测量系统分析（MSA）作业规范

制订部门：品质部

1. 目的

对测量系统变差进行分析评估，以确定测量系统是否满足规定的要求，确保测量数据质量。

2. 范围

适用于本公司用以证实产品符合规定要求的所有测量系统分析管理。

3、权限与职责

3.1 品质部负责测量系统分析的归口管理;每年对公司在用测量系统进行一次全面的分析。

3.2工程、品质负责新产品开发时测量系统分析的具体实施。

4.术语解释

4.1  测量系统(Measurement system)：用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备以及操作人员的集合，用来获得测量结果的整个过程。

4.2  偏倚(Bias):指测量结果的观测平均值与基准值的差值。

4.3  稳定性(Stability):指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量平均值总变差,即偏倚随时间的增量。

4.4  重复性：重复性（Repeatability）是指由同一位检验员,采用同一量具,多次测量同一产品的同一质量特性时获得的测量值的变差。

4.5  再现性: 再现性(Reproductivity) 是指由不同检验员用同一量具，多次测量同一产品的同一质量特性时获得的测量平均值的变差。

4.6  分辨率（Resolution）:测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。

4.7  可视分辨率（Apparent Resolution）:测量仪器的最小增量的大小,如卡尺的可视分辨率为0.02mm。

4.8  有效分辨率（Effective Resolution）:考虑整个测量系统变差时的数据等级大小。用测量系统

变差的置信区间长度将制造过程变差（6δ）（或公差）划分的等级数量来表示。关于有效分

辨率，在99%置信水平时其标准估计值为1.41PV/GR&R。

4.9  分辨力(Discrimination):对于单个读数系统,它是可视和有效分辨率中较差的。

4.10 盲测:指在实际测量环境中,检验员事先不知正在对该测量系统进行分析，也不知道所测为哪

一只产品的条件下,获得的测量结果。

4.11  计量型与计数型测量系统:测量系统测量结果可用具体的连续的数值来表述,这样的测量系

统称之为计量型测量系统; 测量系统测量结果用定性的数据来表述,如用通过或不能通过塞

规的方式来描述一只圆棒直径尺寸,这样的测量系统称之为计数型测量系统。计量型测量系统

和计数型测量系统的分析将用到不同的方法

5. 工作程序：

5.1  测量系统分析时机：在下述三种情况下必须进行测量系统分析。

5.1.1 新产品开发时;

5.1.2 检验员发生变更或新购量具或经维修过的量具投入使用前;

5.1.3 定期做,公司规定每年进行一次全面的测量系统分析,分析范围覆盖所有合格在用的不同型

号规格的量具,分析内容覆盖测量系统五性。

5.2  测量系统分析条件

5.2.1  测量作业必须标准化;

5.2.2  检验员必须是经培训合格人员;

5.2.3  测量仪器必须是检定合格状态;

5.2.4  质量特性测量值可重复。

5.3  计量型测量系统分析

5.3.1 稳定性分析

5.3.1.1 选取一个样本并确定其相对于可追溯标准的基准值，如果不能得到，则选择一个落在使

用的量程中程数的产品，并指定它作为标准样本进行稳定性分析。

5.3.1.2  定期（天/周/月）测量基准样品3-5次，决定样本容量和频率时考虑的因素有：校准周期、

使用频率、修理次数和使用环境等。读数应在不同时间读取以代表测量系统实际使用的情况。

5.3.1.3  将测量值描绘在《量具稳定性分析报告》记录的X-R控制图上。

5.3.1.4  计算控制界限,并参照《SPC应用方法》控制图判读规则对不稳定或失控作出判断，如有

不稳或异常现象应进行原因分析，并采取相应措施（如对量具进行校准或维修）。

5.3.1.5  测量系统稳定性分析记录于《量具稳定性分析报告》中。

5.3.2  偏倚分析(独立样本法)

5.3.2.1  获取一个样本并确定其相对于可追溯标准的基准值, 如果不能得到，则选择一个落在使

用的量程中程数的产品，并对其用精密的量具(通常精度为被分析量具的4~10倍)测量10次计

算平均值,此值作为“基准值”。

5.3.2.2  由一位检验员,以常规方式对样品测量10次,并计算10次读数的平均值, 此值即为“观测平

均值”。

* 偏倚=观测平均值--基准值   制造过程变差=6δ

* 偏倚%=偏倚/制造过程变差×100%

* 制造过程变差可从以前的过程控制图得出，或从同时进行的过程能力研究得出，如无法求得时,可用规格公差代替。

5.3.2.4  偏倚接受准则:

* 对测量重要特性的测量系统偏倚%＜10%时可接受；      

    * 测量一般特性的测量系统10%≤偏倚%≤30%时可接受；

* 偏倚%>30%,拒绝接受。  

5.3.2.5  偏倚分析记录于《量具偏倚分析报告》

5.3.3   线性分析

5.3.3.1  选择5个产品,它们的测量值要覆盖量具的工作量程。

5.3.3.2  用精密量具测量每个产品以确定它们各自的“基准值”并确认其尺寸覆盖了被分析量具

的工作量程。

5.3.3.3  由被分析量具的操作员盲测每个产品12次,并计算测量平均值和偏倚。

5.3.3.4  绘图：以基准值为X轴,偏倚为Y轴作散布图。

5.3.3.5  使用以下公式求最佳拟合这些点的回归直线和直线的相关系数R。

y=b+ax

式中：x为基准值    y为偏倚

              b为截距      a为斜率

a=[ΣXiYi-ΣXiΣYi/n]/[ ΣXi2-(ΣXi)2/n]      

b=(ΣYi-aΣXi)/n

R2=[ΣXiYi-ΣXiΣYi/n]2/｛[ΣXi2 -(ΣXi)2/n]×[ΣYi2-(ΣYi)2/n]｝

线性  =  斜率 ×（制造过程变差）

线性%=[线性/制造过程变差] ×100%             

5.3.3.6  线性判读准则

5.3.3.6.1 线性程度判读

*  R2=1,完全相关,点散布在一条直线上;

*  R2=0,完全不相关,X与Y的变化完全不存在任何依存关系;

*  0<R2<1,不完全相关;

5.3.3.6.2  线性接受准则

*  对测量重要特性的测量系统,线性%≤5%时可接受；

*  对测量一般特性的测量系统,线性%≤10%时可接受；

      *  线性%>10%,拒绝接受。

5.3.3.7   线性分析记录于《量具线性分析报告》。

5.3.4  重复性和再现性分析(R &R)

确定研究对象、工序、量具、产品和质量特性后可采用下列方法进行分析。

5.3.4.1  极差(R)法

5.3.4.1.1  选取两位检验员A、B和5个产品,每个检验员对每个产品盲测一次,将测量结果记入《量具极差法分析表》表格中。

5.3.4.1.2  计算产品测量的极差R,测量极差R为检验员A和B测量结果差的绝对值。

5.3.4.1.3  计算产品测量的平均极差R=∑Ri/5。

5.3.4.1.4  计算量具的双性(重复性和再现性的合成,简称双性),即测量过程变差：

GR&R=5.15R/d2

式中：GR&R表示量具（Gage）重复性和再现性的合成，5.15表示99%的置信区间，

即2个检验员用同一量具测量同一产品的同一特性的测量结果99%落在GR&R区间内，d2可从《测量系统分析用d2值表》中查出。

5.3.4.1.5  计算双性占制造过程变差的百分数

% GR&R= (GR&R/过程变差) ×100%。

5.3.4.1.6  % GR&R接受准则:

*  % GR&R<10%可接受；

*  10%≤% GR&R≤30%，依据质量特性的重要性及量具的重要性、成本及维修费用，决定是否接受；

*  % GR&R>30%，不能接受。

5.3.4.2  均值极差法(X&R法)

5.3.4.2.1  确定二至三名检验员,标以A、B、C，检验员选取需注意代表性,如生产部门检验员与质检部门检验员的相互搭配、白班与夜班检验员的相互搭配等。

5.3.4.2.2  抽取同一种型号产品样本5至10件，标上编号，抽取产品时最好保证产品质量特性测量值覆盖该特性值整个公差范围,另注意检验人员应无法看到产品编号，以保证盲测。

5.3.4.2.3  每一检验员对同一产品的同一特性重复测量2~3次,将测量结果记录在《量具重复性和再现性数据表》中。

5.3.4.2.4  根据《量具重复性和再现性数据表》中的数据作《量具重复性和再现性X-R控制图》,并判读，判读规则如下：

a)、极差图判读参照《SPC应用方法》控制图判读规则；

b)、均值图：在控制限内的点代表测量误差，如果一半或更多的平均值落在极限之外，则该测量系统足以检查出产品之间差异，测量系统有效分辨率足够，该测量系统可以提供过程控制、过程能力分析有用的数据，当一半以下落在控制限外，则测量系统不足以检查出产品之间差异，不能用于过程控制及过程能力分析。

5.3.4.2.5  负责组织测量系统分析的人员,依照《量具重复性和再现性数据表》和质量特性规格,按标准规定的格式出具《量具重复性和再现性报告》。

5.3.4.2.6  结果分析

重复性与再现性比较分析

如果重复性(EV)比再现性(AV)大，原因可能是：

——量具需要维修；

——应重新设计量具使其更精密；

——应改进量具的夹紧或定位装置；

——产品变差太大。

如果再现性(AV)大于重复性(EV)，则可能存在以下原因：

——需要对检验员进行如何使用量具和读数的培训；

——量具表盘上的刻度值不清楚；

——可能需要某种形式的夹具来帮助检验员更为一致地使用量具。

5.3.4.2.7    %R&R接受准则

*  %EV、%AV、%R&R三个误差都<10%——测量系统可接受;

*  %EV、%AV、%R&R三个误差在10%到30%之间——测量系统可能被接受，依据量具的重要性、量具成本以及修理费用而定。

*  %EV、%AV、%R&R三个误差有一个超过30%——测量系统不能接受,需要改进，应努力找到问题所在并纠正。

5.3.5  计数型测量系统分析（小样法）

5.3.5.1  任取同一型号的产品20件(应包括有合格及不合格的产品)并予以编号,编号不可让检验员知道,也不可让他们知道正在做测量系统分析,以保证盲测。

5.3.5.2  选择两位检验员分为A、B。

5.3.5.3  由这两位检验员测量所有产品两次，并将测量结果记录于《计数型量具检验记录表》，合乎规格界线的零件则填入“YES”，反之则填入“NO”。

5.3.5.4 结果判读

A、若测量结果（每只产品四个数据）相同，则测量系统被接受。

B、若测量结果不一致，则此测量系统须被改进或再评价。

若测量系统不能被改进，则不能被接受，应寻求替代的测量系统。

5.3.5.5  计数型测量系统只能指出产品是好是坏，不能指出产品好坏程度。

5.3.6  测量系统分析方法适用性的确定

5.3.6.1  新产品开发时, 测量系统采用线性、重复性、再现性、偏倚分析方法,由分公司(分厂)品管部进行分析；

5.3.6.2  考虑量具随时间变化的程度,做稳定性分析,由公司计量室进行分析;

5.3.6.3  每年一次的测量系统五性分析,由公司品质部执行。

6、相关文件

6.1  《检验与测试设备管理程序》  

6.2  《质量记录管理程序》        

7、使用表单/记录

7.1 《量具稳定性分析报告》

7.2 《量具偏倚分析报告》

7.3 《量具线性分析报告》

7.4 《量具重复性和再现性极差法分析记录表》

7.5 《量具的重复性和再现性数据记录表》

7.6 《量具重复性和再现性X-R控制图》

7.7 《量具的重复性和再现性报告》

7.8 《计数型量具检验记录表》

第二篇：MSA测量系统分析2

1                         目的

1.1                    本程序规定了测量系统分析的方法和接受准则。通过了解变差的来源，判断计量器具是否符合规定的要求，以确保检测结果的有效性。

1.2                    评价生产环境中的测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性（参见“MSA手册”)；

1.3                    获得测量系统与环境交互作用时，该系统有关测量变差量和类型的信息；

2                         范围

2.1                    本指导书适用于特殊特性的计数、计量型测量系统。

3                         定义

3.1                    量具：任何可用来获得测量结果的装置；包括用来测量合格/不合格的装置；

3.2                    测量系统：用来对被测量特性附值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。

3.3                    测量系统分析（MSA）：是指通过分析被测特性赋值的操作程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合，来获得测量结果的整个过程。所用的量具测量系统对每个零件能重复读数或能判断合格/不合格，但不包括非工业界的测量系统；

3.4                    偏倚：测量结果的观测平均值与基准值的差值；

3.5                    基准值：又称为可接受的基准值或标准值，是充当测量值的一个一致认可的基准，一个基准值可以通过采用更高级别的测量设备进行多次测量，取其平均值来确定；

3.6                    重复性：由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差；

3.7                    再现性：由不同评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件特性时测量平均值的变差；

3.8                    稳定性：也称“漂移”，是测量系统某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差；

3.9                    线性：在量具预期的工作量程内，偏倚值的差值。

3.10                量具R&R：测量系统重复性和再现性的综合变差的估计值。

3.11                参考值：被认可并同意基于参考或基准值作为一被测量物的数值比较，它可能是：一个理论值或基于科学原理而建立的数值；基于一些国家或国际组织的一个指定值；基于在一科学或工程组织主持的合作研究实验工作下，一致确定的数值；或者用于一特定用途，利用一可接受的参考方法所获得一致同意的可接受数值。与某一特定量化定义并被接受的一致的数值，按照惯例有时被接受用于某已知的目的。

4                         涉及部门

4.1                    质量部

4.2                    生产部

5                         一般原则（测量系统的统计特性）

5.1                    测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的，称为统计稳定性；

5.2                    测量系统的变异必须比制造过程变异小；

5.3                    变异应小于公差带；

5.4                    测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中较高者的十分之一；

5.5                    测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统最大的（最坏）变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者；

6                         程序

6.1                    测量系统分析（MSA）

6.1.1              本程序中介绍的测量系统分析（MSA）是指通过分析被测特性赋值的操作程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合，来获得测量结果的整个过程。所用的量具测量系统对每个零件能重复读数或能判断合格/不合格，但不包括非工业界的测量系统。

6.1.2              MSA主要是测量系统中的误差，这些误差包括：量具的偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性。由于在量具的周期检定过程中对其偏倚、线性和稳定性都由检定部门作了保证，因此，这里不做讨论，主要对重复性和再现性作分析和评价。

6.1.3              MSA的量具分类和分析方法

根据量具特性不同，可将量具分为计量型和计数型量具，对计量型量具进行测量系统分析时采用均值和极差法分析（&R分析法），对计数型量具采用假设试验分析法（具体方法见6.4.3.2）。

6.2                    MSA的范围

6.2.1              在产品工序控制计划中所标注的计量器具必须做MSA。

6.2.2              如果顾客有特殊要求，且在图纸中标有特殊特性的符号，对该参数测量的量具要求做MSA。

6.2.3              若图纸中没标明，但在工艺中标出是关键特性值，测量的量具要做MSA。

6.3                    MSA的管理

6.3.1              由测量系统分析员（本公司由计量管理员担任）根据质量控制计划中所列的量具制订《年度测量系统分析计划》；

6.3.2              由测量系统分析员到现场指定零件评价人测量零件，并记录数据。

6.3.3              分析员根据原始数据计算R&R值，并做出评价，形成报告，递交质量经理批准生效。对不合格的量具应分析查找原因，或更换新的量具。

6.4                    MSA过程

6.4.1              MSA的前期准备

6.4.1.1         选择评价人

评价人一般选择加工零件的操作工人或检验员，并由评价人对产品进行测量，选择的人数一般为2～3人。

6.4.1.2         确定取样零件

取样零件一般选择10个，且必须从生产过程中选取，并能够代表整个过程（或工作范围）。样本选择的时机可以为一个样本/天或者一个样本/小时。

6.4.1.3         仪器的分辨率

仪器的分辨率应是变差的1/10，在同等精度下为1/3～1/6的公差范围。

6.4.2              MSA数据的收集

6.4.2.1         由测量系统分析员事先选择好进行测量分析的项目、评价人、确定取样零件。并事先对零件进行编号。

6.4.2.2         测量的过程

6.4.2.2.1   对于计量型MSA，由三位评价人使用同一种测量方法，对指定的零件做2～3次测量。测量系统分析员记录下测得的数据，并将数据填入《计量型器具测量系统分析报告》；

6.4.2.2.2   对于计数型MSA，由三位评价人使用同一种测量方法，对指定的零件各做2~3次评价，测量系统分析员将判断的结果填入《计数型器具测量系统分析报告》；可接受的在方表格填 “1”，不可接受的在表格填“0”。

6.4.2.3         评价人事先应在不知道零件编号的情况下测量零件，在读数中应估计到可得到的最接近的数字，并且在测试过程中要细心，认真。

6.4.3              MSA数据的分析、处理

6.4.3.1         均值和极差法

1)        对每位评价人的测量平均值（a、b、c）和极差的平均值（a、b、c）分别进行计算。每个零件均值也进行计算。接下来计算评价人平均值极差DIFF，评价人极差平均值，和零件平均值的极差。

2)        对评价人极差控制上限UCLR和下限LCLR的分别按下列公式计算：

UCLR = ×D4*             LCLR = ×D3* 

3)        对评价人均值控制上限UCLX和下限LCLX，并按下列公式计算：

UCLX =            LCLX =

*对D4、D3、A2的数值可以查下表（ 控制图常数）

4)        按《计量型器具测量系统分析报告》提供的计算公式，计算出EV、AV、R&R、PV、TV、ndc的值，并根据接受准则做出合格性判断，填入《计量型器具测量系统分析报告》；

5)        在《计量型器具测量系统分析报告》中作图，分别在零件评价人平均值图、重复性极差控制图中划出控制线，按要求作图；

6.4.3.2         假设试验分析法

1)        计算期望的数量，按下列公式计算：

A0B0=A0总测量次数×B0总测量次数/总测量次数

2)        计算kappa值，按下列公式计算：

kappa =（P0-Pe）/（1-Pe）

P0：观测比例的总和

Pe：期部分的总和

有效性=做出正确决定的次数/总决定次数

错误率=实际不好判为好的/实际不好的

错误警报率=实际好判为不好的/实际好的

3)        测量系统分析员将根据接受准则做出合格性判断，填入《计数型器具测量系统分析报告》

6.5                    MSA接受准则

6.5.1              计量型MSA接受准则

6.5.1.1         量具重复性和再现性（R&R）的可接受性准则是：

低于10%的误差——测量系统良好，可以接受；

10至30%的误差——根据应用的重要性，量具成本，维修的费用等，可以是可接受的，并且应对测量系统进行分析；

大于30%的误差——测量系统不可接受。需分析各种问题加以改进，或更换新的量具。

另外，区别分类数ndc要能≥5

6.5.1.2         “计量型器具测量系统分析评价图”中，对“零件评价人平均值图”中的数据点50%应落在控制线外，才能说明零件变差远远大于测量系统变差；对“重复性极差控制图”中的数据点应全部在控制线之中。

6.5.1.3         重复性（R1）和再现性（R2）比较分析

1)        若R1＞R2，原因可能是：

仪器需要维护；

量具应重新设计来提高刚度；

夹具和检验点需要改进；

存在过大的零件内变差。

2)        若R1＜R2，原因可能是：

量具的刻度不清楚；

评价人需要更好地培训如何使用量具和读数；

需要某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性。

根据得出的R&R结果，要具体分析不符合原因，并制订相应纠正措施或更换新的量具。

6.5.2              计数型假设试验分析法接受准则 ：

Kappa值大于0.75则表示有很好的一致性(最大的Kappa=1) ；

Kappa值小于0.40则表示一致性不好。

6.5.2.1         根据得出的结果，要具体分析不符合原因，并制订相应纠正措施。如果不能改进该量具，则应更换量具并重新加以评定。

7                         流程图

7.1                    无

8                         表格和附件

8.1                    《计量型器具测量系统分析报告》

8.2                    《计数型器具测量系统分析报告》

9                         参考文件

9.1                    MSA测量系统分析手册

10                      修改说明

10.1                新程序第零次修改