【正文】 MSA 測量系統(tǒng)分析 Measurement Systems Analysis 前 言 測量系統(tǒng)分析 (MSA)是汽車行業(yè)在采用質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn) ISO/TS16949:2023時所涉及的五種核心工具之一。 本教材簡單闡述了五個問題 : 何謂測量系統(tǒng) ? ? 為何要對測量系統(tǒng)進(jìn)行分析 ? ? 對測量系統(tǒng)進(jìn)行分析要分析什么 ? ? 如何分析測量系統(tǒng)的 ―五性 ‖? ? 對測量系統(tǒng)進(jìn)行研究分析了怎么辦 ? 一 . 何謂測量系統(tǒng) 定義 :是對測量單元進(jìn)行量化或?qū)Ρ粶y的特性進(jìn)行評估，其所使用的儀器或量具，標(biāo)準(zhǔn)，操作，方法，夾具，軟件，人員，環(huán)境及假設(shè)的集合。也就是說，用來獲得測量結(jié)果的整個過程。 由這一定義可以將測量過程看作一個制造過程，其產(chǎn)生的輸出就是數(shù)值 (數(shù)據(jù) )。這樣看待一個測量系統(tǒng)是很有用的，因?yàn)檫@樣讓我們明白己經(jīng)說明的所有概念，原理，工具，這在統(tǒng)計過程控制中早已被證實(shí)它們的作用。 檢驗(yàn)本身就是一個過程。 一般過程 操作 輸出 輸入 測量 數(shù)值 分析 標(biāo)準(zhǔn) 人員 （評價人） 儀器 （量具） 工作件 （零件） 程序 環(huán)境 決定 測量過程 二 . 為什么要對測量系統(tǒng)進(jìn)行分析 ? 測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 : 數(shù)據(jù)的質(zhì)量取決于多次測量的統(tǒng)計特征：偏倚及變差。 高質(zhì)量數(shù)據(jù) 對某一特定特性值進(jìn)行多次測量的數(shù)值 均于該特性的參考值 ―接近 ‖。 低質(zhì)量數(shù)據(jù) 測量數(shù)據(jù)均與該特性的參考值相差“很遠(yuǎn)”。 理想的測量系統(tǒng) 零偏倚，零變差。 理想的測量系統(tǒng)不存在，為什么 ? 由于測量系統(tǒng)變差源：標(biāo)準(zhǔn)，人員 (評價人 )。儀器 (量具 )，工作件 (零件 )，程序 (方法 )，環(huán)境的作用結(jié)果，使得觀測到的過程變差值與實(shí)際的過程變差值不相等。 Б2 觀 =Б2實(shí) +Б2測 由于變差源的作用結(jié)果 ,因此 : Б2 觀 Б2實(shí) 生產(chǎn)用量具的變差 式中 : Б2 觀 ：觀測到的過程標(biāo)準(zhǔn)差 Б2實(shí) ：實(shí)際的過程 (零件 )標(biāo)準(zhǔn)差 Б2測 : 測量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)差 實(shí)際過程的變差 觀測到的 過程變差 從另一角度能力指數(shù) CP看 : ∵ CP= ，將此式轉(zhuǎn)換后得 : (CP ) 2觀 = (CP ) 2實(shí) + (CP ) 2測 事實(shí)上 ,由于測量系統(tǒng)變差源的作用結(jié)果， ∴ CP觀 CP實(shí) 例如 : CP測 為 2, CP實(shí) 必須大于或等于 ，才得到 CP觀為 只有在測量過程沒有任何變差源作用時 , CP觀 = CP測 ,這是不可能的。 R/ d2 * USLLSL 6б 再比如 :當(dāng) RR為 10%時， CP實(shí) 為 2, CP觀 為 RR為 30%時， CP實(shí) 為 2, CP觀 為 RR為 60%時， CP實(shí) 為 2, CP觀 為 可以看出， CP觀 由 量系統(tǒng)的不同所造成。 為此，我們要對測量系統(tǒng)進(jìn)行分析，要識別測量系統(tǒng)的普通原因和特殊原因，以便采取決策措施，使測量系統(tǒng)的變差減小到最小程度，使得測量系統(tǒng)觀測到的過程變差值盡可能接近和真實(shí)地反映過程的變差值。這就要求，測量系統(tǒng)的最大 (最壞 )的變差必須小于過程變差或規(guī)范公差。 三 .對測量系統(tǒng)分析要分析什么 前面我們談到，數(shù)據(jù)的質(zhì)量取決于處于穩(wěn)定條件下進(jìn)行操作的測量系統(tǒng)中，多次測量的統(tǒng)計特征 :偏倚和變差。 為此，我們引伸出如下一些術(shù)語。 ? 偏倚 :觀測到的測量值的平均值與參考值之間的差值。 ? 準(zhǔn)確度 :與真值 (或參考值 )“接近”的程度。 ? 穩(wěn)定性 :別名 :漂移 隨時間變化的偏倚值 ? 線性 : 在量具正常工作量程內(nèi)的偏倚變化量 ? 精確度 :每個重復(fù)讀數(shù)之間的 ―接近 ‖程度。 ? 重復(fù)性 (設(shè)備變差 ):E,V 一個評價人，同一種儀器，同一零件的某一特性，在固定的和已定義的測量條件下，連續(xù) (短期內(nèi) )多次測量中的變差。 ? 再現(xiàn)性 (評價人變差 ):A,V 不同評價人，同一種儀器，同一零件的某一特性的測量平均值的變差。 ? GRR或量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性 : 是重復(fù)性和再現(xiàn)性的聯(lián)合估計值。 ? 測量系統(tǒng)能力 :短期評估 ,是對測量誤差合成變差的估計 Б2能力 = Б2偏倚 (線性 ) + Б2RR *短期的一致性和均勻性 (重復(fù)性誤差 )被包含在能力評價中 ? 測量系統(tǒng)性能 :性能量化了合成測量誤差的長期評估。 Б2性能 = Б2能力 + Б2 穩(wěn)定性 + Б2一致性 *測量量程內(nèi)長期的一致性和均勻性包含在性能評價之中。 位置變差 寬度變差 偏倚 重復(fù)性 穩(wěn)定性 再現(xiàn)性 線性 對測量系統(tǒng)研究分析可供 : 接受新測量設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) 兩個測量裝置的比較 測量設(shè)備維修前后的比較 ,計算過程變差及生產(chǎn)過程可接受 性的水平 繪制量具性能曲線 四 .如何分析測量系統(tǒng)的 ―五性 ‖ 評價一個測量系統(tǒng)需考慮 : ? 具有足夠的分辨力和靈敏度。 10比 1規(guī)則 :測量設(shè)備要能分辨出公差或過程變差的至少十分之一以上。 ? 測量系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的 ,應(yīng)處于受控狀態(tài) ,即測量系統(tǒng)中的變差只能由普通原因造成。 ? 統(tǒng)計特性在預(yù)期的范圍內(nèi)一致 ,并滿足測量目的 : *為了產(chǎn)品控制 ,測量系統(tǒng)中的變差必須小于規(guī)范限值 *為了過程控制 ,測量系統(tǒng)中的變差應(yīng)該能小于制造過程變差 ,并能證明具有有效的解析度。 計量型測量系統(tǒng)研究 ——指南 1．確定偏倚的指南 ——獨(dú)立樣件法 1). 取得一個樣件，并且建立其與可追溯到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的參考值。如 果不能得到這個參考值，選擇一件落在生產(chǎn)測量范圍中間的生產(chǎn) 件，并將它指定為偏倚分析的基準(zhǔn)件。在計量實(shí)驗(yàn)室里測量該 零件 n≥10次，并計算這 n個讀值的平均值作為“參考值”。 2).讓一個評價者以正常方式測量樣件 ≥10次。 3). 結(jié)果分析 ——圖示法 畫出這些數(shù)據(jù)相對于參考值的直方圖并評審，用專業(yè)知識確定 是否出現(xiàn)異常，分析特殊原因，找出異常點(diǎn)。如正常，可繼續(xù) 分析。當(dāng) n30時，對任何的解釋或分析，要特別注意 。 結(jié)果分析 ——數(shù)值法 4）計算 n個讀值的平均值 X 5）計算重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差（ б重復(fù)性 或稱 бr ） 式中： 可從 表中查到，此時， g=1,m=n 6）計算偏倚 偏倚 =觀測到的平均測量值（ x） – 參考值 7）計算平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差 бb = n i=1 X Xi/n max(xi) – min(xi) б重復(fù)性 = d2 * d2 * d2 * n бb = бr / 8）確