TITLE"REFName測量系統分析（MSA）作業指導書"測量系統分析（MSA）作業指導書ASKName"請輸入文件名:"測量系統分析（MSA）作業指導書文件編號：REFNumber\*UpperRL/WI010ASKNumber"文輸入文件編號:"RL/WI010共=NUM.00受控狀態：發放代碼：重慶市瑞立機械制造有限公司ChongQingRuiLiMachineryCo.,Ltd.二○○五年二月一日生效

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狀態更改內容文件分發范圍表序號發放范圍分發代碼序號發放范圍分發代碼1品質部062345678910111213141516目錄TOC\h\z\t"小標題,1,款,2"一、目的 3二、參考文件 3三、術語 3四、測量系統分析 3（一）分析的原則 3（二）穩定性分析 4（三）偏倚分析 4（四）線性分析 6（五）雙性（GRR或R&R）分析 8（六）計數型量具的測量系統分析 16

一、目的為公司各類簡單的計量型、計數型量具的測量系統分析提供指導。二、參考文件測量系統分析參考手冊 第三版三、術語測量系統誤差模型：本作業指導書采用的誤差模型為S.W.I.P.E模型，該模型指出測量系統變差來源于以下幾大方面：標準（Standard）、零件（Work）、儀器（I）、人員/程序（Person/Procedure）、環境（E）測量系統：對測量單元進行量化或對被測的特性進行評估，所使用的儀器或量具、標準、操作、方法、夾具、軟件、人員、環境及假設的集合。分辨力：測量裝置和標準的測量解析度、刻度限制、或最小可檢出的單位。與最小可讀單位研究，即通常所說的最小刻度值，但當儀器刻度較粗略時，允許將最小刻度值估讀為原來的一半作為儀器的可視分辨力。重復性：當測量條件已被確定和定義——在確定的零件、儀器、標準、方法、操作者、環境和假設之下，測量系統內部的變差。再現性：傳統上將再現性稱為“評價人之間”的變差（AV）。指的是不同評價人使用相同的儀器對同一產品上的同一特性，進行測量所得的平均值的變差。但對于操作者不是變差的主要原因的測量過程，上述說法是不正確的。ASTM的定義為：現現性是指測量的系統之間或條件之間的平均值變差。它不但包括評價人的變差，同時還可能包括：量具、試驗室及環境的不同，除此之外，還包括重復性。偏倚：對相同零件上同一特性的觀測平均值與真值（參考值）的差異。線性：在測量設備預期的工作（測量）量程內，偏倚值的差異。四、測量系統分析（一）分析的原則1、測量系統分析的對象測量系統分析針對的對象是控制計劃中提及的測量系統。本作業指導書針對的是非破壞性的測量系統分析，關于破壞性的測量系統的分析見《測量系統分析》參考手冊第三版。2、測量系統分析時機當出現以下情況時，應進行測量系統分析：新品試生產時；測量系統變更時，如新購量具替換控制計劃中規定的量具、量具的校準方法或測量程序發生變化等情況。3、計量型量具的分辨力應用10:1原則檢查測量儀器是否具有足夠的分辨力。所謂10:1原則是指儀器的可視分辨力至少應為被測特性公差和過程變差兩者之間較小者的十分之一。（二）穩定性分析取得一個樣件，并建立參考值。建立參考值最好能夠追溯到相關標準（如國家標準、二級標準等）。因此，樣件可以送到有資格的外部實驗室測試，或用三坐標（CMM）檢測儀進行檢測。但如果不能得到上述參考值，那么可以選擇一件落在生產測量范圍中間的生產件，并將它指定為偏倚分析的基準件，在實驗室內測量該零件，測量次數必須大于或等于10次，并計算讀數的平均值，將平均值視為“參考值”。每天測量樣件三至五次。將數據按時間順序畫在Xbar-R圖上。計算控制限，評價是否有不受控或不穩定的情況。自編測量系統分析軟件之穩定性分析的操作說明為減少計算工作量以及在計算工作中的疏漏，公司利用微軟Excel軟件開發了測量系統分析軟件，其操作方法如下：第一步：打開MicrosoftExcel；第二步：點擊“文件”菜單中“新建”命令，出現“新建”對話框；第三步：在“新建”對話框中，選擇“統計軟件”標簽，選擇該標簽下的“測量系統分析軟件”，點擊“確定”按鈕；第四步：在打開的“測量系統分析軟件”中，選擇名為“穩定性”的工作表；第五步：在工作表中填寫記錄編號、分析日期、操作人、參考值、樣本容量（樣本容量必須為3-5）、抽樣頻率等（注：工作表中只能填寫白色區域，黃色區域為不可編輯區域，對黃色區域的任何修改都將導致錯誤的結果）；第六步：在“數據記錄表”中輸入每天測量時的讀數，程序自動繪制控制圖，并計算控制限，作出是否受控（穩定）的結論。（三）偏倚分析公司對偏倚進行研究采用的方法是“獨立樣件法”。取得一個樣件，并建立參考值。（同上）讓一個評價者以正常方式測量樣件，測量次數不得少于10次。因質量記錄RL/QR-C0612《偏倚分析》表格的限制，測量次數最好不超過15次。實施人員記錄下測量的數值，并在RL/QR-C0612《偏倚分析》中畫出這些數值的直方圖。評審直方圖，以確定是否存在特殊原因，若有特殊原因或異常點，應重新進行試驗，若無，繼續分析。計算讀數的平均值。計算公式為：式中：n為讀數的個數計算重復性標準差。計算公式為：式中：R表示所記錄的讀數的極差；d2*可以從附錄1中查到，取g=1，且m=n。如果已進行GRR研究（且有效），重復性標準差計算應該取決于該研究結果。確定偏倚的t統計值（t-statistic）偏倚=觀測到的平均測量值-參考值t=式中：=；n=m如果0落在偏倚值附近的1-α置信度界限內，則偏倚在α水準上是可接受的。置售度界限的計算公式為：上限=偏倚+下限=偏倚-式中：V表示自由度，在附錄1中可查到；可以利用標準t分布表查到。注：所使用α水準取決于敏感度的水準。如果α置信度水準不是使用0.05（95%置信度），則應該得到顧客的同意。自編測量系統分析軟件之偏倚分析的使用說明為減少計算工作量以及在計算工作中疏漏，公司利用微軟Excel軟件開發自編了測量系統分析軟件，其操作方法如下：第一步：打開“測量系統分析軟件”的方法見穩定性分析一節；第二步：在打開的“測量系統分析軟件”中選擇名為“偏倚”的工作表；第三步：在工作表中填寫記錄編號、分析日期、操作人、測量次數（零件數）等信息（參考值暫不輸入，否則不能觸發宏程序）；第四步：在“數據記錄表”的“讀數”欄內輸入操作人的讀數；第五步：輸入參考值；軟件自動繪制直方圖，計算偏倚、統計t值等值，并做出結論。如果偏倚在統計上不等于0，檢查是否存在以下原因：基準件或參考值有誤，檢查確定標準件的程序。儀器磨損。儀器產生錯誤的尺寸。儀器所測量的特性有誤。儀器沒有經過適當的校準。對校準程序進行評審。評價者使用儀器的方法不正確。對測量指導書進行評審。儀器糾正的指令錯誤。（四）線性分析1、圖示法選擇至少五個零件（g≥5），以覆蓋被研究量具的整個工作量程。對每個零件進行全尺寸測量，以確定每個零件的參考值，并確定是否覆蓋了被研究量具的整個工作量程。讓經常使用該量具的操作者按正常程序測量每個零件至少10次（m≥10）。

注：測量時，盡量隨機選擇零件，以提高分析的可信度。計算零件每次測量的偏倚，以及每個零件的偏倚平均值。偏倚i,j=Xi,j-（參考值）i式中：i為零件序；j為測量次數的序號；Xi,j表示第i個零件第j次的測量讀數在線性圖上畫出相對于參考值的每個偏倚及偏倚的平均值。應用以下公式，計算并畫出最適合的線（擬合直線）及該線的置信度區間，并在線性圖上畫出來。最適合的線（擬合直線）的方程為：y=aX+b其中：a==斜率（Slope）b==（∑y-a∑x）/gm=中心（Intercept）計算該直線的擬合優度：R2=R2是一個表征偏倚隨基準變化的相關性的值，當其大于0.8時，為強相關。對于一個已知的X0，α的置信度區間為：上限為：下限為：式中：s=；(S為Y估計值的標準誤差)在線性圖上畫出“偏倚=0”的直線，如果“偏倚=0”的整個直線都位于置信度區間以內，則該測量系統的線性是可接受的。2、數值法如果圖示法分析表明該測量系統的線性是可接受的，則應存在以下情況：斜率a=0，截距（中心）b=0因此，下面式子應該成立：|ta|=≤tgm-2,1-a/2|tb|=≤tgm-2,1-a/2如以上兩式不成立，應檢查線性圖是否畫錯、計算是否準確。注：數值法即可與圖示法同時使用，也可單獨使用。自編測量系統分析軟件之偏倚分析的使用說明為減少計算工作量以及在計算工作中疏漏，公司利用微軟Excel軟件開發自編了測量系統分析軟件，其操作方法如下：第一步：打開“測量系統分析軟件”的方法見穩定性分析一節；第二步：在打開的“測量系統分析軟件”中選擇名為“線性”的工作表；第三步：在工作表中填寫記錄編號、分析日期、操作人、量具信息等信息；第四步：在“基準值”欄中輸入相應的基準值；第五步：在讀數欄中輸入相應的讀數，輸入完畢后，程序自動計算并繪制擬合直線及置信度區間，并做出線性的符合性結論。（五）雙性（GRR或R&R）分析雙性是指重復性與再現性。進行雙性研究有三種不同的方法：極差法、均值-極差法、方差分析法，我公司采用的研究方法是“均值-極差法”。因此，本節主要講解“均值-極差法”的操作方法，關于另外兩種方法的詳細講解，請參閱第三版《測量系統分析手冊》。均值極差法（）是一種可同時對測量系統提供重復性和再現性的估計值的研究方法。該方法允許將測量系統變差分解成重復性和再現性兩個獨立的部分，但不能確定它們兩者的相互作用。1、研究步驟：取得一個能夠代表過程變差實際或預期范圍的樣本。該樣本的容量（n）要求必須大于5，但由于公司質量記錄表格RL/QR-C0608《重復性和再現性數據記錄表》（見圖1）的限制，樣本容量最好不要大于10。選擇兩到三名平時使用該量具的操作人員，并給其編號為A、B、C等。對零件從1到n進行編號，為了避免“霍桑效應”，零件編號不能讓評價人看到。按正常測量程序，讓評價人以隨機順序對這幾個零件進行測量；并將測量結果填到記錄表中的第11、18、25行。重復第三步，將測量結果填到12、19、26行，如要進行三次測量，則重復第三步，將測量結果填到13、20、27行。填表時須特別注意被測零件的讀數與零件號的對應關系。計算每個評價人對每個零件的讀數平均值，記入第14、21、28行。計算每個評價人對每個零件的讀數的極差值，記入第15、22、29行。計算所有零件每次讀數的平均值，此值稱為評價人每次測量均值，分別記錄到單元格N11、N12、N13（評價人A），N18、N19、N20（評價人B），N25、N26、N27（評價人C）中。計算出每個人讀數的平均值，分別記錄到單元格N14（）、N21（）、N28（）中；將15、22、29行的極差相差除以零件個數，得到每個評價人極差的平均數，分別填入單元格N15（）、N22（）、N29（）中；將N15、N22、N29的平均值轉到32行，用它們的和除以評價人數，結果記入單元格N32（）中；在記錄表格RL/QR-C0610《重復性和再現性分析-均值極差圖》中，以零件編號順序畫出由每個評價人對每個零件多次讀值的平均值，多個評價人的均值圖重迭畫出，以便于觀察評價人之間的變差。如多個評價人的均值圖的趨勢均一致，則說明評價人之間是一致的；根據記錄表格中的公式，計算并繪制均值圖的控制限，并將其填入單元格N34（）、N35（）中。控制限以內的區域表示的是零件之間的變差（代表了過程變差），因此，應該有一半或一半以上的平均值落在控制限外，否則，說明測量系統的有效分辨率不足，或者這樣的樣本不能代表預期的過程變差；在記錄表格RL/QR-C0610《重復性和再現性分析-均值極差圖》中，以零件編號順序畫出由每個評價人對每個零件多次讀值的極差，多個評價人之間的極差圖重迭畫出，以便于觀察；根據記錄表格中的公式，計算并繪制極差圖的控制限，并將其填入單元格N36（UCLR）、N37（LCLR）中。極差圖中不允許出現超出控制限的點，因為極差圖是用來確定測量過程是否受控的，因此不能測量誤差有多大，控制限都將包含該誤差。如果某個評價人在控制限之外，則說明他使用的方法與其它人不一致。如果所有的評價人均有一些超出控制限范圍的點，則說明該測量系統對評價人的技巧較敏感，需要進行改進；對于極差圖中反應的任何超出控制限的點，讓原來的評價人對原來的零件進行重新測量，或剔除那些讀值，然后根據修改后的抽樣數量重新平均并計算；計算每次測量每個零件的讀值之和，然后除以總測量次數（測量次數乘以評價人人數）；將結果填在30（31）行，該行為每個零件平均值；將零件平均值的最大值減去零件平均值的最小值，并將結果填入N31（RPART），該單元格表示的是零件平均值的極差；找出N14（）、N21（）、N28（）中的最大值和最小值，將其填入33行的適當位置，并計算它們的差，將結果填入N33（）；將計算所得的、、RPART填入RL/QR-C0609《重復性和再現性分析報告》（見圖2）所提供的空白處；進行報告表格左側標題為“測量單元分析”欄之下的計算，并將計算結果填寫到表格C50（設備變差EV）、C54（人員變差AV）、C58（雙性R&R）、C62（零件間變差PV）、B66（總變差TV）；進行報告表格右側標題為“基于研究變差的分析”欄之下的計算，并將計算結果填入單元格L50（EV%）、L54（AV%）、L58（R&R%）、L62（PV%）、L66（數據分級數NDC）；檢查計算結果。注1：圖2所示的記錄表格為基于研究變差的測量系統分析，除此之外，還有基于產品公差和過程總變差的測量系統分析，使用哪種方法取決于測量系統的應用目的。如：用于產品控制和測量系統，最好使用基于產品公差的測量系統分析；而用于過程控制的測量系統，最好使用基于過程總變差的測量系統分析或基于研究變差的測量系統分析。注2：如果是使用基于研究變差的測量系統分析，那么所選取的樣本應能代表過程變差。附：計算公式RL/QR-C0608《重復性和再現性分析數據記錄表》以下各式中：M表示評價人，i表示測量的次序，j表示零件號，n表示測量次數，m表示零件件數。如XA,2,2表示的信息是評價A對2#零件的第2次測量讀數。①單元格C14到L14、C21到L21、C28到L28（評價人對每個零件的讀數平均值）的計算公式：②單元格N11（A1）、N12（A2）、N13（A3）、N18（B1）、N19（B2）、N20（B3）、N25（C1）、N26（C2）、N27（C3）（評價人每次測量值）的計算公式：③單元格N14（）、N21（）、N28（）（評價人讀數平均值）的計算公式：④單元格N15（）、N22（）、N29（）（評價人極差平均值）的計算公式：⑤單元格C30（31）到L30（31）（零件讀數平均值）的計算公式為：⑥單元格N30（）、N31（RPART）的計算公式：⑦單元格N32（）的計算公式：⑧單元格N33（）的計算公式：⑨單元格N34（）、N35（）的計算公式為：A2的取值請查閱RL/WI015《統計技術應用作業指導書》或SPC手冊，記錄表格上已列出A2的取值。⑩單元格N36（UCLR）、N37（LCLR）的計算公式為：D4、D3的取值請查閱RL/WI015《統計技術應用作業指導書》或SPC手冊，記錄表格上已列出D4、D3的取值，當樣本容量小于7時，LCLR在技術上是一個負值，因此LCLR當樣本容量小于7時取0。RL/QR-C0609《重復性和再現性分析報告》①單元格C50（設備變差EV）的計算公式：EV=×K1式中K1的取值情況是：當試驗次數為2次時，K1=0.8862；當試驗次數為3次時，K1=0.5908。②單元格C54（人員變差AV）的計算公式：AV=式中：n表示零件數，r表示測量次數；K2的取值情況是：當評價人數為2時，K2=0.7071；當評價人數為3時，K2=0.5231。注：如果根號下所得的數值為負數，則評價人變差（AV）為零。③單元格C58（雙性R&R）的計算公式：R&R=④基于研究變差或基于產品公差時，單元格C62（零件間變差PV）的計算公式：PV=RPART×k3其中K3的取值見表1。表1：K3取值零件數678910K30.37420.35340.33750.32490.3146⑤基于研究變差時，單元格B66（總變差TV）的計算公式為：但如果是使用基于過程總變差的測量系統分析，那么TV和PV的計算應按以下公式進行計算：TV=PV=⑥EV%、AV%、R&R%分別表示的是測量系統的重復性變差、再現性變差及雙性占總變差的比例，其計算公式為：EV%=100×(EV/TV)AV%=100×(AV/TV)R&R%=100×(R&R/TV)每個因素所占百分比的和不等于100%。注：如果分析是以公差為基礎，則將上式中的總變差TV由公差除以6（TOL）來代替。⑦單元格L66（數據分級數NDC）的計算公式為：NDC=1.41×(PV/R&R)2、接收準則測量系統必須同時滿足以下幾種情況方能接收：通過均值極差控制圖沒有發現特殊原因；數據分級數NDC經四舍五入取整后，必須大于或等于5；雙性占總變差的百分比R&R%的接收準則為：小于10%：測量系統可以接收；介于10%到30%之間：基于應用的重要性、經濟性等原因，該量具可能會被接收。此時應該計算風險參數“BREAKPOINT”（見報告表I75單元格）的值，當該值小于37.8時，該量具才能接收。大于30%：該量具需要改進，不可接收。注：BREAKPOINT的計算公式為：BREAKPOINT=RPN×R&R%/100式中RPN表示風險順序數，該值來自FMEA小組或FMEA文件。自編測量系統分析軟件之重復性與再現性分析的使用說明為減少計算工作量以及在計算工作中疏漏，公司利用微軟Excel軟件開發自編了測量系統分析軟件，其操作方法如下：第一步：打開“測量系統分析軟件”的方法見穩定性分析一節；第二步：在打開的“測量系統分析軟件”中選擇名為“GRR”的工作表；第三步：在工作表中填寫記錄編號、分析日期、操作人、量具信息、產品特性、特性公差、過程總變差等信息；第四步：在數據記錄表（質量記錄：RL/QR-C0608《重復性及再現性分析數據記錄表》）中輸入評價人測量的讀數；第五步：在報告表（質量記錄：RL/QR-C0609《重復性及再現性分析報告》）中選擇分析的方法（基于產品公差還是基于過程變差，共3個選項）；第六步：在控制圖表（質量記錄RL/QR-C0610《重復性及再現性分析-均值極差圖》）中“數據精度”欄（單元格N85）中輸入舍入精度（默認值為2）；第七步：必要時，在報告表中BREAKPOINT參數計算欄內輸入RPN的值（單元格L75）。以上步驟完成后，程序自動計算并繪制出控制圖，做出符合性結論。圖1重復性及再現性分析數據記錄表圖2重復性和再現性分析報告（六）計數型量具的測量系統分析1、計數型測量系統是一種測量數值為一有限分類數量的測量系統。對該類測量系統的分析，不可能充分獲得附有計量型參考數值的零件。在這種情況下，可使用下述方法來評價作出錯誤或不一致決定的風險：假設性試驗分析信號探測理論2、本作業指導書重點介紹本公司使用的假設性試驗分析法，關于信號探測理論，請參閱《測量系統分析》參考手冊第三版。3、假設性試驗分析的步驟：從過程中隨機選取50個零件，以涵蓋過程變差；從日常使用該計數型量具的操作者中選擇3名評價人，每人對每個零件測量3次；將測量結果填入《計數型量具測量系統分析報告》RL/QR-C0614的數據記錄表中（用1表示可接受的決定，0表示不可接受的決定；“參考”和“參考值”兩欄在一開始還沒有確定，“代碼”欄用“I”、“II”、“III”代表零件是位于I區、II區還是III區）；用交叉表法來評價每個評價人與其它人的結果（如表1所示）；這些表格的目的在于確定評價人之間一致性的程度。表1：A*B交叉表為確定一致性的程度，應計算Kappa，當Kappa等于1時，表示有完全的一致性，為0時，表示一致性不比可能性來得好。Kappa的計算公式為：其中：Po=在對角欄框中，觀測比例的總和Pe=在對角欄框中，期望部分的總和對Kappa的取值為：當Kappa大于0.75時，我們就認為評價人的一致性好；低于此值時，我們認為評價人的一致性不好。表2：評價人一致性評價表表2是對評價人的一致性的評價，但該表僅僅只能說明評價人之間是否有差異，并不能說明測量系統從壞零件中挑選出好零件的能力。因此建立另一組交叉表（如表3所示），以便將每個評價人與參考決定進行比較。計算Kappa值，評價每個評價人與參考之間的一致性。表3A*參考交叉表計算測量系統的有效性（如表4），計算公式為：有效性=表4有效性判定計算表對有效性的判定準則為：當有效性大于或等于80%時，就認定為評價人的有效性可接受，低于該值則認為不可接受。計算各位評價人的漏發和誤發的概率，并將計算及判定結果填到表5中，計算公式為：漏發率=將合格判定為不合格的次數/（合格的件數×3）誤發率=將不合格判定為合格的次數/（不合格的件數×3）表5漏發率及誤發率的判定計算表對漏發率的判定準則為：當漏發率不超過10%時，可以接受，如超過10%則不能接受該風險。對誤發率的判定準