, 并重复3次，将操 作员所读数据进行记录, 研究其设备的稳定性。
c) 试验完后, 测试人员将量具测出数据计算均值、极差和控制限， 并作成均值极差控制图。
d) 计算结果均值、极差及控制限等。
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测量数据无法利用。如：具有较大变差的测量系统可能不适合用 于分析制造过程，因为测量系统的变差可能掩盖制造过程的变差。
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6.MSA的统计属性
❖ 理想的测量系统应该是每次都能测出真实值。 ❖ 测量系统的质量通常仅仅取决于经过一段时间后产生
数据的统计特性：
▼ Bias 偏倚 ▼ Repeatability 重复性 ▼ Reproducibility 再现性 ▼ Linearity 线性 ▼ Stability 稳定性
d) 计算数值：
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❖ 计算N个读值的平均值:
❖ 计算重复性标准差:
公式中
可从附表中查到,取g=1,且m=n.
❖ 确定偏倚中的t统计值:
偏倚B=观测到的平均测量值-参考值
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❖ 结果分析
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8.MSA变差的因果分析
测量仪器
设备不稳定性 配件磨损 电力不稳定性
方法
测量位置 测量次数
测量条件 标准次序
标准材料 量产材料
感觉,气氛
良品材料
不良材料
熟练度
保管/管理 Environme
材料
测量者
湿度 清洁度 震动 电压变化 气温变化 灰尘/噪音
环境
测量系统变差
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二、MSA相关术语
方法 2 因为平均值与“真实”硬度相同。 ❖ 哪一个方法更精密 ?
方法 1 因为变差很小。
❖ 应首先的方法是 ? 其理由是?
方法 1 : 比起变差，解决平均的变化更为容易。
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2.测量系统研究准备
1）计划要使用的方法； 2）确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数； 3）从日常操作该仪器的人中挑选评价人； 4）样品必须从过程中选取并代表整个工作范围； 5）仪器的分辨力应允许至少读取特性的预期过程变差
方法；
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测量系统分析(试生产)阶段
阶段一：理解测量过程，确定它是否满足要求？
▪ 第一阶段是验证测量系统是否满足其设计规范要求。发现 环境因素是否对系统有显著影响。
▪ 第一阶段验证的内容主要是偏倚、线性、稳定性、重复性 和再现性等试验分析。
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测量系统分析(批量生产)阶段
阶段二：随着时间推移，测量系统是否能持续满足要求？
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1.计量型MSA(稳定性－均值极差法）
1）稳定性－均值极差法
❖ 确定某一测量仪器的稳定性是否为可接受。 ❖ 同一评价人对同一样品进行多次测量的情况。通过对
测量数据进行统计，得出分析结论。
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2）分析步骤
a) 取得包含1个零件的样本，选取了生产过程输出范围中接近中 间值的一个零件。（不能给评价人看到）
重复性
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8.再现性
❖ 由不同的人使用同一量具，对同一被测特性进行多次重复测量 所得结果之间的偏差，即为测量系统的再现性。
好的再现性
真实值
差的再现性
作业者 1
作业者 2
作业者 3
作业者 1
作业者 2
作业者 3
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测量数据五种类型
再现性
授权的量具操作者（又称评价人），评价人之
间差异构成再现性，只有当测量高度自动化，
A=2.25 B=2.00
因为上面刻度的分辨率比两个部件之间 的差异要大，两个部件将出现相同的测 量结果。
第二个刻度的分辨率比两个部件之间的 差异要小，部件将产生不同的测量结果。
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测量系统的有效分辨率（ discrimination） 要求不低于过程变差或允许偏差（ tolerance）的十分之一 零件之间的差异必须大于最小测量刻度 不同数据分级(ndc)的计算为
人
操作仅需按一下开关，这项变差为零。
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。
操作者C
操作者A
操作者B
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例题
❖ 现有硬度为5.0（真实值）的材料. ❖ 方法1得到的测量值是 :
3.8, 4.4, 4.2, 4.0 ❖ 方法2得到的测量值是 :
6.5, 4.0, 3.2, 6.3 ❖ 哪一个方法更正确 ?
零件的标准偏差/ 总的量具偏差* 1.41. 一般要求它大于5才可接受
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3.真实值
某一物品理论上的真实值或参考值。
4.偏倚（Bias)
测量值平均和真实值的差异。
仪器 1 偏倚
真实值
仪器 2 偏倚
仪器 1
平均值
仪器 2
平均值
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测量数据五种类型
偏倚
被测量的产品的特性值、过程参数等。它们 的变化会影响偏倚。这个变差是我们最关注 的，测量系统对它们越敏感越好。
的十分之一； 6）确保测量方法（即评价人和仪器）在按照规定的测
量步骤测量特征尺寸；
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3.测量系统研究注意事项
1）测量必须按照随机顺序进行； 2）不应让评价人知道正在检查零件的编号； 3）测量读数应估计到可得到的最接近的数字； 4）研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行； 5）每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量
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7.过程波动的主要来源
观察到的PROCESS波动
实际PROCESS波动
测量波动
长期 PROCESS波动
短期 PROCESS波动
样品的 波动
重复性
测量仪器波动
作业者波动 (再现性)
校正
稳定性
线性
要想解决实际PROCESS的波动，应把握测量系统的波动， 并把它与PROCESS波动分离.
要观察测量误差的主要原因, “重复性(repeatability)” 和“再现性 (reproducibility)”.
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2020/11/2
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一、MSA简介
1.什么是MSA
M: 指Measurement 测量
S: 指System
系统
A: 指 Analysis
分析
MSA也就是对量测系统进行分析的方法!
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2.MSA 的重要性
人 机 法 环 測量
好
測量 原料
PROCESS
測量
结果
不好
X6=0.8mm X7=0.75mm X8=0.75mm X9=0.75mm X10=0.7mm
如果参考标准是 0.80mm. 过程变差为0.70mm
Xi
X=
=
10 0.75
Bias = 0.75-0.8= -0.05 % Bias=100[0.05/0.70]=7.1%
表明 7.1% 的过程变差是偏倚 BIAS
料
基准值
BIAS — 测量结果的平均值与基准值的差异.
基准值（reference-value）是一个预先认定的参考标准 . 该标准可用更高一级测量系统测量的平均值来确定(例 如：高一级计量室)
偏倚
观测的平均值
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偏倚BIAS 实例
同一操作者对同一工件测 量10次
X1=0.75mm X2=0.75mm X3=0.8mm X4=0.8mm X5=0.65mm
§ 第二阶段是对变差的主要原因提供持续的监控，从而说明测 量系统是持续可信的，或随着时间的推移，测量系统是否出 现变坏的信号。
§ 主要确定“量具的R&R”。通常做为校准、维修计量工作的一 部分。
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3.测量系统研究注意事项
1）测量必须按照随机顺序进行； 2）不应让评价人知道正在检查零件的编号； 3）测量读数应估计到可得到的最接近的数字； 4）研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行； 5）每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量
方法；
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测量系统分析方法分类
v 计量型MSA
1) 稳定性-均值极差法; 2) 偏倚-独立样本法; 3) 偏倚-均值极差法; 4) 线性-一元线性回归法; 5) GRR-均值极差法; 6) GRR-Crossed ANOVA; 7) GRR-Nested ANOVA;
v 计数型MSA
1) 解析法; 2) 交叉表法; 3) 信号探测法;
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4.测量值的组成要素
＋
真实值 (实际产品变差)
=
测量误差 (测量变差 )
测量值 (观察的变差)
通过测量用数字体现的数据，并不是总能代表事实。 因此，有必要对数据的信赖性进行确认。
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低质量数据的原因和影响 低质量数据的普遍原因之一是变差太大 一组数据中的变差多是由于测量系统及其环境的相互作用造成的。 如果相互作用产生的变差过大，那么数据的质量会太低，从而造成
测量数据五种类型
测量系统在某持续时间内测量同一样 本或产品的单一特性时获得的测量值 总变差。
稳定性
稳定性
时间2 时间1
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7.重复性
❖ 由一个人使用同一量具，对同一被测特性进行多次重复测量 所得结果之间的偏差，即为测量系统的重复性。
好的重复性
真实值
差的重复性
平均
平均
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测量数据五种类型
参考值=XT(注:如不能取得标准值,则选择一件落在生产测量范围中间的生产件 作为基准件,将其用更精密的仪器测量该零件N≥10次,取平均值作为参考值)
b) 让一名评价人以正常方式测量样件N≥10次,并记录结果。
c) 画直方图：
画出数据相对于参考值的直方图,根据专业知识判断是否存在特殊原因或出现异 常.如果不存在,继续分析,当n<30时,对任何的解释或分析,要特别注意。
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计算偏倚举例
某标准件，已知值为25.4mm，某机械检查工用精度为 0.025mm的游标卡尺测量10次，测量结果如下：
25.425 25.425 25.400 25.400 25.375 25.400 25.425 25.400 25.425 25.375
把10个测量值相加除以10，得到平均值：25.4051mm 偏倚等于平均值减去参考值：25.4051－25.400＝0.0051mm
小偏倚
基准值
大偏倚
观测的平均值
无偏倚
观测的平均值
范围较低的部分
观测的平均值
范围较高的部分
基准值
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6.稳定性
❖是指随时间变化的偏倚值。 ❖根据时间的推移测量结果互不相同时，说明该测量系统缺乏稳定性 。
稳定性 良好
真实值 时间 1
时间 2
时间 1
真实值
稳定性 不好
时间2
时间 3
时间 3
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计算出 相应的 数值。
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2.计量型MSA(偏倚－独立样本法）
1）偏倚－独立样本法
v 前提条件:
只有当测量系统处于统计稳定状态时,进行偏倚研究才有意义。
v 什么是偏倚-独立样件法?
利用一个标准样件对量测系统进行偏倚的分析方法。
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2）分析步骤
a) 取得一个标准样件,并确定其参考值。
重复性
量具在完全相同的条件下，重复工作，每次
结果（数据）都不一样，构成重复性误差。
量具制造的越精密这个误差越小，但永远不
机
可能是零。如果有特殊原因（量具失常）发
生，误差立即变大，因此要进行控制，只允
许有普通原因存在。发现特殊原因，应采取
措施予以排除。
由一个评价人，采用一种测量仪 器，多次测量同一零件的同一特 性时获得的测量变差。
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5.线性
❖线性是指量具在其工作范围内偏倚的变化规律。 ❖在全部测量范围内，测量值和基准值的差异保持稳定，说明其
线性好。
仪器 1 : 线形性有问题.
仪器 2 : 线形性没有问题.
0 测量单位
0 测量单位
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测量数据五种类型
线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。
线性
基准值
用来获得表示产品或过程特性的数值的系统，称之为测量 系统。测量系统是与测量结果有关的仪器、设备、软件、测 量程序、测量人员、被测物品和环境的集合。
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ห้องสมุดไป่ตู้
2.分辨率
是指测量装置能够测量到最小可检出的单位。 ※测量刻度应为产品规格或过程波动的十分之一。
差的分辨率
1
2
3
4
5
好的分辨率
❖ 如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏 的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或 过程特性。
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3.什么情况下做MSA
新生产的产品存在较大的产品变差（PV）; 引进新仪器时（EV）; 测量操作更换新的人员时（AV）; 易损耗之仪器必须注意其分析频率 ;
1
2
3
4
5
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测量仪器分辨率
（测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%）
测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。 看看下面的部件A和部件B，它们的长度非常相似。测量分辨率描述了 测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。
部件A 部件B
A=2.0 B=2.0
部件A 部件B
b) 指定1位操作人员在不知情的状况下使用校验合格的量具，共 测了5周（25个子组）以上个零件进行测量, 并重复3次，将操 作员所读数据进行记录, 研究其设备的稳定性。
c) 试验完后, 测试人员将量具测出数据计算均值、极差和控制限， 并作成均值极差控制图。
d) 计算结果均值、极差及控制限等。
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测量数据无法利用。如：具有较大变差的测量系统可能不适合用 于分析制造过程，因为测量系统的变差可能掩盖制造过程的变差。
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6.MSA的统计属性
❖ 理想的测量系统应该是每次都能测出真实值。 ❖ 测量系统的质量通常仅仅取决于经过一段时间后产生
数据的统计特性：
▼ Bias 偏倚 ▼ Repeatability 重复性 ▼ Reproducibility 再现性 ▼ Linearity 线性 ▼ Stability 稳定性
d) 计算数值：
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❖ 计算N个读值的平均值:
❖ 计算重复性标准差:
公式中
可从附表中查到,取g=1,且m=n.
❖ 确定偏倚中的t统计值:
偏倚B=观测到的平均测量值-参考值
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❖ 结果分析
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8.MSA变差的因果分析
测量仪器
设备不稳定性 配件磨损 电力不稳定性
方法
测量位置 测量次数
测量条件 标准次序
标准材料 量产材料
感觉,气氛
良品材料
不良材料
熟练度
保管/管理 Environme
材料
测量者
湿度 清洁度 震动 电压变化 气温变化 灰尘/噪音
环境
测量系统变差
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二、MSA相关术语
方法 2 因为平均值与“真实”硬度相同。 ❖ 哪一个方法更精密 ?
方法 1 因为变差很小。
❖ 应首先的方法是 ? 其理由是?
方法 1 : 比起变差，解决平均的变化更为容易。
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2.测量系统研究准备
1）计划要使用的方法； 2）确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数； 3）从日常操作该仪器的人中挑选评价人； 4）样品必须从过程中选取并代表整个工作范围； 5）仪器的分辨力应允许至少读取特性的预期过程变差
方法；
MSA培训知识
测量系统分析(试生产)阶段
阶段一：理解测量过程，确定它是否满足要求？
▪ 第一阶段是验证测量系统是否满足其设计规范要求。发现 环境因素是否对系统有显著影响。
▪ 第一阶段验证的内容主要是偏倚、线性、稳定性、重复性 和再现性等试验分析。
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测量系统分析(批量生产)阶段
阶段二：随着时间推移，测量系统是否能持续满足要求？
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1.计量型MSA(稳定性－均值极差法）
1）稳定性－均值极差法
❖ 确定某一测量仪器的稳定性是否为可接受。 ❖ 同一评价人对同一样品进行多次测量的情况。通过对
测量数据进行统计，得出分析结论。
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2）分析步骤
a) 取得包含1个零件的样本，选取了生产过程输出范围中接近中 间值的一个零件。（不能给评价人看到）
重复性
MSA培训知识
8.再现性
❖ 由不同的人使用同一量具，对同一被测特性进行多次重复测量 所得结果之间的偏差，即为测量系统的再现性。
好的再现性
真实值
差的再现性
作业者 1
作业者 2
作业者 3
作业者 1
作业者 2
作业者 3
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测量数据五种类型
再现性
授权的量具操作者（又称评价人），评价人之
间差异构成再现性，只有当测量高度自动化，
A=2.25 B=2.00
因为上面刻度的分辨率比两个部件之间 的差异要大，两个部件将出现相同的测 量结果。
第二个刻度的分辨率比两个部件之间的 差异要小，部件将产生不同的测量结果。
MSA培训知识
测量系统的有效分辨率（ discrimination） 要求不低于过程变差或允许偏差（ tolerance）的十分之一 零件之间的差异必须大于最小测量刻度 不同数据分级(ndc)的计算为
人
操作仅需按一下开关，这项变差为零。
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。
操作者C
操作者A
操作者B
MSA培训知识
例题
❖ 现有硬度为5.0（真实值）的材料. ❖ 方法1得到的测量值是 :
3.8, 4.4, 4.2, 4.0 ❖ 方法2得到的测量值是 :
6.5, 4.0, 3.2, 6.3 ❖ 哪一个方法更正确 ?
零件的标准偏差/ 总的量具偏差* 1.41. 一般要求它大于5才可接受
MSA培训知识
3.真实值
某一物品理论上的真实值或参考值。
4.偏倚（Bias)
测量值平均和真实值的差异。
仪器 1 偏倚
真实值
仪器 2 偏倚
仪器 1
平均值
仪器 2
平均值
MSA培训知识
测量数据五种类型
偏倚
被测量的产品的特性值、过程参数等。它们 的变化会影响偏倚。这个变差是我们最关注 的，测量系统对它们越敏感越好。
的十分之一； 6）确保测量方法（即评价人和仪器）在按照规定的测
量步骤测量特征尺寸；
MSA培训知识
3.测量系统研究注意事项
1）测量必须按照随机顺序进行； 2）不应让评价人知道正在检查零件的编号； 3）测量读数应估计到可得到的最接近的数字； 4）研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行； 5）每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量
MSA培训知识
7.过程波动的主要来源
观察到的PROCESS波动
实际PROCESS波动
测量波动
长期 PROCESS波动
短期 PROCESS波动
样品的 波动
重复性
测量仪器波动
作业者波动 (再现性)
校正
稳定性
线性
要想解决实际PROCESS的波动，应把握测量系统的波动， 并把它与PROCESS波动分离.
要观察测量误差的主要原因, “重复性(repeatability)” 和“再现性 (reproducibility)”.
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2020/11/2
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一、MSA简介
1.什么是MSA
M: 指Measurement 测量
S: 指System
系统
A: 指 Analysis
分析
MSA也就是对量测系统进行分析的方法!
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2.MSA 的重要性
人 机 法 环 測量
好
測量 原料
PROCESS
測量
结果
不好
X6=0.8mm X7=0.75mm X8=0.75mm X9=0.75mm X10=0.7mm
如果参考标准是 0.80mm. 过程变差为0.70mm
Xi
X=
=
10 0.75
Bias = 0.75-0.8= -0.05 % Bias=100[0.05/0.70]=7.1%
表明 7.1% 的过程变差是偏倚 BIAS
料
基准值
BIAS — 测量结果的平均值与基准值的差异.
基准值（reference-value）是一个预先认定的参考标准 . 该标准可用更高一级测量系统测量的平均值来确定(例 如：高一级计量室)
偏倚
观测的平均值
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偏倚BIAS 实例
同一操作者对同一工件测 量10次
X1=0.75mm X2=0.75mm X3=0.8mm X4=0.8mm X5=0.65mm
§ 第二阶段是对变差的主要原因提供持续的监控，从而说明测 量系统是持续可信的，或随着时间的推移，测量系统是否出 现变坏的信号。
§ 主要确定“量具的R&R”。通常做为校准、维修计量工作的一 部分。
MSA培训知识
3.测量系统研究注意事项
1）测量必须按照随机顺序进行； 2）不应让评价人知道正在检查零件的编号； 3）测量读数应估计到可得到的最接近的数字； 4）研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行； 5）每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测量
方法；
MSA培训知识
测量系统分析方法分类
v 计量型MSA
1) 稳定性-均值极差法; 2) 偏倚-独立样本法; 3) 偏倚-均值极差法; 4) 线性-一元线性回归法; 5) GRR-均值极差法; 6) GRR-Crossed ANOVA; 7) GRR-Nested ANOVA;
v 计数型MSA
1) 解析法; 2) 交叉表法; 3) 信号探测法;
MSA培训知识
4.测量值的组成要素
＋
真实值 (实际产品变差)
=
测量误差 (测量变差 )
测量值 (观察的变差)
通过测量用数字体现的数据，并不是总能代表事实。 因此，有必要对数据的信赖性进行确认。
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低质量数据的原因和影响 低质量数据的普遍原因之一是变差太大 一组数据中的变差多是由于测量系统及其环境的相互作用造成的。 如果相互作用产生的变差过大，那么数据的质量会太低，从而造成
测量数据五种类型
测量系统在某持续时间内测量同一样 本或产品的单一特性时获得的测量值 总变差。
稳定性
稳定性
时间2 时间1
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7.重复性
❖ 由一个人使用同一量具，对同一被测特性进行多次重复测量 所得结果之间的偏差，即为测量系统的重复性。
好的重复性
真实值
差的重复性
平均
平均
MSA培训知识
测量数据五种类型
参考值=XT(注:如不能取得标准值,则选择一件落在生产测量范围中间的生产件 作为基准件,将其用更精密的仪器测量该零件N≥10次,取平均值作为参考值)
b) 让一名评价人以正常方式测量样件N≥10次,并记录结果。
c) 画直方图：
画出数据相对于参考值的直方图,根据专业知识判断是否存在特殊原因或出现异 常.如果不存在,继续分析,当n<30时,对任何的解释或分析,要特别注意。
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计算偏倚举例
某标准件，已知值为25.4mm，某机械检查工用精度为 0.025mm的游标卡尺测量10次，测量结果如下：
25.425 25.425 25.400 25.400 25.375 25.400 25.425 25.400 25.425 25.375
把10个测量值相加除以10，得到平均值：25.4051mm 偏倚等于平均值减去参考值：25.4051－25.400＝0.0051mm
小偏倚
基准值
大偏倚
观测的平均值
无偏倚
观测的平均值
范围较低的部分
观测的平均值
范围较高的部分
基准值
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6.稳定性
❖是指随时间变化的偏倚值。 ❖根据时间的推移测量结果互不相同时，说明该测量系统缺乏稳定性 。
稳定性 良好
真实值 时间 1
时间 2
时间 1
真实值
稳定性 不好
时间2
时间 3
时间 3
MSA培训知识
计算出 相应的 数值。
MSA培训知识
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2.计量型MSA(偏倚－独立样本法）
1）偏倚－独立样本法
v 前提条件:
只有当测量系统处于统计稳定状态时,进行偏倚研究才有意义。
v 什么是偏倚-独立样件法?
利用一个标准样件对量测系统进行偏倚的分析方法。
MSA培训知识
2）分析步骤
a) 取得一个标准样件,并确定其参考值。
重复性
量具在完全相同的条件下，重复工作，每次
结果（数据）都不一样，构成重复性误差。
量具制造的越精密这个误差越小，但永远不
机
可能是零。如果有特殊原因（量具失常）发
生，误差立即变大，因此要进行控制，只允
许有普通原因存在。发现特殊原因，应采取
措施予以排除。
由一个评价人，采用一种测量仪 器，多次测量同一零件的同一特 性时获得的测量变差。
MSA培训知识
5.线性
❖线性是指量具在其工作范围内偏倚的变化规律。 ❖在全部测量范围内，测量值和基准值的差异保持稳定，说明其
线性好。
仪器 1 : 线形性有问题.
仪器 2 : 线形性没有问题.
0 测量单位
0 测量单位
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测量数据五种类型
线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。
线性
基准值