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测量系统分析MSA 测量系统分析（MSA）是汽车行业在采用质量管理体系标准ISO/TS16949:2002时所涉及的五种核心工具之一。正确地选用与运用测量系统，能保证较低的测量成本获得高质量的测量数据。几个重要概念1.测量：赋值（或数）给具体物以来表示它们之间关于特定 特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的 值定义为测量值。2.量具：任何用来获得测量结果的装置，经常是特别用在工 厂现场的装置，包括通/止规。3.测量系统：是用来对被测量的仪器、夹具、软件、标准、操作、方法、人员、环境及假设的集合。用来 获得测量结果的整个过程。一一.何谓测量系统何谓测量系统定义: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、环境的集合。也就是说，用来获得测量结果的整个 过程。有这一定义可以将测量过程看作一个制造过程，其 产生的输出就是数值（数据）。该活动通常称为检验，就是通过适宜的标准和测量仪器来检查过程参数，过程 零件，装配完的子系统或完工的最终的活动，从而使观 测者能够确认或否定该过程是在一个稳定条件下运行，其变差相对于顾客指定的目标是否可以接受。测量及分 析活动是一个过程。检验本身就是一个过程。一般过程 输 入 操 作 输 出 标准 人员（评估）仪器（量具）测量 分析 决定 工作件（零件）数值 程序 环境 二二.为什么要对测量系统进行分析为什么要对测量系统进行分析 1.测量数据的质量测量数据的质量 数据的质量取决于多次测量的统计特征:偏倚及变差,高质量数据:对某一特定特性值进行多次测量的数值 均于该特性的参考值接近。低质量数据:测量数据均与特性的参考值相差“很远”。理想的测量系统 零偏倚，零变差。由于测量系统变差源：标准、人员（评价人）、仪 器（量具）、工作件（零件）程序（方法）、环境的作用 用结果，使得观测到的过程 变差值与实际的过程变差值 不相等。2.测量系统变差的影响 由于测量系统会被不同的变差来源影响,相同零件的重 复读值不会有相同的产生和结果,每个读值之间不同是因为 普通和特殊原因变差造成的。为了更好地理解测量系统误差对产品决策的影响,考虑 的案例是假设对某一个单一零件的多次读值的所有变差是 由于量具的重复性和再现性引起的。也就是说，测量过程 处于统计受控状态，并且零偏倚量。无论何时任何零件的测量分布区域与规范限值重叠时 有时会做出错误的决定。例如，如果出现以下情况，一个 好的零件有时会被称为“坏”的。对过程决策的影响 a.将普通原因识别为特殊原因 b.将特殊原因识别为普通原因 从另一个角度能力指数Cp看:公差范围 Cp =6 将上述公式进行替换可以得出观测过程指数与实际过程 指数之间的关系,如下 (Cp)2观=(Cp)2 实+(Cp)2测 例如:如果测量系统的Cp值为2,实际过程Cp必须大或等 于1.79,才能得到1.33的计算值（观测值）。如果测量系统 Cp值本身只有1.33，则该过程需要没有任何变差才能使观 测到的过程能力达到1.33，但这是一个不可能存在的情况。再比如：当RR为10%时，Cp实为2，Cp观为1.96 当RR为20%时，Cp实为2，Cp观为1.71 当RR为30%时，Cp实为2，Cp观为1.28 可以看出，Cp观由1.96到1.28之间的区别就是由于测量系 统的不同所造成。为此，我们要对测量系统进行分析，要识别测量系统的普通原因和特殊原因，以便采取决策措施，使测量系统的变差减小到最小程度，使的测量系统观测到的过程变差值尽可能接近和真实地反映过程的变差值。这就要求，测量系统的最大（最坏）的变差必须小于过程变差或规范公差。三三.对测量系统分析要分析什么对测量系统分析要分析什么 1.前面我们谈到,数据的质量取决于处于稳定条件下进行操 作的测量系统中,多次测量的统计特征:偏倚和变差。为此,我们引伸出如下一些术语。位置变差 偏倚:观测到的测量值的平均值与参考值之间的变差。准确度:与真值(或参考值)接近的程度。稳定性:别名:漂移,随时间变化的偏移值。线性:在量具正常工作量程内的偏倚变化量。宽度变差 精确度:每一个重复读数之间的接近程度。重复性E.V:一个评价人,同一种仪器,同一零件的某一特性 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。(设备变差)再现性AV:不同评价人,同一种仪器,同一零件的某一特性 的测量平均值的变差。(评价人变差)GRR或量具的重复性和再现性:是重复性和再现性的联合估计算。2.对测量系统研究分析可供：接受新测量设备的标准。两个测量装置的比较。测量设备维修前后的比较，计算过程变差及生产过程可 接受性的水平。绘制量具性能曲线。3.评价一个测量系统需考虑：具有足够的分辨力和灵敏度。10比1规则，测量设备要能分辨出公差或过程变差的至 少十分之一以上。测量系统必须是稳定的，应处于受控状态，即测量系统 中的变差只能由普通原因造成。统计特性在预期的范围内一致，并满足测量目的。4.测量系统变差的五种型式 1）偏倚 测量观察平均值与物体采用精密仪器测量的标准平均 值之差之。偏倚常常被称为“准确度”。2）重复性 同一评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一 零件的同一特性时获得的数据的变差。3）再现性 不同评价人，采用相同测量仪器测量同一零件的同 一特性时数据均值的变差。4）稳定性 测量系统在某持续时间内测量同一零件的某一特性所 获得数据的总变差。5）线性 量具在预期工作范围内，偏倚的变化。四四.重复性和再现性分析重复性和再现性分析(GRR)平均值和极差法(R )是一种可同时对测量系统提 供重复性和再现性的估计值的研究方法。进行研究，程序如下：1）取得一个能代表过程变差实际或预期范围的样本，为n5 个零件的样本。2）给评价人编号为A、B、C，并将零件从1到n进行编号，但 零件编号不要让评价人看到。3）对量具进行校准，让评价人A随机顺序测量几个零件，并 将结果记录在数据表中。-X X 4）让评价人B和C依次测量这一样的n个零件，不要让他们知 道别人的读数，然后将结果分别记录在数据表中。5）用不同的随机测量顺序重复以上循环，将数据记录在适当 的栏位中，如果需要进行三次测量，则重复以上循环，并 将数据记录在各相应栏位中。6）按表格进行填写、计算。五五.计数型测量系统研究计数型测量系统研究 计数型测量系统是一种测量数值为一有限的分类数量 的测量系统,最常见的是通/止规量具。计数型量具的最大风险区位于分类的边界区 下限 上限 第类区：坏零件永远是坏零件。第类区：可能作出错误决定，好的判坏，坏的判好。第类区：好零件永远是好零件。范例 某生产过程处于统计受控状态，其能力指数 CPK=0.5 这是不可接受的。产品的公差为0.45 0.545，因为过程 正生产不合格产品，于是要求用一量具进行分拣。研究该量具：从过程中随机送取50个零件 表中的参数值在一开始还没有被确定 使用三名评价人 每位评价人对每个零件测量3次 测量结果填入表内 1.关于期望值的计算：在 A与B的交叉表中。1）评价总次数=（好零件数+坏零件数）3 2）A与B都为好的期望值=（A为好的总次数/平均总次数）（B为好的总次数/平均总次数）评价总次数。3）A为好而B为坏的期望值=（A为好的总次数/平均总次数）（B为坏的总次数/平均总次数）评价总次数。4）A为坏而B为好的期望值=（A为坏的总次数/平均总次数）（B为好的总次数/平均总次数）评价总次数。5）A与B都为坏的期望值=（A为坏的总次数/平均总次数）（B为坏的总次数/平均总次数）评价总次数。同理计算A与C和B与C的各期值。2.关于KAPPA（一致性）的计算 KAPPA=(Po Pe)/(1Pe)Po=在对角栏框中，观测比例的总和 Pe=在对角栏框中，期望部分的总和 A与B的一致性 在A与B的交叉表中 Po=A与B都为好的观测次数/评价总次数+都为坏的观测 次数/评价总次数 Pe=A与B都为好的期望值/评价总次数+都为坏的期望值 /评价总次数 A与B的一致性=同理 计算A与C 和BC的一致性 Po Pe 1Pe 3.计数型测量系统分析结果判别准则 决定测量系统 有效性 错误性 错误警报率评价人可接受条件 90%2%5%评价人可接受条件 可能需要改进 80%5%10%评价人不可接受条件 需要改进 80%5%10%本例中，将已得到的所有信息进行汇总，得到以下结论：注：有效性：是指评价人评价零件时，将好零件判为好零件，将 坏零件判为坏零件。其得到正确判别零件数除以评价人总评价数的百分。评价人有效性错误率错误警报率A84%6.3%4.9%B90%6.3%2.0%C80%12.5%8.8%错误率:是指评价人将坏零件判为好零件的次数除以对坏的零 件的总评价次数的百分比。错误警报率：是指评价人将好的零件判为坏的零件的次数除 以好零件的总评价次数的百分比。在本例中，根据参考值在公差范围内的好零件共34件，评价人对每个零件评价3次，共102次。坏零件共有16件，评价人对每个零件评价3次，共48次。这些结果显示，各个评价者对于该测量系统，在有效性、错 误率与错误警报率上都有不同程度的结果，在所有三个项目 中，没有一位可接受的。六六.对测量系统进行研究分析了这么办对测量系统进行研究分析了这么办 与其它所有过程一样,测量系统受随机的和系统的变差 来源的影响,这些变差是由普通原因和特殊(无次序的)原因 造成的。为了提高测量数据的质量，必须使测量系统变差尽 可能减小，重要的是识别变差来源，消除和降低变差源的影 响。针对测量系统的“五性”研究分析，识别影响“五性”的变 差源。1.造成过大的偏倚的原因有：仪器需要校准 仪器、设备或夹具磨损 基准的磨损或损坏 不适当的校准或调整 仪器质量不良 线性误差 使用了错误的量具 不同的测量方法 作业准备，夹紧，技巧 测量的特性不对 变形（量具或零件）环境 温度，湿度，振动，清洁 错误的假设，应用的常数不对 应用 零件的数量，位置，操作者技能，疲劳，观测误 差（易读性，视差）在校准过程所使用的测量程序（如：使用“基准”），应 该尽可能地与正常操作的测量程序一致。2.造成不稳定的可能因素有:仪器需要校准,缩短校准周期 仪器,设备或夹具的磨损 正常的老化或损坏 维护保养不好 空气,动力,液体,过滤器,腐蚀,尘土,清洁 基准的磨损或损坏,基准的误差 不适当的校准或调整 仪器质量不好 设计或符合性 仪器缺少稳健的设计或方法 不同的测量方法 作业准备,夹紧,技巧 变形(量具或零件)环境变化 温度,湿度,振动,清洁 错误的假设,应用的常数不对 应用 零件数量,位置,操作者技能,疲劳,观测误差(易读性 视差)3.造成线性误差的可能原因有:仪器需要校准,缩短校准周期 仪器,设备或夹具的磨损 维护保养不好 空气,动力,液体,过滤器,腐蚀,尘土,清洁 基准的磨损或损坏,基准的误差 最小/最大 不适当的校准(没有涵盖操作范围)仪器质量不好 设计或符合性 缺乏稳健的仪器设计或方法 应用了错误的量具 不同的测量方法 作业准备,夹紧,技巧 随着测量尺寸不同,(量具或零件)变形量不同 环境 温度,湿度,振动,清洁 错误的假设,应用的常数不对 应用 零件数量,位置,操作者技能,疲劳,观测误差(易读性 视差)4.造成重复性的可能原因有:零件内部(抽样样本):形状,位置,表面粗糙,锥度,样本的一 致性 仪器内部:维修,磨损,设备或夹具的失效,质量或保养不好 标准内部:质量,等级,磨损 方法内部:作业准备,技巧,归零固定,夹持,点密度的变差 评价人内部:技巧,位置,缺乏经验,操作技能或培训,意识,疲 劳 环境内部:对温度,湿度,振动,清洁的小幅波动 错误的假设 稳定,适当的操作 仪器一致性不好 量具误用 失真(量具或零件),缺乏坚固性 应用 零件数量,位置,观测误差(易读性,视差)5.造成再现性的可能原因有:零件之间(抽样样本):使用相同的仪器,操作者和方法测量 A、B、C零件类型时的平均差异 仪器之间：在相同零件，操作者和环境下使用A、B、C 仪器测量的平均值差异 标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响 方法之间：由于改变测量点密度，手动/自动系统，归零 固定或夹紧方法等所造成的平均值差异 评价人（操作者）之间：评价人A、B、C之间由于培训，技巧，技能和经验所造成平均值差异 环境之间：在经过1、2、3等时段所进行的测量，由于环 境周期所造成的平均值差异。这种研究常用于使用高度自 动化测量系统对产品和过程的鉴定。研究中的假设有误 缺乏文件的仪器设计或方法 操作者培训的有效性 应用 零件数量，位置，观测误差（易读性视差)注：传统上将再现性称为“评价人之间”的变差。手动仪器通常 的确受操作者技能的影响。但是对于操作者不是变差主要 原因的测量过程（例如自动的测量系统），影响再现性的 原因是指测量系统之间或条件之间的平均值变差。6.再现性大于重复性的原因（当为手动仪器测量时）：操作者培训不够 量具刻度不清 需要夹具帮忙 7.重复性大于再现性的原因：量具需要维护 量具需要重新设计来提高刚度 夹具或检测点需改进 存在过大的零件内变差 形态，位置，表面光洁度，锥 度，样本的一致性 8.影响一致性的因素有：零件的温度 电子设备必要的予热 设备磨损注：一致性是系统随着时间变化，测量变差的差值。它可以 看成是重复性随时间变化的差值。影响一致性的因素都 是特殊原因变差。