MSA测量系统分析培训资料
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tact
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
tact
http://www.qamorning.com/
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
建立 OCAP
搜集数据 过程优化/改进
tact
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确定过程控制的参数
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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tact http://www.qamorning.com/
应用MINITAB进行测量系统分析 背景知识：
质量改进小组准备对打眼钉工序进行过程能力分析和改进，该 工序的关键质量特征值为眼钉高度H，其规格值为0.175cm－
复测量的次数。一般至少取10个零件，3-5个操作者并重复
测量2-3次 所取样本零件必须来自与生产过程，并且代表了整个生产
的变差
操作者应能够正常的使用仪器 仪器测量的精度至少为能够直接读出反映过程变异的特征 值的十分之一 确保测量方法能够测量被测质量特征，并且遵循着既定的 测量程序
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测量系统的基本概念
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;包括测量结果为通过/不通过的仪器 （属性值测量仪器）。
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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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。
tact
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重复性和再现性的分析方法：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
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.
交互作用的图形表示
不同轮数 的测量均值
操作者 A 操作者 B 操作者 C
1
tact
2
3
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4
零件
操作者和零件之间没有交互作用
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
1
2
3
4
零件
操作者和零件之间交互作用显著
进行测量系统分析之前应考虑以下问题：
选择所要研究的测量过程。
对测量过程进行划分，包括测量仪器、方式和方 法 ，参照标准以及如何记录数据等。建议绘制测 量过程流程图。 根据操作过程定义测量系统变异
tact
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确定进行测量系统分析的前提条件
确定进行测量系统分析的操作者的人数，零件数量以及重
为什么要推行6SIGMA？
分析数据，确认质量问题 决定优先解决的问题 跨职能的问题解决小组 详细过程流图 & CQC 确定变异来源 新的测量系统 是 能力是否充分? 是 过程能力分析 改进 否 能力是否充分？ 因素分析
其他测量系统?
连续质量改进中的测量系统分析
测量系统分析
确定SPC的方法
决定实验设计方案 全因子实验 响应曲面模型
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. 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 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
精度误差
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测量系统的基本概念
5. 偏倚：参照标准的真值与其测量值的均值之差
6. 精度：测量系统在测量特定样本时若干个测量值之间 的吻合程度或波动程度，它包括两个方面：重 复性和再生性 7. 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
重复性
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LSL USL
以上公式基于以下三 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
6
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ESM
1.5 5
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
• 在正常仪器维护条件下，测量仪器误差很大
• 测量仪器进行了改装，如更换了重要零部件
• 对测量仪器进行了大修 • 进行工序能力分析时需要考虑测量仪器的测量能力 • 测量系统不稳定 • 测量结果波动大
• 决定是否接受一台新仪器
• 测量仪器之间进行比较
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ˆ ˆ ˆ (5) 计算 EV 、 AV 和 MSE
ˆ EV R d2
ˆ AV
X diff * d 2
ˆ2 EV nr
2
ˆ ˆ2 ˆ2 MSE AV EV
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重复性和再现性的分析方法：极差法
tact
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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）
测量系统的基本概念
8. 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
系统 B
系统 C
再现性
tact
系统 A
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测量系统的基本概念
9. 固定误差 ：测量误差不随 被测对象大小而改变，一般 与仪器的调整与校准有关 10. 可变误差：随被测对象大 小而改变的测量误差，可变 误差一般与仪器构造有关 11. 稳定性: 测量系统的测量 结果在不同时间上的变异
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重复性和再现性的分析方法：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
Rij Max{X ijk } Min{X ijk }
1 m n R Rij m n i 1 j 1
MSE 代表测量误差的标准差
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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
2 MSE
2 P
100 %
tact
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测量系统的基本概念
2.70 3
2.30 2.08 4 5
K3 Part
tact
3.65 2
2.70 2.30 2.08 1.93 1.82 1.74 1.67 1.62 3 4 5 6 7 8 9 10
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重复性和再现性的分析方法：极差法
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
tact
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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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(2)计算所有零件的极差均值
(3)计算不同操作者的测量均值 1 n r X i.. X ijk nr j 1 k 1
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重复性和再现性的分析方法：极差法
(4) 计算 X i .. 的极差
X diff Max{X i..} Min{X i..}
R&R%=
tact
MSE
2 MSE
Байду номын сангаас
2 P
100 %
* d 2 ,d 2 是由测量轮数和操作者的数量所决定的系数 http://www.qamorning.com/
重复性和再现性的分析方法：极差法
R&R 计算中的系数
K1 4.56 Trials 2 3.05 3
K2 3.65 Operator 2
稳定性
时间 2
时间 1
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测量系统的基本概念
12. 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 偏倚 测量值的均值
偏倚
在低量程下测零件
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在高量程下测零件
测量系统的基本概念
13. 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%
14. 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
5.15 MSE P /T% 100% USL - LSL
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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测量系统分析的目的
MSA: Measurement System Analysis 明确工序过程测量系统的能力水平 确认测量系统的变异来源 确认测量系统在一段时间内是否稳定 确认测量系统是否线性
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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
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重复性和再现性（R&R）分析
进行重复性和再现性分析的实验方案
对样本零件标上序号，注意不要让操作工发现这个序号 采用数据搜集表格采集数据 测量应随机进行以确保任何偏移或变化是随机分布的
读数应尽可能精确，如果可能的话要读到测量仪器最小单
位的二分之一
选取工作谨慎的人员对测量过程进行观察
所有操作者应使用同样的操作方法和程序
— 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
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讨 论:
1. 为什么MSA对质量改进如此重要?
2. 重复性和再现性与校准的区别?
3. 在什么情况下进行测量系统分析?
EV 5.15 EV R K 1 AV 5.15 AV [( X diff K 2 ) 2 ( EV 2 / nr)] R & R 5.15 MSE EV 2 AV 2 RP P * d 2 PV 5.15 P R P K 3
5.15 MSE 100% P/T%= USL LSL
测量系统的基本要素
参照标准
被测对象 （输入）
测量者
测量过程
测量仪器
测量结果 （输出）
测量方法 环境
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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
总变异=过程变异+测量系统变异
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影响测量结果的因素
• 测量者的知识和技术水平
• 测量方法 • 参照标准 • 测量仪器 • 环境
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测量系统变异来源图
再现性
LSL
USL
6
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ESM
1.5 5
重复性
在什么情况下需要进行测量系统分析
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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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
建立 OCAP
搜集数据 过程优化/改进
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确定过程控制的参数
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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应用MINITAB进行测量系统分析 背景知识：
质量改进小组准备对打眼钉工序进行过程能力分析和改进，该 工序的关键质量特征值为眼钉高度H，其规格值为0.175cm－
复测量的次数。一般至少取10个零件，3-5个操作者并重复
测量2-3次 所取样本零件必须来自与生产过程，并且代表了整个生产
的变差
操作者应能够正常的使用仪器 仪器测量的精度至少为能够直接读出反映过程变异的特征 值的十分之一 确保测量方法能够测量被测质量特征，并且遵循着既定的 测量程序
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测量系统的基本概念
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;包括测量结果为通过/不通过的仪器 （属性值测量仪器）。
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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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：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
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.
交互作用的图形表示
不同轮数 的测量均值
操作者 A 操作者 B 操作者 C
1
tact
2
3
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4
零件
操作者和零件之间没有交互作用
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
1
2
3
4
零件
操作者和零件之间交互作用显著
进行测量系统分析之前应考虑以下问题：
选择所要研究的测量过程。
对测量过程进行划分，包括测量仪器、方式和方 法 ，参照标准以及如何记录数据等。建议绘制测 量过程流程图。 根据操作过程定义测量系统变异
tact
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确定进行测量系统分析的前提条件
确定进行测量系统分析的操作者的人数，零件数量以及重
为什么要推行6SIGMA？
分析数据，确认质量问题 决定优先解决的问题 跨职能的问题解决小组 详细过程流图 & CQC 确定变异来源 新的测量系统 是 能力是否充分? 是 过程能力分析 改进 否 能力是否充分？ 因素分析
其他测量系统?
连续质量改进中的测量系统分析
测量系统分析
确定SPC的方法
决定实验设计方案 全因子实验 响应曲面模型
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. 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 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
精度误差
tact
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测量系统的基本概念
5. 偏倚：参照标准的真值与其测量值的均值之差
6. 精度：测量系统在测量特定样本时若干个测量值之间 的吻合程度或波动程度，它包括两个方面：重 复性和再生性 7. 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
重复性
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LSL USL
以上公式基于以下三 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
6
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ESM
1.5 5
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
• 在正常仪器维护条件下，测量仪器误差很大
• 测量仪器进行了改装，如更换了重要零部件
• 对测量仪器进行了大修 • 进行工序能力分析时需要考虑测量仪器的测量能力 • 测量系统不稳定 • 测量结果波动大
• 决定是否接受一台新仪器
• 测量仪器之间进行比较
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ˆ ˆ ˆ (5) 计算 EV 、 AV 和 MSE
ˆ EV R d2
ˆ AV
X diff * d 2
ˆ2 EV nr
2
ˆ ˆ2 ˆ2 MSE AV EV
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重复性和再现性的分析方法：极差法
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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）
测量系统的基本概念
8. 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
系统 B
系统 C
再现性
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系统 A
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测量系统的基本概念
9. 固定误差 ：测量误差不随 被测对象大小而改变，一般 与仪器的调整与校准有关 10. 可变误差：随被测对象大 小而改变的测量误差，可变 误差一般与仪器构造有关 11. 稳定性: 测量系统的测量 结果在不同时间上的变异
tact
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重复性和再现性的分析方法：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
Rij Max{X ijk } Min{X ijk }
1 m n R Rij m n i 1 j 1
MSE 代表测量误差的标准差
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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
2 MSE
2 P
100 %
tact
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测量系统的基本概念
2.70 3
2.30 2.08 4 5
K3 Part
tact
3.65 2
2.70 2.30 2.08 1.93 1.82 1.74 1.67 1.62 3 4 5 6 7 8 9 10
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重复性和再现性的分析方法：极差法
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
tact
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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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(2)计算所有零件的极差均值
(3)计算不同操作者的测量均值 1 n r X i.. X ijk nr j 1 k 1
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重复性和再现性的分析方法：极差法
(4) 计算 X i .. 的极差
X diff Max{X i..} Min{X i..}
R&R%=
tact
MSE
2 MSE
Байду номын сангаас
2 P
100 %
* d 2 ,d 2 是由测量轮数和操作者的数量所决定的系数 http://www.qamorning.com/
重复性和再现性的分析方法：极差法
R&R 计算中的系数
K1 4.56 Trials 2 3.05 3
K2 3.65 Operator 2
稳定性
时间 2
时间 1
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测量系统的基本概念
12. 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 偏倚 测量值的均值
偏倚
在低量程下测零件
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在高量程下测零件
测量系统的基本概念
13. 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%
14. 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
5.15 MSE P /T% 100% USL - LSL
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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测量系统分析的目的
MSA: Measurement System Analysis 明确工序过程测量系统的能力水平 确认测量系统的变异来源 确认测量系统在一段时间内是否稳定 确认测量系统是否线性
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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
进行重复性和再现性分析的实验方案
对样本零件标上序号，注意不要让操作工发现这个序号 采用数据搜集表格采集数据 测量应随机进行以确保任何偏移或变化是随机分布的
读数应尽可能精确，如果可能的话要读到测量仪器最小单
位的二分之一
选取工作谨慎的人员对测量过程进行观察
所有操作者应使用同样的操作方法和程序
— 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
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讨 论:
1. 为什么MSA对质量改进如此重要?
2. 重复性和再现性与校准的区别?
3. 在什么情况下进行测量系统分析?
EV 5.15 EV R K 1 AV 5.15 AV [( X diff K 2 ) 2 ( EV 2 / nr)] R & R 5.15 MSE EV 2 AV 2 RP P * d 2 PV 5.15 P R P K 3
5.15 MSE 100% P/T%= USL LSL
测量系统的基本要素
参照标准
被测对象 （输入）
测量者
测量过程
测量仪器
测量结果 （输出）
测量方法 环境
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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
总变异=过程变异+测量系统变异
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影响测量结果的因素
• 测量者的知识和技术水平
• 测量方法 • 参照标准 • 测量仪器 • 环境
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测量系统变异来源图
再现性
LSL
USL
6
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ESM
1.5 5
重复性
在什么情况下需要进行测量系统分析