五大工具-MSA(详细版)

1. 测量仪器 : 进行测量的任何工具; 通常是指工厂 的测量工具;包括属性值测量仪器（测量结果为 通过/不通过的仪器）。
2. 测量系统: 测量中的仪器及其操作方式和方法、 其他设备、软件、人员等的总称; 测量的全部过 程。
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测量系统的基本概念
3. 真值：被测对象客观存在的实际值，理论上讲 ， 这个值是客观存在却是不可知的
4. 基准值/参考值：人为规定的代替真值的可接受值
5. 精度误差:：实际观测值的均值与真值之差
真值
测量值 的均值 精度误差
注意: 由于真值不可知， 所以在实践中使用偏倚 代替精度误差
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测量系统的基本概念
6. 偏倚：基准值与其测量值的均值之差 7. 精度：测量系统在测量特定样本时若干个测量值之间
5.15σMSE
6
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对测量能力的要求
如果 P/T% 和 R&R%两者的最大值满足：
• 小于10%, 现行的测量系统可以接受 • 10% 到 30%, 能力处于边界水平. 测量系统能否接受
取决与测量的重要程度. 应努力改善测量系统的能力. • 大于30%, 测量系统能力不足，不宜使用
CP实际
2 1.67 1.33
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偏倚
▪ 偏倚=测量均值- 参考值
▪ 偏倚百分比=偏倚/过程变差 过程变差= 6
▪ 为了确定过程分布中的某一点上测量系统是否发生偏倚,有
必要获得一个零件的可接受的参考值
参考值
测量值的均值
▪ 两种确定偏倚的方法：
偏倚
独立样品法和图表法
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独立样品法
(1) 取一个已知参考值的样品。如果不能获得参考值，就在生
的吻合程度或波动程度，它包括两个方面：重 复性和再现性 8. 重复性：同一个操作者采用同样的测量仪器对同样的
样品进行测量时的差异程度
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重复性
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测量系统的基本概念
9. 再现性 :是不同的测量系统（尤指不同操作者) 在测量 相同样品的同一特征值的差异程度
再现性
系统 B 系统 C
系统 A
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倚： (1)取一个已知参考值的样品。如果不能获得参考值，就在生 产线上取在测量范围中的零件，把它作为偏倚分析的主样品。 在工具室内测量这个零件10次并计算这10次读数的均值，把 这个均值作为“参考值”
(2)计算图中的X 。 (3)用参考值减X 得到偏倚。
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例 子：
一名工程师拟评价一用来测量橡胶垫尺寸的仪器的偏 倚程度。某特性值的参考值为 10.00mm。让一名操作 者在不知情的情况下测量同一零件10次。10次的读数 为：10.02, 10.01, 10.05, 10.03, 10.01, 10.01,10.00,10.02,10.02, 10.00. 过程分布 6=0.1mm. （或是容差）
Rij Max{X ijk } Min{X ijk }
(2)计算所有零件的极差均值
1 m n
R mn
i 1
Rij
j 1
(3)计算不同操作者的测量均值
X i.. 1
nr
nr
X ijk
j 1 k 1
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
(4) Baidu Nhomakorabea算 X i.. 的极差
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测量系统的基本概念
稳定性
10. 稳定性: 测量系统的测量 结果在不同时间上的变差
时间 2
时间 1
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测量系统的基本概念
11. 线性 : 指测量系统在不同测量范围（或量程）时测量
误差呈线性变化
真值 测量值的均值
真值
测量值的均值
偏倚
偏倚
在低量程下测零件
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在高量程下测零件
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测量系统的基本概念
注意事项：
在计算R※R％之前，需要分析是否有异常数据，方法是利 用控制图，观察极差R，确保每个值都在控制限以内，如果 超出控制限，应查明原因并改正。令同样操作者对同样零 件进行重复测量，并重新计算控制限。
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
极差法的优点: •能够在EXCEL中完成. •可以检查是否有异常值
Trials 2
3
K2 3.65 2.70 2.30 2.08
Operator 2
34 5
K3 3.65 2.70 2.30 2.08 1.93 1.82 1.74 1.67 1.62
Part 2
3 4 5 6 7 8 9 10
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
测量系统接受的准则
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3
测量系统分析的目的
MSA: Measurement System Analysis
▪ 分析测量系统变差 ▪ 评价测量系统的适用性和有效性 ▪ 使测量系统处于受控状态，以确保过程输出
所测得的数据有效可靠
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4
测量系统分析的作用
▪正确的测量 永远 是质量改进的第一步 ▪正确的测量是作出决策的关键( 不正确的测量系
统可能会导致错误的决策) ▪测量系统分析是 QS9000、ISO/TS16949 的必要
内容
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5
目录
▪ 测量系统分析的目的和作用 ▪ 测量系统的基本概念 ▪ 重复性和再现性分析 ▪ 测量系统的稳定性、偏倚和线性 ▪ 属性值数据测量系统的分析方法 ▪ 测量系统改进
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6
测量系统的基本要素
R&R%=
MSE
100%
2 MSE


2 P
d
2
,
d
* 2
是由测量轮数和操作者的数量所决定的系数
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
数据分级: NDC=1.41(PV/GRR)
分级数目 1
2-4
控制
只有下列情况才可用与控 制：与规范相比，过程变 差教小；预期过程变差上 的损失函数很平缓；过程 变差主要原因导致均值偏 移
MSA
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1
课程目标
▪ 了解 MSA的目的和基本概念 ▪ 能够计算并分析 重复性和再现性 ▪ 能够分析测量系统的稳定性、线性和偏倚 ▪ 能够对属性值数据进行测量系统分析 ▪ 能够对测量能力不足的测量系统进行分析和改进
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2
目录
▪ 测量系统分析的目的和作用 ▪ 测量系统的基本概念 ▪ 重复性和再现性分析 ▪ 测量系统的稳定性、偏倚和线性 ▪ 属性值数据测量系统的分析方法 ▪ 测量系统改进
▪ 测量系统分析的目的和作用 ▪ 测量系统的基本概念 ▪ 重复性和再现性分析 ▪ 测量系统的稳定性、偏倚和线性 ▪ 属性值数据测量系统的分析方法 ▪ 测量系统改进
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重复性和再现性（R&R）分析
忽略零件内的变差(如圆度、锥度、平面度 等)
不仅是量具本身和相关的偏倚、重复性等， 还包括被检查的零件的变差
极差法的缺点： • 没考虑操作者和零件之间的交互影响，因此
低估了测量系统误差.
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重复性和再现性的分析方法：方差分析法（ANOVA）
ANOVA 优点：
• 考虑交互作用的变异 • 基于方差估计可以对R&R的统计特性进行
深入分析
ANOVA缺点:
•手工计算繁琐
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重复性和再现性的分析方法：方差分析法（ANOVA）
不同轮数 的测量均值
交互作用的图形表示 操作者 A
操作者 B 操作者 C
12
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零件
操作者和零件之间没有交互作用
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测量系统的分析方法：方差分析法（ANOVA）
不同轮数 的测量均值
操作者A 操作者B 操作者C
12
34
零件
操作者和零件之间交互作用显著
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目录
▪ 测量系统分析的目的和作用 ▪ 测量系统的基本概念 ▪ 重复性和再现性分析 ▪ 测量系统的稳定性、偏倚和线性 ▪ 属性值数据测量系统的分析方法 ▪ 测量系统改进
X 10.017 偏倚 10.017 10.00 0.017 偏倚百分比 0.017 17%
0.1
解释：这个测量系统其测量结果的平均值将比实际值大
0.017，占产品变差的17%
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稳定性
稳定性分析是通过控制图进行的。控制图可以为X - R 图，X-Rm图或 X -S图 。根据零件在每个时间点
参照标准
被测对象 （输入）
测量者
环境
测量过程 测量方法
测量仪器 测量结果 （输出）
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7
影响过程质量的六个基本因素
人员 设备 方法 材料 环境 测量系统
变差总和=产品变差+测量变差
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8
影响测量结果的因素
• 操作者 • 测量仪器 • 材料 • 测量方法 • 环境
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测量系统的基本概念
12. 测量系统能力 :是反映测量系统在对其特定的测量对
象测量时测量值的变异程度，表示测量能力的指标有P/T 比率（精度/公差比率）和R&R%
13. P/T 比率 ：测量系统的精度与公差范围的比率，常用
百分数表示
P / T % 5.15 MSE 100%
USL - LSL
MSE 代表测量误差的标准差
变），这时应查明原因并修正。如果这种原因是系统性 原因，则应重新校准。 (3) 对零件及测量系统的高中低量程建立控制图也许是 必要的。
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线性
产线上取在测量范围中的零件，把它作为偏倚分析的主样品。 在工具室内测量这个零件10次并计算这10次读数的均值，把这 个均值作为“参考值” (2) 让操作者用一般的方法测量这个样品10次 (3) 计算10次读数的均值 (4) 计算偏倚
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图法
在用 X - R 控制图来测量稳定性时，也可通过数据分析偏
以统计稳定为前提
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平均值和极差法
选择5-10个零件用于测量系统分析 选择2-3名评价人 评价人重复测量零件2-3次 以随机顺序测量零件并记录测量结果 确保评价人无法看到数字 评价人不可看到互相的数值
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
步骤：
假设有m个操作者，n个零件，测 r 轮 (1)计算同一操作者测量同一零件不同轮数时的极差Rij
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测量系统的基本概念
15. R&R% ：测量精度的估计值与过程范围的
比率
R&R%= MSE 100%

2 MSE

2 P
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测量系统的基本概念
以上公式基于以下三 LSL 个假设：
1、测量误差是彼此独 立的
2、测量误差与零件大 小无关
3、测量误差服从正态 分布
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USL
GRR
CP观察 CP观察 CP观察
10% 1.99 1.66 1.32
20% 1.96 1.64 1.30
30% 1.91 1.59 1.27
40% 1.83 1.53 1.22
50% 1.73 1.45 1.15
60% 1.60 1.34 1.06
70% 1.43 1.19 0.95
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目录
上如何测量来选取控制图。
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确定稳定性的方法
(1)取一个已知参考值的样品。如果不能获得参考值，就在生
产线上取在测量范围中的零件，把它作为偏倚分析的主样品。 在工具室内测量这个零件10次并计算这10次读数的均值，把这 个均值作为“参考值” 。测量系统的稳定并不严格要求已知 样品的参考值。 (2) 每隔一段时间测量样品3-5次。样本大小及测量频率由测量 系统来决定，包括测量系统规定的校准和修理周期，使用寿命 以及操作条件的限制。
依据过程分布可用半 控制技术；可产生不 敏感的计量控制图
分析
对过程参数及指数估计不 可接受；只能表明过程是 否在产生合格的零件
一般来讲，对过程及 指数的估计不可接受； 只提供粗略的估计
≥5
可用于计量控制图
建议使用
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
R&R 计算中的系数
K1 4.56 3.05
EV 5.15 EV RK1 AV 5.15 AV [(X diff K 2 )2 (EV 2 / nr)]
R & R 5.15 MSE EV 2 AV 2
P

RP d *2
PV 5.15 P RP K3
P/T%= 5.15 MSE 100%
USL LSL
X diff Max{X i..} Min{X i..}
(5) 计算ˆ EV 、ˆ AV 和 ˆ MSE
ˆ EV
R
d2
（估计标准差）
ˆ AV

X diff
d
* 2
2

ˆ
2 EV
nr
ˆ MSE
ˆ
2 AV

ˆ
2 EV
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重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法
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确定稳定性的方法
(3) 绘制控制图。 (4) 建立控制限，分析失控或不稳定的原因。 (5) 计算测量的标准差并与过程相比较，以确定测量系统 的稳定性是否达到标准。
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确定稳定性的方法
判断标准：
(1) R或S图中的失控表明重复性是不稳定的
(2) X 图的失控表明测量系统已不能准确测量（偏倚改