MSA

測量系統(tǒng)分析

2026/1/9一、MSA簡介1.什么是MSAM:指Measurement測量S:指System系統(tǒng)A:指Analysis分析

MSA也就是對(duì)量測系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法!2026/1/92.MSA的重要性如果測量的方式不對(duì)，那么好的結(jié)果可能被測為壞的結(jié)果，壞的結(jié)果也可能被測為好的結(jié)果，此時(shí)便不能得到真正的產(chǎn)品或過程特性。PROCESS原料人機(jī)法環(huán)測量測量結(jié)果好不好測量2026/1/9新生產(chǎn)的產(chǎn)品存在較大的產(chǎn)品變差（PV）;

引進(jìn)新儀器時(shí)（EV）;

測量操作更換新的人員時(shí)（AV）;

易損耗之儀器必須注意其分析頻率;3.什么情況下做MSA2026/1/9通過測量用數(shù)字體現(xiàn)的數(shù)據(jù)，并不是總能代表事實(shí)。因此，有必要對(duì)數(shù)據(jù)的信賴性進(jìn)行確認(rèn)。＋=

真實(shí)值(實(shí)際產(chǎn)品變差)測量誤差(測量變差)測量值(觀察的變差)4.測量值的組成要素2026/1/9低質(zhì)量數(shù)據(jù)的原因和影響

低質(zhì)量數(shù)據(jù)的普遍原因之一是變差太大

一組數(shù)據(jù)中的變差多是由于測量系統(tǒng)及其環(huán)境的相互作用造成的。

如果相互作用產(chǎn)生的變差過大，那么數(shù)據(jù)的質(zhì)量會(huì)太低，從而造成測量數(shù)據(jù)無法利用。如：具有較大變差的測量系統(tǒng)可能不適合用于分析制造過程，因?yàn)闇y量系統(tǒng)的變差可能掩蓋制造過程的變差。2026/1/9理想的測量系統(tǒng)應(yīng)該是每次都能測出真實(shí)值。測量系統(tǒng)的質(zhì)量通常僅僅取決于經(jīng)過一段時(shí)間后產(chǎn)生數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性：

▼Bias偏倚

▼Repeatability重復(fù)性

▼Reproducibility再現(xiàn)性

▼Linearity線性

▼Stability穩(wěn)定性6.MSA的統(tǒng)計(jì)屬性2026/1/9要觀察測量誤差的主要原因,

“重復(fù)性(repeatability)”

和“再現(xiàn)性(reproducibility)”.要想解決實(shí)際PROCESS的波動(dòng)，應(yīng)把握測量系統(tǒng)的波動(dòng)，并把它與PROCESS波動(dòng)分離.穩(wěn)定性線性長期PROCESS波動(dòng)短期PROCESS波動(dòng)樣品的

波動(dòng)

實(shí)際PROCESS波動(dòng)重復(fù)性校正測量儀器波動(dòng)作業(yè)者波動(dòng)

(再現(xiàn)性)

測量波動(dòng)

觀察到的PROCESS波動(dòng)7.過程波動(dòng)的主要來源2026/1/9Environme設(shè)備不穩(wěn)定性測量儀器環(huán)境

方法配件磨損電力不穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)次序

測量系統(tǒng)變差濕度清潔度震動(dòng)電壓變化氣溫變化材料

測量者灰塵/噪音標(biāo)準(zhǔn)材料量產(chǎn)材料良品材料不良材料保管/管理感覺,氣氛熟練度測量位置測量次數(shù)測量條件8.MSA變差的因果分析2026/1/9用來獲得表示產(chǎn)品或過程特性的數(shù)值的系統(tǒng)，稱之為測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)是與測量結(jié)果有關(guān)的儀器、設(shè)備、軟件、測量程序、測量人員、被測物品和環(huán)境的集合。

二、MSA相關(guān)術(shù)語1.測量系統(tǒng)定義2026/1/912345好的分辨率12345差的分辨率是指測量裝置能夠測量到最小可檢出的單位?！鶞y量刻度應(yīng)為產(chǎn)品規(guī)格或過程波動(dòng)的十分之一。2.分辨率2026/1/9測量儀器分辨率（測量儀器的分辨率必須小于或等于規(guī)范或過程誤差的10%）測量儀器分辨率可定義為測量儀器能夠讀取的最小測量單位?？纯聪旅娴牟考嗀和部件B，它們的長度非常相似。測量分辨率描述了測量儀器分辨兩個(gè)部件的測量值之間的差異的能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.25B=2.00因?yàn)樯厦婵潭鹊姆直媛时葍蓚€(gè)部件之間的差異要大，兩個(gè)部件將出現(xiàn)相同的測量結(jié)果。第二個(gè)刻度的分辨率比兩個(gè)部件之間的差異要小，部件將產(chǎn)生不同的測量結(jié)果。2026/1/9測量系統(tǒng)的有效分辨率（discrimination）要求不低于過程變差或允許偏差（tolerance）的十分之一零件之間的差異必須大于最小測量刻度不同數(shù)據(jù)分級(jí)(ndc)的計(jì)算為零件的標(biāo)準(zhǔn)偏差/總的量具偏差*1.41.一般要求它大于5才可接受2026/1/9儀器2平均值真實(shí)值平均值儀器1儀器2偏倚儀器1偏倚某一物品理論上的真實(shí)值或參考值。測量值平均和真實(shí)值的差異。3.真實(shí)值4.偏倚（Bias)2026/1/9基準(zhǔn)值偏倚觀測的平均值測量數(shù)據(jù)五種類型偏倚料被測量的產(chǎn)品的特性值、過程參數(shù)等。它們的變化會(huì)影響偏倚。這個(gè)變差是我們最關(guān)注的，測量系統(tǒng)對(duì)它們?cè)矫舾性胶?。BIAS—

測量結(jié)果的平均值與基準(zhǔn)值的差異.基準(zhǔn)值（reference-value）是一個(gè)預(yù)先認(rèn)定的參考標(biāo)準(zhǔn).該標(biāo)準(zhǔn)可用更高一級(jí)測量系統(tǒng)測量的平均值來確定(例如：高一級(jí)計(jì)量室)2026/1/9X1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65 mm X10=0.7mm同一操作者對(duì)同一工件測量10次如果參考標(biāo)準(zhǔn)是0.80mm.過程變差為0.70mmBias=0.75-0.8=-0.05%Bias=100[0.05/0.70]=7.1%表明7.1%的過程變差是偏倚BIAS偏倚BIAS實(shí)例?=0.75XXi=102026/1/9

某標(biāo)準(zhǔn)件，已知值為25.4mm，某機(jī)械檢查工用精度為0.025mm的游標(biāo)卡尺測量10次，測量結(jié)果如下：25.42525.42525.40025.40025.37525.40025.42525.40025.42525.375把10個(gè)測量值相加除以10，得到平均值：25.4051mm偏倚等于平均值減去參考值：25.4051－25.400＝0.0051mm計(jì)算偏倚舉例2026/1/9儀器1:線形性有問題.測量單位0儀器2:線形性沒有問題.0測量單位線性是指量具在其工作范圍內(nèi)偏倚的變化規(guī)律。在全部測量范圍內(nèi)，測量值和基準(zhǔn)值的差異保持穩(wěn)定，說明其線性好。5.線性2026/1/9測量數(shù)據(jù)五種類型線性線性是在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值。小偏倚觀測的平均值基準(zhǔn)值觀測的平均值基準(zhǔn)值大偏倚范圍較低的部分范圍較高的部分觀測的平均值基準(zhǔn)值有偏倚無偏倚2026/1/9穩(wěn)定性良好時(shí)間2時(shí)間1時(shí)間1時(shí)間2真實(shí)值真實(shí)值穩(wěn)定性

不好時(shí)間3時(shí)間3是指隨時(shí)間變化的偏倚值。根據(jù)時(shí)間的推移測量結(jié)果互不相同時(shí)，說明該測量系統(tǒng)缺乏穩(wěn)定性。6.穩(wěn)定性2026/1/9測量數(shù)據(jù)五種類型穩(wěn)定性測量系統(tǒng)在某持續(xù)時(shí)間內(nèi)測量同一樣本或產(chǎn)品的單一特性時(shí)獲得的測量值總變差。時(shí)間1時(shí)間2穩(wěn)定性2026/1/9由一個(gè)人使用同一量具，對(duì)同一被測特性進(jìn)行多次重復(fù)測量所得結(jié)果之間的偏差，即為測量系統(tǒng)的重復(fù)性。真實(shí)值平均好的重復(fù)性平均差的重復(fù)性7.重復(fù)性2026/1/9測量數(shù)據(jù)五種類型重復(fù)性機(jī)量具在完全相同的條件下，重復(fù)工作，每次結(jié)果（數(shù)據(jù)）都不一樣，構(gòu)成重復(fù)性誤差。量具制造的越精密這個(gè)誤差越小，但永遠(yuǎn)不可能是零。如果有特殊原因（量具失常）發(fā)生，誤差立即變大，因此要進(jìn)行控制，只允許有普通原因存在。發(fā)現(xiàn)特殊原因，應(yīng)采取措施予以排除。由一個(gè)評(píng)價(jià)人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測量變差。重復(fù)性2026/1/9由不同的人使用同一量具，對(duì)同一被測特性進(jìn)行多次重復(fù)測量所得結(jié)果之間的偏差，即為測量系統(tǒng)的再現(xiàn)性。真實(shí)值好的再現(xiàn)性作業(yè)者1差的再現(xiàn)性作業(yè)者2作業(yè)者3作業(yè)者1作業(yè)者2作業(yè)者38.再現(xiàn)性2026/1/9測量數(shù)據(jù)五種類型再現(xiàn)性人授權(quán)的量具操作者（又稱評(píng)價(jià)人），評(píng)價(jià)人之間差異構(gòu)成再現(xiàn)性，只有當(dāng)測量高度自動(dòng)化，操作僅需按一下開關(guān)，這項(xiàng)變差為零。由不同的評(píng)價(jià)人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時(shí)測量平均值的變差。操作者B操作者C操作者A2026/1/9現(xiàn)有硬度為5.0（真實(shí)值）的材料.方法1得到的測量值是: 3.8,4.4,4.2,4.0方法2得到的測量值是:

6.5,4.0,3.2,6.3哪一個(gè)方法更正確?

方法2

因?yàn)槠骄蹬c“真實(shí)”硬度相同。哪一個(gè)方法更精密?方法

1因?yàn)樽儾詈苄?。?yīng)首先的方法是?其理由是?

方法1:比起變差，解決平均的變化更為容易。例題2026/1/91）計(jì)劃要使用的方法；2）確定評(píng)價(jià)人的數(shù)量、樣品數(shù)量及重復(fù)讀數(shù)次數(shù)；3）從日常操作該儀器的人中挑選評(píng)價(jià)人；4）樣品必須從過程中選取并代表整個(gè)工作范圍；5）儀器的分辨力應(yīng)允許至少讀取特性的預(yù)期過程變差的十分之一；6）確保測量方法（即評(píng)價(jià)人和儀器）在按照規(guī)定的測量步驟測量特征尺寸；2.測量系統(tǒng)研究準(zhǔn)備2026/1/91）測量必須按照隨機(jī)順序進(jìn)行；2）不應(yīng)讓評(píng)價(jià)人知道正在檢查零件的編號(hào)；3）測量讀數(shù)應(yīng)估計(jì)到可得到的最接近的數(shù)字；4）研究工作應(yīng)由知其重要性且仔細(xì)認(rèn)真的人員進(jìn)行；5）每一位評(píng)價(jià)人在整個(gè)研究過程中應(yīng)采用相同的測量方法；3.測量系統(tǒng)研究注意事項(xiàng)2026/1/9測量系統(tǒng)分析(試生產(chǎn))階段階段一：理解測量過程，確定它是否滿足要求？第一階段是驗(yàn)證測量系統(tǒng)是否滿足其設(shè)計(jì)規(guī)范要求。發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素是否對(duì)系統(tǒng)有顯著影響。第一階段驗(yàn)證的內(nèi)容主要是偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性和再現(xiàn)性等試驗(yàn)分析。2026/1/9測量系統(tǒng)分析(批量生產(chǎn))階段階段二：隨著時(shí)間推移，測量系統(tǒng)是否能持續(xù)滿足要求？第二階段是對(duì)變差的主要原因提供持續(xù)的監(jiān)控，從而說明測量系統(tǒng)是持續(xù)可信的，或隨著時(shí)間的推移，測量系統(tǒng)是否出現(xiàn)變壞的信號(hào)。主要確定“量具的R&R”。通常做為校準(zhǔn)、維修計(jì)量工作的一部分。2026/1/91）測量必須按照隨機(jī)順序進(jìn)行；2）不應(yīng)讓評(píng)價(jià)人知道正在檢查零件的編號(hào)；3）測量讀數(shù)應(yīng)估計(jì)到可得到的最接近的數(shù)字；4）研究工作應(yīng)由知其重要性且仔細(xì)認(rèn)真的人員進(jìn)行；5）每一位評(píng)價(jià)人在整個(gè)研究過程中應(yīng)采用相同的測量方法；3.測量系統(tǒng)研究注意事項(xiàng)2026/1/9計(jì)量型MSA穩(wěn)定性-均值極差法;偏倚-獨(dú)立樣本法;偏倚-均值極差法;線性-一元線性回歸法;GRR-均值極差法;GRR-CrossedANOVA;GRR-NestedANOVA;計(jì)數(shù)型MSA解析法;交叉表法;信號(hào)探測法;測量系統(tǒng)分析方法分類2026/1/9確定某一測量儀器的穩(wěn)定性是否為可接受。同一評(píng)價(jià)人對(duì)同一樣品進(jìn)行多次測量的情況。通過對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出分析結(jié)論。1）穩(wěn)定性－均值極差法1.計(jì)量型MSA(穩(wěn)定性－均值極差法）2026/1/9取得包含1個(gè)零件的樣本，選取了生產(chǎn)過程輸出范圍中接近中間值的一個(gè)零件。（不能給評(píng)價(jià)人看到）指定1位操作人員在不知情的狀況下使用校驗(yàn)合格的量具，共測了5周（25個(gè)子組）以上個(gè)零件進(jìn)行測量,并重復(fù)3次，將操作員所讀數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,研究其設(shè)備的穩(wěn)定性。試驗(yàn)完后,測試人員將量具測出數(shù)據(jù)計(jì)算均值、極差和控制限，并作成均值極差控制圖。計(jì)算結(jié)果均值、極差及控制限等。2）分析步驟2026/1/9計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)值。2026/1/92026/1/9前提條件:只有當(dāng)測量系統(tǒng)處于統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),進(jìn)行偏倚研究才有意義。什么是偏倚-獨(dú)立樣件法?

利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣件對(duì)量測系統(tǒng)進(jìn)行偏倚的分析方法。1）偏倚－獨(dú)立樣本法2.計(jì)量型MSA(偏倚－獨(dú)立樣本法）2026/1/9a)取得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣件,并確定其參考值。參考值=XT(注:如不能取得標(biāo)準(zhǔn)值,則選擇一件落在生產(chǎn)測量范圍中間的生產(chǎn)件作為基準(zhǔn)件,將其用更精密的儀器測量該零件N≥10次,取平均值作為參考值)b)讓一名評(píng)價(jià)人以正常方式測量樣件N≥10次,并記錄結(jié)果。c)畫直方圖：畫出數(shù)據(jù)相對(duì)于參考值的直方圖,根據(jù)專業(yè)知識(shí)判斷是否存在特殊原因或出現(xiàn)異常.如果不存在,繼續(xù)分析,當(dāng)n<30時(shí),對(duì)任何的解釋或分析,要特別注意。d)計(jì)算數(shù)值：2）分析步驟2026/1/9

計(jì)算N個(gè)讀值的平均值:

計(jì)算重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差:

公式中可從附表中查到,取g=1,且m=n.確定偏倚中的t統(tǒng)計(jì)值:

偏倚B=觀測到的平均測量值-參考值

2026/1/9

結(jié)果分析

如果0落在偏倚值附件的置信度界限內(nèi),則偏在水準(zhǔn)上是可接受的.2026/1/90(偏倚值)在置信區(qū)間之間，則偏倚可接受,否則偏倚不可接受3）判定規(guī)則2026/1/9基準(zhǔn)值:6.0偏倚15.8-0.225.7-0.335.9-0.145.9-0.156.00.066.10.176.00.086.10.196.40.4106.30.3116.00.0126.10.1136.20.2145.6-0.4156.00.02026/1/9d)作直方圖:e)根據(jù)專業(yè)知識(shí)判斷是否存在特殊原因或出現(xiàn)異常，如果沒有,繼續(xù)分析。直方圖0123455.65.75.85.966.16.26.36.4其他組界頻率2026/1/9f)計(jì)算統(tǒng)計(jì)值:2026/1/9因?yàn)?落在上述偏倚的95%置信區(qū)間之內(nèi),所以偏倚等于0的假設(shè)在α=5%的水平上是可以接受的。g)結(jié)果判定:2026/1/9線性是表示在量具的工作范圍內(nèi)其偏倚變化規(guī)律的一統(tǒng)計(jì)特性。許多量具都有一定的工作范圍,即量程。當(dāng)用量具在其工作范圍內(nèi)測量不同大小的特性時(shí),其偏倚可能是不同的。1）線性－一元回歸法4.計(jì)量型MSA(線性－一元回歸法）2026/1/9選擇g≥5個(gè)零件,使這測量涵蓋這量具的整個(gè)工作量程。對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行測量確定其參考值。選擇一名評(píng)價(jià)人隨機(jī)測量各每個(gè)零件m≥10次。計(jì)算零件每次測量的偏倚,以及每個(gè)零件的偏倚平均值。2）分析步驟2026/1/9e)在線性圖上畫出相對(duì)于參考值的每個(gè)偏倚及偏倚的平均值。f)計(jì)算并畫出最合適的線及該線的置信度區(qū)間。

2026/1/9g)劃出”偏倚=0”線，評(píng)審該圖指出特殊原因和線性的可接受性。為使測量系統(tǒng)線性可被接受，”偏倚=0”線必須完全在擬合線置信帶以內(nèi)。2026/1/9h)結(jié)果分析:

如果作圖分析顯示測量系統(tǒng)線性可接受，則下面的假設(shè)就成立。若：H0：a=0,斜率=0不推翻原假設(shè)，如果:如果以上的假設(shè)是成立的，則測量系統(tǒng)所有的基準(zhǔn)值有相同的偏倚。對(duì)于可接受的線性，偏倚必須為0。若H0：b=0,中心(偏倚)=0如果下式成立,則不能被否定:2026/1/9其中:2026/1/9計(jì)算:輸入測量值2026/1/92026/1/9Ta≤t意義值且Tb≤t意義值則說明線性可以接受，否則線性不可接受。

3）判定規(guī)則2026/1/9計(jì)算出a,b,R2,s,Ta和Tb2026/1/9計(jì)算公式如下:2026/1/9計(jì)算上下限:2026/1/9結(jié)果判定:故線性不可接受。畫圖:2026/1/9重復(fù)性再現(xiàn)性分析GRR2026/1/9a)取得包含10個(gè)零件的樣本，代表過程變差或預(yù)期范圍。并對(duì)10個(gè)零件進(jìn)行編號(hào)。（不能給評(píng)價(jià)人看到）b)指定2-3位操作人員在不知情的狀況下使用校驗(yàn)合格的量具，分別對(duì)10個(gè)零件進(jìn)行測量,研究人員將操作員所讀數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,研究其重復(fù)性和再現(xiàn)性(作業(yè)員應(yīng)熟悉并了解一般操作程序,避免因操作不一致而影響系統(tǒng)的可靠度)同時(shí)評(píng)估量具對(duì)不同操作員熟練度。c)試驗(yàn)完后,測試人員將量具的重復(fù)性及再現(xiàn)性數(shù)據(jù)依公式計(jì)算，并作成X-R管制圖或直接用表計(jì)算即可。(如下圖）2）分析步驟2026/1/9計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)值2026/1/92026/1/9GRR%>30%,則表明系統(tǒng)不可接受。10%<GRR%<30,系統(tǒng)可接受亦可不接受。GRR%<10%,系統(tǒng)可接受。3）判定規(guī)則2026/1/92026/1/9IILSLIIUSLIIIII第I類區(qū)壞零件永遠(yuǎn)被稱為壞零件;第II類可能做出潛在的錯(cuò)誤決定;第III類好零件永遠(yuǎn)被稱為好零件;計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)是通/止規(guī)（go/nogogage)是常用的量具，它只有兩種可能的結(jié)果;計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的變差來源應(yīng)該通過利用了人為因素的研究結(jié)果使之最小化;目標(biāo)計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)研究2026/1/9評(píng)估不同的評(píng)價(jià)人一致性。評(píng)估不同評(píng)價(jià)人與參考決定之間的一致性。1）交叉表法9.計(jì)數(shù)型MSA(交叉表法）2026/1/9取樣(50個(gè))及選擇評(píng)價(jià)人(3名)。確定樣本的參考值(0,1)。要求每一位評(píng)價(jià)人對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行n次(n=3)測量,如果可按受則記錄為1,如果不接受記錄為0.詳見下表:分析Kappa結(jié)果：2）分析步驟2026/1/9交叉表研究數(shù)據(jù)表設(shè)定用1表示可接受的決定，0為不可接受的決定。表中的參考值一開始還有確定。顯示“代碼”列，分別“+”、“x”、”

－“代表III區(qū)，II區(qū)，I區(qū)。2026/1/9B總計(jì)01A0.0

計(jì)算

期望的計(jì)算15.7634.35050.01.0計(jì)算期望的計(jì)算331.39768.7100100.0總計(jì)計(jì)算期望的計(jì)算4747.0103103.0150150.0A與B交叉表2026/1/9C總計(jì)01B0.0計(jì)算期望的計(jì)算4216.0531.04747.01.0計(jì)算期望的計(jì)算935.09468.0103103.0總計(jì)計(jì)算期望的計(jì)算5151.09999.0150150.0B與C交叉表A與C交叉表C總計(jì)01A0.0計(jì)算期望的計(jì)算4317.07335050.01.0計(jì)算期望的計(jì)算834.09266.0100100.0總計(jì)計(jì)算期望的計(jì)算5151.09999.0150150.02026/1/9使用kappa來衡量兩個(gè)評(píng)價(jià)人對(duì)同一物體進(jìn)行