测量系统分析(MSA)

质量管理部
测量系统研究的目的
接受新测量设备的准则； 一种测量设备与另一种测量设备的比较 评价怀疑有测量缺陷的量具的依据 维修前后测量设备的比较 计算过程变差所需的方法，以及生产过程的可接受性水平 作出量具的特性曲线的必要信息。 以上一切是为了满足ISO/TS 6949的相关要求： “7.6.1 测量系统分析
– b.测量系统：用来对被测特性赋值的操作、程序、 量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得 测量结果的整个过程。
质量管理部
测量系统误差来源
• 测量系统和其它所有的生产过程一样，受随机误差和系统误差的影响。这此误 差是由于普通原因和特殊（无次序的）原因造成的。
• 在测量系统分析前，识别潜在的变差来源是必要的。 • 常用的分析工具有因果图、矩阵图、树图。
质量管理部
评价人数 量
样品数量
小结
稳定性
偏倚 线性 GRR
没要求通常为1人
1件
小样法
kappa
信号探测法
实验次数 测试周期
依控制图来选择， 每次多次通常1或 3-5次
定期较长时间
基准要求
测量方法 要求 接受准则
工具室测量10次 以上来确定 不需盲测
控制图受控
质量管理部
2、偏倚研究
数值法
根据测量结果算出平均值Xbar
19
21
23
25
Sample
UCL=0.8289
_ S=0.3228
LCL=0
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
Sample
质量管理部
稳定性举例-运行图法
左右门间隙差
量具名称: 游标卡尺 研究日期: 2010-5-8
报表人: 公差: 其他:
赵前 0.02mm 陕西重型汽车有限公司
1
2
3
4
5
操作员
质量管理部
我们是否是测量过程？
• 管理者要有效的管理任何过程的变异，需要了解：
– 过程应该做什么？ – 会有什么问题？ – 现在做的怎么样？
被管理的 过程
测量
测量过程 测量值
分析
决策 资源
测量的过程（控制过程）
输入
作业 一般的过程（放羊式过程）
输出
质量管理部
对产品决策的影响
➢第一类错误（生产者风险/假警报） 一个好的零件有时被误判为“不合格”
Measurement Systems Analysis
质量管理部
MSA－引子
• 测量重要吗？ • 测量的目的是什么？
质量管理部
MSA－引子
哇, 不可思异啊! 可真是这样吗?
瞧!我们的销 售业绩！
质量管理部
MSA－引子
终于搞定了
你没搞错 吧？！！
质量管理部
MSA－引子
我搞错了吗？
晕，郁闷中……
9/11
10/9
48.3
48.0
48.1
48.1
48.3
48.1
48.0
48.2
47.9
48.0
48.1
47.9
48.9
48.7
48.4
48.4
48.6
48.6
48.6
48.4
48.3
48.4
48.6
48.3
48.6
48.6
48.7
48.7
48.5
48.7
48.7
48.9
48.7
48.8
48.9
48.4
建立控制限并用标准控制图分析评价失控或 不稳定状态。
质量管理部
稳定性练习
10/16 48.6
10/22 48.4
10/28 48.9
11/12 48.9
11/18 48.9
11/19 48.9
1/15 48.4
6/19 48.7
10/12 47.8
11/20 47.9
12/9 48.1
1/12 48.2
– 不可重复型（Non-replicable）：
质量管理部
MSA的基本概念
• 三、测量系统的五个特性
1、重复性 Repeatability
同一评价人，多 次测量同一特性 的观测值变差
2、再现性 不同评价人，测 Reproducibi-lity 量同一特性观测
平均值的变差
质量管理部
MSA的基本概念
– 测量系统引入的测量误差的分布规律不随时间发生 变化。
– 也即测量系统其误差（变异）呈正态分布。
质量管理部
1、稳定性研究
➢Xbar-R法
➢取一个样本并建立相对于可朔源标准的基准值 ➢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 ➢将数据按时间顺序画在x&R或X&s控制图上 ➢结果分析：
LSL
USL
Coufused area
Bad is bad Ⅰ
Ⅱ
Goog isgood Ⅲ
Coufused area
Bad is bad
Ⅱ
Ⅰ
质量管理部
对过程决策的影响
➢把普通原因报告为特殊原因
➢把特殊原因报告为普通原因
➢GRR对能力指数Cp的影响
2 观察

2 实际

2 测量系统
CP观-2察 CP实-2际 CP测-2量系统
3、偏倚Bias
观测平均值与基准值的差。
基准值：是比观测用测量装置高一级的测量结果
的平均值
偏倚（Bias)
分布图 正态, 均值=0, 标准差=1
0 0.4
0.3
密度
0.2
0.1
0.0
-3
-2
-1
0
1
2
3
X
观测平均值
基准值（真值）
质量管理部
MSA的基本概念
4、线性Linearity
量具的预期工作范围内偏倚的变化（之间的差
部件 真值
1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 22 2 2 2 2 2 2 2 2 2
偏倚=Xbar-真值
22
2
2
测量系统偏倚的检验
测量结果
2. . . 2. 2. 2. . 2. 2. . 2. 2. 7 54 5 7 3 5 5 4 4 6 4
t=偏倚/σb
Xbar
= ∑x/n
= 2.491666667
密度 密度 密度
5、稳定性Stability 在某种持续时间内测量同一基
0.4 0.3
分布图 正态, 均值=0, 标准差=1
0
0.2
准或零件单一特性结果的总变
0.1
0.0
-3
-2
-1
0
1
2
3
差GR&R
X 分布图
正态, 均值=0, 标准差=1
0
0.4
0.3
0.2
0.4
0.1
分布图
0.0
正态, 均值=0, 标准差=1
质量管理部
Sample StDev
Sample Mean
49.6 49.2 48.8 48.4 48.0
1
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
1
稳定性案例- Xbar-R法
Xbar-S Chart of C1
1
UCL=49.103 __ X=48.472
LCL=47.841
3
5
7
9
11
13
15
17
• 用什么方法？
– 计数型/计量型
• 在什么时候进行？
– MSA计划
• 判断准则是什么？
– MSA手册（AIAG-MSA手册）
质量管理部
MSA的基本概念
• 一.测量系统分析的适用范围
– 被测特性能重复出现
• 二.数据的分类
– 计量型（Variable):一个样品的测量值
– 计数型（Attribute):一个样品的质量和通过/不通过 测试结果
σb=σr/√ n
偏倚 =Xbar-基准值 = 0.491666667
标准差σr
标准误差
σb
=0.124011241 =0.035798962
偏倚t检验 置信下限 置信上限
检验水平a
=2.200985159 =0.412873683 =0.57045965 =0.05
质量管理部
• 图示法
2、偏倚研究
十分之一。 • 6、确保测量方法（评价人和测量方法）在按照规定的测量步
骤测量特征尺寸
质量管理部
1、稳定性研究
• 稳定性:
– Xbar-R图（MINITAB软件） – 运行图（MINITAB软件）
Sample Mean
Sample StDev
Xbar-S Chart of C1
49.6
1
49.2 48.8 48.4
值）。
偏倚小（Bias)
偏倚大（Bias)
0.4
分布图 正态, 均值=0, 标准差=1
0
0.4
分布图 正态, 均值=0, 标准差=1
0
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0.0
0.0
-3
-2
-1
0
1
2
3
-3
-2
-1
0
1
2
3
X
X
观测平均值
基准值（真值）
观测平均值
基准值（真值）
密度 密度
质量管理部
MSA的基本概念
CP T / 6（capability index）
质量管理部
GRR对能力指数Cp的影响举例
• 例：CPGRR＝2.0,为达到顾客要求过程能力（观 测值）＝1.33，CP实际=？
CP观-2察 CP实-2际 CP测-2量系统
1 1.332

1 2.02

1 ?
CP实际=(1/1.33^2-1/2^2) ^-0.5≈1.79 即过程公差＝1.79*6σ＝10.74σ,78PPM 假设该过程和基准值偏移1.5σ
1
均值
6 2 0 -2
组块变量: 部件
报表人: 公差: 其他:
赵前 0.02mm 陕西重型汽车有限公司
2
3
4
5
操作员
Leabharlann Baidu
2
A
B
C
0
-2
7
8
9
10
均值
操作员
运行图
质量管理部
为什么要研究稳定性？
• 进行测量系统分析的目的
– 预测在未来测量系统所引入的测量误差具有什么特 性。为能够进行这样的预测，研究测量系统的稳定 性是必要的，即
➢第二类错误（消费者风险/漏判率） 一个不合格的零件有时被误判为“合格”
质量管理部
对产品决策的影响
➢ 减少过程变差，没有零件产生在Ⅱ区
➢ 减少测量系统误差从而减小Ⅱ区域的面积，因而产生的所有零 件将在Ⅲ区域，这样就可以最小限度的降低做出错误决定的风 险。
假定测量过程处于统计受控状态并且对准基准值。如果不成立，这样的测 量结果不值得信任。
UCL=49.103 __ X=48.472
48.0
LCL=47.841
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
Sample
0.8
UCL=0.8289
0.6
0.4
_
S=0.3228
0.2
0.0
LCL=0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
Sample
Xbar-R图
测量
左右门间隙差
量具名称: 游标卡尺 研究日期: 2010-5-8
-3
-2
-1
0
1
2
3
0
X
0.3
0.2
0.1
0.0
-3
-2
-1
0
1
2
3
X
观测平均值
基准值（真 值）
质量管理部
测量系统研究准备
• 1、先计划将要使用的方法 • 2、确定评价人、样品的数量及重复读数次数 • 3、评价人的确定（应从日常操作人中选） • 4、样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围 • 5、仪器的分辨率应允许至少直接读取特性的预期过程变差的
2
A
B
C
均值
0
测量
-2
6
7
8
9
10
2
0
均值
-2
操作员 组块变量: 部件
对于每个部件，可以比较由每个操作员所得出测量值之间的变异，以及操作员之间的测量 值差异。还可以查看测量值与水平参考线的关系。默认情况下，参考线是所有观测值的平均 值。 大部分变异是因部件间的差异所致。此外还出现了某些较小的模式。例如，操作员 B 的测量 缺乏一致性，而操作员 C 的测量值通常比其他操作员低。
观测值变差
产品/制程变差
测量系统变差
量具变差
评价人变差 （再现性）
偏倚（bias)
线性(linearity) 稳定性(stability)
重复性 质量管理部
测量系统变差的影响因素
质量管理部
测量系统的统计变差
稳定性（Stability) 偏倚（Bias) 线性(Linearity)
位置的变差(Location Error) 统计量： 测量均值PK真值
调整垫片测量量具偏倚和线性研究
量具名称: 游标卡尺 研究日期: 2010-5-8
报表人: 公差: 其他:
张山 0.02mm 陕西重型汽车有限公司
量具线性
自变量
系数 系数标准误
P
回归 95% 置信区间
为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变异，应进行适 当的统计研究。此要求应用控制计划提出的测量系统。所有的分析方法及接 收准则，应与顾客关于测量分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准， 其他分析方法和接收准则也可以应用。”
质量管理部
MSA的基本概念
什么是测量系统？
a.测量系统不仅仅是量具；
2/13 48.1
48.7
48.8
48.6 47.9
50.1
50.1
48.2
48.0
48.6
48.3
48.6
48.5
48.7
48.3
48.0
48.9 48.0
49.2
49.0
48.3
47.7
48.7
48.4
48.7
48.9
48.5
3/20
4/11
5/20
6/19
6/28
7/6
7/21
8/9
8/22
9/7
质量管理部
MSA－引子
？？？
？？？
数据是否可信？ 您看到的各类报表是真的吗？
质量管理部
为什么要进行MSA
为什么量具进行了检定或校准还要进行测量系 统分析？
为什么经过100%的全检验，客户还在抱怨收到 了不合格？
为什么再做全过程做了质量检验（QC）还要向 客户做质量保证（QA）？
到底什么样的测量系统才够放心？
重复性（Repeatability) 再现性（Reproducibility)
宽度的变差（Width Error) 统计量： 测量分布
质量管理部
MSA一般性问题
• 哪些测量系统需要进行MSA？
– 哪个过程有测量风险
• 需要进行哪些研究？
– 测量风险的从哪里来
• 研究对象如何选取？
– 最大的测量风险