測量系統(tǒng)MSA培訓教材張中寶

測量系統(tǒng)分析(MSA)

2023/1/81課程大綱：測量系統(tǒng)分析的意義和目的；測量系統(tǒng)分析的定義：測量系統(tǒng)、量具、測量、測量過程；測量系統(tǒng)分析的基礎知識：測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性：偏倚、重復性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、線性、分辨力

計量型測量系統(tǒng)的分析方法1）、偏倚2）、穩(wěn)定性3）、重復性和再現(xiàn)性（量具R&R分析）極差法、均值-極差法、4）、線性計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法1）、小樣法范例：MSA控制程序，常用MSA分析表單和分析軟件2023/1/82第一章測量系統(tǒng)分析的意義2023/1/83測量的重要性如果測量出現(xiàn)問題，那么合格的產(chǎn)品可能被判為不合格，不合格的產(chǎn)品可能被判為合格，此時便不能得到真正的產(chǎn)品或過程特性。

因此，要保證測量結果的準確性和可信度,即保證測量數(shù)據(jù)的質量。PROCESS原料人機法環(huán)測量測量結果合格不合格測量2023/1/84為什么要進行測量系統(tǒng)分析即使量具經(jīng)過檢定或校準，由于人、機、料、法、環(huán)、測等五方面的原因，會帶來測量誤差。檢測設備的檢定或校準不能滿足測量的需要。因此，還需要對測量系統(tǒng)進行評價，分析測量結果的變差，從而確定測量系統(tǒng)的質量，以滿足測量的需要。2023/1/85測量系統(tǒng)分析的目的運用統(tǒng)計分析方法，確定測量系統(tǒng)測量結果的變差（測量誤差），了解變差的來源。從而確定一個測量系統(tǒng)的質量，并且為測量系統(tǒng)的改進提供信息。保證所用統(tǒng)計分析方法及判定準則的一致性。2023/1/86第二章基本概念和知識2023/1/87測量系統(tǒng)的基本知識和概念測量系統(tǒng)及其統(tǒng)計特性分辨力、穩(wěn)定性、偏倚、重復性、再現(xiàn)性、線性術語理想的測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)的共同特性測量系統(tǒng)的評定步驟和準備2023/1/88術語測量：賦值給具體事物以表示他們之間的關系。而賦予的值定義為測量值。

量具：任何用來獲得測量結果的裝置，經(jīng)常用來特指用在車間的裝置，包括用來測量合格／不合格的裝置。測量系統(tǒng)：用來對被測量特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件以及操作人員的集合。

2023/1/89測量量系系統(tǒng)統(tǒng)的的組組成成測量量系統(tǒng)統(tǒng)人機料法環(huán)操作作人人員員量具具/測測量量設設備備/工工裝裝被測測的的材材料料/樣樣品品/特特性性操作作方方法法、、操操作作程程序序測量量的的環(huán)環(huán)境境2022/12/2910測量量系系統(tǒng)統(tǒng)的的統(tǒng)計計特性性通常常，，使使用用測測量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的統(tǒng)統(tǒng)計計特特性性來來衡衡量量測測量量系系統(tǒng)統(tǒng)的的質質量量nDiscrimination分辨辨力(abilitytotellthingsapart);nBias偏倚倚(Accuracy準確確性性);nRepeatability重復復性性(precision精密密度度);nReproducibility再現(xiàn)現(xiàn)性性;nLinearity線性性;nStability穩(wěn)定定性性。2022/12/2911分辨力（率））：定義：指測量量系統(tǒng)檢出并并如實指示被被測特性中極極小變化的能能力。2022/12/2912分辨率（力）的要求對于計量型的的量具的分辨辨率，應是公公差（過程變變差的(1/5~1/10)。對于特殊特性性，建議的要要求是總過程程6σ(標準偏差)的的十分之一。。傳統(tǒng)是公差差范圍的十分分之一;2022/12/2913偏倚(Bias)：基準值值觀測平平均值值偏倚偏倚：：是測測量結結果的的觀測平均值值與基準值值的差值值?；鶞手抵档娜∪〉每煽梢酝ㄍㄟ^采采用更高高級別別的測測量設設備進進行多次次測量量，取取其平平均值值來確定定。2022/12/2914重復性(Repeatability)重復性重復性性是由一個評價人人，采采用一種測量儀儀器，，多次次測量量同一零件的的同一特性時時獲得得的測測量值變差差。2022/12/2915再現(xiàn)性(Reproducibility)：再現(xiàn)性是由不同的評價人人，采用相同的測量儀儀器，測測量同一零件的同一特性時測量平平均值的變差。。再現(xiàn)性操作者B操作者C操作者A2022/12/2916穩(wěn)定性(Stability)：穩(wěn)定性時間1時間2穩(wěn)定性(或飄移移)：是測量量系統(tǒng)在在某持續(xù)時間間內(nèi)測量同一基準或零件的相同特性時獲得的的測量值的總變差差。2022/12/2917線性(Linearity)：量程基準值觀測平均均值基準值線性是在在量具預預期的工工作范圍圍內(nèi)，偏偏倚值的的差值2022/12/2918測量系統(tǒng)統(tǒng)所應具具有的特性：：測量系統(tǒng)統(tǒng)必須處處于統(tǒng)計計控制中中，這意味味著測量量系統(tǒng)中中的變差差只能是是由于普普通原因因而不是是由于特特殊原因因造成的的。這可可稱為統(tǒng)統(tǒng)計穩(wěn)定定性；測量系統(tǒng)統(tǒng)的變差差必須比比制造過過程的變變差?。粶y量系統(tǒng)統(tǒng)的變差差應小于于公差帶帶；測量精度度應高于于過程變變差和公公差帶兩兩者中精精度較高高者，一一般來說說，測量精度度是過程程變差和和公差帶帶兩者中中精度較較高者的的十分之之一；測量系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)計特特性可能能隨被被被測項目目的改變變而變化。若真真的如此此，則測量系系統(tǒng)的最最大的變變差應小小于過程程變差和和公差帶帶兩者中中的較小小者。2022/12/2919第三章計量型測測量系統(tǒng)統(tǒng)的分析析方法2022/12/2920測量系統(tǒng)統(tǒng)研究的的淮備應預先確確定評價價人的數(shù)數(shù)量，樣樣品數(shù)量量及重復復讀數(shù)次次數(shù)。在在此選擇擇中應考考慮的因因素如下下：尺寸的關關鍵性：：關鍵尺尺寸需要要更多的的零件和和/或試驗驗，原因因是量具具研究評評價所需需的置信信度。零件結構構：大或或重的零零件可規(guī)規(guī)定較少少樣品和和較多試試驗。由于其目目的是評評價整個個測量系系統(tǒng)，評價人的的選擇應應從日常常操作該該儀器的的人中挑挑選。樣品必須須從過程程中選取取并代表表其在整整個生產(chǎn)過程程中產(chǎn)品品變差的的全部范范圍?？煽赡軙棵恳惶烊∪∫粋€樣樣本，持持續(xù)若干干天才能能滿足此此要求。。由于每每一零件件將被測測量若干干次，必必須對每每一零件件編號以以便識別別。2022/12/2921確保測量方方法(即評評價人和儀儀器)在按按照規(guī)定的的測量步驟驟進行測量量。測量應按照照隨機順序序，以確保保整個研究究過程中產(chǎn)產(chǎn)生的任何何漂移或變變化將隨機機分布。評價人員不應知道正正在檢查零零件的編號，以避免免可能的偏偏倚。但是進行行研究的分析人員應知道正在在檢查那一一零件，并并記下數(shù)據(jù)據(jù)。在設備讀數(shù)數(shù)中，讀數(shù)數(shù)應估計到到可得到的的最接近的的數(shù)字。如如果可能，，讀數(shù)應取取至最小刻刻度的一半半。例如，，如果最小小刻度為0.0001，則則每個讀數(shù)數(shù)的估計應應圓整為0.00005。分析工作應應由知其重重要性且仔仔細認真的的人員進行行。每一位評價價人員應采采用相同方方法，包括括所有步驟驟來獲得讀數(shù)。2022/12/29221、、穩(wěn)穩(wěn)定定性性分分析析:1、、獲獲取取一一樣樣本本并并確確定定其其相相對對于于可可追追溯溯標標準準的的基基準準值值。。如如果果不不能能得得到到，，則則選選擇擇一一個個落落在在產(chǎn)產(chǎn)品品測測量量中中程程數(shù)數(shù)的的產(chǎn)產(chǎn)品品零零件件，，并并指指定定它它作作為為標標準準樣樣本本進進行行穩(wěn)穩(wěn)定定性性分分析析。可能能需需要要具具備備預期期測量量值的最最低低值值、、最最高高值值及及中中程程數(shù)數(shù)的的標標準準樣樣本本。。建建議議對對各各樣樣本本單單獨獨測測量量并并做做控控制制圖圖。。2、定期期(天天、、周周)測測量量基基準準樣樣品品3～～5次次。。樣樣本本容容量量和和頻頻率率應應基基于于對對測測量量系系統(tǒng)統(tǒng)的的了了解解。。因因素素包包括括要要求求多多長長時時間間重重新新校校準準或或維維修修，，測測量量系系統(tǒng)統(tǒng)使使用用的的頻頻率率，，以以及及操操作作條條件件如如何何重重要要。。讀讀數(shù)數(shù)應應在在不不同同時時間間讀讀取取以以代代表表測測量量系系統(tǒng)統(tǒng)實實際際使使用用的的情情況況。。這這些些還還包包括括預預熱熱，，環(huán)環(huán)境境或或其其它它在在一一天天內(nèi)內(nèi)可可能能變變化化的的因因素素；2022/12/29233、將測量量值標標記在在Xbar-RCHART或Xbar––SCHART上；4、結果果分析析—作作圖法法計算控制界限,并并對失失控或或不穩(wěn)穩(wěn)定作作評估估,如果控控制圖圖不受受控，，代表儀儀器已已不穩(wěn)穩(wěn)定，，此測量量系統(tǒng)統(tǒng)是不不可接接受的的，須做維維修或或調(diào)整整，維維修及及調(diào)整整完后后須再再做校校正以以及穩(wěn)穩(wěn)定性性的分分析。。5、結果果分析析-數(shù)數(shù)據(jù)法法計算測測量結結果標標準差差,并并與過程標準差差相比比較,以以評估估測量量系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性性.不不可以以發(fā)生生測量結結果標標準差差大于過程標準差差的現(xiàn)象，，如果果有發(fā)發(fā)生此此現(xiàn)象象，代代表測測量的變差大于過程變差，此測測量系系統(tǒng)是是不可可接受受的。。2022/12/2924控制圖圖的判判讀超出控控制界界限的的點：：出現(xiàn)現(xiàn)一個個或多多個點點超出出任何何一個個控制制界限限是該該點處處于失失控狀狀態(tài)的的主要要證據(jù)據(jù)UCLCLLCL異常異常2022/12/2925控制圖圖的判判讀n鏈：有有下列列現(xiàn)象象之一一即表表明過過程已已改變變連續(xù)7點位位于平平均值值的一一側連續(xù)7點上上升(后點點等于于或大大于前前點)或下下降。。UCLCLLCL2022/12/2926控制圖的的判讀明顯的非非隨機圖圖形：應應依正態(tài)態(tài)分布來來判定圖圖形，正正常應是是有2/3的點點落于中中間1/3的區(qū)區(qū)域。UCLCLLCL2022/12/2927范例：10/1610/2210/2811/1211/1811/191/156/1910/1211/2012/948.648.448.948.948.948.548.448.747.847.948.148.748.848.647.950.149.048.248.048.648.348.648.348.048.948.049.249.048.347.748.748.448.71/122/133/204/115/206/196/287/607/218/98/2248.248.148.348.048.148.148.348.148.048.247.948.548.748.948.748.448.448.648.648.648.448.348.948.548.648.648.748.748.548.748.748.948.79/79/1110/948.048.147.948.448.648.348.848.948.42022/12/29282022/12/29291、選取一個樣樣品,并并建立可追追溯標準的基準值。。對樣本或標標準件測量量10次,計算其其平均值,將其當當成“基準值”.2、由一位作業(yè)業(yè)者以常規(guī)規(guī)方式對樣樣本或標準準件測量10次.并并計算出出平均值,此值為為“觀測平均值值”.2、偏倚分分析----獨立樣樣本法2022/12/29301、通過采用更更高級別的的測量設備備進行多次次（10次次）測量，，取其平均均值作為基基準值。2、如果不能按按這種方法法對所有樣樣件進行測測量，可采采下列替代代的方法：在工具室或或全尺寸檢檢驗設備上上對一個基基準件進行行精密測量量。讓一位評價價人用與正正被評價的的量具同一一級別的量量具測量同同一零件至至少十次。。計算讀數(shù)的的平均值，，即為基準準值。基準值的獲獲取方法2022/12/2931n計算算偏倚倚:偏倚倚=觀觀測測平平均均值值––基準準值過程程變變差差=6σ=T%偏倚=偏偏倚/過程程變變差差可用用公公差差代代替替過過程程變變差差；；6σ=T2022/12/2932范例：塞塞規(guī)0.8+_0.35X1=0.75X6=0.80X2=0.75X7=0.75X3=0.80X8=0.75X4=0.80X9=0.75X5=0.65已知：基準值為0.80mmX10=0.70過程變差為T=0.70(mm);2022/12/2933偏倚占公公差百分分比采用用同樣方方法計算算，式中中用公差差代替過過程變差。因此，在在量具R&R研究中使使用的厚厚薄規(guī)的的偏倚為為-0.05。這意意味著測測量觀測測值平均均比基準準值小0.05，是過過程變差差的7.1%.基準值0.800.75平均值2022/12/2934參考的的偏倚倚接受受準則則：a.對測量量特殊殊特性性的測測量系系統(tǒng)，，偏倚倚%≤≤10%時時可接接受，，偏倚倚%>10%時時，不不能接接受。。b.對測量量非特特殊特特性的的測量量系統(tǒng)統(tǒng)，偏偏倚%≤20%時可可接受受，偏偏倚%>20%時，，拒絕絕接受受。n如果偏偏倚相相對比比較大大，查查看這這些可可能的的原因因：基準的的誤差差；磨損的的零件件；制造的的儀器器尺寸寸不對對；；儀器測測量了了錯誤誤的特特性；；儀器沒沒有正正確校校準；；評價人人員使使用儀儀器不不正確確。2022/12/29353、重復性性和再再現(xiàn)性性分析析分析方方法有有：極差法法；均值-極差差法；；（常常用））方差分分析ANOVA。2022/12/2936量具R&R分析（均值-極差差法）（常常用）1）取得包含10個零件的一一個樣本，，代表過程程變差的實實際或預期期范圍,并并按1至10給零件編號號,使評價價人不能看看到這些數(shù)數(shù)字。2）指定評價人人員A、B、C。3）讓評價人A以隨機的順順序測量這這10個零件，并并讓另一個個觀測人將將結果記錄錄在第一行行，讓測試試人B和C測量這10個零件并互互相不看對對方的數(shù)據(jù)據(jù)。然后由由觀測人將將測量結果果分別填入入第6行和第11行；4）使用不同的的隨機測量量順序重復復上訴操作作過程。把把數(shù)據(jù)填入入第2、7、12行，在適當當?shù)牧杏涗涗洈?shù)據(jù)，例例如，第一一個測量的的零件是零零件7，則將結果果記錄在標標有7號零件的列列內(nèi)，如果果需要試驗驗3次，重復上上述操作，，將數(shù)據(jù)記記錄在第3、8和13行。5）當零件量過過大或無法法獲得所需需零件時，，第4和第5步可以改成成下述步驟驟之后：a)讓評價人A測量第一個個零件，并并在第1行記錄讀數(shù)數(shù)，讓評價價人B測量第1個零件并在在第6行記錄讀書書，讓評價價人C測量第1個零件并在在第11行記錄讀數(shù)數(shù)；2022/12/2937b)讓評價人A重復讀取第1個零件的讀數(shù)數(shù)，記錄在第第2行，評價人B在第7行記錄重復讀讀數(shù)，評價人人C在第12行記錄重復讀讀數(shù)。如果需需要測量3次，則重復上上述操作并在在第3、8和13行記錄數(shù)據(jù)。。6）如果評價人人在不同的班班次，可以使使用一個替換換的方法，讓讓評價人A測量10個零件，并將將讀數(shù)記錄在在第1行。然后，讓讓評價人A按照不同的順順序重新測量量，并把結果果記錄在第2行和第3行。評價人B和C也同樣做。試驗完后,測測試人員將將量具的重復性及再現(xiàn)性數(shù)數(shù)據(jù)進行計算算如附件一(R&R數(shù)據(jù)表),附附件二(R&R分析報告),依公式計計算并作成控制圖或直接用表表計算即可；2022/12/2938%R&R接受受準準則則：：a.%R&R<10%可接接受受。。b.10%≤≤%R&R≤≤30%，，通知知由由制制造造部部或或APQP小組組依依據(jù)據(jù)量量具具的的重重要要性性、、成成本本及及維維修修費費用用，，決決定定是是否否接接受受。。c.%R&R>30%不能能接接受受，，必必須須改改進進。。2022/12/2939極差差分分析析法法：典型型的的極極差差法法使使用用兩名名評價價人人和和五個個零件件進進行行分分析析，，在在這這個個分分析析中中，，每每個個評評價價人人測測量量每每個個零零件件一一次次，，每每個個零零件件的的極極差差是是評評價價人人A獲得得的的測測量量結結果果與與評評價價人人B的測測量量結結果果的的絕絕對對值值，，利利用用這這些些數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)來來計計算算R&R，，但這這種種方方法法，，無無法法分分解解成成是是儀儀器器的的誤誤差差或或是是人人的的誤誤差差。。2022/12/2940示例：零件評價人A評價人B極差(A-B)10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.102022/12/2941計算2022/12/29424、線性分分析：在測量儀器器的工作范范圍內(nèi)選擇擇一些零件可確定線性性。這些被被選零件的的偏倚由基基準值與測測量觀察平平均值之間間的差值確確定。最佳擬合偏偏倚平均值值與基準值值的直線的的斜率乘以以零件的過過程變差(或公差)是代表量量具線性的的指數(shù)。為為把量具線線性轉變成成過程變差差(或公差差)的百分分率，可將將線性乘以以100后后除以過程程變差(或或公差)。。正如在偏倚倚分析中一樣，零零件的基準準值可由工工具室或全全尺寸檢驗驗設備確定定。在操作作范圍內(nèi)選選取的那些些零件由一一個或多個評價人測測量，確定定每一零件件的觀察平平均值，基基準值與觀觀察平均值值之間的差差值為偏倚倚，要確定定各個被選選零件的偏偏倚。線性性圖就是在在整個工作作范圍內(nèi)的的這些偏倚倚與基準值值之間描繪繪的。如果果線性圖顯顯示可用一一根直線表表示這些標標繪點，則則偏倚與基基準值之間間的最佳線線性回歸直直線表示兩兩個參數(shù)之之間的線性性。線性回回歸直線的的擬合優(yōu)度度R2確定偏倚與與基準值是是否有良好好的線性關關系。2022/12/2943計算誤差差:誤差=觀觀測平平均值––參參考值過程變差差=6δ=T繪圖:X軸=基準值Y軸=偏倚其方程式式為:y=a+bx再分別計計算其截距a，斜率b，擬合度R2，線性，線線性%等等2022/12/2944公式2022/12/2945系統(tǒng)的線性及及線性百分率率由回歸線斜斜率及零件過過程變差(或或公差)計算算得出。如果果回歸線有很很好的線性擬擬合，那么可可以評價線性幅度度及線性百分分率來確定線線性是否可接接受。如果回回歸線沒有很很好的線性擬擬合，那么可可能偏倚平均均值與基準有有非線性關系系，這需要進進一步分析以以判定測量系系統(tǒng)的系統(tǒng)是是否可接受。。2022/12/2946線性接受準則則：a.對測量特殊特特性的測量系系統(tǒng)，線性%≤5%接接受，線性%>5%時，，不予接受。。b.對測量非特殊殊特性的測量量系統(tǒng)，線性性%≤10%接受，線性性%>10%時，不予接接受。如果測量系統(tǒng)統(tǒng)為非線性，，查找這些可可能原因：在工作范圍上上限和下限內(nèi)內(nèi)儀器沒有正正確校準；最小或最大值值校準量具的的誤差；磨損的儀器；；儀器固有的設設計特性。2022/12/2947CaseStudypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.