MSA经典讲解

MeasurementSystemAnalysisMSAMSA（MeasurementSystemAnalysis）使用数理统计和图表的方法对测量系统的分辨率和误差进行分析，以评估测量系统的分辨率和误差对于被测量的参数来说是否合适，并确定测量系统误差的主要成分。同时，MSA(maritimesafetyadministration）也是海事安全管理局的英文简称。外文名MeasurementSystemAnalysis它意海事安全管理局的英文简称方法数理统计和图表作用对测量系统的分辨率和误差分析目的评估测量系统的分辨率和误差注意本词含义较多内容提要一、测量系统分析的目的二、测量系统变差的来源及类别三、测量系统分析的基本概念四、计量型测量系统分析：（1）偏倚（2）线性（3）重复性和再现性分析–R&R（4）稳定性五、计数型测量系统分析（1）小样法（2）大样法（3）案例分析测量系统分析的目的什么是测量系统测量：赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。测量系统：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；是用来获得测量结果的整个过程。评估这一系统的首要步骤是理解这一过程并确定其是否符合我们的要求什么是测量系统分析测量系统分析(MSA)－MSA用于分析测量系统对测量值的影响－强调仪器和人的影响我们对测量系统作分析，以确定测量系统的统计特性的量化值，并与认可的标准相比较MSA总目标测量的不确定度一个与测量结果有关的参数，其值分散的特性可以合理地归结于被测对象。这些数据可表达为系列测量的统计分布、标准离差、概率、百分率、实测值减去实际值；在控制图或曲线图上的点等。测量系统分析典型的准备包括:－分析的作业指导书－评价人和样件的数量－重复读数和测试次数－尺寸的关键性－零件构造－在日常工作使用测量仪器的作业员－能代表整个工作范围的标准件－测量仪器的分辨率必须至少能够读出特性的过程变差的1/10持续改进的理念与过程变差相关联，使测量系统分析对上述基本问题的确定变得更有意义。针对日益强调持续改进的全球化市场，仅仅用相对于公差的百分比来表达测量误差是不够的，而应该使用过程变差。测量系统分析的数据利用用测量系统所收集的数据用于：－控制过程－评估影响过程结果的变量及其相互关系利用数据分析，增进对测量系统中因果关系和对过程的影响的了解把注意力放在测量系统上，以获得重复性和再现性测量系统变差的来源及类别测量系统变差的影响决策是基于测量数据，因此测量值的“质量”决定了后续动作的质量。测量系统变差的影响可分为：控制原理目的产品控制零件是否在规范之内？过程控制过程是否稳定和可接受？基本问题评估测量系统，以确定：－是否具备足够的灵敏度?a.仪器是否具有足够的分辨力？b.系统具有有效的分辨率？－是否具备不随时间变化的统计稳定性？－统计特性是否在期望范围内具备一致性，并为过程分析或过程控制的接受？（满足测量的目的？）测量系统变差源测量过程的构成因子（S、W、I、P、E）及其相互作用，产生了测量结果或数值的变差。测量变差值工件(W)人员(P)标准(S)仪器(I)机器方法(P)程序环境(E)环境如何影响测量数据温度变化引起热涨冷缩，使同一零件的同一特性产生不同的读数光线不足妨碍正确读值刺眼的光导致读值不正确受时间影响的材料-如铝、塑料、玻璃湿度污染-如电磁、灰尘测量仪器如何影响测量结果测量仪器的精度必须小于规范值测量仪器的种类，如尺，卡尺测量仪器的准确度和精密度偏倚和线性重复性和再现性稳定性材料、方法、人员如何影响测量结果材料人员方法（程序）测量值并不总是精确的测量系统的变差影响每个测量值和根据这些测量数据所作的判定测量系统的误差可分为五类：偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性•在使用一个测量系统前必须知道其测量变差计量型测量系统分析偏倚、线性、稳定性偏倚－测量观察平均值与该零部件采用精密仪器测量的标准平均值的差值线性－表征量具预期工作范围内偏倚值的差别稳定性－表征测量系统对于给定的零部件或标准件随时间变化系统便倚中的总偏差量，与通常意义上的统计稳定性是有区别的重复性－指同一个评价人，采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值（数据）的偏差。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偏差。偏倚测量的观测均值与基准值之差。基准值，也称为可接受的基准值或标准值，用作测量值的认可基准。基准值可以通过更高级别的测量设备进行测量而获得的测量均值来确定。量具偏倚的工作指南用标准值或高等级量具，如完全尺寸检验设备，获得可接受基准值用测量室或完全尺寸检验设备由同一评价人对同一零件作至少10次测量相对基准值作直方图，以判断是否存在特殊原因计算：读数的均值偏倚=观测值均值-基准值公式P74为何做量具偏倚分析从比例上讲，不会象GR&R那么大，但有助于量化准确度用于同一量具的稳定性和线性进一步分析可接受基准值应与其它统计特性评估相同和以后其他评价人作GR&R分析时，作读数比较量具偏倚大的原因仪器需要校准仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损或损坏的基准，基准值有误校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差—设计或一致性不好线性误差使用错误的量具不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性变形环境在常量上出错其他偏倚范例同一作业员对一个轴的外径作了15次测量，数据如下：,基准值为6.0，是一个基准值，即假定产品与原样一致。估计偏倚：均值(X-bar)=6.0067偏倚=观测均值-基准值=6.0067-6.0=0.0067标准偏差=(6.4-5.6)/3.553=0.22514均值的标准偏差=0.22514/(sqrt15)=0.05813t=0.0067/0.05813=0.115395%置信区间：-1.118500.1319结论：偏倚是可以接受的，同时假定实际使用不会导致附加变差源观测次数外径观测值Bias15.8-0.225.7-0.335.9-0.145.9-0.156.00.066.10.176.00.086.10.196.40.4106.30.3116.00.0126.10.1136.20.2145.6-0.4156.00.0量具的线性量具的线性可以通过对量具预期的工作范围内的偏倚分析而确定至少要作二次分析，在量具量程范围的下限和上限各一次量具量程范围的中部也应考虑量具线性分析量具线性工作指南1.选择可在测量系统不同工作范围作测量的5-8个零件2.用完全尺寸检验设备确定每个零件的基准值3.由一个评价人和同一量具测量所有零件4.每个零件重复m≥10次测量5.结果分析—作图法（参见偏倚分析）6.计算零件的偏倚和偏倚均值。7.将计算出的偏倚由小到大排序8.以偏倚均值(Y-轴)对基准值(X轴)建立散点图9.线性由这些点的最佳拟合直线的斜率确定。一般说来，斜率越小表示线性越好10.计算量具的线性指数分析线性--如果测量系统存在线性问题，需要通过调整软件、硬件或者同时调整两者，再校准以达到0偏倚。--如果在测量范围内偏倚不能被调整到0，只要测量系统保持稳定，仍可以用于产品/过程控制，但不能进行分析。线性误差的原因仪器需要校准，需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置磨损缺乏维护磨损或损坏的基准，基准出现误差量具的工作范围的上限和下限未经正确的校准仪器质量差—设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性应用错误的量具不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性变形环境在常量上出错其他稳定性稳定性是测量系统对给定零件或标准零件在不同时间的偏倚的总变差当同时有多个测量系统介入时，偏倚最小的那个系统被认为是“稳定”的系统量具的稳定性一般没有R&R问题大有助于确定校准周期当多个系统精确测量同一标准件并随时间变化有显著的变差时，有助于确定最稳定的测量系统应对测试跟踪并图表化(或至少在量具记录中记录实际读数和其它相关数据)对量具稳定性的影响长时间的不用或间歇使用二次稳定性试验的测量数很大或很小环境或系统变化，例如：湿度，气压－与统计稳定性相混淆的其它因子，如预热效应、磨损度、缺乏维护、作业员或实验人员缺乏培训等量具稳定性错误的原因仪器需要校准，需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置磨损正常老化或退化缺乏维护磨损或损坏的基准，基准出现误差量具校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差—设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性不同的测量方法—设置、安装、夹紧、技术变形环境变化—温度、湿度、振动、清洁度在常量上出错其他量具稳定性分析量具稳定性工作指南1.使用在偏倚和线性分析中作为样件的基准/标准件在保护环境下恰当地保存它们(产品的生命期内)给它们标上名称和号码以便于追溯和进一步研究，包括低、中、高极差值的样本2.定期（天、周）对标准件作3至5次测量(根据测量系统的具体情况而定)3.把数据在均值和极差图或均值和标准差图标出注：要求对每个标准件按过程或规范容限做一个图4.根据通常的SPC要求作评估（稳定？）5.将测量标准差与过程变差相比较，以确定适用性对稳定性图的分析如果稳定性有问题时，均值和极差图会出现漂移或非控制状态－均值图出现非控制状态时，表明测量系统测量不正确，检查：偏倚改变了--确定原因并改正如果原因是磨损--重复校准、维修－不必计算测量系统稳定性数值--通过减少系统变差来改善稳定性GR&R分析GR&RGR&R：测量系统误差由精确度、稳定度、重复性、再现性合并而成,其中重复性跟再现性简称为GR&R注意:－重复性和再现性用于衡量测量系统变差的宽度或分布－偏倚、稳定性和线性用于对测量系统变差作定位重复性、再现性重复性：同一评鉴人员用同一测量仪器测量多次测量同一零件的同一特性所获得的测量时变异的总和（说明：其实验数据必须符合以下条件:同一人员、同一产品、同一环境、同一位置、同一仪器、短期时间内）再现性：不同评价人员用同一测量仪器测量同一零件的同一特性所获得的测量平均值的变异的总和（说明：其实验数据必须符合以下条件:不同人员同一产品、同一环境、同一位置、同一仪器、较长时间段）GR&R分析方法量具R&R工作指南（续下）1.准备检查员人数：一般为3人。当以前分析时的GR&R值低于20%时，也可为2人。试验次数：与检查员人数相同，即两人时为每人两次，三人时为每人3次。零件数量：一般选10个可代表覆盖整个工序变化范围的样品。当以前分析时的GR&R值低于20%时，也可选5个。GR&R分析方法量具R&R工作指南（续下）2.实施第一名检查员以随机方式对所给的零件进行第一次测量，将测量结果填入表格第二列。然后第二名检查员同样以随机方式对这些零件进行第一次测量，将测量结果填入表格第六列。第三名检查员做法相同，将测量结果填入表格第十列。重复上述步骤，进行第二次、第三次测量，并将测量结果填入其余空白表格。GR&R分析方法量具R&R工作指南（续下）3.计算出设备变异EV、人员差异以及GR&R等百分比4.判异标准：（1）如果GR&R小于所测零件公差的10%，则此系统无问题。（2）如果GR&R大于所测零件公差的10%而小于20%，那么此系统是可以接受的。（3）如果GR&R大于所测零件公差的20%而小于30%，则接受的依据是数据测量系统的重要程度和改善所花费的商业成本。（4）如果GR&R大于所测零件公差的30%，那么此测量系统不能接受，并且需要进行改善。GR&R分析方法5.处置方式：（EV即重复性，AV即再现性）%EV，%AV分别表明了测量仪器（设备）变异、评价人差异在总变异中所占比例，可据此把握现有测量系统中所存主要问题，并采取相应的措施。（两种情况）如下：（续）GR&R分析方法1)当重复性比再现性大时:－量具需要加以保养；－量具需要重新设计，以提升适切性；－