MSA测量系统(第四版)教程

测量系统分析
Measurement System Analysis
第四版
2010年6月发布
2018/10/18
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MSA第四版发生了那些变化？
与MSA第三版相比，手册的第四版没有发生显著 的变化，只是补充提示了某些分析方法，使读者更容 易理解，同时也对一些使用者的常犯错误做了重要的 观念澄清。 譬如：澄清MSA与校准的关系、更清晰地定义测 量决策、改进了偏倚和线性内容、重写了高级的MSA 技术（包括破坏性试验）、计数型分析的更新、测量 的不确定度和MSA、 APQP和MSA的关系等等。
量具 A 量具 B
量具 C
量具 A的均值 量具 B的均值 量具 C的均值 A 具有最佳准确度 B 具有最佳精确度 C 的准确度好于B 比较A和C的表现
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本手册中使用了以下术语
稳定性(Stability)
随时间变化的偏倚值。 一个稳定的测量过程在位置 方面是处于统计上受控状态。 别名：漂移（drift)
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偏倚产生的原因

测量错误的特性 （量具或零件）变形 环境变化—温度、湿度、振动、清洁的影响 错误的假设，在应用常量上出错 应用—零件数量、位臵、操作者技能、疲劳、观察错 误（易读性、视差）
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偏倚的分析程序
偏倚的分析程序 1.1按生产过程所要求的检验项目、内容和检验 规定，从生产过程中选取一个零件作为样品。 1.2 首先确定所检查零件特性的基准值。基准值 应尽可能通过更高一级的计量装臵或在工具室、 全尺寸检验设备上确定。确定的读数应与量具 R＆R研究中的评价人的观察平均值（Xa 、Xb、 Xc）进行比较。
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本手册中使用了以下术语
位置变差（Location variation)
准确度（Accuracy)
与真值或可接受的基准值“接 近”的程度。 在ASTM包括了位置及宽度误 差的影响。
偏倚（Bias)
观测到的测量值的平均值与基 准值之间的差值。
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准确度和精确度
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测量系统误差的影响
Ⅰ不好的零件永远视为不好的零件 Ⅱ可能做出潜在的错误决定 Ⅲ好零件永远被视为好零件 “取伪”、“弃真”的过程发生在Ⅱ区域。
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测量系统误差的影响
从位置的角度去考虑，偏倚、线性、稳定 性为位置的误差，如图： 针对基准值的位移。
从宽度的角度去考虑，重复性、再现性 为宽度的误差。随着 宽度加宽，Ⅱ区域增 大。
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本手册中使用了以下术语
重复性(Repeatability)
一个评价者使用一种测量 仪器，对同一零件的某一特性进 行多次测量下的变差。 是在固定的和已定义的测量 条件下，连续（短期内）多次测 量中的变差。 通常被称为E.V—设备变差 。 (Eguipment Variation) 设备（量具）能力或潜能。 系统内部变差。
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测量系统的误差
测量系统误差可以分成五种类型： 偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性 测量过程变差: 对大多数测量过程而言，总测量变差通常被描述为 正态分布。正态概率被设想成测量系统分析的标准方法。 事实上，有一些测量系统并不是正态分布，如果仍 假设该测量系统为正态分布，MSA的分析方法可能会过高 评价测量系统误差;因此应充分识别和评价。
其中σ r=σ
重复性
b r
n
7.如果 0 落在围绕偏倚值1- 臵信区间以内 ，偏倚在 水平是可接受的。 d2，d2*和v可以在附录 c 中查到， g =1，m=n
t = 偏倚 σb
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独立样件法 —范例
标准差
n（m） 平均值 x
计算结果
标准误差的
平均值
σ r/σ
重复性
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本手册中使用了以下术语 测量（Measurement)被定义为“对某具体事物赋
予数字（或数值），以表示它们对于特定特性之间的 关系”。这定义由C.Eisenhart(1963)首次提出。赋予 数字的过程被定义为测量过程，而指定的数值被定义 为测量值。
量具（Gage)是指任何用来获得测量结果的装置。
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本手册中使用了以下术语
测量系统性能(Measurement System Performance)
测量系统变差的长期估计值（例： 长期控制图法）
敏感度(Sensitivity)
能导致可探测到的输出信号的最小输入。 测量系统对被测特性变化的感应度。 取决于量具设计（分辨力）、固有质量（ OEM）、使用期间的维修，以及测量仪器与 标准的操作情况。 通常被描述为一种测量单元。
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确定偏倚的指南 - 独立样件法
研究程序 1.选取一个样件，得出一个可追溯到相关标准的基准 值。如果不可能，选择一件落在生产测量范围中间的生 产件 ，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，并计算出n次读数的平均值；把这个平 均值作为基准值。 2.让一个评价人，以工作状态通常的方法测量这个样件 10次以上。 3.相对于基准值，将数据画出直方图。评审直方图，确 定是否存在特殊原因或出现异常；如果没有，继续分析。
测量系统的变差可分类为：
能力(Capability) 短期内读数的变化量 。 性能(performance) 长期读数的变化量。以总变差(total
variation)为基础。
不确定度(Uncertainty)
有关被测值的数值估计范围，相信真值都被包括在该范围内。
测量系统必须稳定并且一致,测量系统的总变差的所 有特征是假设该系统稳定并且一致。
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偏倚的分析程序
1.3如果不可能按上述方法对样件进行测量，可采用下面 的替代方法。 在工具室或全尺寸检验设备上对零件进行精密测量 ，确定基准值。 1.4让一位评价人用正被评价的量具测量同一零件至少十 次，并记录结果。 1.5计算读数的平均值。平均值与基准值之间的差值为该 测量系统的偏倚。
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确定偏倚的指南 - 独立样件法
4.计算该评价人n个读数的 均值。公式如右 ：
x
x
i 1
n
i
n
5.计算可重复性标准偏差 。 其中 d2* 可以从附录c中查 到，g＝1，m ＝n
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确定偏倚的指南 - 独立样件法
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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偏倚产生的原因
造成过份偏倚的可能原因有： 计量器具需要校准 计量器具或相关夹具磨损 磨损或损坏的基准，基准出现误差 不适当的校准或使用基准设定 线性误差（譬如测量两个不同的点，零件的内在变差所 造成的线性误差。） 使用了错误的量具 不同的测量方法— 设臵、安装、夹紧、技术

20名称
测量系统
分析项目
偏倚
线性
稳定性
重复性
再现性
负责人/日期
卡尺 硬度仪 金相显微镜 万能材料试验机
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测量系统研究—偏倚
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什么是偏倚
偏倚是指对相同零件 上同一特性的观测的平均 值与基准值的差异。 它是由所有已知或未 知的变差来源共同影响的 总偏差所造成。
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本手册中使用了以下术语
有效解析度Effective resolution 特定应用条件下，一个测量系统对过程变差的敏感度。 可以导致测量有用的输出信号的最小输入。 通常被描述为一种测量单元。 基准值（Reference value) 某一物品的可接受数值。 需要一个可操作的定义。 常被用来替代真值使用。 真值(True value) 某一物品的真实数值。 不可知且无法知道的。
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本手册中使用了以下术语
再现性(Reproducibility) 不同评价者使用相同的量具， 测量同一个零件的同一个特性的测 量平均值的变差。 通常被称为A.V.—评价者变差 (Appraiser Variation)。 系统之间（条件）的 误差。 在ASTM E456-96包括：重 复性、实验室、环境及评价者影响。
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独立样件法 —范例
一名制造工程师评价了一个用于过程监控 的新测量系统。测量设备的一项分析证明该测 量系统没有线性误差的问题，该工程师只需对 测量系统的偏倚进行研究和评价。根据过程变 差的实际情况，他从测量系统操作范围内选取 了一个零件；通过对该零件进行了全尺寸测量 确定了它的参考值，然后由主要操作者测量该 零件15次。
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本手册中使用了以下术语
分辨力Discrimination、可读性Readability、 分辨率Resolution
别名：最小可读单位、测量解析度、最小刻度极限或探测的最 小极限。 由设计所确定的固有特征。 一个仪器测量或输出的最小刻度单位。 通常被显示为测量单位。 10比1的比例法则。
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本手册中使用了以下术语
GRR或量具的重复性和再现性 (Gage &R)
量具的重复性和再现性：测量系统 重复性和再现性的联合估计值。 测量系统能力：取决于所用的方法 ，可能包括或不包括时间的影响。
测量系统能力(Measurement System Capability)
测量系统变差的短期估计值。（例： “GRR”包括图表法）
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本手册中使用了以下术语