MSA测量系统分析
（精编版）
内容：
• 为什么要进行MSA？
Why？；
• 什么是MSA？ What ？；
• 什么时候进行MSA？
When？；
• 如何进行MSA？ How
？；
目的：
理解进行过程能力
分析的重要性；
掌握量测系统评估
指数;
掌握如何评估量测
系统的分辨率
为什么要进行MSA？
我（你）的测量数据是可靠的吗？
测量系统有足够的分辨力吗？
两年内量具的结果能否保持一致？
为什么不同的测量人员得到的结果不同，我应该相信
谁？
量具测量重复测量时结果也不尽相同，应该如何取值
？
……
数据的作用：
用于判定产品的符合性（控制用测量系统）；
用于判定过程是否稳定（分析用测量系统）；
对过程进行调整的依据；
通过回归分析（或分析研究法）确定两个或两个以上
变量是否存在重要关系的依据。
为什么要进行MSA？
数据的质量：
1. 如果这些测量值均与该特性的参考值 “接近”，那么可以说这些测量数据的
质量“高”，同样，如果部分或所有的测量值与参考值相差“很远”，则称数
据的质量“低”。
2. 一个具有大量变差的测量系统，在分析制造过程中使用是不适合的，因为
测量系统变差可能会掩盖制造过程的变差。数据的质量会很低，从而造成
测量数据无法利用
3.低质量数据的危害：
错误地判定产品的符合性；
错误地判定过程的稳定性(如掩盖过程的
变差，即产生α，β风险）；
错误地对过程进行调整；
错误地得出变量之间的重要关系。
为什么要进行MSA？
为什么要进行MSA？
为什么要进行MSA？
因此我们需要：
通过一系列的科学方法——确保具有合适
分辨力和小的测量系统误差的测量系统。获取高
质量的数据。
MSA系统可以让你获得什么？
接受新测量设备的准则；
一种测量设备与另一种测量设备的比较；
评价怀疑有缺陷的量具的依据；
维修前后测量设备的比较；
计算过程变差所需的方法，以及生产过程的可接
受性水平；
想知道什么是MSA了吧？
为什么要进行MSA？
为了避免混淆和误解，先了解几个术语
1.测量测量---- ““对某具体事物赋予数字（或数值），以表示它对某具体事物赋予数字（或数值），以表示它
们对于特定特性之间的关系。这个定义由Ｃ．们对于特定特性之间的关系。这个定义由Ｃ．
EisenhartEisenhart（（19631963）首次提出。赋予数字的过程被定）首次提出。赋予数字的过程被定
义为测量过程，而数值的指定被定义为测量值。义为测量过程，而数值的指定被定义为测量值。
2.量具：量具：指任何用来获得测量结果的装置；包括用来测指任何用来获得测量结果的装置；包括用来测
量合格量合格//不合格的装置。不合格的装置。
为什么要进行MSA？
3.测量系统：指被测试特性赋值的操作、
程序、量具、设备、软件以及操作人员
的集合，是用来获得测量结果的整个过
程。
4.真值（true value ）
某一物品的真实数值
不可知且无法知道的
为什么要进行MSA？
5参考值（参考值（reference valuereference value））
某一个物品的可接受数的值某一个物品的可接受数的值
需要一个可操作的定义需要一个可操作的定义
常被用来替代真值使用常被用来替代真值使用
6. 标准（标准（standardstandard））
● ● 用于比较的可接受偏倚用于比较的可接受偏倚
● ● 验收标准验收标准
● ● 一已知的值，在不确定度（一已知的值，在不确定度（uncertaintyuncertainty）的指南范围内）的指南范围内,,被接受而为一真值被接受而为一真值
（（true valuetrue value））
● ● 参考值（参考值（referencr valuereferencr value））
标准应该是一个可操作的定义：该定义在由供方或顾客应用时，将会产出产生标准应该是一个可操作的定义：该定义在由供方或顾客应用时，将会产出产生
同样的结果，并且在过去、今天、将来都有同样的含义。同样的结果，并且在过去、今天、将来都有同样的含义。
为什么要进行MSA？
77分辨力分辨力(discrimination)(discrimination)、可读性、可读性(readability)(readability)、解析度、解析度
（（resolutionresolution））
别名：最小可读单位、测量解析度、最小刻度极限、或探测的最小极限别名：最小可读单位、测量解析度、最小刻度极限、或探测的最小极限
由设计所确定的固有特性由设计所确定的固有特性
一个测量仪器或输出的最小刻度单位一个测量仪器或输出的最小刻度单位
通常被显示为测量单位通常被显示为测量单位
1010：：11的比例法则的比例法则
8 有效解析度（有效解析度（effective resolutioneffective resolution））
特定应用条件下，一个测量系统对过程变差的特定应用条件下，一个测量系统对过程变差的 灵敏度灵敏度
可以导致测量有用的输出信号的最小输入可以导致测量有用的输出信号的最小输入
通常被描述为一种测量单元通常被描述为一种测量单元
为什么要进行MSA？
什么是MSA？
.测量系统的分辨率：测量系统的分辨率：测量系统检出并如实指示被测量系统检出并如实指示被
测特性中极小变化的能力（也称为分辨力）。测特性中极小变化的能力（也称为分辨力）。
测量系统的分辨率的意义：测量系统的分辨率的意义：
如果测量系统没有足够的分辨率，它不能识别过程变差以及定如果测量系统没有足够的分辨率，它不能识别过程变差以及定
量表示单个零件的特性值；量表示单个零件的特性值；
不适合的分辨率可以通过极差图方便地显示出来。不适合的分辨率可以通过极差图方便地显示出来。
请看下页的极差图请看下页的极差图
什么是MSA？
如何判断测量系统的分辨率是否足够？如何判断测量系统的分辨率是否足够？
极
差
图
什么是MSA？
如何判断测量系统的分辨力是否足够？如何判断测量系统的分辨力是否足够？
判断准则：
当极差图显示可能只有一、二或三个极差值在控制限值
内时，或可能4个极差值在控制限值内且超过四分之一以
上的极差为零时，都反映了测量系统没有足够的分辨率/力。
建议：
可视分辨率最多是总过程的6σ（标准偏差）的十分之一
（而不是公差范围的十分之一）。
分辨率分辨率≤≤6σ/10
什么是MSA？
影影
响响
测测
量量
系系
统统
的的
因因
果果
图图
测量系统
变差
零件 量具/仪器
环境 人员
标准
什么是MSA？
影响测量系统的因素影响测量系统的因素::（刷卡，偷（刷卡，偷
盗）盗）
S 标准
W 工作件(即零件)
I 仪器
P 人/程序
E 环境
什么是MSA？
测量系统变差的分布特征测量系统变差的分布特征
反映测量值相对于标准值的位置：位置变差位置变差
•偏倚(Bias)观测到测量的平均值与参考值之间的差值
•稳定性(Stability)随时间变化的偏倚值 。别名：漂移
•线性(Linearity)在量具正常工作量程内的偏倚变化量
反映测量值的分散程度—方差，也即R&R： 宽度变宽度变
差差
•重复性(Repeatability)一个评价人多次使用一件测量仪
器，对同 一零件的某一特性进行多次测量下的变差
•再现性(Reproducibility)由不同的评价人使用相同的量
具，测量一个零 件的一个特性的测量平均值的变差。
•零件间变差
什么是MSA？
偏倚：偏倚：测量结果的观测平均值与基准值的差值
（也叫准确度）；
是测量系统的系统误差
所构成，属于普通原因，
消除或减少需要花大的
成本。
什么是MSA？
偏倚较大，可能的原因：偏倚较大，可能的原因：
标准或基准值误差；检验校准程序
仪器磨损； 维护或修理
制造的仪器尺寸不对；
仪器测量了错误的特性；
仪器校准不当； 复查校准方法
评价人员使用仪器不当； 复查检验说明书
仪器修正计算不正确
什么是MSA？
稳定性：稳定性：随时间变化的偏倚值
一个稳定的测量过程在位置方面是处于统计上受控状态
（或称漂移）
什么是MSA？
可利用可利用平均值平均值——极差控制图极差控制图来研究稳定性来研究稳定性
什么是MSA？
可利用可利用平均值平均值——极差控制图极差控制图来研究稳定性来研究稳定性
平均值失控表示：系统不再正确地测量（偏倚已经
改变）
可能的原因：需要校准等
极差图失控表示：不稳定的重复性
可能的原因：部件松动、气路堵塞、电压变化等
什么是MSA？
线性：线性：在量具正常工作量程内的偏倚变化量 。
量程较低部分 量程较高部分
什么是MSA？
线线
性性
图图
其中：x:基准值 y:偏倚y=a+bx ，b：斜率
什么是MSA？
线性的表达方式：线性的表达方式：
什么是MSA？
线性的表达方式：线性的表达方式：
线性回归直线的拟合优度（R2）用来推断偏倚与基
准值之间的线性关系.
线性=|斜率|×（过程变差）
%线性=100[线性/过程变差]
拟合优度（R2）用来推断偏倚与基准值之间的线性
关系,其取值范围为[0,1],越接近于1表示线性关系越
强。
注意: 线性是由最佳拟合直线的斜率而不是拟合优度
的值确定的，一般地，斜率越低，量具线性越好。
什么是MSA？
测量系统非线性的可能原因：测量系统非线性的可能原因：
在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；
最小或最大值校准量具的误差；
磨损的仪器；
仪器固有的设计特性；
… …… …
什么是MSA？
重复性：重复性：一个评价人多次使用一件测量仪器，对同
一零件的某一特性进行多次测量下的变差
√ 是在固定和已定义的测量条件下，连续（短期）多
次测量中的变差
主要反映：量具变异。
通常指E．Ｖ．
-设备变差（Equipment Variation）
系统变差
也叫均一性
什么是MSA？
重复性的计算公式：重复性的计算公式：
什么是MSA？
产生重复性的一般原因：产生重复性的一般原因：
仪器自身；
测量位置变化。
与重复性有关的两个术语：
一致性（consistency）
√ 随时间重复性变化的程度
√ 一致的测量过程是在宽度（变
差）方面处于统计上受控状态
均一性
√ 整个正常操作范围内重复性
的变化
√ 重复性的同义词
什么是MSA？
极差控制图极差控制图
分析重复性分析重复性
如果所有极差都受控，则仪器变差和测量过程在
研究期间是一致的；
如果一名评价人失控，那么他的方法与其他人不
同；
如果所有评价人都失控，则必须改进测量技术；
什么是MSA？
再现性：再现性：由不同的评价人使用相同的量具，测量一个零
件的一个特性的测量平均值的变差。
在对产品和过程进行鉴定时，误差可能是评价人、环
境（时间）或方法
主要反映:人的变异
通常指A．Ｖ- 评价人变
差（appraiser
variation）
系统间（条件）误差
什么是MSA？
再现性的表达方式：再现性的表达方式：
再现性的标准偏差：σ。=R。/d2 (R。为评价人最大平均值减去最小
平均值)。
再现性AV=6 R。/d2 。(d2的值取决于评价人的人数m和参与计算的极
差的个数g=1,可从附表一中查得)
由于量具变差影响了该估计值，必须通过减去重复性部分来调整。
调整后的再现性的标准偏差：σ。=AV/6
什么是MSA？
再现性研究：再现性研究：
均值控制图（评价人对每个零件的平均值绘制而成）
如果只有30%或少于一半的平均值在限值外，则测量系统不足
以检测出零件间变差。
注意： 控制限
以重复性误差为
基础而不是零件
间变差。
什么是MSA？
重复性与再现性重复性与再现性之间比较：之间比较：
如果＞：
• 仪器需要维护；
• 量具应重新设计来提高刚度；
• 夹紧和检验点需要改进；
• 存在过大的零件内变差；
如果 ＞ ：
• 评价人需要更好的培训如何使用量具和读数
• 量具刻度盘上的刻度不清楚；
• 需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性
什么是MSA？
零件间变差：零件间变差：由同一或不同的评价人，采用同一
个的测量仪器，测量不同零件的同一特性时零件测量
平均值的变差。
零件间标准偏差：σp =Rp/d2（ Rp为样品平均
值极差）。
零件间变差：PV=6 Rp/d2 。(d2取值取决于量
具研究使用的零件数m和参与计算的极差个数
g=1，可从附表一中查得)。
什么是MSA？
好的测量系统应该具备：好的测量系统应该具备：
1）足够的分辨率和灵敏度。测量的增量应该小于测量的目的相应的
过程变差或规范限值。通常被称为10：1规则，也就是说仪器的分辨力应把公差（或
过程变差）划分成10等份或更多。这比例规则的意图是作为选择量具时的一个实际最
先遵守的原则。
2）测量系统应该是统计受控制状态。这意味着在重复测量条
件下，测量系统中的变差只能是由普通原因造成，而不能由特殊原因造成。这种情况
可称之为具有统计的稳定性且可以通过控制图法最佳地进行评价。
3）为了产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须
小。依据特性的公差评价测量系统。 对于过程控制，测量系统的变差必须小于规
范限值。以特性的公差来评估测量系统。
4）为了过程控制，测量系统的变差应该能证明具有有
效的解析度，并且小于制造过程的变差。6Ω过程变差和/或
MSA研究中的总变差可用来评估测量系统。
什么是MSA？
测量系统测量系统R&RR&R计算公式计算公式
什么是MSA？
测量系统重复性和再现性占总过程变差的百测量系统重复性和再现性占总过程变差的百
分比（分比（%R&R%R&R）的可接受性准则：）的可接受性准则：
低于10% — 测量系统可接受；
10%至30% — 根据应用的重要性、量具成本
和维修的费用等可能是可接受的；
大于30% — 测量系统需要改进。
测量系统R&R的接受准则
什么时候进行MSA？
传统上传统上::
根据经验
制造商建议
无科学的方法
太短太短
资源浪费
不必要的活动
太长太长
采取不正确的测量系统的危险度增大
什么时候进行MSA？
测量系统研究准备测量系统研究准备
计划要使用的方法；
确定评价人的数量、样品数量及重复读数次数；
从日常操作该仪器的人中挑选评价人；
样品必须从过程中随机选取并代表整个工作范围；
仪器的分辨率应允读取特性的预期过程变差的十分之一；
确保测量方法（即评价人和仪器）在按照规定的测量步骤
测量特征尺寸。
什么时候进行MSA？
测量系统研究的注意事项测量系统研究的注意事项
测量必须按照随机顺序进行；
不应让评价人知道正在检查零件的编号；
测量读数应估计到可得到的最接近的数字；
研究工作应由知其重要性且仔细认真的人员进行；
每一位评价人在整个研究过程中应采用相同的测
量方法。
如何进行MSA？
偏倚或线性：偏倚或线性：
独立样本法
图表法——平均值标准差控制图
稳定性：稳定性：
平均值极差或平均值标准差控制图
如何进行MSA？
重复性与再现性重复性与再现性
极差法；
测量变异近似值；
只提供总体情形；
平均值极差控制图法；
把变异分为重复性和再现性；
方差分析法；
把变差分为四类：零件、评价人、零件与评价人
的交互作用、量具重复性误差。
Gage R&R研究
极差法（2名评价人，5个零件）
平
均
值
极
差
控
制
图
法
Gage R&R研究
平
均
值
极
差
控
制
图
法
Gage R&R研究
方差分析法（ANOVA）
Gage R&R研究
方差分析法（ANOVA）
Gage R&R研究
M
S
A
流
程
图
测量系统分析全流程
Gage R&R示例研究
试验步骤：试验步骤：
取包含5个零件的一个样本，代表过程变差的实际或预期范围；
指定评价人A、B，并按1至5给零件编号，使评价人不能看到
这些数字；
如果校准是正常程序中的一部分，则对量具进行校准；
让评价人A以随机的顺序测量5个零件，并让另一个观测人记录
结果。让评价人B以同样的方法测量5个零件；
使用不同的随机测量顺序重复上述操作过程3次；
Gage R&R示例研究
数据收集
Gage R&R示例研究
测量系统R&R的初步判定
Gage R&R示例研究
将每个评价人将每个评价人//零件组合零件组合
的均值画在均值图中的均值画在均值图中,,均均
值图的控制限由下式计值图的控制限由下式计
算算::
Gage R&R示例研究
将每个评价人将每个评价人//零件组合零件组合
的极差画在极差图中的极差画在极差图中,,极极
差图的控制限由下式计差图的控制限由下式计
算算::
Gage R&R示例研究
重复性和再现性的计算重复性和再现性的计算::
重复性标准偏差（量具标准偏差）：
重复性：
Gage R&R示例研究
重复性和再现性的计算重复性和再现性的计算::
零件间变差计算零件间变差计算::
Gage R&R示例研究
测量系统测量系统R&RR&R计算和分析计算和分析
Gage R&R示例研究
测量系统测量系统R&RR&R计算和分析计算和分析
Gage R&R示例研究
研究结果表明：研究结果表明：
研究显示测量系统的%R&R为%，不符合测量要
求；
测量系统的重复性为测量系统%R&R不合格的主要原
因；
Gage R&R示例研究
分分
析析
报报
表表
Gage R&R示例研究
附录：d2*取值表
自动测量设备的Gage R&R研究
EVEV反映系统内偏差；反映系统内偏差；AVAV反映系统间偏差；反映系统间偏差；
对自动测量设备，测量过程与人员的技术无对自动测量设备，测量过程与人员的技术无
关，不必分析关，不必分析AVAV；；
多台自动测量设备，多台自动测量设备，AVAV反映测定设备之间的反映测定设备之间的
偏差。偏差。
自动测量设备的Gage R&R研究
1个评价人，10个零件，测量每个零件2—10次
计算步骤：
1）计算每个零件的标准方差；
2）计算平均的标准方差sBar；
3）估计过程偏差（sBar/c4)；
4) %P/T=(6*sBar/c4)/(USL-LSL)*100；
n 2 3 4 5 6 7 8 9 10
c4
9
2
3
0
5
4
0
3
7
MSA与SPC的关系
保证获得正确分析结果的两个基本点；
MSA以SPC理论为基础；
MSA为SPC的应用提供保证。
机器能力指数
确定机器能力是否满足
产品质量标准的要求；
消除设备隐患；保证机
器正常运转；
Cm (Cmk)≥
提高机器能力指数途径
减少数据的分散性，即降低S;
减小数据的偏移程度，即减小k；
增加规格宽度，即提高T=USL-LSL
计数型MSA
计数型测量系统分析的作用:
由于计数型缺点的判定容为因素的影响, 因此, 计数值测量系
统的分析主要在于评估一个检验员本身的一致性(重复检验一
个产品判定是否一致); 不同检验员之间的一致性(不同检验员
检验同一产品判定是否一致), 检验员的正确性(检验员判定正
确的程度).
计数型MSA
计数型测量系统分析程序:
(1) 计划目的.
--评估检验员本身判定的一致程度是否充分;
--评估不同检验员之间判定的一致程度是否充分;
--评估检验员判定的正确程度如何.
(2) 计划内容
--组成专案小组;
--各过程检验站选定检验专家2人, 协助选择良品及不
良品供评估用;
--各过程检验站制作数个标准样品(个数30个), 其中良
品/不良品各半, 不良品的现象不要太明显(限度样品),
若样品的检验位置有两个以上, 则在每个样品上标记同一
检验位置.
计数型测量系统分析程序:
--将样品编号并依其编号记录良品或不良品;
(3) 计划实施
--若有使用仪器, 开始评估之前先将仪器设备校正好;
--识别被评估的检验员, 每次评估可选三位检验员, 各检验2次;
--随机检验被评估的检验产品.
--检验进行中不要相互参考检验结果, 也不得参考前一次的结果;
--检验完成后, 由评估小组依记录表将结果记录于计数值测量系
统表, 当检验员判定正确时, 合格判合格, 不合格判不合格, 记录
“1”, 当检验员判断不正确时, 合格判不合格, 不合格判合格, 记录
为 “0”.
--记录A,B,C检验员各自的差异, 若同一样品每次判定都相同, 即
两次都是“1”或 “0”, 则记录为“1”. 若同一样品两次判定不相同,
则记录 “0”
计数型MSA
计数型MSA
(4) 计算统计量
--依量测系统计数值计算表指示计算之.
PA=A/60: 检验员A判定正确的比率;
PB=B/60: 检验员B判定正确的比率;
PC=C/60: 检验员C判定正确的比率.
PAD=AD/30: 检验员A判定一致的比率;
PBD=BD/30: 检验员B判定一致的比率;
PCD=CD/30: 检验员C判定一致的比率.
(5) 判定正确的比率超过80%代表该检验员合格, 代表该检验员
不合格.
(6) 判定一致的比率超过80%代表该检验员合格, 代表该检验员
不合格.
计数型MSA
计数型MSA
(6) 结果判定
