测量系统分析(MSA)

用（EV）表示：
EV=5.15 σe
均值
均值
好的重复性
不好的重复性
（6）再现性（Reproducibility）
不同的测量人员、使用不同设备、在不同实验室、 在不同时间，采用相同的方法对同一另件的同一特性 测量的结果，其相互接近的程度。
— ISO 5725-1
再现性（Repeatability）
1.00
Moving Range
1
1
1
0.75 0.50 UCL=0.408 0.25 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 Observation 17 19 21 23 25 __ MR=0.125 LCL=0
（2）偏倚（Bias）： 测量值或估计量的分布中心（平均值） 与真值（基准值）之差。 偏倚属于系统性误差，直接影响测量系 统的准确度。
1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 Observation 17 19 21 23 25
UCL=0.967
Moving Range
__ MR=0.296
LCL=0
低分辨率体温数据
序号 1 2 3 4 5 6 x 36 36 36 36 36 36 0 0 0 0 0 R 序号 10 11 12 13 14 15 x 36 36 36 36 36 36 R 0 0 0 0 0 0 序号 19 20 21 22 23 24 x 36 36 36 36 36 36 R 0 0 0 0 0 0
消除测量误差的方法
量测值=真 值+量测误差
真 值=量测值－量测误差
量测误差=随机误差+系统误差
采用重复量测降低随机误差
采用校准与修正减小系统误差
校 准 与 修 正
○ 消除或减小系统误差影响的两种方式：
校准、修正
校准：通过调整量测仪器而消除系统误差，
是一种直接消除系统误差的方式。
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不精但准
Accurate, not precise
不精又不准
Not Precise, not accurate




偏倚小 变差小
偏倚大 变差小
偏倚小 变差大
偏倚大 变差大
偏倚与变差示意图 Bias and Variation
过程波动的可能来源
测量误差的影响
测量系统偏倚
均值
-通过校准确定
total product measurement
准确度
测量系统波动
波动
2 total 2 product
- 通过 “R&R ”确 定
精密度
2 measurement
测量总变差的分解
Vector Analysis
7
8 9
37
37 36
1
1 1
16
17 18
36
36 36
0
0 0
25
平均
37
36.1
1
0.125
I-MR Chart of 低分辨率
37.0
Individual Value
1 1 1
36.5
UCL=36.452 _ X=36.12
36.0 LCL=35.788 1 3 5 7 9 11 13 15 Observation 17 19 21 23 25
属随机误差
5.15σ, 99%
or
- 再现性(Reproducibility)
6 σ, 99.73%
反映测量数据均值的位臵 精密度
随机误差大
反 系统误差大 映 测 量准 数确 据度 系统误差小 的 波 动
随机误差小
(a)
(b)
(c)
(d)
随机误差与系统误差示意图
□ 测量系统波动模型及评价
过程波动的可能来源
3
4 5 6 7 8 9
35.8
36.3 36.3 35.8 36.5 36.6 36.1
0.6
0.5 0 0.5 0.7 0.1 0.5
12
13 14 15 16 17 18
35.8
35.9 35.8 36.2 35.7 35.8 36.1
0.2
0.1 0.1 0.4 0.5 0.1 0.3
21
22 23 24 25 平均
2 2 2 2 2 2 σ σ σ σ σ + + σT + m = 0 e = P P
TV2 = PV2 + R&R2 = PV2 + AV2 + EV2
%R & R R & R /(TV )
PV
真 值
TV
测量误差
测量误差
R&R
□ 测量系统波动的三种评价方式
1.公差百分率
5.15 m [ ] 100% 公差
MSA
SPC
实际的过程波动 过程波动
测量波动
长期 过程波动
短期 过程波动
波动
/样本
测量仪器 波动
操作者 波动
重复性
校准
稳定性
线形
为了识别实际的过程波动, 必须首先识别由于测量系统造成的波动，并且 从过程波动中除去
评定测量系统性能的指标
系统的分辨力 偏倚(系统误差) 稳定性 线性
重复性
再现性
稳定性 是对测量系统的准确度和精密度随时间变化的评价。
基准值
好的 差的 Time 1 稳定性 基准值 Time 1
稳定性
Time 2
Time 2
Time 3
Time 3
保持稳定性的条件：
注意满足所需要的外部条件 定期对量测系统做校正或者维修 使用控制图监测稳定性
(4) 线 性
基准值
校 准 与 修 正
修正：用修正值对量测结果做补偿， 是一种间接消除系统误差的方式。
已修正结果= 未修正结果+ 修正值
= 未修正结果－系统误差
修正值= －系统误差
修正举例
偏倚与测量值的大小成线性关系： bias=a=b×测量值
如果测量仪器的零点是准确的（a=0)， 偏倚与测量值的大小就成比例：
bias=b×测量值
偏
倚
基准值
偏倚
观测的平均值
□ 偏倚的计算 一位评价人对一个样件测量10次，结果如下：0.75，0.75， 0.80，0.80，0.65，0.80，0.75，0.75，0.75，0.7。由全尺 寸检验设备确定的基准值为0.80mm，该零件的过程变差为 0.70
1 10 X X i 0.75 10 i 1
过程波动
实际的过程波动
测量波动
长期 过程波动
短期 过程波动
波动 w/i 样本
测量仪器 波动
操作者 波动
重复性
校准
稳定性
线性
我们将 “重复性” 和 “再现性” 作为测量误差的主要来源
基本模型

2 Total

2 Product

2 Measurement System
总波动等于真正的产品波动加上测量系统的误差
2.过程变差百分率
m % R & R R & R /(TV ) [ ] 100% t
% R & R 10%
10% % R & R 30% % R & R 30%
可以接受
模糊区域 不能使用
3.数据分级数
P PV 1.41[ ] 或 1.41[ ] m R&R
1）小于2，用于过程控制没有任何意义 2）2和4之间，数据可分为高、低两组，不敏感 地过程控制 3）大于5，测量系统用于过程分析可接受
1）最小测量单位/容差≤10% （用于计量型合格判定） 2）最小测量单位/过程标准差≤10% （用于计量型过程控制）
影响分辨力的因素：
1）传感器的灵敏度 2）读出装臵的最小显示单位
分辨力举例
高分辨率体温数据
序号 1 2 x 36.2 36.4 0.2 R 序号 10 11 x 36.0 36.0 R 0.1 0 序号 19 20 x 36.0 36.2 R 0.1 0.2
5.仪器分辨率应至少达到预期过程变差的十分之一。 6.确保测量方法
测量系统研究时应注意的问题
○ 测量应按随机顺序进行 ○ 读数应取至最小刻度的一半 ○ 研究工作应由认真的人员进行 ○ 每一评价采用相同方法
测量系统研究的方法比较
要素 误差的构成 均值极差法 重复性 再现性 —人 零件变差 不存在交互作用时准确 简短 方差分析法 重复性 再现性 —人 —人*零件 零件变差 准确 在没有计算机时复杂
○ 要具有线性 ○ 线性要小
案例:见书本P149页
（5）重复性（Repeatability）
相同的测量人员、使用同一设备、在同一次校 准期间、同一实验室、采用相同的方法，在较短时 间内，对同一另件的同一特性测量的结果，其相互 接近的程度。
—— ISO 5725-1
重复性（Repeatability）
(1)分辨率
分辨力的概念（Discrimination）
指示装臵可以有效辨别所指示的紧密 相邻量值能力的定量表示。 ——ISO 10012/1:1992
分辨力的概念（Discrimination）
对标尺型的测量仪器,分 辨率为最小分度值的一半。
对数字型的测量仪器,其 分辨率为末尾数字的刻度。
分辨力的要求：
测量过程：赋值过程 测量系统:
被测事物 操作人员 操作程序 测量环境 测量软件 测量设备
活 动
数据 （测量结果）
什 么 是 测 量 系 统
测量系统的要素：
测量方法 测量环境 仪器设备
测量系统
被测量对 象的特征 测量人员 计量基准
Biblioteka Baidu
为什么要研究测量系统?
表征测量数据质量的指标
偏倚 变差
□ 偏倚--表示多次测量结果的平均值与基准
测量系统误差的基本类型
位臵 (Location)
基准值
- 偏倚(Bias) - 线性(Linearity) - 稳定性(Stability)
准确度
（Accuracy） 属系统误差
偏倚
观测的平均值
波动（Variation）
基准值
精密度
（Precision）
- 重复性(Repeatability)
值(真值)之差。偏倚也称准确度，反映测量过 程的系统误差。
基准值
偏倚
观测的平均值
系统误差不能依靠重复测量而降低， 但可以通过校准和修正而减小。
□变差--表示在相同的条件下进行多次重复
测量结果之间的符合程度，用标准差σ或过 程变差PV表示。变差也称精密度，用以反映 测量过程的随机误差大小。
0.99 0.005 PV=5.15 σ 0.005
36.2
35.8 36.3 35.9 36.5 36.1
0
0.4 0.5 0.4 0.6 0.296
I -M R C hart of 高分辨率
37.0
Individual Value
UCL=36.875
36.5 _ X=36.088
36.0
35.5 LCL=35.301 1 3 5 7 9 11 13 15 Observation 17 19 21 23 25
用（AV）表示：
AV=5.15σ0
操作者2
操作者3
操作者1
再现性与重复性的异同：
同：都是指对同一事物多次量测结果的一致性 异：前提条件相异
量测重复性的前提：量测条件不变
量测再现性的前提：量测条件改变
二、测量系统误差的基本类型
测量系统误差的基本类型
测量系统波动模型及评价
消除测量误差的方法
假如一次测量的随机误差（精密度）是σ，则：
n次重复测量的随机误差（精密度）=
但一个测量系统实际的随机误差的下限就是该测 量系统的分辨率。
随机误差可通过重复测量减小， 但其下限是测量系统的分辨率
理解偏倚和变差
既精又准
Precise and accurate
只精不准
Precise, not accurate
测量系统分析
(Measurement System Analysis)
测量系统分析基本内容
一、测量系统的基本概念 二、测量系统误差的基本类型
三、计量型测量系统研究
四、计数型测量系统研究
一、测量系统的基本概念
什么是测量系统 为什么要研究测量系统 评定测量系统性能的指标
测量：赋值给具体事物以表示它们 之间关于特殊特性的关系
偏倚==0.75 - 0.80= -0.05
偏倚%=|偏倚|/过程变差=0.05/0.7=7.1%
□ 偏倚较大的可能原因
基准误差 零件磨损 仪器尺寸不对
测量了错误的特性
仪器校准不当
仪器使用不当
(3) 稳定性
定义：测量系统的均值和标准差随时间
的变化保持稳定和可预测的状态。 特征：没有漂移、没有突然的偏移和循 环趋势等，采用控制图评价与监控。
三、计量型测量系统研究
策划与准备 两种方法的比较 两种方法分别展开
测量系统研究的策划与准备
1.确定评价测量系统的方法
2.评价人的数量、样品数量、重复次数 尺寸关键性—关键尺寸需更多的零件或试验 零件结构—大或重的零件选择少样品、多次数 3.评价人从日常操作该仪器的人中挑选
4.样品从过程中选取并代表其整个工作范围
偏倚较小
基准值
偏倚较小
观测的平均值 范围的较低部分 观测的平均值 无偏倚
观测的平均值 范围的较商部分
基准值
□ 线性 Linearity
量具在量程范围内，偏倚应是基准值的线性函数。
□ 线性度 % Linearity
在预期工作范围内线性误差的变化率。
% Linearity= 斜率 ×过程变差PV
□ 要求: