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测量系统分析1MEASUREMENTSYSTEMSANALYSIS测量系统分析第四版测量系统分析2MSA，测量系统分析培训的目标•1介绍MSA参考手册的目的•2掌握MSA中的有关概念，如：分辨率、有效分辨率、偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性、双性（GR&R）等。•3掌握数据的质量•4了解为什么量具的校准或检定不能代替MSA•5了解测量数据的用途•6掌握测量过程，清楚测量数据是如何影响我们的判断的•7掌握测量数据的统计特性、测量过程变差的来源•8掌握测量系统分析的时机和步骤测量系统分析3MSA，测量系统分析培训的目标•9掌握测量系统变差的类型•10掌握测量系统分析的用途•11掌握测量系统分析的策划•12掌握测量系统的接收准则•13掌握如何计算和分析测量系统的偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性、双性（GR&R）•14掌握计数型测量系统的分析方法•15通过实际测量、计算和进行分析将理论和实践结合•以上所说的分析和计算是针对可重复测量的测量系统。对于不可重复测量的测量系统，如破坏性试验，介绍一下方法，因为这不是本手册的分析范围。测量系统分析4ISO/TS16949与MSAISO/TS16949标准7.6监视和测量装置的控制7.6.1测量系统分析为分析每种测量和试验设备系统结果中呈现的变差，应进行统计研究。此要求应用于控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接受准则应与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客的批准，其他分析方法和接受准则也可应用。测量系统分析5课程内容1引言2术语3测量过程4测量系统分析基础5简单测量系统分析的实践6复杂测量系统的分析测量系统分析61引言•按照质量管理的八项原则，应按“以事实为基础的决策方法”进行决策，因此用数据说话就成为必然，所以数据的使用比以前更加频繁。在产品的制造生产过程中，测量数据主要有三个用途，一、用于判断产品合格与否，二、用于分析生产过程，判断生产过程是否统计稳定，三、用于确定两个或多个变量之间是否有显著关系，如：线性回归分析、方差分析。用测量数据进行决策的关键就是：这些数据反映的是否是“事实”，即数据的质量是否高。测量系统分析71引言•人们往往习惯于相信测量数据，认为测量的结果就是客观事实，其实不然，因为测量过程如同制造过程一样，也是随机现象，即，有规律的不确定现象。因此，评价测量数据的质量，即评价随机现象的结果，应以在统计稳定条件下运行的某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性来确定。测量系统分析8•数据的类型–计量型数据Variabledata–计数型数据Attributedata•如何评定数据的质量–测量结果与“真值”的差越小越好–数据质量是用多次测量的统计结果进行评定1.1测量数据的质量测量系统分析91.1测量数据的质量•计量型数据的质量–均值与真值（基准值）之差–方差的大小•计数型数据的质量–对产品特性产生错误分级的概率测量系统分析101.1测量数据的质量•一组测量的变差大多是由于测量系统和环境之间的交互作用造成的，交互作用产生太大变差，则数据质量低！•一个具有大量变差的测量系统，用来分析制造过程，是不恰当的，为什么？•管理一个测量系统的许多工作是监视和控制变差。•绝大部分变差是不希望的，但也有例外。•如果数据质量不可接受，则必须改进测量系统。测量系统分析111.2检定或校准能否取代MSA？•也许有人认为，量具定期进行检定或校准就够了，不必进行麻烦的测量系统分析，此观点谬矣。检定或校准解决的是某量具是否合格的问题，而测量系统分析解决的是某测量系统能否用来判断产品合格，或用来判断生产过程是否稳定。两者作用各不相同，谁也取代不了谁。例如，通过测量系统分析发现，某家企业至少有一半以上的工序是用不了控制图的，这就是明证！测量系统分析121.3MSA手册的目的•本手册的目的是为评价测量系统的质量提供指南，主要关注的是能对零件进行重复读数的测量系统。但第四版也简单介绍了复杂测量系统的评定。•本手册主要针对的是工业生产中测量系统的分析，并不针对所有的测量系统。测量系统分析132术语2.1测量系统（MeasurementSystem）：•是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。•根据此定义，我们可以把测量过程看成制造过程，这个过程输出的不是产品而是数据，仅此差别而已，这样我们就可以利用在SPC中学到的研究制造过程的方法来研究分析测量过程。此术语很重要！测量系统分析142术语2.2分辨力（Discrimination）•又称最小可读单位，分辨力是测量分辨率、刻度限值或测量装置和标准的最小可探测单位。它是量具设计的一个固有特性，并作为测量或分级的单位被报告。数据分级数通常称为“分辨力比率”，因为它描述了给定的观察过程变差能可靠地划分为多少级。测量系统分析152术语2.3分辨率（Resolution）•可用作测量分辨率或有效分辨率。测量系统探测并如实显示被测特性微小变化的能力。（参见分辨力）2.4有效分辨率（EffectiveResolution）•考虑整个测量系统变差时的数据分级大小叫有效分辨率。基于测量系统变差的置信区间长度来确定该等级的大小。通过把该数据大小划分为预期的过程分布范围能确定数据分级数（ndc）。对于有效分辨率，该ndc的标准（在97%置信水平）估计值为1.41[PV/GRR]。测量系统分析16过程分布的数据分级对控制与分析活动的影响1个数据分组5个或更多个数据分组2-4个数据分组只有下列才可用于控制•与规范相比过程变差较小•预期过程变差上的损失函数很平缓•过程变差为主要原因导致均值偏移•依据过程分布可用于半计量控制•可产生不敏感的控制图•可用于计量控制图•一般来讲对过程参数及指数估计不可接受•只提供粗略的估计•对过程参数及指数估计不可接受•只能表明过程是否正在生产合格零件•建议使用控制分析测量系统分析172术语2.5基准值（ReferenceValue）•被承认的一个被测体的数值，作为一致同意的用于进行比较的基准或标准样本：一个基于科学原理的理论值或确定值；一个基于某国家或国际组织的指定值；一个基于某科学或工程组织主持的合作试验工作产生的一致同意值；对于具体用途，采用接受的参考方法获得的一个同意值。该值包含特定数量的定义，并为其它已知目的自然被接受，有时是按惯例被接受。测量系统分析182术语2.6真值（Truevalue）•物品的实际值，是未知的和不可知的。2.7偏倚（偏移，Bias）•测量的观测平均值（在可重复条件下的一组试验）和基准值之间的差值。传统上称为准确度。偏倚是在测量系统操作范围内对一个点的评估和表达。基准值偏倚观测平均值测量系统分析192术语2.8稳定性（Stability）•是偏倚随时间变化的统计受控，又称，漂移。时间基准值测量系统分析202.8稳定性Stability•测量系统两种稳定性–一般概念：给定零件或标准零件随着时间的变化系统偏倚的总变差，是定量概念。–统计稳定性概念：测量系统只存在普通原因的变差，而没有特殊原因的变差，是定性概念。•在测量系统稳定状态时，评价该系统的重复性、再现性才更有意义测量系统分析212术语2.9线性（Linearity）•测量系统预期操作范围内偏倚误差值的差别。换句话说，线性表示操作范围内多个和独立的偏倚误差值的相关性。基准值偏倚较大观测平均值基准值偏倚较小观测平均值范围较低的部分范围较高的部分测量系统分析222术语2.10重复性（Repeatability）•在确定的测量条件下，来源于连续试验的普通原因随机变差。通常指设备变差（EV），尽管这是一个误导。当测量条件固定和已定义时，即确定零件、仪器标准、方法、操作者、环境和假设条件时，适合重复性的最佳术语为系统内变差。除了设备内变差，重复性也包括在特定测量误差模型下条件下的所有内部变差。重复性测量系统分析232术语2.11再现性（Reproducibility）•测量过程中由于正常条件改变所产生的测量均值的变差。一般来说，它被定义为在一个稳定环境下，应用相同的测量仪器和方法，相同零件（被测体）不同评价人（操作者）之间测量值均值的变差。这种情况对受操作者技能影响的手动仪器常常是正确的，然而，对于操作者不是主要变差源的测量过程（如自动系统）则是不正确的。由于这个原因，再现性指的是测量系统之间和测量条件之间的均值变差。操作者A再现性操作者C操作者B测量系统分析242术语2.12GRR或量具R＆R（GageRepeatability&Reproducibility）•一个测量系统的重复性和再现性的合成变差的估计。GRR变差等于系统内和系统间变差之和。测量系统分析253测量过程•为了有效地控制任何过程变差，需要了解：–过程应该做什么？什么能导致错误？过程在做什么？•规范和工程要求规定过程应该做什么。•PFMEA用来确定与潜在过程失效相关的风险，并在这些失效出现前提出纠正措施。PEMEA的结果转移至控制计划。•通过评价过程结果或参数，可以获得过程正在做什么的知识。这种活动，通常称为检验。•通过检验确定产品是否合格、生产过程是否稳定，这种检验行为本身就是过程。测量系统分析263测量过程•测量：赋值给具体事务以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。–测量结果由一个数字和一个标准的测量单位构成。–测量结果是测量过程的输出。•应将测量看成一个制造过程，它产生数据作为输出。人、设备、材料方法、环境测量过程数据输入输出测量系统分析27带反馈的过程控制系统模型我们的工作方法/各种资源的融合产品或服务确定改进的可能使用统计学方法准确的测量人方法材料设备环境输入输出过程/系统测量系统分析28质量循环中的测量系统管理职责资源管理产品实现测量分析改进测量系统分析293.1测量过程变差及其对决策的影响3.1.1测量系统的统计特性•理想的测量系统在每次使用时，应只产生“正确”的测量结果，每次测量结果总应该与一个标准相一致。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，具有这样理想统计特性的测量系统几乎不存在，因此过程管理者必须采用具有不太理想统计特性的测量系统。一个测量系统的质量经常用其多次测量数据的统计特性来确定。测量系统分析303.1.1测量系统的统计特性•对于一个产品或生产过程来说，测量系统并非分辨率越高越好，因为分辨率越高，对环境的要求越苛刻。再如，如果表面粗糙度达不到要求，高分辨率也没有意义。期望的统计特性应包括：测量系统分析313.1.1测量系统的统计特性•测量系统应具备的特性–处于统计控制状态;–对于过程控制：测量系统的变异性（Variability）比过程变异性小很多，根据总过程变差评价测量系统。–对于产品控制：测量系统的变异性应比公差小得多。根据公差来评价测量系统。–足够的分辨率，测量增量（Increments）通常按1:10经验法则确定;–当被测项目变化时，测量系统统计特性的最大变差小于过程变差和规范宽度较小者。测量系统分析32举例说明一个测量系统，分析影响其数据变差的因素测量数据的变差测量系统分析333.1.2测量过程的变差源•测量过程的变差源主要有六个方面，即S：标准，W：工件，I：仪器，P：人/程序，E：环境。这可以认为是全部测量系统的误差模型。测量系统分析343.1.3量具的控制/标准的传递国际标准国际实验室国家标准国家实验室地方标准国家认可的校准机构公司标准企业的校准试验室测量结果生产现场检测设备制造厂测量系统分析353.1.4测量过程变差对决策的影响•即使是用同一个量具多次测量同一个零件的同一特性，其结果也会不同，这说明测量系统存在变差。生产过程中的测量结果通常有两个用途：1、产品控制：判断产品合格与否，2、过程控制：判断生产过程是否稳定、若稳定其过程能力/过程能力指数是多少？是否可接受？下面分别看一下测量变差对决策的影响。测量系统分析363.1.4测量过程变差对