1、PTSH,1,MSA,测量系统分析,PTSH,2,课程目标,了解 MSA的目的和基本概念 能够计算并分析 重复性和再现性 能够分析测量系统的稳定性、线性和偏倚 能够对属性值数据进行测量系统分析 能够对测量能力不足的测量系统进行分析和改进,PTSH,3,目 录,测量系统分析的目的和作用测量系统的基本概念重复性和再现性分析测量系统的稳定性、偏倚和线性属性值数据测量系统的分析方法测量系统改进,PTSH,4,测量系统分析的目的,分析测量系统变差 评价测量系统的适用性和有效性 使测量系统处于受控状态，以确保过程输出所测得的数据有效可靠,MSA: Measurement System Analysis,P
2、TSH,5,测量系统分析的作用,正确的测量 永远 是质量改进的第一步 正确的测量是作出决策的关键( 不正确的测量系统可能会导致错误的决策) 测量系统分析是 QS9000、ISO/TS16949 的必要内容,返回,PTSH,6,目 录,测量系统分析的目的和作用测量系统的基本概念重复性和再现性分析测量系统的稳定性、偏倚和线性属性值数据测量系统的分析方法测量系统改进,PTSH,7,测量系统的基本要素,PTSH,8,影响过程质量的六个基本因素,人 员 设 备 方 法 材 料 环 境 测 量 系 统,变差总和=产品变差+测量变差,PTSH,9,影响测量结果的因素,操作者测量仪器材料测量方法环境,PTSH
3、,10,测量系统的基本概念,测量仪器 : 进行测量的任何工具; 通常是指工厂的测量工具;包括属性值测量仪器（测量结果为通过/不通过的仪器）。2. 测量系统: 测量中的仪器及其操作方式和方法、其他设备、软件、人员等的总称; 测量的全部过程。,PTSH,11,真值：被测对象客观存在的实际值，理论上讲 ，这个值是客观存在却是不可知的 基准值/参考值：人为规定的代替真值的可接受值 5. 精度误差:：实际观测值的均值与真值之差,注意: 由于真值不可知，所以在实践中使用偏倚代替精度误差,测量系统的基本概念,PTSH,12,6. 偏倚：基准值与其测量值的均值之差 7. 精度：测量系统在测量特定样本时若干个测
4、量值之间 的吻合程度或波动程度，它包括两个方面：重 复性和再现性 8. 重复性：同一个操作者采用同样的测量仪器对同样的 样品进行测量时的差异程度,重复性,测量系统的基本概念,PTSH,13,系统 C,9. 再现性 :是不同的测量系统（尤指不同操作者) 在测量相同样品的同一特征值的差异程度,再现性,系统 B,系统 A,测量系统的基本概念,PTSH,14,时间 2,时间 1,稳定性,10. 稳定性: 测量系统的测量结果在不同时间上的变差,测量系统的基本概念,PTSH,15,11. 线性 : 指测量系统在不同测量范围（或量程）时测量误差呈线性变化,偏倚,真值,测量值的均值,偏倚,在低量程下测零件,真
5、值,测量值的均值,在高量程下测零件,测量系统的基本概念,PTSH,16,12. 测量系统能力 :是反映测量系统在对其特定的测量对象测量时测量值的变异程度，表示测量能力的指标有P/T比率（精度/公差比率）和R&R% 13. P/T 比率 ：测量系统的精度与公差范围的比率，常用百分数表示,代表测量误差的标准差,测量系统的基本概念,PTSH,17,15. R&R% ：测量精度的估计值与过程范围的比率,R&R%=,测量系统的基本概念,PTSH,18,以上公式基于以下三个假设：1、测量误差是彼此独立的2、测量误差与零件大小无关3、测量误差服从正态分布,LSL,USL,测量系统的基本概念,5.15MSE,
6、PTSH,19,对测量能力的要求,如果 P/T% 和 R&R%两者的最大值满足： 小于10%, 现行的测量系统可以接受10% 到 30%, 能力处于边界水平. 测量系统能否接受 取决与测量的重要程度. 应努力改善测量系统的能力.大于30%, 测量系统能力不足，不宜使用,返回,PTSH,20,目 录,测量系统分析的目的和作用测量系统的基本概念重复性和再现性分析测量系统的稳定性、偏倚和线性属性值数据测量系统的分析方法测量系统改进,PTSH,21,重复性和再现性（R&R）分析,忽略零件内的变差(如圆度、锥度、平面度等) 不仅是量具本身和相关的偏倚、重复性等，还包括被检查的零件的变差 以统计稳定为前提
7、,PTSH,22,选择5-10个零件用于测量系统分析 选择2-3名评价人 评价人重复测量零件2-3次 以随机顺序测量零件并记录测量结果 确保评价人无法看到数字 评价人不可看到互相的数值,平均值和极差法,PTSH,23,重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法,步骤： 假设有m个操作者，n个零件，测 r 轮 (1)计算同一操作者测量同一零件不同轮数时的极差Rij(2)计算所有零件的极差均值(3)计算不同操作者的测量均值,PTSH,24,(4) 计算 的极差,（估计标准差）,重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法,PTSH,25,是由测量轮数和操作者的数量所决定的系数,重复性和再现性的分析方法：
8、平均值和极差法,PTSH,26,重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法,NDC=1.41(PV/GRR),数据分级:,PTSH,27,K1 4.56 3.05 Trials 2 3,K3 3.65 2.70 2.30 2.08 1.93 1.82 1.74 1.67 1.62 Part 2 3 4 5 6 7 8 9 10,K2 3.65 2.70 2.30 2.08 Operator 2 3 4 5,R&R 计算中的系数,重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法,PTSH,28,在计算RR之前，需要分析是否有异常数据，方法是利用控制图，观察极差R，确保每个值都在控制限以内，如果超出控制限，
9、应查明原因并改正。令同样操作者对同样零件进行重复测量，并重新计算控制限。,注意事项：,测量系统接受的准则,重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法,PTSH,29,极差法的缺点：,没考虑操作者和零件之间的交互影响，因此低估了测量系统误差.,极差法的优点: 能够在EXCEL中完成. 可以检查是否有异常值,重复性和再现性的分析方法：平均值和极差法,PTSH,30,重复性和再现性的分析方法：方差分析法（ANOVA）,ANOVA 优点：,考虑交互作用的变异 基于方差估计可以对R&R的统计特性进行深入分析,ANOVA缺点: 手工计算繁琐,PTSH,31,交互作用的图形表示,1,2,3,4,零件,操作者
10、A,操作者 B,操作者 C,操作者和零件之间没有交互作用,不同轮数 的测量均值,重复性和再现性的分析方法：方差分析法（ANOVA）,PTSH,32,1,2,3,4,零件,操作者A,操作者B,操作者C,操作者和零件之间交互作用显著,不同轮数 的测量均值,测量系统的分析方法：方差分析法（ANOVA）,返回,PTSH,33,目 录,测量系统分析的目的和作用测量系统的基本概念重复性和再现性分析测量系统的稳定性、偏倚和线性属性值数据测量系统的分析方法测量系统改进,PTSH,34,偏 倚,为了确定过程分布中的某一点上测量系统是否发生偏倚,有必要获得一个零件的可接受的参考值两种确定偏倚的方法：独立样品法和图
11、表法,偏倚=测量均值- 参考值,偏倚百分比=偏倚/过程变差 过程变差= 6,偏倚,参考值,测量值的均值,PTSH,35,独立样品法,(1) 取一个已知参考值的样品。如果不能获得参考值，就在生产线上取在测量范围中的零件，把它作为偏倚分析的主样品。在工具室内测量这个零件10次并计算这10次读数的均值，把这个均值作为“参考值” (2) 让操作者用一般的方法测量这个样品10次 (3) 计算10次读数的均值 (4) 计算偏倚,PTSH,36,图 法,(1)取一个已知参考值的样品。如果不能获得参考值，就在生产线上取在测量范围中的零件，把它作为偏倚分析的主样品。在工具室内测量这个零件10次并计算这10次读数
12、的均值，把这个均值作为“参考值” (2)计算图中的 。(3)用参考值减 得到偏倚。,在用 控制图来测量稳定性时，也可通过数据分析偏倚：,PTSH,37,一名工程师拟评价一用来测量橡胶垫尺寸的仪器的偏倚程度。某特性值的参考值为 10.00mm。让一名操作者在不知情的情况下测量同一零件10次。10次的读数为：10.02, 10.01, 10.05, 10.03, 10.01, 10.01,10.00,10.02,10.02, 10.00. 过程分布 6=0.1mm.（或是容差）,例 子：,解释：这个测量系统其测量结果的平均值将比实际值大0.017，占产品变差的17%,PTSH,38,稳定性,PTS
13、H,39,确定稳定性的方法,(1)取一个已知参考值的样品。如果不能获得参考值，就在生产线上取在测量范围中的零件，把它作为偏倚分析的主样品。在工具室内测量这个零件10次并计算这10次读数的均值，把这个均值作为“参考值” 。测量系统的稳定并不严格要求已知样品的参考值。 (2) 每隔一段时间测量样品3-5次。样本大小及测量频率由测量系统来决定，包括测量系统规定的校准和修理周期，使用寿命以及操作条件的限制。,PTSH,40,(3) 绘制控制图。 (4) 建立控制限，分析失控或不稳定的原因。 (5) 计算测量的标准差并与过程相比较，以确定测量系统的稳定性是否达到标准。,确定稳定性的方法,PTSH,41,
14、确定稳定性的方法,判断标准：,PTSH,42,线性,通过如下步骤确定线性： (1) 选择5个其测量值能够代表整个测量范围的零件 (2) 采用更精密的仪器或方法测量每一个零件的参考值并确保这些值均落在测量范围内 (3) 令一正常使用仪器的操作者使用仪器对每个零件都测量10次 随即选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化 (4) 计算每个零件的均值及偏倚的均值 零件偏倚均值等于零件参考值减去零件均值 (5) 在坐标平面内标出偏倚均值和参考值 (6) 用简单线性回归的方法计算回归模型及拟合优度,PTSH,43,简单线性回归模型 y=a + bx y-偏倚均值 x-参考值 b-系数 线性=|系数|
15、*过程变异 %线性=100线性/过程变异=100*|系数|（由于线性对测量结果造成的误差） 拟和优度：,线性,表明线性良好,返回,PTSH,44,目 录,测量系统分析的目的和作用测量系统的基本概念重复性和再现性分析测量系统的稳定性、偏倚和线性属性值数据测量系统的分析方法测量系统改进,PTSH,45,返回,小样法,通过选取20个零件来进行，然后两位评价人以一种能防止评价人偏倚的方式两次测量所有零件，选取的20个零件中，一些零件会少许低于或高于规范限值若所有的测量结果（每个零件4次）一致则接受该量具， 否则须改进量具或重新评价， 若量具不能改进， 该测量系统不被接受,PTSH,46,目 录,测量系
16、统分析的目的和作用测量系统的基本概念重复性和再现性分析测量系统的稳定性、偏倚和线性属性值数据测量系统的分析方法测量系统改进,PTSH,47,偏倚分析,存在较大偏倚的原因:,主样品有问题 仪器老化 工具精度不够 工具测量了不适当的质量特性 工具没有校准 工具使用不正确,PTSH,48,稳定性分析,缺乏稳定性的可能原因：,测量系统没有按要求经常做校准某些电子仪器需预热仪器需做维护主要部件已经老化,PTSH,49,缺乏线性的可能原因：,线性分析,测量系统在高低量程上未做正确的校准 最大和最小校验标准有误差 测量仪器已磨损老化 测量系统的内部设计需重新评审,PTSH,50,重复性较差的可能原因:,重复性分析,测量仪器没有得到很好的维护测量仪器精度达不到要求测量仪器需重新设计零件的装夹方式需进一步改进存在松动连接，接地不良，干扰等,PTSH,51,再现性较差的可能原因：,再现性分析,操作工未能得到正确使用仪器的培训仪表盘上面读数不清楚，或精度差仪器未校准两个测量系统的设计不同两个测量系统的工作环境不同,PTSH,52,改善重复性的重复测量,如果测量系统的重复性较差，而仪器又不能改进或替换，那么改善测量系统重复性的唯一办法就是重复测量,中心极限定理,返回,PTSH,53,谢谢！,
