MSA培训教材-正版(V2.1)

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测量系统分析的目的
运用统计分析方法，确定测量系统测量结 果的变差（测量误差），了解变差的来源。 从而确定一个测量系统的质量，并且为测 量系统的改进提供信息。 保证所用统计分析方法及判定准则的一致 性。
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测量系统的基本知识和概念
术语 测量系统及其统计特性 分辨力、稳定性、偏倚 、重复性、再现性、线 性 理想的测量系统 测量系统的共同特性 测量系统的评定步骤和准备
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测量系统的评定
第一阶段： 明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。 主要有二个目的：
1）、确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用 前进行。

2）、发现那种环境因素对测量系统显著的影响，例如温 度、湿度等，以决定其使用的环境要求。 第二阶段： 目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持 续具有恰当的统计特性。 常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。
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ห้องสมุดไป่ตู้
位置和宽度
标准值 位置 位置
寬度
寬度
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理想的测量系统
n理想的测量系统在每次使用时：应只产生 “正确”的测量结果。每次测量结果总应 该与一个标准值相符。一个能产生理想测 量结果的测量系统，应具有零方差、零偏 倚和所测的任何产品错误分类为零概率的 统计特性。
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IDEAL MEASUREMENT SYSTEM
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稳定性的均值-极差图
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确定偏倚指南—独立样本法
偏倚
进行研究

测量系统 的平均值
基准值

1）获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。 如 果得不到，选择一个落在生产测量的中程数的生产零件， 指定其为偏倚分析的标准样本。在工具室测量这个零件 n≥10次，并计算这n个读数的均值。把均值作为“基准 值”。 可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程数的标 准样本是理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。
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计量型测量系统研究 -指南
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确定稳定性的指南
进行研究 1）取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不 可获得，选择一个落在产品测量中程数据生产零件 ，指定其为稳 定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知 基准值。 具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。 建议对每个标准样本分别做测量与控制图。 2）定期(天,周)测量标准样本3~5次，样本容量和频率应该基于对测 量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理，测量 系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测 量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环境和其他 因素发生的变化。 3）将数据按时间顺序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。
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用电子表格和统计软件，可获得直方图和 数据分析（见图10和表3）。
4
3
Frequency
2
1
0 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4
C1 测量值
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表3：偏倚研究—偏倚研究分析
n(m) 均值 X 测量值 15 6.0067 标准偏差 σr .22514 均值的标准 偏差σb .05813
观测平均值
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重复性(Repeatability)
重复性是由一个评价人，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 值变差。
重复性
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重复性 (Repeatability)
主值
主值 不良重复性
良好重复性
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再现性(Reproducibility)：
操作者C
再现性是由不同的评价人，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。
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2）让一个评价人，以通常方法测量样本10次 以上。 3）相对于基准值将数据画出直方图。评审直 方图，用专业知识确定是否存在特殊原因或 出现异常。如果没有，继续分析，对于n＜30 时的解释或分析，应当特别谨慎。
4）计算n个读数的均值。
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结果分析—作图法

结果分析—数据法


5）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法，
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 基准值=6.0 5.8 5.7 5.9 5.9 6.0 6.1 6.0 6.1 6.4 6.3 6.0 6.1 6.2 5.6 6.0 偏倚 -0.2 -0.3 -0.1 -0.1 0.0 0.1 0.0 0.1 0.4 0.3 0.0 0.1 0.2 -0.4 0.0
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分辨力（率）
定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。 传统是公差范围的十分之一。建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的 十分之一。
10
T
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偏倚(Bias)：
基准值 偏倚
偏倚：是测量结果的观测 平均值与基准值的差值。 基准值的取得可以通过采 用更高级别的测量设备进 行多次测量，取其平均值 来确定。
操作者A
操作者B
再現性
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再现性 (Reproducibility)
主值
檢查員 A 檢查員 B 檢查員C 檢查員 B 檢查員 A 檢查員 C
Operator B Operator A Operator C
Reproducibility
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稳定性(Stability)：
稳定性
时间2
稳定性：是测量系统在某 持续时间内测量同一基准 或零件的相同特性时获得 的测量值的总变差。
长期产品变动 短期产品变异 样本变异
测量变异
量检具造成的变异
操作员造成的变异
观察到的产品变异
4
测量误差
Y = x +ε
測量值 = 真值(True Value)+測量誤差 戴明說沒有真 值的存在 一致
5
测量误差的来源：
nDiscrimination 分辨能力 nPrecision 精密度 (Repeatability 重复性) nAccuracy 准确度 (Bias偏差) nDamage 损坏 nDifferences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间的 差异) nDifference in use by inspector 不 同 使 用 人 员 的 差 异 (Reproducibility再现性) nDifferences among methods of use (使用不同的方法所造成差异) nDifferences due to environment (不同环境所造成的差异)
测量系统
2.操作(人员.过程)
3.测试环境
4.待测试件
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测量系统的统计特性
通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质 量： nDiscrimination 分辨力(ability to tell things apart) ; nBias 偏倚; nRepeatability 重复性; nReproducibility再现性 ; nLinearity 线性 ; nStability 稳定性 。
如下）：
这里d2*可以从附录C中查到，g=1,m=n

如果GRR研究可用（且有效），重复性标准偏差计算 应该以研究结果为基础。
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6）确定偏倚的t统计量：

偏倚=观测测量平均值-基准值
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7）如果0落在围绕偏倚值1-α置信区间以内，偏倚在α水平是可 接受的。


这里d2，d2*和v可以在可以从附录C中查到，g=1,m=n， 在标 准t中可查到。 所取的α 水平依赖于敏感度水平，而敏感度水平被用来评价/控 制该（生产）过程的并且与产品/（生产）过程的损失函数（敏 感度曲线）有关。如果α 水平不是用默认值.05（95﹪置信度） 则必须得到顾客的同意。
结果分析—数据法



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举例—稳定性


为了确定一个新的测量装置稳定性是否可以接 受，工艺小组在生产工艺中程数附近选择了一 个零件.这个零件被送到测量实验室，确定基准 值为6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量 4周（20个子组）。收集所有数据以后， Xbar&R图就可以做出来了(见图示)。 控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没 有出现明显可见的特殊原因影响。
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结果分析—作图法

4）建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态。
除了正态控制图分析法，对稳定性没有特别的数据分析或指数。 如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。 同样，测量的标准偏差可以用作测量系统重复性的近似值。这可以 与（生产）过程的标准偏差进行比较以决定测量系统的重复性是否 适于应用。 可能需要实验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定 性不足的主要原因。
基准值= 6.00, α=.05,g=1, d2*=3.35 t 统计量 测量值 .1153 df 显著t值 (2尾) 2.206 偏倚 95﹪偏倚置信区间 低值 .0067 -1.1185 高值 .1319
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术语
测量：赋值给具体事物以表示他们之间的 关系。而赋予的值定义为测量值。 量具：任何用来获得测量结果的装置，经 常用来特指用在车间的装置，包括用来测 量合格／不合格的装置。 测量系统： 用来对被测量特性赋值的操 作、程序、量具、设备、软件以及操作人 员的集合。
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测量系统的组成
测量系统包含以下要素: 1.量具.设备(软.硬件)
真值 真值
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测量系统所应具有的特性：
测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系 统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊 原因造成的。这可称为统计稳定性； 测量系统的变异必须比制造过程的变异小； 变异应小于公差带； 测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较