测量系统分析（msa）郭改

测量系统分析（MSA）冠智达顾问高级顾问师：郭克永内容概要一、基本概念二、测量系统的变差类型三、计量型量具双性的分析与研究—极差法—均值和极差法—方差分析法四、计数测量系统的分析与研究—小样法五、测量系统分析的时机与方式方法一、基本概念1、量具2、测量系统3、测量数据的质量4、测量过程5、测量系统的统计特性1、量具任何用来获得测量结果的装置；经常用来特指用在车间的装置；包括用来测量合格/不合格的装置（如：塞规）。2、测量系统用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件、操作人员以及环境的集合，用来获得测量结果的整个过程。3、测量数据的质量测量数据的质量用稳定条件下的某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性来评价。例如，用在稳定条件下运行的测量系统得到某一特性的多次测量结果，若这些结果与基准值（或真值）都很“接近”，则称这些数据的质量“高”，否则若“远离”其基准值（或真值），则称这些数据的质量“低”。表征测量数据质量的统计特性是编倚（偏移）和方方差。所谓偏倚的特性，是指数据相对基位值的位置，而所谓方差的特性，是指数据离散程度。一组测量数据远离基准值，或其变差太大，则此测量系统的变差，可能会掩盖制造过程的变差。4、测量过程赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。5、测量系统的统计特性用于输出数据制作控制图或计算过程能力的测量系统应具备如下的统计特性：（1）测量系统必须处于统计控制状态（2）测量系统的变差必须小于制造过程的变差（6σ）及公差带（3）测量系统的最小增量，一般说来应为制造过程变差（6σ）或公差带两者中较窄的十分之一（4）制造过程的总变差相对测量系统的变差的分级数应大于5（5）随着时间的推移或被测物改变时（即量程变化），也应满足上述要求。二、测量系统的变差类型1、偏倚（bias）2、稳定性（stability）3、线性（linearity）4、重复性（repeatability）5、再现性（reproducibility）1、偏倚偏移，又称为“准确度”，是指测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值，也称为标准值，是充当测量值的一个一致认可的基准，一个基准值可以通过采用更高级别的测量设备（例如，计量实验室或全尺寸检验设备）进行多次测量，取其平均值来确定。偏倚观测平均值基准值2、稳定性或称飘移，指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差，即偏倚随时间的增量。时间1时间2稳定性3、线性指测量系统在预期的工作范围内偏移（准确度）的变化。基准值偏倚观测平均偏倚基准值观测平均观测平均值有偏倚无偏倚基准值4、重复性又称量具变差/设备变差，指由一个评价人采用同一个测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。重复性5、再现性又称作业者变差/评价人变差，指由不同的评价人，采用同一个测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。再现性作业者B作业者A作业者C三、计量型量具双性的分析与研究1、测量系统变差的接受准则2、极差法3、均值和极差法4、方差分析法1、测量系统变差的接受准则（1）若数据用于计算过程能力或制作控制图，双性变差（GR＆R）的大小应和既包含制造系统变差与测量系统变差的总过程变差进行比较，双性占总过程变差的百分比：小于10%—测量系统可接受；10%至30%—根据应用的重要性，量具的成本，维修的费用等，可能是可接受的；大于30%—不可接受。但能否用于判断零件合格与否，需与产品公差进行比较。（2）偏倚、线性及稳定性变差的大小通常是可修复的，应比双性变差小很多。2、极差法典型的极差法使用2名评价人和5个零件进行分析1）评价人A和B各测量零件一次；2）计算零件测量的极差R，测量的极差为评价人A和B测量结果差的绝对值；3）计算零件测量的平均极差4）计算量具的双性，即测量过程变差；5）计算双性占总过程变差的百分数；%GR&R=100(GR&R/过程变差)5/:RR2/15.5&dRRGR例：零件甲乙极差112142214131317161417152518191总和71.64.1*33.4*33.44.1575RGRRRR注：4.33由5.15/D2而来，D2请参考下表零件人员数234511.411.912.242.4821.281.812.152.4031.231.772.122.3841.211.752.112.3751.191.742.102.3661.181.732.092.3571.171.732.092.3581.171.722.082.3591.161.7202.082.34101.161.722.082.34极差法的限制*无法将测量工具之重复性及再现性分开来计算*它所反应之GR＆R值为此2种量测误差之组合3、GR&R—均值极差法GR&R分析指南—均值极差法（1）：*选取10个零件，要求覆盖过程变差的实际或预期范围；*指定评价人A、B、C。*按1~10给零件编号，并使评价人不能看到编号数字；*如果校准是正常程序的一部分，则校准量具；GR&R—均值极差法GR&R分析指南—均值极差法（2）：*让评价人A以随机的顺序测量10个零件，由监督者将结果记录在第1行。让评价人B和C同样随机测量这10个零件，并互相不看对方的数据。然后将结果分别填入第6行和第11行；*使用不同的随机测量顺序重复上述操作过程。把数据填入第2、7和12行以及第3、8和13行。*要求同一个零件的数据记录在同一列。GR&R分析指南—均值极差法（3）：*当零件过大或无法获得所需零件时，可减少零件的数量。*从第1、2、3行中的最大值减去它们中的最小值，结果填入第5行；将1、2、3行的数值平均，结果填入第4行。如此类推。*分别将第1~15行的数值平均，填在本行的最后一列；*对应第5、10、15行的平均值分别是该评价人的测量平均极差mRa、mRb、mRc。GR&R分析指南—均值极差法（4）：*将第5、10、15行的数据（mRa、mRb、mRc）记入第17行，并取平均值mmR（所有极差的平均值）；*将mmR记入第19、20行，得到控制上、下限，同SPC方法。应描绘均值极差控制图；*如果有测量值超控制限，应由相应的评价人对相应的零件重新测量或剔除该测量值，重新按上述方法计算；GR&R分析指南—均值极差法（5）：*应纠正造成失控状态的特殊原因；*将第4、9和14这三行中的最大值和最小值填入第18行中的相应处，得到其差值*计算每个零件每次测量的平均值（包括三个评价人的测量值），结果填入第16行；*计算第16行的极差，得到零件平均值的极差diffX;RpGR&R分析指南—均值极差法（6）：*将mmR、mXdiff和Rp的计算值转填入包括表格的栏内；*在表格左边标有“测量系统分析”的栏下进行计算；*在表格右边标有“总变差%”的栏下进行计算；*检查结果，确认没有错误。评价人/试验次数量具重复性和再现性数据表平均值123456789101.A10.651.000.850.850.551.000.950.851.000.600.8302.A20.601.000.800.950.451.000.950.801.000.700.8253.A34.平均值0.6251.0000.8250.9000.5001.0000.9500.8251.0000.650mXa=0.82755.极差0.050.000.050.100.100.000.000.050.000.10mRa=0.04506.B10.551.050.800.800.401.000.950.751.000.550.7857.B20.550.950.750.750.401.050.900.700.950.500.7508.B39.平均值0.5501.0000.7750.7750.4001.0250.9250.7250.9750.525mXb=0.767510.极差0.000.100.050.050.000.050.050.050.050.05mRb=0.045011.C10.501.050.800.800.451.000.950.801.050.850.82512.C20.551.000.800.800.501.050.950.801.050.800.83013.C314.平均值0.5251.0250.8000.8000.4751.0250.9500.8001.0500.825mXc=0.827515.极差0.050.050.000.000.050.050.000.000.000.05mRc=0.025016.零件0.5671.0080.8000.8250.4581.0170.9420.7831.0080.667mX=0.8075Rp=0.55817.（[mRa=0.045]+[mRb=0.045]+[mRc=0.025])/[#评价人数=3]mmR=0.0418.[Max(mX)=0.8275]-[Min(mX)=0.7675]=mXdiff0.0619.[mmR=0.04]×[D4=3.27]=UCLR0.1320.[mmR=0.04]×[D3=3.27]=UCLR0说明：1.2次试验时D4=3.27,3次试验时D4=2.58.7次试验以内D3=0。2.圈出那些超出控制限的值，查明原因并纠正。由同一评价人采用最初的量具重复这些数或剔除这些值并由其余观测值重新计算mR和控制限。尺寸规格：0.6~1.0mm来自数据表：mmR=0.0400.06Rp=0.558重复性-设备变差(EV)EV=mmRXK1K1%EV=[EV/TV]X100%=0.04X4.564.56=[0.18/0.93]X100%=0.183.05=18.7%再现性-评价人变差(AV)AV=√[(mXdiffXK2)2-(EV2/nr)]%AV=[AV/TV]X100%=√[(0.06X2.70)2-(0.182/(10X2)]=[0.16/0.93]X100%=0.16=16.8%评价人23n=零件数量K23.652.70r=试验次数重复性和再现性(R&R)R&R=√(EV2+AV2)%R&R=[R&R/TV]X100%=√(0.172+0.162)K3=[0.24/0.93]X100%=0.243.65=25.2%零件变差(PV)2.70PV=RpXK32.30%PV=[PV/TV]X100%=0.558X1.622.08=[0.90/0.93]X100%=0.91.93=96.8%总变差(TV)1.82TV=√(R&R2+PV2)1.74数据分级=[PV/R&R]X1.41=√(0.242+0.902)1.67=[0.9/0.24]X1.41=0.931.62=59零件数量234试验次数23mXdiff=测量系统分析%总变差(TV)105678量具类型：0~10mmGR&R---控制图mXCHART0.350.550.750.951.15AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCCRCHART0.000.020.040.060.080.100.120.14AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCC4、方差分析法在方差分析中，将变差源分为4个：零件、评价人、零件与评价人的交互作用、量具造成的重复性误差。与均值和极差法相比，方差分析法的优点是：它适用于任何试验调试；可以更精确地估计方差；可以从试验数据中分离更多的信息。缺点是需要计算机来计算，并要求使用者有一定的统计知识来解释结果。四、计算测量系统的分析研究—小样法小样法分析指南：*选取20个零件，其中有一些零件高于或低于规范限值；*给零件编号并不让评价人看见号码；*每位评价人分别测量所有零件两次；*如果所有的测量结果一样，则零件可接受；否则应改进或重新评价该量具。小样法示例12121GGGG2GGGG3GGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7GGGG8GNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12NGNGGG13GGGG14NGGGG15GGGG16GGGG17GGGG18GGGG19NGN