測量系統(tǒng)分析-MSA

測量系統(tǒng)分析——MSA常州盛士達ChangzhouSenstar2/2/20231一引言

評定測量系統(tǒng)的程序，廣泛用于整個汽車工業(yè)。

2/2/20232什么叫測量系統(tǒng)？用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合，用來獲得測量結(jié)果的整個過程。

2/2/20233MSA的中文含義：

M---Measurement測量S---Systems系統(tǒng)A---Analysis分析MSA-----測量系統(tǒng)分析2/2/20234測量術(shù)語簡介關(guān)鍵詞

測量——對某具體事物賦予數(shù)字（或數(shù)值）以表示他們對特定特性之間的關(guān)系。測量過程——賦予數(shù)值的過程，定義為測量過程。測量值——數(shù)值的指定定義為測量值。測量的本質(zhì)是對被測對象賦值，所賦的值稱為結(jié)果。測量結(jié)果可以是定量的,也可以是定性的（止通規(guī)）。測量是一個制造過程，其輸出是測量值（數(shù)據(jù)）。2/2/20235測量系統(tǒng)的“分辨能力”

△

測量系統(tǒng)的“分辨能力”，也稱“分辨率”：定義：即測量系統(tǒng)檢出并如實批示被測特性中極小變化的能力。●

若沒有足夠的分辨力，應(yīng)使用更好的測量技術(shù)；●

若不能測定出“過程的變差”，這種分辨力用于“分析”是不可接受的；●

若不能測定出“特殊原因的變差”，它用于“控制”也是不可接受的。2/2/20236△變差△變差：相鄰再次測量值的差異。1）變差是由于普通原因和特殊原因造成的。2)控制測量系統(tǒng)的變差：a.識別潛在的變差來源，b.消除（如有可能的話）或監(jiān)控這些變差的來源。

2/2/20237△

均值法和極差法：△

均值法和極差法：是一種提供測量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性估計的數(shù)學(xué)方法。他允許把測量系統(tǒng)分解成兩部分：重復(fù)性和再現(xiàn)性，而不是他們的交互作用。

2/2/20238△

樣本容量（數(shù)量）△

樣本容量（數(shù)量）：指一個樣本所取的零件數(shù)量，一般取10個零件在現(xiàn)場抽取，代表過程變差的實際、或預(yù)期范圍（手冊57頁表7的量具R&R數(shù)據(jù)表，表8量具重復(fù)性）

2/2/20239▲開展“MSA”測量系統(tǒng)分析的前提：

●

過程受控：Cpk≥1.33或Cpk≥1.67●

分析的目的：鑒別測量系統(tǒng)的精度能否足夠地滿足零件(試樣)精度的測量需要.●

測量數(shù)值時:1盡可能地避開因零件的橢圓度、錐度、不圓柱度等的于擾；2.對已編號的零件確定測量點（可用彩色筆按120°均分標注），最好測量頭（腳）能靠在零件的某肩夾處，減少軸向移動。

2/2/202310圖1.1測量過程

設(shè)備（量具：制造誤差）

人員（熟練程度，認真程度，讀數(shù)誤差等差別）

環(huán)境（溫度，濕度，灰塵，振動等）

原材料（被測對象內(nèi)部差別）

操作規(guī)程

共同作用

輸出測量值

顧客

2/2/202311可看出在測量過程中存在大量的隨機因素的影響，使得過程的輸出——測量值也是隨機變量。從圖1.1看出測量過程與一般工業(yè)制造過程本質(zhì)上是相同的，所以對測量系統(tǒng)分析可以應(yīng)用統(tǒng)計過程控制概念，原理，方法在測量系統(tǒng)分析中占有重要地位。

2/2/202312測量系統(tǒng)誤差有五種類型

用以評價用于生產(chǎn)環(huán)境中的測量系特別是用于評定下列統(tǒng)計特性：

2/2/202313計量型器具

計數(shù)型器具

再現(xiàn)性

重復(fù)性

試驗設(shè)備

穩(wěn)定性

線性

偏倚MSA有資格的專門機構(gòu)研究部門的課題

控制計劃

有資格的專門機構(gòu)進行鑒定常用

采用均值極差分析法

常用采用小樣分析法

2/2/2023141,重復(fù)性：

由一個評價人（檢驗員），采用一種測量儀器多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。

定義本主題中要使用的詞匯重復(fù)性2/2/2023152,再現(xiàn)性:

由不同的評價人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。評價人B

評價人C評價人A再現(xiàn)性2/2/202316GRR或量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性

(GageR&R)再現(xiàn)性GRR2/2/2023173,偏倚：

1．

是測量結(jié)果的觀測平均值與基準值的差值。偏倚是從測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差構(gòu)成的

偏倚

觀測的平均值

基準值2/2/2023184,穩(wěn)定性：

穩(wěn)定性（或飄移），是測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。

時間1

時間2

穩(wěn)定性

2/2/2023195、線性：

是在量具預(yù)測的工作范圍內(nèi)，偏移值的差值。

偏倚較小

偏倚較大

基準值

基準值

觀測的平均值

觀測的平均值

范圍的較低部分范圍的較高部分圖5a線性2/2/202320有偏倚無偏倚有偏倚圖5b線性(變化的線性偏倚)觀測的平均值

基準值

2/2/202321總體來說，以上這些程序有時被稱為“量具R和R”程序，這是因為它們常常只是用來評價再現(xiàn)性和重復(fù)性這兩項統(tǒng)計特性。

通常這些方法便于在生產(chǎn)環(huán)境中使用。但不允許用來研究其他要素的影響，如溫度及光線等對測量系統(tǒng)的變差的影響，需要用其他統(tǒng)計方法完成某一階段試驗。

2/2/202322△評價一個測量系統(tǒng)時需要確定三個基本問題：

首先，這種測量系統(tǒng)有足夠的分辨力？其次，這種測量系統(tǒng)在一定時間內(nèi)是否在統(tǒng)計上保持一致？最后，這些統(tǒng)計性能在預(yù)期范圍內(nèi)是否一致，并且用于過程分析或控制是否可接受？2/2/202323

△把測量誤差只作為公差范圍百分率來報告的傳統(tǒng)，是不能面臨重點在于持續(xù)過程改進的市場挑戰(zhàn)。

2/2/202324測量系統(tǒng)研究的目的之一：

●

是獲得測量系統(tǒng)與環(huán)境交互作時，該系統(tǒng)有關(guān)測量變差量和類型的信息。l

此信息的價值，在于對一般的生產(chǎn)過程，確認重復(fù)性和校準偏倚，以及為它們合理的極限，比提供具有非常高重復(fù)性、特別準確的量具更實際。2/2/202325應(yīng)用這種研究可提供（用途）。

（1）

接受新測量設(shè)備的準則；（2）

一種測量設(shè)備與另一種的比較；（3）

評價懷疑有缺陷的量具的根據(jù)；（4）

維修前后測量設(shè)備的比較；（5）計算過程變差，以及生產(chǎn)過程的可接受性水平；（6）

作出量具特性曲線（GPC）的必要信息。(GPC指示接受某一真值零件的概率)。2/2/202326實例

被測參數(shù)：φ24.7±0.06公差帶:0.12量具；游標卡尺:0～150mm/0.02

2/2/202327計量型

器具測

量系統(tǒng)

分析報告2/2/202328重復(fù)性

再現(xiàn)性

報告2/2/202329測量

系統(tǒng)

評價圖2/2/202330計數(shù)型器具

測量系統(tǒng)

分析報告2/2/202331MSA安排計劃2/2/202332偏倚分析報告2/2/202333線性分析

報告12/2/202334線性分析

報告22/2/202335線性工作表使用說明：

1.

選取5個不同尺寸的零件，要求覆蓋被分析量具的量程；2.

采用盲測方法，由檢驗員隨機對每個零件進行測量12次，并由評價人記錄檢查結(jié)果；3.

電腦自動計算得到相應(yīng)分析報告。分析要求：1.

線性分析圖黑色X點（每個零件的測量平均偏倚）應(yīng)處于兩條紅色；2.

∣t∣值應(yīng)小于tgm-2,1-α/2；如有任意一條不滿足，線性不符合要求。2/2/202336《結(jié)果——數(shù)值分析》

一、量具重復(fù)性和再現(xiàn)性的“數(shù)據(jù)表”和“報告表”的功能1、提供了數(shù)據(jù)的數(shù)值的分析方法，1評定變差及各種變差占整個測量系統(tǒng)的過程變差

2.重復(fù)性變差3.再現(xiàn)性變差 4.零件間變差2、上述變差與圖表分析結(jié)果作比較，并對此作補充。2/2/202337

1、重復(fù)性或設(shè)備變差（EV或σe）EV=R×K1

2、再現(xiàn)性或評價人變差（AV或σO）

AV=[xdiff×k2]2-[（EV）（n×r）]

基于：占正態(tài)分布曲線以下面積的99%的5.15個標準偏差，為各變差分量的計算結(jié)果。

式式中：xdiff——評價人的最大均值差K2——購見表2

n——零件數(shù)；r——試驗次數(shù)

注：如果根號下計算值為負數(shù)，則評價人變差（AV）缺省為零。

二、對變差數(shù)值的分析2/2/2023383、重復(fù)性和再現(xiàn)性變差（R&R或σm）

R&R=[（EV）2+（AV）2]

4、零件間變差（PV或σp）

PV=Rp×K3式中：Rp——零件平均值的極差5、總變差（TV或σt）

TV=

[（R&R）2+（PV）2]Δ若過程變差已知并且它的值以6σ為基礎(chǔ)，則它可以代替量具研究數(shù)據(jù)中計算出的總變差（TV），通過以下兩項計算完成：

（1）TV=5.15[過程變差/6.00](2)PV=

[（TV）2+（R&R）2]

2/2/2023396、各變差與總變差（TV）的比較。一旦研究中每個因素的變異確定后，便可與總變差進行比較。1）

設(shè)備變差占總變差的百分率（%EV）%EV=100[EV/TV]2）評價人變差占總變差的百分率（%AV）%AV=100[AV/TV]3）重復(fù)性和再現(xiàn)性變差占總變差的百分率（%R&R）%R&R=100[R&R/TV]（CL——置信水平）4）零件間變差占總變差的百分率（%PV）%PV=100[PV/TV]2/2/202340☆各因素占總變量的百分數(shù)之

和不等于100%。

（1）

應(yīng)對總變差的百分數(shù)結(jié)果進行評價，以確定測量系統(tǒng)是否被允許用于預(yù)期的用途。（2）

如果分析是以公差而不是以過程變差為基礎(chǔ)，則量具重復(fù)性和再現(xiàn)性報告表格（表8）可將右側(cè)的%總變差改變?yōu)?公差。因此，%EV、%AV、%R&R和%PV的計算式中的分母總變差（TV）替換成公差值。

根據(jù)測量系統(tǒng)或顧客的要求可以采用任何一種或兩種方法。

2/2/202341三、量具重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）

的可接受性準則：

1、低于10%的誤差——測量系統(tǒng)可接受（或稱良好）；2、10%至30%的誤差——根據(jù)應(yīng)用的重要性，量具成本，維修費用等可能是可接受的；（或稱勉強接受）3、大于30%的誤差——測量系統(tǒng)需要改進。進行各種努力發(fā)現(xiàn)問題并改正。2/2/202342《量化零件內(nèi)過大變差的影響》

1研究、了解測試系統(tǒng)的變差源，對測量的應(yīng)用非常重要；2找出哪有顯著的零件變差更是關(guān)鍵所在；2/2/2023433零件內(nèi)變差：例如錐度、失圓等。1）它將給測量系統(tǒng)的評價帶來錯誤的結(jié)果。2）不計零件內(nèi)變差會影響對重復(fù)性、再現(xiàn)性或兩者的估計。3）零件內(nèi)變差可以成為測量系統(tǒng)變差的顯著分量。

因此，了解生產(chǎn)中出現(xiàn)的零件內(nèi)變差，將對了解測量系統(tǒng)對止前任務(wù)的適用性有更大的意義。2/2/2023444一個加入了零件內(nèi)變差測量系統(tǒng)分析的均值和極差法，其程序與標準的均值和極差法是相同的。5每個零件由每位評價人至少重復(fù)以下這個過程兩次，此法將零件內(nèi)變差以量具重復(fù)性變差中分離出來，以便更好地進行量具評價。1）零件旋轉(zhuǎn)360°或徹底檢測以估計每個零件變差的全范圍——將每個零件的最大（最高）和最小（最低）的讀數(shù)記錄在適當?shù)母駜?nèi)；2）最大讀數(shù)減去最小讀數(shù)記錄在極差格內(nèi)。圖18和19中運用標準均值和極差法對五個正好相同的零件進行了評價?？扇菀椎乜闯?。量具重