MSA培训教材
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测量系统分析(MSA)
课程大纲：
测量系统分析的意义和目的；
测量系统分析的定义：
测量系统、量具、测量、测量 过程；
测量系统分析的基础知识：
1）、测量系统的统计特性： 偏倚、重复性、再现性、稳定 性、线性、分辨力
2）、理想的测量系统 3）、测量系统的共同特性 4）、测量系统的评定步骤和 准备
计量型测量系统的分析方法
41
2023/11/9
如果不能按这种方法对所有样件进行测量，可采 下列替代的方法 ：
在工具室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密 测量。
让一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少十 次。
UCL CL LCL
37
2023/11/9
控制图的判读
明显的非随机图形：应依正态分布来判定图形， 正常应是有2/3的点落于中间1/3的区域。
UCL CL LCL
38
2023/11/9
范例：
10/16 10/22 10/28 11/12 11/18 11/19 1/15 6/19 10/12 11/20 12/9 48.6 48.4 48.9 48.9 48.9 48.5 48.4 48.7 47.8 47.9 48.1 48.7 48.8 48.6 47.9 50.1 49.0 48.2 48.0 48.6 48.3 48.6 48.3 48.0 48.9 48.0 49.2 49.0 48.3 47.7 48.7 48.4 48.7
定期(天、周)测量基准样品3～5次。样本容量和频率应基于对测量 系统的了解。因素包括要求多长时间重新校准或维修，测量系统使 用的频率，以及操作条件如何重要。读数应在不同时间读取以代表 测量系统实际使用的情况。这些还包括预热，环境或其它在一天内
可能变化的因素；
34
2023/11/9
将测量值标记在Xbar-R CHART 或Xbar–S CHART 上；
测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一 般来说，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者 的十分之一；
测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真 的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差 带两者中的较小者。
31
2023/11/9
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：
15
2023/11/9
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。
16
2023/11/9
分辨力
一個數據分級 17
控制：只有下列条件才 可用于控制
与规范相比过程变差较 小
预期过程变差上的损失 函数很平缓
过程变差的主要原因导 致均值偏移
分析：
对过程参数及指数的估 计不可接受。
1）、偏倚 2）、稳定性 3）、重复性和再现性（量具 R&R分析） 极差法、均值-极差法、方差 分析法
4）、线性 计数型测量系统的分析方法
1）、小样法 2）、大样法 范例：MSA控制程序，常用 MSA分析表单和分析软件
2
2023/11/9
第一章 测量系统分析的意义
測量的重要性
人 机 法 环 测量
戴明說沒有真 值的存在
一致(線性)
5
2023/11/9
测量误差的来源
Discrimination 分辨能力 Precision 精密度 (Repeatability 重复性) Accuracy 准确度 (Bias偏差) Damage 损坏 Differences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间
IDEAL MEASUREMENT SYSTEM
真值
真值
30
2023/11/9
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； 测量系统的变差必须比制造过程的变差小； 测量系统的变差应小于公差带；
的差异) Difference in use by inspector 不 同 使 用 人 员 的 差 异
(Reproducibility再现性) Differences among methods of use (使用不同的方法所造成差异)
Differences due to environment (不同环境所造成的差异)
测量 原料
PROCESS
测量 结果
合格
不合格
如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格， 不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品 或过程特性。
因此，要保证测量结果的准确性和可信度。
4
2023/11/9
測量誤差
Y = x +ε
測量值 = 真值(True Value)+測量誤差
的变差。
操作者A
再現性 23
操作者B
2023/11/9
稳定性(Stability)：
稳定性 时间2
稳定性(或飘移)：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。
时间1
24
2023/11/9
线性(Linearity)：
线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值
观测平均值
21
2023/11/9
重复性(Repeatability)
重复性
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。
22
2023/11/9
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
9
2023/11/9
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。
10
2023/11/9
第二章 基本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
9/7 9/11 10/9 48.0 48.1 47.9 48.4 48.6 48.3 48.8 48.9 48.4
39
2023/11/9
Means
Stability Analysis for viscosity
49.5 49.0 48.5 48.0
Subgroup 0
1.0
0.5
0.0
1 3.0SL=49.16
术语 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
12
2023/11/9
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
计算控制界限, 并对失控或不稳定作评估,如果控制图 不受控，代表仪器已不稳定，此测量系统是不可接受 的，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以 及稳定性的分析。
计算测量结果标准差, 并与过程标准差相比较, 以评估 测量系统的稳定性.不可以发生测量结果标准差大于过 程标准差的现象，如果有发生此现象，代表测量的变
只能表明过程是否正在 生产合格零件。
2023/11/9
分辨力
2~4個數據分級 18
控制：只有下列条件才 可用于控制
依据过程分布可用半计 量控制技术
可产生不敏感的计量控 制图
分析：
一般来说对过程参数及 指数的估计不可接受。
只提供粗劣的估計。
2023/11/9
分辨力
控制：只有下列條件才可 用於控制 可用於計量控制圖
1/12 2/13 3/20 4/11 5/20 6/19 6/28 7/6 07/21 8/9 8/22 48.2 48.1 48.3 48.0 48.1 48.1 48.3 48.1 48.0 48.2 47.9 48.5 48.7 48.9 48.7 48.4 48.4 48.6 48.6 48.6 48.4 48.3 48.9 48.5 48.6 48.6 48.7 48.7 48.5 48.7 48.7 48.9 48.7
X=48.48
-3.0SL=47.80
5
10
15
20
25
3.0SL=0.8944
S=0.3483 -3.0SL=0.000
StDevs
40
2023/11/9
偏倚分析：
为了在过程范围内指定的位置确定测量系 统的偏倚，得到一个零件可接受的基准值 是必要的。通常可在工具室或全尺寸检验 设备上完成。基准值从这些读数中获得， 然后这些读数要与量具R&R研究中的评价 人的观察平均值(定为XbarA，XbarB， XbarC)进行比较。
基准值
基准值
观测平均值
量程
25
2023/11/9
线性(Linearity)：
观测的平均值
有偏倚 无偏倚
基准值
26
2023/11/9
测量系统的分析
测量系统的变差类型：
偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性
测量系统特性可用下列方式来描述 ： 位置：稳定性、偏倚、线性。 宽度或范围：重复性、再现性。
第三章 计量型测量系统的分析方法
33
2023/11/9
稳定性分析:
获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。如果不能得到， 则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样 本进行稳定性分析。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。建议对各样本单独测量并做控制图。
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。
32
2023/11/9
6
2023/11/9
测量的变异说明
7
2023/11/9
为什么要进行测量系统分析
即使量具经过检定或校准，由于人、机、 料、法、环、测等五方面的原因，会带来 测量误差。
检测设备的检定或校准不能满足测量的需 要。 因此，还需要对测量系统进行评价，分析 测量结果的变差，从而确定测量系统的质 量，以满足测量的需要。
操作、程序、量具、设备、软件以及操作 人员的集合。
13
2023/11/9
测量系统的组成
测量 系统
14
人
操作人员
机
量具/测量设备/工装
料
被测的材料/样品/特性
法
操作方法、操作程序
环
测量的环境
2023/11/9
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
Discrimination 分辨力(ability to tell things apart) ; Bias 偏倚(Accuracy准确性) ; Repeatability 重复性(precision精密度) ; Reproducibility再现性 ; Linearity 线性 ; Stability 稳定性 。
27
2023/11/9
位置和宽度
标准值
位置
位置
寬度
寬度
28
2023/11/9
理想的测量系统
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。
29
2023/11/9
分析： 建議使用
5個或更多個個數據分級
19
2023/11/9
分辨率（力）的要求
建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的十分之 一。
传统是公差范围的十分之一。
20
2023/11/9
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。
差大于过程变差，此测量系统是不可接受的。
35
2023/11/9
控制图的判读
超出控制界限的点：出现一个或多个点超出任何一个 控制界限是该点处于失控状态的主要证据
異常
異常 UCL CL LCL
36
2023/11/9
控制图的判读
链：有下列现象之一即表明过程已改变 连续7点位于平均值的一侧 连续7点上升(后点等于或大于前点)或下降。
8
2023/11/9
为什么要进行测量系统分析
满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求：
▪ QS9000:2008标准4.11.4和ISO/TS16949:2009标 准7.6.1规定：
▪ 应进行适当的统计研究工作，分析各种测量和试 验设备系统测量结果的变差。这一要求应适用于 控制计划中提到的所有的测量系统。
课程大纲：
测量系统分析的意义和目的；
测量系统分析的定义：
测量系统、量具、测量、测量 过程；
测量系统分析的基础知识：
1）、测量系统的统计特性： 偏倚、重复性、再现性、稳定 性、线性、分辨力
2）、理想的测量系统 3）、测量系统的共同特性 4）、测量系统的评定步骤和 准备
计量型测量系统的分析方法
41
2023/11/9
如果不能按这种方法对所有样件进行测量，可采 下列替代的方法 ：
在工具室或全尺寸检验设备上对一个基准件进行精密 测量。
让一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少十 次。
UCL CL LCL
37
2023/11/9
控制图的判读
明显的非随机图形：应依正态分布来判定图形， 正常应是有2/3的点落于中间1/3的区域。
UCL CL LCL
38
2023/11/9
范例：
10/16 10/22 10/28 11/12 11/18 11/19 1/15 6/19 10/12 11/20 12/9 48.6 48.4 48.9 48.9 48.9 48.5 48.4 48.7 47.8 47.9 48.1 48.7 48.8 48.6 47.9 50.1 49.0 48.2 48.0 48.6 48.3 48.6 48.3 48.0 48.9 48.0 49.2 49.0 48.3 47.7 48.7 48.4 48.7
定期(天、周)测量基准样品3～5次。样本容量和频率应基于对测量 系统的了解。因素包括要求多长时间重新校准或维修，测量系统使 用的频率，以及操作条件如何重要。读数应在不同时间读取以代表 测量系统实际使用的情况。这些还包括预热，环境或其它在一天内
可能变化的因素；
34
2023/11/9
将测量值标记在Xbar-R CHART 或Xbar–S CHART 上；
测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一 般来说，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者 的十分之一；
测量系统统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真 的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差 带两者中的较小者。
31
2023/11/9
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：
15
2023/11/9
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。
16
2023/11/9
分辨力
一個數據分級 17
控制：只有下列条件才 可用于控制
与规范相比过程变差较 小
预期过程变差上的损失 函数很平缓
过程变差的主要原因导 致均值偏移
分析：
对过程参数及指数的估 计不可接受。
1）、偏倚 2）、稳定性 3）、重复性和再现性（量具 R&R分析） 极差法、均值-极差法、方差 分析法
4）、线性 计数型测量系统的分析方法
1）、小样法 2）、大样法 范例：MSA控制程序，常用 MSA分析表单和分析软件
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2023/11/9
第一章 测量系统分析的意义
測量的重要性
人 机 法 环 测量
戴明說沒有真 值的存在
一致(線性)
5
2023/11/9
测量误差的来源
Discrimination 分辨能力 Precision 精密度 (Repeatability 重复性) Accuracy 准确度 (Bias偏差) Damage 损坏 Differences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间
IDEAL MEASUREMENT SYSTEM
真值
真值
30
2023/11/9
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； 测量系统的变差必须比制造过程的变差小； 测量系统的变差应小于公差带；
的差异) Difference in use by inspector 不 同 使 用 人 员 的 差 异
(Reproducibility再现性) Differences among methods of use (使用不同的方法所造成差异)
Differences due to environment (不同环境所造成的差异)
测量 原料
PROCESS
测量 结果
合格
不合格
如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格， 不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品 或过程特性。
因此，要保证测量结果的准确性和可信度。
4
2023/11/9
測量誤差
Y = x +ε
測量值 = 真值(True Value)+測量誤差
的变差。
操作者A
再現性 23
操作者B
2023/11/9
稳定性(Stability)：
稳定性 时间2
稳定性(或飘移)：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。
时间1
24
2023/11/9
线性(Linearity)：
线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值
观测平均值
21
2023/11/9
重复性(Repeatability)
重复性
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。
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2023/11/9
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
9
2023/11/9
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。
10
2023/11/9
第二章 基本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
9/7 9/11 10/9 48.0 48.1 47.9 48.4 48.6 48.3 48.8 48.9 48.4
39
2023/11/9
Means
Stability Analysis for viscosity
49.5 49.0 48.5 48.0
Subgroup 0
1.0
0.5
0.0
1 3.0SL=49.16
术语 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
12
2023/11/9
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
计算控制界限, 并对失控或不稳定作评估,如果控制图 不受控，代表仪器已不稳定，此测量系统是不可接受 的，须做维修或调整，维修及调整完后须再做校正以 及稳定性的分析。
计算测量结果标准差, 并与过程标准差相比较, 以评估 测量系统的稳定性.不可以发生测量结果标准差大于过 程标准差的现象，如果有发生此现象，代表测量的变
只能表明过程是否正在 生产合格零件。
2023/11/9
分辨力
2~4個數據分級 18
控制：只有下列条件才 可用于控制
依据过程分布可用半计 量控制技术
可产生不敏感的计量控 制图
分析：
一般来说对过程参数及 指数的估计不可接受。
只提供粗劣的估計。
2023/11/9
分辨力
控制：只有下列條件才可 用於控制 可用於計量控制圖
1/12 2/13 3/20 4/11 5/20 6/19 6/28 7/6 07/21 8/9 8/22 48.2 48.1 48.3 48.0 48.1 48.1 48.3 48.1 48.0 48.2 47.9 48.5 48.7 48.9 48.7 48.4 48.4 48.6 48.6 48.6 48.4 48.3 48.9 48.5 48.6 48.6 48.7 48.7 48.5 48.7 48.7 48.9 48.7
X=48.48
-3.0SL=47.80
5
10
15
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3.0SL=0.8944
S=0.3483 -3.0SL=0.000
StDevs
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偏倚分析：
为了在过程范围内指定的位置确定测量系 统的偏倚，得到一个零件可接受的基准值 是必要的。通常可在工具室或全尺寸检验 设备上完成。基准值从这些读数中获得， 然后这些读数要与量具R&R研究中的评价 人的观察平均值(定为XbarA，XbarB， XbarC)进行比较。
基准值
基准值
观测平均值
量程
25
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线性(Linearity)：
观测的平均值
有偏倚 无偏倚
基准值
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测量系统的分析
测量系统的变差类型：
偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性
测量系统特性可用下列方式来描述 ： 位置：稳定性、偏倚、线性。 宽度或范围：重复性、再现性。
第三章 计量型测量系统的分析方法
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2023/11/9
稳定性分析:
获取一样本并确定其相对于可追溯标准的基准值。如果不能得到， 则选择一个落在产品测量中程数的产品零件，并指定它作为标准样 本进行稳定性分析。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。建议对各样本单独测量并做控制图。
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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2023/11/9
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测量的变异说明
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为什么要进行测量系统分析
即使量具经过检定或校准，由于人、机、 料、法、环、测等五方面的原因，会带来 测量误差。
检测设备的检定或校准不能满足测量的需 要。 因此，还需要对测量系统进行评价，分析 测量结果的变差，从而确定测量系统的质 量，以满足测量的需要。
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
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人
操作人员
机
量具/测量设备/工装
料
被测的材料/样品/特性
法
操作方法、操作程序
环
测量的环境
2023/11/9
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
Discrimination 分辨力(ability to tell things apart) ; Bias 偏倚(Accuracy准确性) ; Repeatability 重复性(precision精密度) ; Reproducibility再现性 ; Linearity 线性 ; Stability 稳定性 。
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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
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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2023/11/9
分析： 建議使用
5個或更多個個數據分級
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2023/11/9
分辨率（力）的要求
建议的要求是总过程6σ(标准偏差)的十分之 一。
传统是公差范围的十分之一。
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2023/11/9
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。
差大于过程变差，此测量系统是不可接受的。
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控制图的判读
超出控制界限的点：出现一个或多个点超出任何一个 控制界限是该点处于失控状态的主要证据
異常
異常 UCL CL LCL
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2023/11/9
控制图的判读
链：有下列现象之一即表明过程已改变 连续7点位于平均值的一侧 连续7点上升(后点等于或大于前点)或下降。
8
2023/11/9
为什么要进行测量系统分析
满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求：
▪ QS9000:2008标准4.11.4和ISO/TS16949:2009标 准7.6.1规定：
▪ 应进行适当的统计研究工作，分析各种测量和试 验设备系统测量结果的变差。这一要求应适用于 控制计划中提到的所有的测量系统。