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1、MSA测量系统分析,测量系统基本理念测量系统变差识别量具类型1研究偏倚线性重复性再现性稳定性计数型测量系统分析,测量系统分析课程目录：,一、测量系统基本理念推行背景,在QS9000（或TS16949等）汽车业质量体系中，均具有针对测量系统分析的强制性要求。亦即：企业除应对相关量具（或测量仪器）执行至少每年一次的定期校正以外，还必须对其实施必要的“测量系统分析”（即：MSA ),强制要求,一、测量系统基本理念推行背景,在产品的质量管理中，数据的使用是极其频繁和相当广泛的，产品质量管理的成败与收益在很大程度上决定于所使用数据的质量，所有质量管理中应用的统计方法（SPC）都是以数据为基础建立起来的。
2、为了获得高质量的数据，必须对产生数据的测量系统要有充分的理解和深入的分析。MSA是SPC的前提。,质量保证,一、测量系统基本理念推行背景,对控制计划中列入的测量系统要进行测量系统分析,分析方法及接受准则应与测量系统分析参考手册一致,经顾客批准，可以采用其他方法及接受准则,与TS标准要求的关系,一、测量系统基本理念推行背景,与AIAG其它参考手册的的关系,测量拓展活动,一、测量系统基本理念测量误差,通过数据不难发现： 不同测量人使用同一把卡尺，对同一个零部件进行检测，其测量结果存在巨大误差，由此反映出，虽然量具校准合格，但由于人员测量技能、操作方法、测量零部件的位置等不同，导致测量结果不一致，而
3、这种测量误差对产品质量保证存在巨大风险。,在生产现场，每个检验员都会认为自己测量的结果都是准确的，而他们的测量结果就是判定产品合格与否的依据，难道他们的测量不存在误差吗？如下表，为在一次测量比赛中，抽取各部门检验员，使用卡尺对某一零部件直径进行测量的结果：,一号检验员,二号检验员,一、测量系统基本理念测量误差,一、测量系统基本理念测量系统变差的影响,1、测量结果在 区（红色区域），可判定该测量零部件肯定不合格2、测量结果在区（绿色区域），可判定该测量零部件肯定合格3、测量结果在区（灰色区域），由于测量误差存在，会出现两种误判：合格品误判为不合格品被拒收，不合格品误判为合格品放行。,对产品决策的
4、影响,好,坏,坏,LSL,USL,改进方法一改进过程减小偏差,改进方法二减少测量系统误差,一、测量系统基本理念测量系统变差的影响,一、测量系统基本理念测量误差产生的原因,量具的分辨能力量具的精密度 (重复性)量具准确度 (偏差)量具的损坏不同仪器和夹具间的差异不同使用人员的差异(再现性)使用不同的方法所造成差异不同环境所造成的差异测量零部件的清洁及测量位置,一、测量系统基本理念测量误差产生的原因,例如，在测量前测量人员对量具表面进行擦拭，实际应该对测量面进行擦拭,测量系统： 对被测产品特性赋值所使用的设备（包括量具）、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合，也就是说用来获得测量结
5、果的整个过程称为测量系统。,一、测量系统基本理念测量系统概念,一、测量系统基本理念测量系统概念,标准,量具,过程的单个输出之间不可避免的差异，变差的来源可分为：普通原因变差和特殊原因变差。,接受的用于比较的基准。,任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括通过/不通过装置。,用于判定接受与否的数据。,变差,理想的测量系统零方差零偏倚零错误概率实际上是不存在的!,一、测量系统基本理念测量系统概念,尽可能好的测量系统足够的分辨率和灵敏度变异和公差相对较小有良好稳定的溯源性受控制运行实际上是存在的!,一、测量系统基本理念测量系统概念,寻找尽可能好的测量系统识别变差源识别潜在的变差源
6、监视这些变差源排除所有的变差源使测量系统受控制运行实际上是可以做到的!,一、测量系统基本理念测量系统概念,一、测量系统基本理念测量系统变差类型及基本概念,我们对测量数据有什么期望？准确性：数据必须告诉我们真相！重复性：重复测量必须产生同样的结果！再现性：结果不应该受检验员的影响。,一、测量系统基本理念测量系统变差类型及基本概念,22,测量系统分析：指用统计学的方法来了解测量系统的各个变差源，以及他们对测量结果的影响，最后给出测量系统是否符合使用要求的明确判断。,测量系统分析的目的是确定所使用的数据是否可靠,一、测量系统基本理念测量系统分析,MSA分析时机：,新生产之产品PV(零件)有不同时 新
7、仪器，EV(设备)有不同时新操作人员，AV(人员)有不同时 校准周期(文件规定)。,测量系统分析可以：评估新的测量仪器将两种不同的测量方法进行比较对可能存在问题的测量方法进行评估确定并解决测量系统误差问题,一、测量系统基本理念测量系统分析,一、测量系统基本理念分析前的准备,测试人员和分析人员的选择,测试人员和分析人员不能是同一个人,测试人员实施测量并读数,分析人员进行记录并分析。 评价人应是日常使用被分析检具的操作工/检验员。 测试操作人员和分析人员应经过培训,熟悉操作方法和分析方法。 测量时应尽量采用盲测，以排除人为的干扰。,一、测量系统基本理念分析前的准备,量具的准备,应针对具体尺寸/特性
8、选择控制计划指定的量具，若控制计划未明确规定某种编号的量具，则应根据实际情况对现场使用的量具进行MSA分析 确保要分析的量具是经校准合格的 仪器的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（1/10）。,一、测量系统基本理念分辨率,指测量系统识别并反映被测量最微小变化的能力；测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位 。 通常要求量具的最小精度，小于公差宽度的1/10和过程分布6宽度的1/10中的较小者。 （具体选择和CP值大小有关系，越小量具要求的分辨率就越高）,分辨率,一、测量系统基本理念分辨率,另外还可以通过可区分的类别数ndc来表示 : ndc=INT（1.41过程
9、总变差波动宽度/测量系统的波动宽度）, 其中INT表示取整数，通常要求ndc大于等于5时，测量系统具备起码的分辨率极差控制图可显示分辨率是否足够：（看控制限内有多少个数据分级）,一、测量系统基本理念分析前的准备,样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围。有时每一天取一个样本，持续若干天。这样做是有必要的，因为分析中这些零件被认为生产过程中产品变差的全部范围。一般来说，样品的抽样原则是1-2-4-2-1。,样品的选择,二、测量系统变差分析与控制测量变差识别,方法的选择,二、测量系统变差分析与控制测量变差标准化,对每一项测量系统建立测量规范，对测量系统变差影响因素进行规范和标准化，保证测量过程的一
10、致性和可靠性。,进行评价时应注意一下几点： 对于测量次数多、频次高的量具，应做稳定性； 对于通用量具，在量程范围内许多点都测，通常做线性不做偏倚性，但是对于专用量具必要时做偏倚； 一个人专用一把量具时，不需要再现性分析，只需做重复性； 再现性分析时，要覆盖所有测量人员；,建立测量系统变差分析矩阵： （三坐标）,二、测量系统变差分析与控制确定分析特性,二、测量系统变差分析与控制确定分析特性,测量系统包括操作者、仪器、零件、方法、环境、标准、假设等各种影响因素，在进行测量系统分析之前，我们必须充分识别影响测量的各种因素，可以使用的工具是测量系统变差的因果图或测量系统变差分析矩阵表，考虑到后者能够对
11、变差类型与变差来源的相关性进行量化，这里建议使用测量系统变差分析矩阵表。,注：在此基础上制定MSA分析计划，选择所需的分析方法。,制定测量系统分析计划： （变差分析后再做MSA计划）,二、测量系统变差分析与控制测量系统分析计划,二、测量系统变差分析与控制测量变差识别,测试环境的确定：,二、测量系统变差分析与控制测量系统分析流程,分析要点： 1.改变MSA就是作分析报告的理念！我们分析的是测量系统，而非测量数据！ 2.学会用分析结果思考问题，清楚分析结论意味着什么！有什么后果！ 3. 理解、分析和标准化测量系统变差。,二、测量系统变差分析与控制测量系统分析要点,三、量具类型1研究,三、量具类型1
12、研究,三、量具类型1研究,三、量具类型1研究,三、量具类型1研究,规范前：1、运行图中绝大部分点超出控制限，说明存在负偏移的现象，偏移量为-0.08362、cg=0.18和cgk=-0.58说明测量能力严重不足，存在较大的测量误差；3、重复性（EV%）为109.90%，大部分点子超出下限，说明测量误差占公差的109.90%，且存在偏移现象。,规范后：1、运行图中大部分点子在参考值上下波动，过程不存在偏移；2、cg=0.3510%，大部分点子超出上下限，说明测量误差约占公差宽度的57%；综上所述：改进后测量能力Cg由0.36提升至0.70，但该测量能力不足需进行改进,三、量具类型1研究,测量误差
13、为公差的109%,测量误差为公差的57%,目标：测量误差为公差的20%,三、量具类型1研究,偏倚对相同零件上的同一特性的观测平均值与真值的差距。,2012年抽取马波斯测量机数据，PPM值达到49048，严重影响产品一致性；从2009年至2012年7月，缸体线马波斯测量机测量缸孔数据不稳定，屏蔽一半检测功能，导致不能对缸孔特性100%监控，存在质量隐患。 发生源在OP100珩磨工序，流出源在OP150马波斯测量机工序，首先应对马波斯测量机的测量系统进行分析。（先进行偏倚性）,方法：选取一个落在生产测量范围中间的样件，作为基准件，在测量室中或应用更为精确的工具，进行多次重复测量，n10次，求平均值
14、，作为参考值（参考真值）。实际操作：选取1件缸体，在机加二车间珩磨机测量工位测量10次，取其平均值75.0053为基准值（机加二珩磨机测量缸孔测量精度0.1um、该过程测量系统合格）,4.1 确定参考值：,所选缸体在机加一车间马波斯测量机，测量15次获得如下测量数据：,4.2 收集数据：,注意：测量系统分析必须在平时测量的方法、环境等条件下进行，对于需进行刻度读取的必须进行盲测。,4.3 操作步骤,mu = 75.0053 与 75.0053 的检验 平均值变量 N 平均值 标准差 标准误 95% 置信区间 T PC1 15 75.0022 0.0004 0.0001 (75.0020, 75
15、.0025) -27.04 0.000,4.4 生成图形, 如上图，查看直方图， H0未落在蓝线的置信区间之内，且查看对话栏中，参考值75.0053未落在置信区间(75.0020, 75.0025) 内，说明测量系统存在偏倚；（反之不偏倚） 查看对话栏，P=0.0000.05,否定了均值为75.0053的假设，说明测量系统存在偏倚；测量系统的平均偏倚为70.002270.0053 = 0.0031综上所述，该测量系统偏倚性不合格，偏倚量为 0.0031.,4.4 图形分析,4.5 原因分析与改进,如果偏倚在统计上不等于0，检查是否存在以下原因：基准件或参考值有误检查确定标准件的程序仪器磨损维修
16、仪器所测量的特性有误仪器没有经过适当的校准对校准程序进行评审评价者使用仪器的方法不正确对测量指导书进行评审如果偏倚不等于零，应采用硬体修正法和软体修正法对量具进行重新校准以达到零偏倚；,4.5 原因分析与改进,4.6 二次偏倚性验证,9月27日，对马波斯测量机进行测量能力分析，结论：1、在“直方图”中，可以看出黑色H0落在蓝色区间内，说明偏倚可接受。2、从MTB分析报告得出，0在95% 置信区间(-0.0002, 0.0001)内，说明此结果可信。,线性的各个零件参考值的确定方法同偏倚完全相同，选择了参考值为：30.0003、200.0002、300.0003、700.0009、999.998
17、9的量块，最大限度的涵盖全部工作量程。,线性指在测量设备预期的工作量程内，偏倚值的差异，线性可以被视为偏倚相对于量程大小不同所发生的变化。所以在进行零部件选取时，需要尽可能涵盖所有的工作量程范围，以量程为150MM的卡尺为例，可以选择10MM、20MM、50MM、100MM、130MM等5个零部件进行线性分析，具体评价方法为：,5.1 确定参考值：,由三坐标室的测量员，以正常的方式对5个量块分别进行测量10次，获得如下测量数据：,5.2 收集数据：,5.3 操作步骤,5.4 生成图形, 查看0偏倚线和平均偏倚值是否完全在两条红色的95%置信区间之内。如图所示，该过程0偏倚线在95%置信区间之外
18、，平均偏倚值有不在95%置信区间之内的现象说明过程存在线性问题； 查看线性百分率为0%，说明量具线性问题占过程变异的0%； 参考值的偏倚百分率是 0.5%，这表示量具偏倚占整个过程变异的比率小于 0.5%。综上所述，该测量系统线性不合格，但量具线性问题占过程变异的0%，测量系统的能力较高，在实际工作中相对于过程变差，对测量数据的影响较小，可不考虑。,5.5 图形分析,造成线性误差的可能原因如下：仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具的磨损维护保养不好空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差最小/最大,重复性：通常被称为评价人内部的变差或设备变差（EV），是同一
19、评价人使用相同的测量仪器对同一零件上的同一特性，进行多次测量所得到的测量系统的变差。再现性：通常称为“评价人之间的变差”，它是指用不同评价人使用相同的测量仪器对同一产品的同一特性，进行测量的平均值的变差。,6.1 定义,极差法、均值极差法、方差分析法,以涂装车间膜厚仪GRR分析为例给大家做一下介绍：,交叉式双性研究：,6.2 零部件的选取：为了保证所选样本能代表过程变差的实际或预期范围，每天早中晚各抽取一台同色同款的车，利用4天共抽取10台车，选取车身同一位置进行测量。,标本一般为10个，能代表过程的分布。,6.3收集数据：选择了三位操作者，对同一台车的同一位置分别测量三次，（由于膜厚仪为数字
20、显示，故未采用盲测），共收集了10台车，90个数据，如下表：,6.4 生成分析报告，具体操作步骤如下：,量具 R&R 研究 - 方差分析法 包含交互作用的双因子方差分析表 来源 自由度 SS MS F P零部件 9 110.627 12.2919 337.164 0.000测量人 2 0.022 0.0108 0.296 0.748零部件 * 测量人 18 0.656 0.0365 1.006 0.466重复性 60 2.173 0.0362合计 89 113.478,0.05，不能拒绝零假设，说明样本来自相同的正态总体；,6.5 生成分析报告：,量具 R&R方差分量来源 方差分量 贡献率合计
21、量具 R&R 0.03628 2.59 重复性 0.03628 2.59 再现性 0.00000 0.00 测量人 0.00000 0.00部件间 1.36174 97.41合计变异 1.39801 100.00过程公差下限 = 20 研究变异 %研究变 %公差来源 标准差(SD) (6 * SD) 异 (%SV) (SV/Toler)合计量具 R&R 0.19046 1.14278 16.11 31.67 重复性 0.19046 1.14278 16.11 31.67 再现性 0.00000 0.00000 0.00 0.00 测量人 0.00000 0.00000 0.00 0.00部件间
22、 1.16693 7.00161 98.69 194.01合计变异 1.18238 7.09425 100.00 196.58可区分的类别数 = 8,查看分辨率：在对话栏最后，可区分的类别数 = 8，说明量具的分辨率 ndc = 8 5，说明测量系统分辨力充分满足要求；（注释：量具的分辨率是指量具的精度是否能够识别过程变差的变化，通常用ndc表示，ndc 5说明分辨率合格，实际过程中评价一个量具分辨率是否合格，通常要求量具的最小精度，小于公差宽度的1/10和过程分布6宽度的1/10中的较小者。）GRR分析：GRR= 16.11%、重复性变差为：16.11 %，再现性变差、评价人、人与零部件的交
23、互作用的变差占总变差的0%（注释：a. GRR代表测量系统变差占过程总变差的比率，通常要求：GRR10%表明测量系统重复性和再现性合格、10%GRR30% 表明为临界状态，可根据企业实际情况决定是否可接受、GRR 30%，表明测量系统不可接受； b. 在对话框中，%研究变异 (%SV)列中，可以得到量具GRR、重复性、再现性、评价人、人与零部件、零部件变差分别占过程总变差的比率） 总体评价：GRR= 16.11%，且全部为重复性变差导致，测量系统合格但处于临界范围，需采取措施减小测量设备的重复性变差。,（1）获取一个样件并建立其与可可溯到相关标准的基准值。如果不能得到这一基准值，选择一件落在生
24、产测量范围中间的生产件，指定它为稳定性分析的基准件。跟踪测量系统稳定性时，不要求该已知的参考值。（2）让一个评价人使用被分析的量检具以正常方式以一定的周期（每天、每周）测量基准件3-5次（抽样的数量和频率应该取决于对测量系统的认识）。测量20组数据，并将所得测量数据记录到下表。,70,稳定性分析数据表,71,（3） Minitab软件操作步骤：,（a）将“稳定性数据记录表”中的数据输入到工作表中；（b）点选统计控制图子组的变量控制图 Xbar-R;,72,（3） Minitab软件操作步骤：,（c）点开“标签”，输入“标题”内容；（d）点开“Xbar-R”选项检验，根据8大原则对“执行选定的特
25、殊 原因检验”进行设置，设置完成后点选“确定”生成图形。,（4） 依据8大原则对稳定性进行判定。,73,造成不稳定的可能因素有：,仪器需要校准，需减少校准时间间隔；仪器、设备或夹紧装置磨损；正常的老化或损坏；维护保养不好空气、动力液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁；基准磨损或损坏，基准偏差；不适当的校准或使用基准设定；仪器质量差；设计或,符合性不好；仪器缺少稳健的设计或方法；不同的测量方法作业准备、加载、夹紧、技巧；测量的特性不对；变形（量具或零件）环境温度、湿度、震动、清洁度；错误的假设，用错常数；应用零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差（易读性、视差）。,稳定性指在一段时间内，用相同的测
26、量系统对同一基准或零件的同一特性，进行测量所获得的总变差，也就是说稳定性是随着时间的变化偏倚或波动宽度的变化。,稳定性的分析方法均值极差控制图,预见性：先知先得,均值图（偏移大小）,极差图（波动大小）,计数型测量系统是：测量值为一有限分类数量的测量系统，如通止规等，下面以动力缸盖座圈跳动检测为例进行讲解。,现状：我司缸盖加工中，缸盖座圈跳动用红丹粉检测，抽检频次1/40，进行目视检测，具体检测方法：由检验人员手动涂抹红丹粉，至缸盖座圈锥面跳动检验标准气门上，用检验标准气门反复在座圈锥面进行接触，次数2，然后观察是否涂抹均匀，有无空白部位，如存在空白部位，则检验不合格。,记录准则 （1）指定为可
27、接受判断, （0）为不可接受判断。 下表中的基准判断和计量基准值不预先确定。表的“代码”列还用“-” 、“X”、“+” 显示了零件是否在第I，区域。 假设检验分析交叉表方法需要小组使用计量型检具确定零件的基准判断值，以用来比较各评价人与基准值之间的一致性。,8.1抽取零部件：为了保证所选样本能代表过程变差的实际或预期范围，工件从生产线随机抽取50件作为分析的样本，以覆盖全部的过程变差。8.2测量数据：选择三位评价人分别为，由每位评价人分别对50个零部件的进气座圈锥面接触面积各测量一次为1个循环，共测量3个循环,测量过程中他们并不知道所测样件的编号，且每位评价人测量时另外两名评价人回避，达到了盲测的要求。如下表为测量数据：,8.3 进行交叉计算和分析,测量系统分析 通过因为A交C的kappa值大于0.75，但A交B、B交C的kappa值大于0.6且小于0.75，故三者之间一致性尚可，但还需要进行改善。说明：kappa值=1说明完全一致，kappa值大于0.75说明一致性较好，kappa值小于0.4说明一致性不好测量系统不合格，kappa值大于0.4且小于0.75，一致性尚可，但还需要进行改善。,说明：,8.4 测量系统改进,81,课堂回顾,
