测量系统分析管理程序
文件编号：G-YF10-A/0
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北京国瑞升科技有限公司
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CX01-JL07
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1. 目的
测量系统分析管理程序
1.1 了解测量器具量测的性能，是否能满足测量要求。
1.2 对新进或维修后的量测设备，能提供一个客观正确的变异分析及评价
量测质量。
1.3 应用统计方法来分析测量系统的再现性及重复性，作为下列各项事项
的参考：
1.3.1 试验设备是否需要校验； 1.3.2 是否可供使用；
1.3.3 是否有人为因素造成其失准； 1.3.4 是否需要修正校验的周期及频率。 2. 范围
适用于公司测量系统的分析。
除客户特别要求，测量系统分析（MSA） 只作重复性和再现性的分析。 3. 职责
3.1 主管副总经理或总经理：负责对制定的MSA管理程序进行审核和批准
生效，并监督各部门的执行效果，随时检验，对该项目产生的有关技术成果进行评审。
3.2 质量管理部门负责公司MSA工作的推进与归档管理工作，负责公司计
量仪器的定时校验。
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第1页 共 13页 3.3 技术研发部门在设备进行更换或购买新计量仪器时，提出该计量仪器
的具体技术要求。 4. 工作程序
4.1 测量系统分析的基本概念与原理
4.1.1 测量系统分析是指以统计学的方法来了解测量系统中的各个波动源，以及它们对测量结果的影响，并给出本测量系统是否合乎使用要求的判断。测量系统波动常用的评估项目为：稳定性，偏倚，线性，分辨力，
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第2页 共 13页 重复性和再现性。稳定性是指测量系统的各个计量特性（主要是指偏倚和精度）在时间范围内保持恒定的能力。偏倚是指多次测量理论上的平均值μ与其参考值之间的差异。线性是指在测量系统预期的量程范围内，各点处的偏倚与参考值呈线性关系。分辨力是指测量仪器能够读取的最小测量单位。重复性是指由同一测量人员用同一测量仪器重复测量同一测量对象时所存在的差异。再现性是指由几个不同的测量人员用同一测量仪器对同一被测对象进行测量时存在的差异。其中重复性和再现性一同构成了测量系统精确度分析的内容，是测量系统分析的重点。 4.2 测量系统分析计划的制订； 4.2.1 确定要采用的研究方法；
4.2.2 在考虑如下因素基础上确定测量者的数量、样件数量和重复测量次 数。
4.2.2.1 特性重要性—如研究测量关键特性的测量系统需要采用更多的样件或增加对每个样件的重复测量次数，以保证分析结果的置信水平。 4.2.2.2 被测对象的结果特点—对难以取样的零件采用较少数量的样件，增加对每个样件的重复测量次数来保证分析结果的置信水平。 4.2.3 选择日常使用过程的测量系统人员参加研究。 4.2.4 在过程中选择能够代表过程的整个工作范围的样件。 4.2.5 量具最小刻度应该不超过预期的过程变差的十分之一。 4.2.6 规定测量所应遵循的程序，确定要测量的特性。
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第2页 共 13页 4.2.7 设计测量系统分析的研究方式。 4.2.7.1 确保各次读数的统计独立性；
4.2.7.2 测量读数应该顾及到可能获得的最接近数值； 4.2.7.3 规定专人对测量系统分析的过程进行监督； 4.2.7.4 每个测量者都应以同样的方法和步骤获取读数；
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第3页 共 13页 测量系统分析控制点及测量频次测量系统分析控制点流程 参数 统计责任分析人 工具 75μ空白聚酯薄膜千分表 厚度仪 光学R＆R测厚仪器（选用同一批次产分析 仪 员 粗糙度仪 电子重量 天平 分析 粗糙度 R＆R分析 R＆R砝码 普通 AO3-62B（选用同一破坏批次产品） 性 管理品） 普通 R＆R（选用同一批次产分析 品） 75μ空白聚酯薄膜普通 测量载体 性质 测试仪器分析 计量仪器分析频次标准：
（1） 每年需对计量仪器进行分析，并要有相应的标示。 （2） 当使用仪器的操作出现变更时，需对该仪器进行分析。
（3）当使用仪器出现变更时，如出现维修或购买新的仪器，需对该仪器进行分析。 4.3 重复性和再现性 4.4.1.术语
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第3页 共 13页 4.4.1.1 重复性—又称设备变差（符号EV），是指在固定和规定的测量条件下由同一测量者使用一种测量仪器，连续（短期）多次测量同一试样的同一特性时获得的测量变差。它是系统内变差。
4.4.1.2 再现性—又称评价人变差（符号AV），是指由不同的评价人使用相同的测量仪器，测量同一试样的同一特性时测量平均值的变差。它是系统间变差。
4.4.1.3 GRR—又称量具重复性和再现性，它是对测量系统重复性和再现性合成变差的估计。
4.4.1.4 零件变差—符号PV，指零件与零件之间的变差。
4.4.1.5 分级数—符号ndc，指覆盖预期的产品变差所用不重叠的97%置信区间的数量。
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第4页 共 13页 4.4.1.6 计算公式EV为设备变差，EV= R*k1，其中R=（Ra+Rb+…+Rn）/n，Rn为第n个人测量全部样品的极差平均值，n为评价人数量，k1为系数，k1=5.15/d2，d2为系数，查附表取得。AV为评价人变差，AV=
(Xdiff*k2)2(EV2/nr)，其中Xdiff=MAX（Xa，Xb…，Xn）-MIN（Xa，
，k2为系数，k2=5.15/d2，d2为系数，查附表取得。n=样本数，Xb…，Xn）
r=每个样本的测量次数。R＆R为测量系统误差，R＆R2为测量系统方差
22，而MS = EV2AV2。PV为部品误差，PV=Rp*k3， Rp 为所有观MS测者对同一样品测量平均值行的极差，k3为系数，k3=5.15/d2，d2为系数，
22查表取得，PV2为过程方差P。TV为总误差，TV2为过程总方差T，222=P+MS。Gage R＆R为测量系统波动占过程整体波动的百分比，Gage TR＆R=
RRMS=，P/T 为测量系统精度占公差的百分比，P/T= TVTp6MS。ndc为分级数，ndc=1.41。
USLLSLMS4.4.2.研究前的准备4.4.2.1 样本的选取
选择同一型号规格的10个试样，这10个试样必须能代表实际的过程变差范围，即这批试样应包含这个规格的从最大到最小的不同值。（试样个数由分析人员根据置信概率和试样的可获得性来确定，一般不得少于5个） 4.4.2.2 人员选择
选择一名工艺员负责数据的记录、采集，三名专门从事此试样测量的人员（操作工）进行实际测量。（实际测量人数由分析人员根据置信概率
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第4页 共 13页 要求和选择的试样个数来确定，但不得少于2人） 4.4.2.3 测量器具
测量器具选用平时所用的器具或相同型号、精度、分辨率的器具并确保此测量器具准确可靠。测量设备的分辨力应允许至少直接读取特性的预
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第5页 共 13页 期过程变差的十分之一。 4.4.3.数据采集步骤 4.4.4.数值的计算 4.4.5结果分析
4.4.5.3 报告表中的数据分析 4.4.5.3.1 均值图
通过极差均值确定的全部均值和控制限可形成均值图，此图结果提供了测量系统的“可用性”指示。控制限内部区域表示的是测量灵敏度“噪声”。因为研究中使用的试样子组数代表过程变差，大约一半或更多的均值应落在控制限以外，这样的测量系统应该能够充分探测试样-试样之间的变差并且测量系统能提供对过程分析和过程控制有用的信息。如果少于一半的均值落在控制限外，则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。 4.4.5.3.2 极差图
极差控制图用于确定过程是否受控，这也是我们要在测量研究完成前识别并去除特殊点的原因。若所有的极差都受控，则所有测量者的工作状态是相同的；若一个测量者不受控，说明他的方法与其他人不同；若所有测量者都不受控，则测量系统对测量者的技术很敏感，需要改善以获得有用的数据。通过极差图可以帮我们确定与重复性有关的统计控制及测量过程中测量者之间对每个试样的一致性。
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第5页 共 13页 4.4.5.3.3 报告表中的数据分析
报告表左侧测量单元分析中计算的是变差的每个分量的标准偏差。报告表右侧计算“总变差%”。该分析可以估计变差和整个测量系统占过程变差的百分比以及其重复性、再现性和零件与零件间的变差的构成，这些信息需要与作图分析的结果相比较，并作为作图法补充。 4.4. 6. 接受准则
4.4.6.1 误差低于 10%—通常认为测量系统是可接受的。
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4.4.6.3 超过 30%—认为是不可接受的，应该作出各种努力来改进测量系统。
4.4.6.4 过程能被测量系统区分开的分级数（ndc）应该大于或等于 5。 4.5. Mintab制作GageR＆R过程示例
鉴于我们的产品试验都是破坏性的，此处举出一个破坏性的例子： 例：某军工单位生产新型射孔弹，需要进行射孔试验。考虑到产品无法重复使用，从15批产品中个抽取2个射孔弹，安排3名操作员，每人对15批射孔弹各测取2次射孔深度的数据（假设同一个人在同一批次内的2次测量是重复测量）。已知公差要求为16，试分析该测量系统。
先在Mintab表中生成数据，从“统计>质量工具>量具研究>创建量具R＆R研究工作表”如下图所示：
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2.指定“部件数”为“5”，“操作员数”为“3”，“操作员名称”分别为“甲”“乙”“丙”，指
定
“
仿
行
数
”
为
“
2
”
。
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4.运行命令后生成一个标准序和运行序，在表中输入数据，得到如下图所示的工作表：
5.记录人员按照运行序对试样进行测量，并把测量结果填入测量值一列，
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第9页 共 13页 得到如下图所示：
6.选择“统计>质量工具>量具研究>量具R＆R研究（嵌套）”进入，
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8.选择“选项”，在“过程公差”中的“规格上限-规格下限”中输入“16”，“标题”为“破坏性试验的测量系统分析”，如下图所示：
9.运行命令后可以得到如下图所示的会话窗口输出和分析图形：
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上图显示主要是波动源反差分析和测量系统能力的计算结果。容易看到重复性方差为2.5333；再现性方差为0，则重复性与再现性方差求和为
2222.5333（此即MS）；过程方差P为11.2583；两项求和得到T=13.7917.
再经过一些简单运算可以得到GageR＆
R=42.86>30%，%P/T=59.69>30%，可见重复性和再现性的水平都不高。ndc=2<5，可见分辨力较弱。在计算方差分量的估计值时有可能出现负值，这时应自动将其修改为0，这时说明此项方差分量很小。本例中“再现性”方差分量为0，说明再现性误差很小，但重复性误差实在是太大了，无论
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第11页 共 13页 是从GageR＆R，P/T，还是从ndc，都可以看出该测量系统不合格。我们必须切实改进测量系统进行再次评估，然后才能使用。
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这是一张六合一的图形。其中左上图是波动源各分量大小的条形图，生动地展示了会话窗口中的计算结果。
红色条形图的百分比贡献表示个波动分量的方差与总体波动分量的
2MS方差之比，即2 ；绿色条形的百分比研究变异表示各波动分量的标准
T差与总体波动分量的标准差之比，即
MS；蓝色条形的百分比公差表示各T6MS。由于%GageR＆R
USLLSL波动分量的标准差的6倍与公差之比，即
指标要小于0.1才合格，分子分母同时平方后可以看出，量具R＆R的红色条形高度要小于1%才合格，也就是说，量具R＆R的红色条形高度与部件间的红色条形高度之比小于1/99才行。本例中，虽然部件间的红色条形已经很高大了，但仍然不够。
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第12页 共 13页 左中图、左下图显示的是以同一个检验员同一部件为分组变量的Xbar-R“控制图”（严格讲这并不是控制图）。左中图是以每个测量员测量同一部件的极差形成的R图，数据点绝大多数应该落在控制限之内。本例中虽然所有数据点都落在控制限之内，说明各部件测量结果的极差并无特
三级文件 测量系统分析管理程序 A北京国瑞升科技有限公司 文件编号：G-YF10-A/0 页码：第13页 共 13页 异者，但此控制限范围太宽说明重复性误差太大；左下图是以所有部件的总平均值为中心，以重复观测的标准差为标准差绘制的常规控制图，正常情况应该是绝大多数平均值点落在控制域外，因为越多的数据点超出Xbar图的控制限，表明过程实际的波动越大，同时表明测量系统能力越高。左中图、左下图在分析测量系统性能上其实不是十分准确有效的，只能供参考。
右上图是按部件分组的测量结果运行图，一般均值连线的变化越大，表明过程实际的波动越大；均值周围的多个散点分布越集中，表明重复性与再现性的波动越小。
右下图是按人员分组的测量结果运行图，这条均值的连线的变化越小，表明再现性的波动越小。由于各部件相差悬殊，将每个测量员的全部结果平均之后，一般都看不出显著差异，此图没有什么参考价值。 5. 相关文件
无 6. 记录 附表 系数d2表
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样 本 数 检查员人数 d2 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.41 1.91 2.24 2.48 1.28 1.81 2.15 2.4 1.23 1.77 2.12 2.38 1.21 1.75 2.11 2.37 1.19 1.74 2.1 2.36 1.18 1.73 2.09 2.35 1.17 1.73 2.09 2.35 1.17 1.72 2.08 2.35 1.16 1.72 2.08 2.34 1.16 1.72 2.08 2.34 附表 系数d2表
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