五大工具之——MSA-培训教材

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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。
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)
线性(linearity)
在量具正常工作量程内的偏 倚变化量。
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本手册中使用了以下术语
一致性(Consistency)
随时间重复性变化的程度。 一致的测量过程是在宽度 （变差）方面处于统计上受控状 态。
均一性(Uniformity)
在正常工作范围内重复性的 变化。
重复性的同义词。
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本手册中使用了以下术语
系统变差 （System Variation)
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n
xi
x i1 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
其中σr=σ重复性
7.如果 0 落在围绕偏倚值1- 置信区间以内 ，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
b r
n
t = 偏倚 σb
95%偏倚置信区间
低值
高值
10.8 2.206
0.0067 -0.12157 0.13497
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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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测量系统的接受准则
对测量系统予以接受的通用准则是： ▪ 低于10%的误差— 通常被认为是一个可接受的测量系统。 ▪ 10%到30%的误差—根据应用的重要性、测量装置的成 本、维修费用等，可能是可接受的。 ▪ 大于30%误差—考虑为不可接受，应尽各种力量以改进 该测量系统。 另外，由测量系统对过程进行划分的区别分类数（ndc） 应能大于或等于5。
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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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偏倚的分析程序
1.6 计算出偏倚占过程变差的百分率： 偏倚%=100[|偏倚|/过程变差] 1.7 对偏倚的分析结果应写出书面报告。 1.8 如果偏倚大于10%，应进行原因分析。
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偏倚的分析程序
1.9 偏倚过大的原因可能是：
➢
基准的误差，
➢
零件的磨损；
➢
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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
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
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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、位置、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置或在工具室、 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。
量具尺寸不对；
➢
测量了错误的特性；
➢
量具没有正确校准；
➢
评价人量具使用不当等。
1.10 针对具体的原因，采取相应的措施，对测量系统进行改进。
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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。
多个独立的偏倚误差在量具 工作量程内的关系。
是测量系统的系统误差所构成。
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本手册中使用了以下术语
宽度变差（Width variation)
精确度（Precision)
每个重复读数之间的“接近” 程度。
是测量系统的随机误差所构成。
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本手册中使用了以下术语
重复性(Repeatability)
测量系统分析
Measurement System Analysis
第四版
2019年6月发布
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品保部:JesenQin 2019年3月
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测量系统分析
Measurement System Analysis
第四版
2019年6月发布
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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。
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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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— 设置、安装、夹紧、技术
宽度加宽，Ⅱ区域增
大。
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测量系统共有的统计特性
依据用途，每个测量系统可能要求具备不同的 统计特性，但以下几个特性应是所有的测量系统共 有的： 1.测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系 统中的变差只能由普通原因而不是由特殊原因造成； 2.测量系统的变差必须小于制造过程的变差； 3.测量系统的随机变差必须小于过程变差和公差带 两者中最小者，一般为其1/10。
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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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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本手册中使用了以下术语
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。
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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 ：
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
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。
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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。
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测量系统分析计划
过程名称
分析项目 测量系统
卡尺
偏倚
线性
硬度仪
金相显微镜
万能材料试验机
稳定性 重复性 再现性 负责人/日期
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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。
我们可以将测量过程看成一个制造过程，其产生 的输出就是数值（数据）。这样看待一个测量系统 是很有用的，会使我们明白已经说明的所有的概念 、原理和工具。
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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：百度文库小可读单位、测量解析度、最小刻度极限或探测的最 小极限。
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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。
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。
量具（Gage)是指任何用来获得测量结果的装置。
经常是用在工厂现场的装置，包括通/止规（go/no go device)。
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本手册中使用了以下术语
测量系统（Measurement System)— 是对测
量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使 用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件 、人员、环境和假设的集合；也就是说，用来获得 测量结果的整个过程。
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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
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独立样件法 —范例 计算结果
测量值
n（m） 平均值 x
15 6.0067
标准差 标准误差的
σ σr/σ重复性 平均值 b
0.22514 0.05813
基准值=6.00， =0.05 g=1 d2*=3.55
t 统计量
测量值 0.1153
df 显著t值 偏倚
自由度
（2尾）查t 分布分位表
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
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
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）