测量系统分析MSA培训讲座.pptx

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1、1测量系统分析测量系统分析 MSA培训导师培训导师: : 胡建国胡建国2022-1-202大家好！大家好！ 前面我们已经学习了质量管理体系需运用前面我们已经学习了质量管理体系需运用的部分质量管理方法和工具；的部分质量管理方法和工具； 本讲我们将开始学习测量系统分析本讲我们将开始学习测量系统分析 MSAMSA。 祝大家学习成功！祝大家学习成功！2022-1-203目目 录录一一 相关术语名词相关术语名词二二 测量过程测量过程三三 测量系统分析的准备测量系统分析的准备四四 计量型计量型Gage RGage RR R研究方法研究方法五、计数型测量系统分析五、计数型测量系统分析2022-1-204一一

2、 、相关术语名词、相关术语名词l标准标准接受的用于比较的基准接受的用于比较的基准用于判定接受与否的数据用于判定接受与否的数据l测量测量 赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系l量具量具 任何用来获取测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括任何用来获取测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格用来测量合格/ /不合格装置不合格装置l测量系统测量系统 是用来对定量测量或定性评价的的仪器或量具、标准、操作、方法、是用来对定量测量或定性评价的的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结

3、果的整个过程。夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。 2022-1-205l位置变差位置变差准确度准确度 与真实值或接受与真实值或接受的基准值之间的接的基准值之间的接近程度近程度偏偏 移移 测量结果的观测测量结果的观测平均值与基准值的平均值与基准值的差值差值 测测量量结结果果的的平平均均值值偏偏移移基基准准值值2022-1-206稳定性稳定性 某持续时间内测量某持续时间内测量同一基准或零件的单一同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总特性时获得的测量值总变差变差 基准值时间位置变差位置变差2022-1-207 线线 性性 量具预期工作范围量具预期工作范围内内, ,偏移

4、值偏移值的差值的差值尺尺寸寸N N尺尺寸寸1 1偏偏移移偏偏移移2022-1-208l幅度变差幅度变差 重复性重复性同一测评人同一测评人, ,采用同一种仪器采用同一种仪器, ,多次测量同一零件的同一特性多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差时获得的测量值变差在既定的条件下连续的试验测在既定的条件下连续的试验测量结果间的变差量结果间的变差通常指设备变差通常指设备变差(EV)(EV)仪器仪器( (量具量具) )的能力或性能的能力或性能系统内变差系统内变差 重复性重复性2022-1-209 再现性再现性不同的测评人不同的测评人, ,采用相同的仪采用相同的仪器器, ,测量同一零件同一特性时测量同

5、一零件同一特性时测量测量平均值平均值的变差的变差用以产品用以产品/ /制程资格认定制程资格认定, ,误差误差可能来自测评人、设备、时间可能来自测评人、设备、时间或方法或方法通常指测评人变差通常指测评人变差AVAV系统间变差系统间变差再再现现性性A AB BC C测测评评人人2022-1-2010 量具双性量具双性 GRR or Gage RGRR or Gage RR R量具重复性及再现性量具重复性及再现性测量系统能力，取决于使用测量系统能力，取决于使用方法，可能包括或不包括时方法，可能包括或不包括时间的影响。间的影响。基准值基准值A AB BC CGRR2022-1-2011测量数据的质量测

6、量数据的质量 稳定条件下运行某一测量系统得到的多次测量稳定条件下运行某一测量系统得到的多次测量结果的统计特性。结果的统计特性。统计特性统计特性 偏移和方差。偏移和方差。偏差太大或变差太大都将直接导致低质量的测量偏差太大或变差太大都将直接导致低质量的测量数据。数据。 测量数据的质量测量数据的质量2022-1-2012 测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。若不能测定出过程的变差，这种分辨率用于分析是若不能测定出过程的变差，这种分辨率用于分析是不可接受的。不可接受的。若不能测定出特殊原因的变差，这种分辨率用于控若不能测定出特殊原因的变差，这

7、种分辨率用于控制是不可接受的。制是不可接受的。不可接受的分辨率可通过极差图最好的显示出来。不可接受的分辨率可通过极差图最好的显示出来。 分辨率分辨率2022-1-2013二二 、测量过程、测量过程测量过程测量过程 一般过程一般过程输输入入输输出出操作操作需要控制的需要控制的过程过程测量测量系统系统分分析析 测量过程测量过程决策决策2022-1-2014足够的分辨率（足够的分辨率（1010：1 1原则）。原则）。具有统计稳定性，亦即测量系统的变差只能是普通原因而非特殊具有统计稳定性，亦即测量系统的变差只能是普通原因而非特殊原因造成的。原因造成的。测量系统的变异须小于规格公差或制程变异。测量系统的

8、变异须小于规格公差或制程变异。测量系统的统计特性可能随统计特性的变化而变化，若果真如此，测量系统的统计特性可能随统计特性的变化而变化，若果真如此，测量系统变差应小于制程变差及公差带两者中较小者。测量系统变差应小于制程变差及公差带两者中较小者。测量系统统计特性测量系统统计特性2022-1-2015 测量系统变差的产生原因测量系统变差的产生原因标准标准S S环境环境E E人人/ /程序程序P P仪器仪器I I工件工件W W（如零件）（如零件）测量测量系统系统变差变差2022-1-2016 变异构成变异构成准确度准确度( (偏移偏移) )测量值变差测量值变差重复性重复性稳定性稳定性线性线性测评人变差

9、测评人变差( (再现性再现性) )量具变差量具变差测量系统测量系统变差变差产品产品/ /制程制程变差变差2022-1-2017测量系统变差的影响测量系统变差的影响所有变异源的总影响通常称为测量系统变差。所有变异源的总影响通常称为测量系统变差。2022-1-2018第一类错误第一类错误( (生产者风险生产者风险/ /假判率假判率):): 一个好的零件有时被误判为一个好的零件有时被误判为“不合格不合格”对产品决策的影响对产品决策的影响第二类错误第二类错误( (消费者风险消费者风险/ /漏判率漏判率):): 一个不合格的零件有时被误判为一个不合格的零件有时被误判为“合格合格”2022-1-2019

10、对过程决策的影响对过程决策的影响 将普通原因判断为特殊原因将普通原因判断为特殊原因 将特殊原因判断为普通原因将特殊原因判断为普通原因2022-1-2020 测量系统变差的可能原因测量系统变差的可能原因偏移偏移基准的误差基准的误差磨损的量具磨损的量具仪器测量非代表性的特性仪器测量非代表性的特性制造的仪器尺寸不对制造的仪器尺寸不对仪器没有正确校准仪器没有正确校准测评人使用仪器不正确测评人使用仪器不正确稳定性（稳定性（是偏倚随时间的变化是偏倚随时间的变化）仪器需要校正，减小校正周期仪器需要校正，减小校正周期正常的老化正常的老化仪器维护不足仪器维护不足仪器设计或方法问题仪器设计或方法问题2022-1-

11、2021重复性重复性仪器需要维护；仪器需要维护；量具应重新设计以提高刚度；量具应重新设计以提高刚度；夹紧及检验点需要改进；夹紧及检验点需要改进；存在过大的零件内变差。存在过大的零件内变差。再现性再现性测评人需要更好的培训如何使用量具仪器及读数；测评人需要更好的培训如何使用量具仪器及读数；量具刻度盘上的读数不清楚；量具刻度盘上的读数不清楚；需要某种夹具帮助测评人提高使用量具的一致性；需要某种夹具帮助测评人提高使用量具的一致性；某些测量系统没有测评人，若所有的部件均由同一设备处理、某些测量系统没有测评人，若所有的部件均由同一设备处理、固定及测量，那么再现性就为零；当使用了不同的工装，那么固定及测量

12、，那么再现性就为零；当使用了不同的工装，那么再现性就表现为工装间变差。再现性就表现为工装间变差。2022-1-2022量具双性量具双性/GRR/GRR线性线性( (量具预期工作范围内量具预期工作范围内, ,偏移值偏移值的差值的差值) )工作范围上限工作范围上限/ /下限内仪器下限内仪器没有正确校准没有正确校准磨损或损坏的基准，基准出现误差磨损或损坏的基准，基准出现误差-最小或最大最小或最大磨损的仪器或夹紧装置磨损的仪器或夹紧装置仪器质量差仪器质量差设计或一致性不好设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性仪器设计或方法缺乏稳健性应用错误的量具应用错误的量具环境环境温度、湿度、震动、清洁度温度、湿

13、度、震动、清洁度再现性重复性222GRR2022-1-2023 分级数目分级数目(ndc)(ndc) 控制控制 分析分析只有下列条件下才可用只有下列条件下才可用于控制：与规范相比，于控制：与规范相比，过程变差较小；预期过过程变差较小；预期过程变差上的损失函数很程变差上的损失函数很平缓；过程变差主要原平缓；过程变差主要原因导致均值偏移因导致均值偏移不能用于估算过程参不能用于估算过程参数及指数；只能表明数及指数；只能表明过程是否正在生产合过程是否正在生产合格零件。格零件。依据过程分布可用半计依据过程分布可用半计量控制技术；可产生不量控制技术；可产生不敏感的计量控制图敏感的计量控制图一般不用于估算过

14、程一般不用于估算过程参数及指数，因为它参数及指数，因为它只提供粗略的估计。只提供粗略的估计。可用于计量控制图可用于计量控制图建议使用。建议使用。分辨力对控制和分析活动的影响：分辨力对控制和分析活动的影响：一个一个数据数据分级分级 2-4 个个数据分数据分级级 5个或个或更多数更多数据分级据分级2022-1-2024三三 测量系统分析的准备测量系统分析的准备2022-1-20251.1.计划将要使用的方法计划将要使用的方法 例如通过工程决策，直接观察或量具研究决定，是否例如通过工程决策，直接观察或量具研究决定，是否测评人在校准或使用仪器时产生影响；有些测量系统的再测评人在校准或使用仪器时产生影响

15、；有些测量系统的再现性可能忽略，例如按键现性可能忽略，例如按键. .2.2.测评人数量、样品数量、及重复读数应预先确定：测评人数量、样品数量、及重复读数应预先确定：尺寸的关键性尺寸的关键性- -关键尺寸需要更多的样品和关键尺寸需要更多的样品和/ /或试验或试验. .零件规格零件规格- -大而重的零件可规定较少样品及较多试验大而重的零件可规定较少样品及较多试验. .3.3.测评人的选择应从日常操作该仪器的人中选出。测评人的选择应从日常操作该仪器的人中选出。2022-1-20264.4.样品选择对于适当的研究非常重要，且取决于测量样品选择对于适当的研究非常重要，且取决于测量系统研究的设计系统研究的

16、设计. .5.5.对于产品的控制，对于产品的控制，“符合符合/ /不符合产品特定规格不符合产品特定规格”，样品的选择无需覆盖整个规格范围。样品的选择无需覆盖整个规格范围。6.6.对于制程控制，对于制程控制，“过程稳定性，方向及自然变差的过程稳定性，方向及自然变差的符合情况符合情况”，样品必须从过程中选取并代表整个工作，样品必须从过程中选取并代表整个工作范围。范围。7.7.仪器分辨率应允许至少直接读取特性的预期过程变仪器分辨率应允许至少直接读取特性的预期过程变差的十分之一。差的十分之一。8.8.确保测量方法在按规定的测量步骤测量特征尺寸。确保测量方法在按规定的测量步骤测量特征尺寸。2022-1-

17、2027 分析的方式非常重要：分析的方式非常重要：测量应按随机顺序，以确保研究过程中生产的任测量应按随机顺序，以确保研究过程中生产的任何漂移或变化将随机分布。使用盲测方式。何漂移或变化将随机分布。使用盲测方式。设备读数应估计到可得到的最接近的数字，模拟设备读数应估计到可得到的最接近的数字，模拟设备应读取最小刻度的一半。设备应读取最小刻度的一半。研究工作应由知其重要性且仔细认真的人进行。研究工作应由知其重要性且仔细认真的人进行。每一位测评人应采取相同的方法每一位测评人应采取相同的方法/ /步骤来获取数据。步骤来获取数据。2022-1-2028确定分析结果的允许误差：确定分析结果的允许误差： 允许

18、标准允许标准- -位置误差位置误差偏移和线性偏移和线性重新校正或偏移修正以最小化误差重新校正或偏移修正以最小化误差 允许标准允许标准- -幅度误差幅度误差 低于低于10%-10%-接受；接受； 在在10%10%与与30%30%之间之间- -根据应用的重要性、量具成本、维修根据应用的重要性、量具成本、维修 的费用等，可能是接受的；的费用等，可能是接受的； 高于高于30%-30%-不接受，测量系统必须改善；不接受，测量系统必须改善； 明显的分类数量明显的分类数量(ndc)(ndc)应大于或等于应大于或等于5 5。2022-1-2029四、四、计量型计量型Gage RGage RR R研究方法研究方

19、法2022-1-2030平均值极差法：平均值极差法：分解成重复性及再现性分解成重复性及再现性, ,但是两者但是两者无交互作用无交互作用推荐的方法如下推荐的方法如下: :取多于取多于5 5个样品个样品( (例如例如,n=10),n=10)代表了实际或预期的过程变差范围；代表了实际或预期的过程变差范围；选取选取3 3个测评人个测评人, ,给样品编号给样品编号, ,该编号测评人并不知道；该编号测评人并不知道；让测评人让测评人A A随机测量随机测量N N个样品并做好记录；个样品并做好记录；让测评人让测评人B B和和C C测量测量N N个样品并做好记录个样品并做好记录, ,彼此之间不知另一个人的彼此之间

20、不知另一个人的测量结果；测量结果；打乱样品的顺序打乱样品的顺序, ,再次分别由三位测评人测量并记录；再次分别由三位测评人测量并记录；2022-1-2031测评人测评人系列系列# #样件样件( (零件零件) )平平均值均值1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010A A1 10.290.29-0.56-0.561.341.340.470.47-0.8-0.80.020.020.590.59-0.31-0.312.262.26-1.36-1.362 20.410.41-0.68-0.681.171.170.50.5-0.92-0.92-0.11-0.110.750.75-0.2

21、-0.21.991.99-1.25-1.253 30.640.64-0.58-0.581.271.270.640.64-0.84-0.84-0.21-0.210.660.66-0.17-0.172.012.01-1.31-1.31平均值平均值极差极差B B1 12 23 3平均值平均值极差极差C C1 12 23 3平均值平均值极差极差aXaRbXbRcXcRGRR测量数据收集表测量数据收集表2022-1-2032样件样件( (零件零件) )平均值平均值 x xRpRp R R3/cRbRaRR),min(),max(cXbXaXcXbXaXdiffX)358. 2/227. 34(4trai

22、svstrailsvsDDRUCLrGRR测量数据收集表测量数据收集表( (续续) )2022-1-2033测评测评人人系列系列# #样件样件( (零件零件) )平均值平均值1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010A A1 10.29-0.561.340.47-0.80.020.59-0.312.26-1.36 0。1942 20.41-0.681.170.5-0.92-0.110.75-0.21.99-1.25 0。1663 30.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.31 0。211平均平均值值0。4470。6071。260

23、0。537-0。853-0。1000。667-0。2272。087-1。307 0。190极差极差0。350。120。170。170。120。230。160。140。270。110。184B B1 10。08-0。471。190。01-0。56-0。200。47-0。631。80-1。68 0。0012 20。25-1。220。941。03-1。200。220。550。082。12-1。62 0。1153 30。07-0。681。340。20-1。280。060。83-0。342。19-1。50 0。089平均平均值值0。133-0。7901。1570。413-1。0130。0270。617-

24、0。2972。037-1。600 0。068极差极差0。180。750。401。020。720。420。360。710。390。180。513aXbXaRbR数字计算：数字计算：2022-1-2034C C1 10。04-1。380。880。14-1。46-0。290。02-0，461。77-1。49 （0。223）2 2-0。11-1。131。090。20-1。07-0。670。01-0。561。45-1。77 （0。256）3 3-0。15-0。960。670。11-1。45-0。490。21-0。491。87-2。16 （0。284）平均值平均值（0。073）（1。157）0。8800。

25、150（1。327）（0。483）0。080（0。503） 1。697（1。807） -0。254极差极差0。190。420。420。090。390。380。200。100。420。670。328样件样件( (零件零件) )平均值平均值0。169-0。8511。0990。367-1。064-0。1860。454-0。3421。940-1。571 0。001 3。511 0。342 0.4446 0.88163 / cRbRaRR)358. 2/227. 34( 4traisvstrailsvsDDRUCLrcXcRR),min(),max(cXbXaXcXbXaXdiffX数字计算数字计算(

26、(续续) )XRp2022-1-20350.52310.52313 3n=n=样件样件 r=r=测量次数测量次数0.70710.70712 2k2k2人人0.22970.2297 = =SQRTSQRT(Xdiff(Xdiff* *K2)2-(E.V.2/nr)K2)2-(E.V.2/nr) A.V.=A.V.= %A.V.=100(AV/TV)=20.%A.V.=100(AV/TV)=20.%再现性再现性测评人偏差测评人偏差(A.V.)(A.V.)0.59080.59083 30.88620.88622 20.20190.2019 = =k1k1系列系列R R* *K1K1 E.V.=E.V

27、.= %EV=100(EV/TV)=17.61%EV=100(EV/TV)=17.61%重复性重复性设备偏差设备偏差(E.V.)(E.V.)* SQRTSQRT表示可开平方，表示可开平方， 22表示平方，表示平方，K1/2/3K1/2/3为可查表的系数为可查表的系数数字计算数字计算( (续续) )2022-1-20361.14611.1461T.V.=SQRTT.V.=SQRT0.31460.31461010总总 偏偏 差差 (T.V.)(T.V.)0.32490.32499 90.33750.33758 80.35340.35347 7P.V.=RpP.V.=Rp* *k3=1.1046k3

28、=1.1046%PV=100(PV/TV)=96.38%PV=100(PV/TV)=96.38%0.37420.37426 6样样 件件 偏偏 差差 (P.V.)(P.V.)0.4030.4035 5k3k3样件样件0.30580.3058 = =SQRTSQRTE.V.2+A.V.2E.V.2+A.V.2 GRR=GRR=%GRR=100(GRR/TV)%GRR=100(GRR/TV)=26.68%=26.68%R & R(GRR)R & R(GRR)2022-1-2037测量系统有效分辨率：测量系统有效分辨率： ndc = 1.41（PV / GRR） ndc = 5 ，可接受。可接受。2

29、022-1-2038绘制极差图分析绘制极差图分析： 1.1.如果所有的极差都受控，则所有评价人如果所有的极差都受控，则所有评价人的工作状态是相同的。的工作状态是相同的。 2.2.如果一个评价人不受控如果一个评价人不受控, ,说明他的方法说明他的方法与其他人不同，应识别并去除特殊原因与其他人不同，应识别并去除特殊原因. . 3. 3.如果所有的评价人都不受控，则测量系如果所有的评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感统对评价人的技术很敏感, ,需要改善以获得有需要改善以获得有用的数据。用的数据。 注注: : 极差控制图用于确定过程是否受控极差控制图用于确定过程是否受控. .2022-1-2

30、039绘制均值控制图分析：绘制均值控制图分析： - - 计算均值控制限计算均值控制限 UCLx=X+A2R= UCLx=X+A2R= 0.001 +1.023 +1.023 0.342 = 0.351 = 0.351 （试验三次）（试验三次） LCLx=X-A2R= LCLx=X-A2R= 0.001 -1.023 -1.023 0.342 = - 0.349 = - 0.349 - - 分析控制图：均值图分析控制图：均值图均值图均值图 ：一半的均值：一半的均值（每个评价人对每个零件多个读数的均值）（每个评价人对每个零件多个读数的均值）以上点以上点应在控制限外，说明测量系统能够探测零件与零件之

31、间的变差，并且能应在控制限外，说明测量系统能够探测零件与零件之间的变差，并且能够提供对过程分析和过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控够提供对过程分析和过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外，则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。制限外，则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。2022-1-2040GRRGRR研究结果分析：研究结果分析：若重复性若重复性 再现性再现性仪器需要维护仪器需要维护量具应重新设计以提高刚度量具应重新设计以提高刚度夹紧及检验点需要改进夹紧及检验点需要改进存在过大的零件内变差存在过大的零件内变差若重复性若重复性 再现性再

32、现性测评人需要更好的培训如何使用量具仪器及读数测评人需要更好的培训如何使用量具仪器及读数量具刻度盘上的读数不清楚量具刻度盘上的读数不清楚需要某种夹具来帮助测评人提高使用量具的一致性需要某种夹具来帮助测评人提高使用量具的一致性 % % R&RR&R10%10%可接受，可接受，10% % R&R 30%10% % R&R 30%时应依据量具重要性、时应依据量具重要性、成本及维修费用等决定是否接受，成本及维修费用等决定是否接受， % R&R % R&R 30%30%不能接受，必须改不能接受，必须改进。进。2022-1-2041五、计数型测量系统分析五、计数型测量系统分析2022-1-2042小样法小

33、样法1.计数型测量系统是把零件与某些指定限值相比较，不能得到实际数值，只能指示该零件被接收还是拒收。此类测量系统可采用小样法进行分析.2.其具体方法是通过取20个零件来进行。由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，在选取20个零件中，一些零件会稍许低于或高于规范限值。 分析: 如果所有的测量结果（每个零件四次）一致则接受该量具，否则应改进或重新评价该量具。如果不能改进该量具，则不能被接受并且应找一个可接受的替代测量系统。 一个典型的用小样法研究计数型测量系统的表格见附表。2022-1-20课堂练习：课堂练习： 量具重复性和再现性（量具重复性和再现性（R&RR&R）的企业）的企

34、业实际案例课堂分组练习，结果分析讨论实际案例课堂分组练习，结果分析讨论432022-1-20441 1 为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的 ，应，应进行统计研究。此要求应适用于进行统计研究。此要求应适用于 计划中提及的测量系统。计划中提及的测量系统。 2 2 测量系统分析的对象主要有测量系统分析的对象主要有 、 、 、 和和 。3 3 R&RR&R % %可接受，可接受， % R&R % R&R % %时应依据量具重要性、成本时应依据量具重要性、成本及维修费用等决定是否接受，及维修费用等决定是否接受， R&R R&R % %不能接受，必

35、须改进。不能接受，必须改进。2022-1-202022-1-20451 1 为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的 变差变差 ，应进，应进行统计研究。此要求应适用于行统计研究。此要求应适用于 控制控制 计划中提及的测量系统。计划中提及的测量系统。 2 2 测量系统分析的对象主要有测量系统分析的对象主要有 重复性重复性 、再现性再现性、 稳定性稳定性 、偏倚偏倚 和和 线性线性 。3 3 R&RR&R 1010 % %可接受，可接受， 1010 % R&R % R&R 3030 % %时应依据量具重要性、时应依据量具重要性、成本及维修费用等决定是否接受，成本及维修费用等决定是否接受， R&R R&R 3030 % %不能接受，必须改进。不能接受，必须改进。4 4 简述简述GRRGRR研究过程及结果分析。研究过程及结果分析。46 测量系统分析测量系统分析 MSA MSA 常用的内容讲解完了；常用的内容讲解完了；MSAMSA涉及的内容很多，如果有兴趣还可深入学习。涉及的内容很多，如果有兴趣还可深入学习。 谢谢大家，再见！谢谢大家，再见！2022-1-20