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

評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)的程序，廣泛用于整個(gè)汽車工業(yè)。

2/2/20232什么叫測(cè)量系統(tǒng)？用來對(duì)被測(cè)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(cè)量結(jié)果的整個(gè)過程。

2/2/20233MSA的中文含義：

M---Measurement測(cè)量S---Systems系統(tǒng)A---Analysis分析MSA-----測(cè)量系統(tǒng)分析2/2/20234測(cè)量術(shù)語簡(jiǎn)介關(guān)鍵詞

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

△

測(cè)量系統(tǒng)的“分辨能力”，也稱“分辨率”：定義：即測(cè)量系統(tǒng)檢出并如實(shí)批示被測(cè)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(cè)量技術(shù)；●

若不能測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)的變差：a.識(shí)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(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性估計(jì)的數(shù)學(xué)方法。他允許把測(cè)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(gè)樣本所取的零件數(shù)量，一般取10個(gè)零件在現(xiàn)場(chǎng)抽取，代表過程變差的實(shí)際、或預(yù)期范圍（手冊(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)的精度能否足夠地滿足零件(試樣)精度的測(cè)量需要.●

測(cè)量數(shù)值時(shí):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(duì)已編號(hào)的零件確定測(cè)量點(diǎn)（可用彩色筆按120°均分標(biāo)注），最好測(cè)量頭（腳）能靠在零件的某肩夾處，減少軸向移動(dòng)。

2/2/202310圖1.1測(cè)量過程

設(shè)備（量具：制造誤差）

人員（熟練程度，認(rèn)真程度，讀數(shù)誤差等差別）

環(huán)境（溫度，濕度，灰塵，振動(dòng)等）

原材料（被測(cè)對(duì)象內(nèi)部差別）

操作規(guī)程

共同作用

輸出測(cè)量值

顧客

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

2/2/202312測(cè)量系統(tǒng)誤差有五種類型

用以評(píng)價(jià)用于生產(chǎn)環(huán)境中的測(cè)量系特別是用于評(píng)定下列統(tǒng)計(jì)特性：

2/2/202313計(jì)量型器具

計(jì)數(shù)型器具

再現(xiàn)性

重復(fù)性

試驗(yàn)設(shè)備

穩(wěn)定性

線性

偏倚MSA有資格的專門機(jī)構(gòu)研究部門的課題

控制計(jì)劃

有資格的專門機(jī)構(gòu)進(jìn)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(gè)評(píng)價(jià)人（檢驗(yàn)員），采用一種測(cè)量?jī)x器多次測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測(cè)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(píng)價(jià)人，采用相同的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)測(cè)量平均值的變差。評(píng)價(jià)人B

評(píng)價(jià)人C評(píng)價(jià)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(cè)量結(jié)果的觀測(cè)平均值與基準(zhǔn)值的差值。偏倚是從測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差構(gòu)成的

偏倚

觀測(cè)的平均值

基準(zhǔn)值2/2/2023184,穩(wěn)定性：

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

時(shí)間1

時(shí)間2

穩(wěn)定性

2/2/2023195、線性：

是在量具預(yù)測(cè)的工作范圍內(nèi)，偏移值的差值。

偏倚較小

偏倚較大

基準(zhǔn)值

基準(zhǔn)值

觀測(cè)的平均值

觀測(cè)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(cè)的平均值

基準(zhǔn)值

2/2/202321總體來說，以上這些程序有時(shí)被稱為“量具R和R”程序，這是因?yàn)樗鼈兂３Ｖ皇怯脕碓u(píng)價(jià)再現(xiàn)性和重復(fù)性這兩項(xiàng)統(tǒng)計(jì)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(duì)測(cè)量系統(tǒng)的變差的影響，需要用其他統(tǒng)計(jì)方法完成某一階段試驗(yàn)。

2/2/202322△評(píng)價(jià)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)需要確定三個(gè)基本問題：

首先，這種測(cè)量系統(tǒng)有足夠的分辨力？其次，這種測(cè)量系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)是否在統(tǒng)計(jì)上保持一致？最后，這些統(tǒng)計(jì)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(cè)量誤差只作為公差范圍百分率來報(bào)告的傳統(tǒng)，是不能面臨重點(diǎn)在于持續(xù)過程改進(jìn)的市場(chǎng)挑戰(zhàn)。

2/2/202324測(cè)量系統(tǒng)研究的目的之一：

●

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

此信息的價(jià)值，在于對(duì)一般的生產(chǎn)過程，確認(rèn)重復(fù)性和校準(zhǔn)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(zhǔn)確的量具更實(shí)際。2/2/202325應(yīng)用這種研究可提供（用途）。

（1）

接受新測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)則；（2）

一種測(cè)量設(shè)備與另一種的比較；（3）

評(píng)價(jià)懷疑有缺陷的量具的根據(jù)；（4）

維修前后測(cè)量設(shè)備的比較；（5）計(jì)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(shí)例

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

2/2/202327計(jì)量型

器具測(cè)

量系統(tǒng)

分析報(bào)告2/2/202328重復(fù)性

再現(xiàn)性

報(bào)告2/2/202329測(cè)量

系統(tǒng)

評(píng)價(jià)圖2/2/202330計(jì)數(shù)型器具

測(cè)量系統(tǒng)

分析報(bào)告2/2/202331MSA安排計(jì)劃2/2/202332偏倚分析報(bào)告2/2/202333線性分析

報(bào)告12/2/202334線性分析

報(bào)告22/2/202335線性工作表使用說明：

1.

選取5個(gè)不同尺寸的零件，要求覆蓋被分析量具的量程；2.

采用盲測(cè)方法，由檢驗(yàn)員隨機(jī)對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行測(cè)量12次，并由評(píng)價(jià)人記錄檢查結(jié)果；3.

電腦自動(dòng)計(jì)算得到相應(yīng)分析報(bào)告。分析要求：1.

線性分析圖黑色X點(diǎn)（每個(gè)零件的測(cè)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(bào)告表”的功能1、提供了數(shù)據(jù)的數(shù)值的分析方法，1評(píng)定變差及各種變差占整個(gè)測(cè)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(duì)此作補(bǔ)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(píng)價(jià)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，為各變差分量的計(jì)算結(jié)果。

式式中：xdiff——評(píng)價(jià)人的最大均值差K2——購(gòu)見表2

n——零件數(shù)；r——試驗(yàn)次數(shù)

注：如果根號(hào)下計(jì)算值為負(fù)數(shù)，則評(píng)價(jià)人變差（AV）缺省為零。

二、對(duì)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(jì)算出的總變差（TV），通過以下兩項(xiàng)計(jì)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(gè)因素的變異確定后，便可與總變差進(jìn)行比較。1）

設(shè)備變差占總變差的百分率（%EV）%EV=100[EV/TV]2）評(píng)價(jià)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?jǐn)?shù)之

和不等于100%。

（1）

應(yīng)對(duì)總變差的百分?jǐn)?shù)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定測(cè)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(bào)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(jì)算式中的分母總變差（TV）替換成公差值。

根據(jù)測(cè)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(zhǔn)則：

1、低于10%的誤差——測(cè)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(fèi)用等可能是可接受的；（或稱勉強(qiáng)接受）3、大于30%的誤差——測(cè)量系統(tǒng)需要改進(jìn)。進(jìn)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(cè)試系統(tǒng)的變差源，對(duì)測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的評(píng)價(jià)帶來錯(cuò)誤的結(jié)果。2）不計(jì)零件內(nèi)變差會(huì)影響對(duì)重復(fù)性、再現(xiàn)性或兩者的估計(jì)。3）零件內(nèi)變差可以成為測(cè)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(duì)了解測(cè)量系統(tǒng)對(duì)止前任務(wù)的適用性有更大的意義。2/2/2023444一個(gè)加入了零件內(nèi)變差測(cè)量系統(tǒng)分析的均值和極差法，其程序與標(biāo)準(zhǔn)的均值和極差法是相同的。5每個(gè)零件由每位評(píng)價(jià)人至少重復(fù)以下這個(gè)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(jìn)行量具評(píng)價(jià)。1）零件旋轉(zhuǎn)360°或徹底檢測(cè)以估計(jì)每個(gè)零件變差的全范圍——將每個(gè)零件的最大（最高）和最小（最低）的讀數(shù)記錄在適當(dāng)?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(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)均值和極差法對(duì)五個(gè)正好相同的零件進(jìn)行了評(píng)價(jià)。可容易地看出。量具重