测量系统分析（MSA）应用实例

作者：华志超职称：工程师

工作单位：泰州市计量测试院

                       研究领域：几何量计量检测、电学计量、汽车检测、质量管理

前言：

当今制造过程中使用测量数据比以往任何时候都更加频繁和广泛。 每个制造环节都依据这些数据来监控和改善。主要做法是使用统计方法对采集到的数据进行处理，并依据这些数据在控制图内分布趋势来监测产品质量变化情况。 如果数据超出了可接受范围，表明该过程失控，则需要找到原因并调整制造过程。 除此之外测量数据还可以确定两个或多个变量之间是否存在影响关系。 例如，当测量机加工工件尺寸时，怀疑测量数据的波动可能与环境温度的变化有关。 该假设可以通过回归分析方法来验证，该方法比较测量尺寸的测量值与环境温度变化的值之间的关系。 测得数据的质量对结果的分析有重要的影响，因此测量系统的稳定可靠对于获得高质量的测量数据具有重要意义。

1、 测量系统的统计特性

理想的测量系统在每次使用时，应只产生“正确”的测量结果。每次测量结果总该与一个标准相一致。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，这样理想统计特性的测量系统几乎不存在，因此过程管理者必须采用不完善统计特性的测量系统。但是经过多次实验和数据分析可以发现测量系统产生偏差的原因，从而可以采取有效措施来改善测量系统。

2、测量系统分析（MSA）概述

测量系统分析(Measurement Systems Analysis,MSA)是指用统计的方法分析测量系统所测数据的统计特性, 从而确定其质量水平。通常, 我们用偏倚、线性、稳定性、重复性和复现性五个指标来评价测量系统的统计特性。

3、 常用术语

（1）测量：定义为赋值（或数）给具体事物以表示它们之间关于特定性的关系。

（2）测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合。即用来获得测量结果的整个过程。

（3）测量过程：一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动。

（4）偏倚：实验实测平均值与标准值之间的差异，用系统误差来评价。

（5）重复性：由一位评价人使用一种测量仪器，在相同的测量条件下短时间多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差。

（6）复现性：由不同的操作者使用同一个测量仪器，测量一个零件的一个特性时产生的测量平均值的变差。对于影响测量结果的过程条件，可能是操作者、时间、环境因素等。

4、测量系统的统计性质

（1）测量系统必须经过校准且处在正常状态,没有经过校准或者已经过了校准期限的测量系统是处于不正常状态的, 其测量所得数据不能用于测量系统分析。

（2）测量系统必须处于统计控制状态，即，测量系统的变差只能由普通原因而不是由特殊原因造成。

（3）测量系统变差必须小于制造过程变差，且测量系统随机变差必须小于过程变差和公差范围的两者中小者，一般为1/10。

（4） 测量系统应有满足要求的灵敏度和分辨率，能正确反映所测工件的测量数据。

5、应用实例

5.1收集数据

（1）应从日常使用此仪器的操作员中随机选取三名正常操作者进行评价。可以编号为A、B、C加以区分。

（2）取得包含10个零件的一个样本,代表过程变差的实际或预期范围：计量型样品数据分布应该占控制范围或标准范围的比例大小一般至少要大于60%，最好达到80%以上，还可选取一定数量的不合格样品。

（3）指定评价人A、B、C，并按1至10给零件编号，但评价人不能看到这些数字编号；

（4）评价人在正常的情况下对各零件进行3次重复测量(同一台仪器), 得到9 组(90 个)用于

评估测量系统的数据。并将数据填入下表中。

5.2计算

将所得数据输入Minitab 软件, 执行相关的操作命令后, 即可得到数据的统计分析结果, 然后根据相应的评判规则即可判断测量系统的能力是否满足要求, 从而有针对性地进行测量系统的持续改进。

5.3评价图标

（1）判定极差图表是否受控。如果所有的极差都受控，那麽评价人是一致的，进行下一步骤（2）。如果不是，可能由于评价人技术水平、测量位置误差或仪器漂移造成的。应在进行下步前纠正这些原因，并使极差图进入可控范围内。

（2）检验平均值是否在控制限之外。在控制限之内的面积代表测量误差（干扰）。如果有一半或更多的平均值落在控制限之外，则该测量系统足以检查出试件间变差，并且该测量系统可以提供控制该过程的有用数据，当一半以下落在控制限外，则测量系统不足以检查出零件间变差并且不能用于过程控制。

（3）测量系统重复性和复现性（R&R）的可接受准侧

  低于10%的误差——测量系统可接受；

10%至30%的误差——根据应用的重要性，量具成本，维修费用等可能是接受的；

大于30%的误差——测量系统需要改进。进行各种努力发现问题并改正；

结束语：产品质量不是靠检查出来的，而是对制造过程的有效控制得到的。测量系统分析是一种基于统计学理论验证测量系统质量的方法。它就像人的眼睛一样实时关注着测量系统的变化趋势，为制造过程的控制和改进提供准确可靠的数据。