测量系统分析
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测量系统分析
1. 目的：确定新购或经维修、校准合格后的测量设备在生产过程使用时能提供客观、正确的分析/评价数据，对各种测量和试验设备系统测量结果的变差进行适当的统计研究，以确定测量系统是否满足产品特性的测量需求和评价测量系统的适用性，确保产品质量满足和符合顾客的要求和需求。
2．术语2.1测量系统：指用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。
2.2 偏倚（准确度）：指测量结果的观测平均值与基准值的差值。
一个基准值可通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定。
2.3 重复性：指由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。
2.4 再现性：指由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。
2.5 稳定性：指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一性时获得的测量值总变差。
2.6 线性：指在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。
2.7 盲测：指测量系统分析人员将评价的5—10个零件予以编号，然后被评价人A用测量仪器将这些已编号的5—10个零件第一次进行依此测量（注意：每个零件的编号不能让评价人知道和看到），同时测量系统分析人员将被评价人A第一次所测量的数据和结果记录于相关测量系统分析表中，当被评价人A第一次将5—10个零件均测量完后，由测量系统分析人员将被评价人A已测量完的5—10个零件重新混合，然后要求被评价人A用第一次测量过的测量仪器对这些已编号的5—10个零件第二次进行依此测量，同时测量系统分析人员将被评价人A第二次所测量的数据和结果记录于相关测量系统分析表中，第三次盲测以此类推3．工作步骤：3.1生产阶段，凡控制计划中规定的或顾客要求的所有检测设备均需进行测量系统分析。
同时包括：1）新购和更新的检验、测量和试验设备用于控制计划中的量具。
2）用于控制计划中的检验、测量和试验设备的位置移动，并经重新校准3）用于控制计划中的检验、测量和试验设备经周期检定不合格，通过修理并经重新校准合格的量具。
测量系统分析
随机误差和系统误差：
随机误差——突然发生、不可预测、可通
过重复测量避免
可能源于：环境因素的波动
测量位置的不同
人员作业的偶然性
仪器、设备的重复特性
Reproducibility）
不同的测量人员、使用不同设备、在不同
X¯¯b
X¯¯a
X¯¯c
重复性与再现性——R&R
Gage Repeatability & Reproducibility）
测量趋势图
测量线性和准确度研究测量重复性和再现性测量重复性和再现性属性测量
考虑人与部件的交互作用，选方差分析法（ANOVA），不考虑时，选Xbar& R分析法判断交互作用α值
适用于破坏性测试，每一个操作者针对的零件都是唯一的，所以不存在operator by part的交互作用
测量人员各自的可重复性测量人员各自的正确性漏判率& 错判率
测量系统的可重复性测量系统的正确性。
测量系统分析(MSA)-实例
03 实例测量系统分析
偏倚分析
确定测量系统的准确性
通过比较测量系统所得结果与已知标准值或参考值之间的差异， 评估测量系统的偏倚程度。
计算偏倚值
将测量系统的结果与标准值或参考值进行对比，计算出偏倚值。
判断偏倚是否可接受
根据所允许的偏倚范围，判断测量系统的偏倚是否在可接受的范围 内。
线性分析
1 2
测量系统分析（MSA）-实例
目录
• 测量系统分析概述 • 实例选择与数据收集 • 实例测量系统分析 • 实例测量系统评价 • 实例总结与改进建议
01 测量系统分析概述
定义与目的
定义
测量系统分析（MSA）是对测量系 统的误差来源、大小及分布进行评 估的过程。
目的
识别测量系统的变异性来源，确 保测量系统能够满足产品质量和 过程控制的要求。
测量系统分析的重要性
提高产品质量的可预测性和可靠性
01
通过对测量系统进行全面分析，可以了解测量误差的大小和分
布，从而更准确地预测产品质量。
优化生产过程控制
02
准确的测量数据是生产过程控制的基础，对测量系统进行有效
的分析有助于提高过程控制的稳定性和有效性。
降低成本
03
通过减少测量误差，可以减少重复测量、检验和返工等不必要
的操作，从而降低生产成本。
测量系统分析的步骤
确定分析范围和对象
明确需要分析的测量设备、工 具或方法，以及相关的操作人
员和环境条件。
数据收集
收集一定数量、具有代表性的 测量数据，包括重复测量、再 现性数据等。
数据分析
对收集到的数据进行统计分析 ，识别测量系统的变异性来源 。
结果评估与改进
测量系统分析
测量系统分析（MSA）
2010年2月
测量系统分析
简述 分辨力和稳定性 偏倚和线性
重复性和再现性
测量系统分析
简述 现在普遍依据测量数据来决定是否调整 制造过程，或确定在两个或更多变量之 间是否存在重要关系。测量数据质量由 在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确定。表征 数据质量最通用的统计特性是测量系统 的偏倚和方差。所谓偏倚的特性，是指 数据相对基准（标准）值的位置，而所 谓方差的特性，是指数据的分布。
45.85
45.80 45.84
46.00
46.00 46.00
45.60
45.70 45.64
B
B B C C C
1
2 3 1 2 3
45.55
45.55 45.54 45.50 45.55 45.59
46.05
45.95 46.01 46.05 46.00 45.97
45.80
45.75 45.82 45.80 45.80 45.81
分辨力和稳定性
二、稳定性 对于任何一个质量特性而言，具有稳定性指的是 此种特性的分布不随时间而变，即它的平均值、 标准差以及分布的形状等都不随时间而变。这 里强调的是在时间变化条件下的特性，而不是 “标准差越大就越不稳定”。 测量系统的稳定性是指测量系统的各个计量特性 （主要是偏倚和精度）在时间范围内保持恒定 的能力。
精确度分析 σ2MS=σ2RPD+σ2RPT，对σ2MS求平方根即为测量结果波 动的标准差σMS，评价测量系统精确度的两项重要指 标是：%GageR&R和%P/T 由于重复性和再现性两个英文字皆以R开头，所以习惯 上用R&R表示精度，即R&R=6σMS。评估指标 %GageR&R是测量系统波动占过程整体波动的百分比， 其数学定义公式为： %GageR&R= R&R/TV=6σMS/6σTotal=σMS/σTotal 另一个评估指标%P/T则是指测量系统精度占公差的百 分比，其数学定义公式为： %P/T=R&R/Tolerance=6σMS/USL-LSL
2010年2月
测量系统分析
简述 分辨力和稳定性 偏倚和线性
重复性和再现性
测量系统分析
简述 现在普遍依据测量数据来决定是否调整 制造过程，或确定在两个或更多变量之 间是否存在重要关系。测量数据质量由 在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确定。表征 数据质量最通用的统计特性是测量系统 的偏倚和方差。所谓偏倚的特性，是指 数据相对基准（标准）值的位置，而所 谓方差的特性，是指数据的分布。
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B
B B C C C
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45.55 45.54 45.50 45.55 45.59
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45.75 45.82 45.80 45.80 45.81
分辨力和稳定性
二、稳定性 对于任何一个质量特性而言，具有稳定性指的是 此种特性的分布不随时间而变，即它的平均值、 标准差以及分布的形状等都不随时间而变。这 里强调的是在时间变化条件下的特性，而不是 “标准差越大就越不稳定”。 测量系统的稳定性是指测量系统的各个计量特性 （主要是偏倚和精度）在时间范围内保持恒定 的能力。
精确度分析 σ2MS=σ2RPD+σ2RPT，对σ2MS求平方根即为测量结果波 动的标准差σMS，评价测量系统精确度的两项重要指 标是：%GageR&R和%P/T 由于重复性和再现性两个英文字皆以R开头，所以习惯 上用R&R表示精度，即R&R=6σMS。评估指标 %GageR&R是测量系统波动占过程整体波动的百分比， 其数学定义公式为： %GageR&R= R&R/TV=6σMS/6σTotal=σMS/σTotal 另一个评估指标%P/T则是指测量系统精度占公差的百 分比，其数学定义公式为： %P/T=R&R/Tolerance=6σMS/USL-LSL
测量系统分析
阶段 1
Gage R&R计划
阶段 3 准确度检讨
阶段2
随机取样测量
阶段 4 精确度（Gage R&R）检讨
阶段3 Minitab分析：Gage R&R Study
阶段 5 稳定性检讨
阶段4 Minitab分析：Gage Run Chart
阶段 5
后续措施实施
Proprietary to Samsung Electronics Company
测量系统分析- 13
Rev 7.0
计量型数据Gage R&R
▪ 注意事项
-随机顺序测量 -盲测：测试者需在事先不知测量哪种样品条件下进行，防止霍索恩效应
（Hawthorne） -测量设备读取数值应为最接近的数值，可能的话，最小刻度的一半为好
例如，最小刻度为0.1的话，读取推测值为0.05 -各测量者为了求得测量值，需使用相同的步骤（包含所有阶段）
“Bad”
样品范围 > 流程分散 测量系统的评价指标要 比实际要好
Good !!
样品范围 = 流程分散
“Bad”
样品范围 < 流程分散 测量系统的评价指标 比实际要差
Proprietary to Samsung Electronics Company
测量系统分析- 16
Rev 7.0
阶段 2
样品测量 - 尽可能地对测量者或产品进行随机测量
测量系统分析- 11
Rev 7.0
识别能力
- 所谓的识别能力指测量系统可探知所测量特性微细变化的能力，也称为分辨率 - 测量系统的识别能力不足的话，就不能将它作为确定流程变动的分析依据 - 测量系统的最小测量单位，应该能够精确到测量出流程分散的范围及规格幅度
测量系统分析
1.00
0.75
0.50
1
2
3ple
Range图M e应as u该r e显me n示t h一O个pe受ra t控o r 过
程。 1.00
0.75 如果有一点落在UCL上方, 操
0.50 作员在进行一致的测量时将
会有1问题。
2
3
Range图可以帮O p e助r a识t o r别不足的
A
A = 2.25
B = 2.00 B
1
2
3
第二个刻度的分辨率比两个被 测对象之间的差异要小，被测 对象将产生不同的测量结果， 分辨力为0.01。
测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程变差的10%。
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准确性
测量的准确性（又称为偏倚）是测量所得的平均值与真实值 的差别。
基准值
9 10
0.75
0.50
1
2
3
Operator
Operator 乘 Sample 交互作用
1.00 0.75 0.50
Operator 1 2 3
平均
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Sample
样本均值
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变异分量
% 贡献
Gage R&R X / R 图 200
% 研究变异
(TV )2 (PV )2 ( AV )2 (EV )2
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连续数据测量系统分析
数据收集原则
测量者
1
2
3
被测对象 1 2 ......
10
测量次数 1 2
12
2~3个测量者
测量系统分析(MSA)
观测平均 Observed Average
偏倚
图2 偏倚变差示意图
三、测量系统变差的种类与定义释
2.精密度（Precision）
精密度或称变差（Variation），是指利用同一量具，重复 测量相同工件同一质量特性，所得数据之变异性。这里的变 差主要分为两种：一种是重复性变差，另一种是再现性变差。 精密度变差越小越好。
改善的着力点，确定是进行人员培训，还是调整测量方法或调 整仪器。
一、测量系统分析（MSA）
4.MSA评估的仪器和责任人员 ☆测量系统一般由仪校人Βιβλιοθήκη 或品质部的负责人来主导，由参与检测或
试验人员来测量，以提供测量数值。不可以由品质部领导或仪校人 员来测量和提供数值，需要特别注意的是：测量人员不可知道自己 上次测量结果和别人测量结果，要保证盲测。MSA要识别的误差是 测量人员、设备、环境、方法、标准值导致的误差，品质部领导和 仪校人员一般不亲自测量产品，所以分析他们的测量数据基本没有
二、为什么要进行测量系统分析
1.标准要求
☆ IATF16949第7.1.5.1.1条：测量系统分析 应进行统计研究，分析每种测量和测试设备系统的结果中
出现的变差。本要求适用于控制计划中引用的测量系统。分 析方法和验收标准应符合测量系统分析参考手册。如果顾客 认可，其他分析方法和接受标准也可以使用。记录应保持顾 客接受替代方法。
许出现，但超过规范就不能接受。 7.稳定性变差
随着时间的推移，偏倚变差的波动。如下图所示。如果随 着时间推移偏倚值越大，稳定性差不可接受。
稳定性
时间1
图6 稳定性变差示意图
时间2
三、测量系统变差的种类与定义
8.线性变差 线性变差即偏倚值，是用来测量基准值存在的线性关系。
测量系统分析
T 6
C pk
或：
T 2eT T 2e 6 T 6 6
Cpk Min(
USL LSL , ) 3 3
例2:测试一批零件外径尺寸的平均值 =19.0101 s=0.0143，规格要求 0.04 为 ，试计算过程能力指数并估计不合格品率 19 0.03
K CP
K不好,CP好
K好,CP好
K不好,CP不好
K好,CP不好
提高过程能力指数的途径
Cpk Cp * (1 k ) T X (1 ) 6 T/2
调整加工过程的分布中心，减少偏移量K，即: X
应以制造单位为主,技术为副,品管为辅
提高过程能力Cp,即减少分散程度σ ;
解：
C pu
USL 3 7 1 7 0.2 3 0 .2 4 1 .1 1
(2)仅有规格下限（Tl） 说明：当只有单侧规格时，此时的单侧过程能力指即为CPK
●计算公式：
C pl
f （x ）
Lsl 3
μ-TL
σ
TL
μ
x
例3 要求零件淬火后的硬度≥HRC 71，实测数据后计算得 ；S＝1，试计算过程能力指数Cpk 解：
解：由题意：
计算cpk
Usl 19.04 Usl Lsl 19.005 x 19.0101 2
Lsl 18.97
T 0.07
e x 19.005 19.0101 0.0051 T 2e 0.07 2 0.0051 0.70 6S 6 0.0143 2 19.005 19.0101 k 0.145 0.07 0.07 Cp 0.816 6 0.0143 C p k (1 k )C p (1 0.145) 0.816 0.7 Cp k
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测量系统的稳定性
研究测量系统的稳定性，在不同情况有 不同方法。
一、仪器在每次测量之间和之后都要做调整
每次调整偏差（绝对值）之和 测量系统稳定性 = 测量次数
测量系统的稳定性（续）
二、仪器间隔一定时间做调整
测量系统稳定性 = X （时间1 ） -X （时间2）
举例：某仪器每周调整一次，第一周测量某样本零 件的均值 X = 0.8075 ；第2周调整前同样测该样 本零件均值 X = 0.7995 则 稳定性=0.8075-0.7995=0.008
测量系统R&R计算表
系统 样品号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 总计 1 A第1轮 0.025 0.03 0.014 0.008 0.040 0.048 0.010 0.010 0.025 0.210 2 第2轮 0.02 0.045 0.015 0.010 0.040 0.045 0.020 0.010 0.025 0.230 0.210 0.200 0.230 0.0237 3 第3轮 0.020 0.030 0.015 0.010 0.040 0.045 0.010 0.010 0.020 0.200 4 极差 0.005 0.015 0.001 0.002 0 0.003 0.010 0 0.005 0.041 5 B第1轮 0.020 0.025 0.020 0.010 0.040 0.030 0.010 0.020 0.020 0.195 6 第2轮 0.015 0.040 0.015 0.010 0.030 0.040 0.015 0.010 0.030 0.205 0.195 0.210 0.205 0.0226 7 第3轮 0.020 0.030 0.020 0.010 0.040 0.040 0.015 0.015 0.020 0.210 8 极差 0.005 0.015 0.005 0 0.010 0.010 0.005 0.010 0.010 0.07
测量误差分类
系统误差（可分析控制，可消除） 随机误差（难以控制和消除）
精密度：测量结果受系统误差的影响程度
准确度：测量结果受随机误差的影响程度 精确度：测量结果受系统和随机误差综合影响 的程度
复杂原因误差：即由系统和随机原因综合引起，难以判
定原因的误差。处理比较困难。
测量系统误差的来源
观测的过程误差
使用能力符合要求的测量
系统。
测量误差产生两类风险
1.错报风险：即把合格的判断为不合格。 2.漏报风险：即把不合格判断为合格。
测量误差的存在，对检测结果的可靠性、可信性提出 了挑战和质疑。使测量结果本身存在一定风险。
在什么情况下需要做测量 系统分析
• 决定是否接受一台新仪器
• 一种测量设备与另一种的比较
过程实际误差
测量误差
长期 过程误差
短期 过程误差
样本内误差
测量仪器引起 的误差
操作员引起 的误差
准确性
可重复性
稳定性
线性
可再现性
误差处理
系统误差：分析产生误差的系统原因，控制
或消除根源；进行校准；对误差 X 性质进行分析，进行误差补偿。 随机误差：简单：多次测量取 平均值。 高级：对测量系统能力进行分析，
测量者
测量过程 测量方法
测量仪器
测量结果 （输出）
环境
与操作
测量数据分类
极差法
•计量值（可以连续测量的数据） •计数值（不能连续计量的数据）
计件数：不合格品数 计点数：缺陷数
均值极差法
方差分析法 图表法 长的方法 短的方法
测量在质量管理的作用
测量是企业质量管理工作中的重要 一环。是企业许多相关质量管理工 作的起点。测量信息的可靠性，真 实性，对企业质量状况揭露，质量 问题揭露有重要作用，是企业开展 相关质量管理工作的基础。
MaxX 0.0237 MinX 0.0226 XDiff 0.0011
测量系统R&R报告
零件号和零件名 YSK30-6A电机 质量特征公差 0-0.03mm 从计算中可得 R = 按测量单位分析（绝对分析）
测量仪器名 百分表 测量仪器号 测量仪器类型 0.00617
日期
23/12/99
完成者：工业工 程项目组 Xdiff = 0.0011 占公差的百分比 %（相对分析）
• 维修前后对测量设备的比较 • 在正常仪器维护条件下，测量结果误差很大 • 测量仪器进行了改装，如更换了重要零部件 • 进行工序能力分析时需要考虑测量仪器的测量能力
测量系统分析中的概念
• 真值 ：被测对象客观存在的实际值，理论 上 讲 ，这个值是客观存在的 • 偏倚 ：实际观测值的均值与真值之差
界水平。测量能力是否可以接受取决于测量的重要
程度和成本因素 • P/T比率>30% 测量系统能力过低，应查明原 因，减少测量系统的变异
测量系统分析的准备工作
1、明确测量系统分析的目的
2、确定所需数据信息 3、确定测量系统分析的方法 4、确定参加测量系统分析的工人数 5、确定需使用的样本零件数
6、确定重复测量次数
测量系统分析
通向6sigma管理之路
统计工具
依据统计技术在质量管理应用中性质划 分，基本上可以归结为以下三大工具。
1.分析类工具：如因果图；多变异分析；测量系 统重复性与再生性分析等。 2.控制类工具：如SPC等。 3.优化类工具：如DOE，可靠性工程等。
什么是测量系统
参照标准 操作
被测对象 （输入）
测量系统分析的准备工作（续）
7、考虑以下问题
• 若使用同一厂商制造的相同型号的仪器会有什么差 别？
• 不同品牌的仪器对测量结果有何影响？ • 测量过程是否对环境因素，如温度、湿度、灰尘、 振动等比较敏感？ • 操作工的经验对测量过程有何影响？ • 测量方法的改变对测量过程的影响是否敏感？ • 样本零件的准备工作如擦洗、混合、去毛刺等对测 量结果有何影响？
• 再 现性或复验性：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
测量系统B
测量系统C
再现性 测量系统A
测量系统分析中的概念（续）
•
线性：
指测量系统在不同测量范围（或量程）内测量偏倚的差值
真值 偏倚
测量值的均值
真值 偏倚
测量值的均值
在低量程下测零件
在高量程下测零件
测量系统分析中的概念（续）
• 测量能力 - 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）
• 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
6 E P / T比率 = × 100 % USL - LSL
•
E 表示测量误差的标准差
测量系统分析中的概念（续）
测量系统线性=最高量程上的测量精度误差—最低 量程上的测量精度误差
相对线性 测量系统线性 100% 量程差值
测量系统缺乏线性的原因
•测量系统在高低量程上未做正确地校准 •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
0.00456
0.00778
合计 X A R A 0.00456 R B 0.00778 合计 0.01234 R 0.00617
合计 X B Trials D4 ( R ) ×( D4 ) = UCLR 2 3.267 (0.00617)× (2.575) 3 2.575 =0.01589
RA
RB
测量系统分析的准备工作（续）
8、确定测量次数及每个零件的测量位置 9、对样本零件标上序号，注意不要让操作工发现 这个标记 10、采用数据搜集表格采集数据 11、若测量数据的来源多于一个，选择测量系统 分析所研究的数据来源
12、按随机顺序测量样本零件
13、保持所有测量尽量在相同条件下进行 14、随机抽取被测样本零件 15、在测量过程中保持正常的操作条件 16、不要让操作工之间彼此看测量数据
• 上述公式基于三个 LSL USL
假设：
1、测量误差彼此
独立
2、测量误差与零 件大小彼此独 立 3、测量误差为正 态分布
6 E
6
对测量系统能力的要求
• P/T比率<10%
测量系统能力满足要求。若工序
要达到 ±6 的目标，P/T比率须小于5% • P/T比率在10%~30%之间 测量系统能力处于边
2
2
解决重复性较差的方法
1、近期法 2、长期 法 重复测量取平均 更新仪器
重复性较差的可能原因
• • • • •
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
再生性较差的原因
•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，制造时间也不同 •两个测量系统的工作环境不同
100 ( E.V .) %E.V.= TOLERANCE = 69 % %A.V.=6.7%
重复性
仪器变异
测量轮数 2
3
E.V.=( R )( 1 / d 2 )(6) =
n=零件数
(0.00617 )(0.591)(6) 测量系统 2 = 0.02187
1/ d2
0.887 0.591
r=测量轮数 A.V.=0.002 R&R=0.02198
测量系统稳定性 相对稳定性 = × 100 % 公差
测量系统缺乏稳定性 的可能原因
•仪器没有按要求经常做校准 •对于气动仪器可能需气压调节或过滤器 •某些电子仪器需预热 •仪器需做维护