加载中…质量管理体系核心工具——MSA测量系统分析（MeasurementSystemsAnalysis）
(2025-08-19 11:18:58)
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前 言
测量分析系统（MSA）汽车行业在采用质量管理体系标准ISO/TS 16949:2002
时所涉及的五种核心工具之一。
本文简明阐述了五个问题：
何谓测量系统？
为什么要对测量系统进行分析？
对测量系统分析要分析什么？
如何分析测量系统的五性？
对测量系统进行研究分析了怎么办？
一、何谓测量系统
定义：是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合。也就是说，用来获得测量结果的整个过程。
由这个定义可以将测量过程看作一个制造过程，其产生的输出就是数值(数据)。这样看待一个测量系统是很有用的，因为这样让我们明白已经说明的所有概念、原理、工具，这在统计过程控制中早已被证实它们的作用。
检验本身就是一个过程。
二、为什么要对测量系统进行分析
测量数据的质量：
数据的质量取决于多次测量的统计特征：偏倚及变差。
高质量数据——对某一特定特性值进行多次测量的数值均与该特性的参考值“接近”。
低质量数据——测量数据均与该特性的参考值相差“很远”。
理想的测量系统——零偏倚、零变差。
理想的测量系统不存在，为什么?
由于测量系统变差源：标准、人员（评价人、）仪器（量具）、工作件（零件）、程序（方法）、环境的作用结果，使得观测到的过程变差值与实际的过程变差值不相等。
三、对测量系统分析要分析什么
前面我们谈到，数据的质量取决于处于稳定条件下进行操作的测量系统中，多次测量的统计特征：偏倚和变差。
为此，我们引伸出如下一些术语：
1. 位置变差
偏倚：观测到的测量值的平均值与参考值之间的差值。
准确度：与真值（或参考值）“接近”的程度。
稳定性：别名：漂移。
随时间变化的偏倚值
线性：
在量具正常工作量程内的偏倚变化量。
2. 宽度变差
精确度：每个重复读数之间的“接近”程度。
重复性（设备变差）：E、V
一个评价人、同一种仪器、同一零件的某一特性，在固定的和已定义的测量条件下，连续（短期内）多次测量中的变差。
再现性（评价人变差）：A、V 不同评价人、同一种仪器、同一零件的某一特性的测量平均值的变差。
GRR或量具的重复性和再现性：是重复性和再现性的联合估计值。
3. 对测量系统的五性分析
位置变差 宽度变差
偏倚 重复性
稳定性 再现性
线性
对测量系统研究分析可供：
—— 接受新测量设备的标准
—— 两个测量装置的比较
—— 测量设备维修前后的比较，计算过程变差及 生产过程可接受性的水平
—— 绘制量具性能曲线
四、如何分析测量系统的“五性”
评价一个测量系统需考虑：
具有足够的分辨力和灵敏度。
10比1规则：测量设备要能分辨出公差或过程变差的至少十分之一以上。
测量系统必须是稳定的，应处于统计受控状态，计测量系统中的变差只能由普通原因造成。
统计特性在预期的范围内一致，并满足测量目的：
为了产品控制，测量系统地变差必须小于规范限值
为了过程控制，测量系统地变差应该能小于制造过程变差，并能证明具有有效的解析度。
五. 对测量系统进行研究分析了怎么办
与其他所有过程一样，测量系统受随机的和系统的变差来源影响。这些变差是由普通原因和特殊（无次序的）原因造成的。为了提高测量数据的质量，必须使测量系统变差尽可能减小，重要的是识别变差来源，消除和降低变差源的影响。
针对测量系统的“五性”研究分析，识别影响“五性”的变差源。
1. 造成过大的偏倚的原因;
仪器需要校准
不适当的校准或调整
仪器、设备或夹具磨损
仪器质量不良
基准的磨损或损坏
线性误差
使用了错误的量具
不同的测量方法—作业准备、技巧
测量的特性不对
变形（量具或零件）
环境—温度、湿度、振动、清洁
错误的假设，应用的常数不对
应用—零件的数量、位置、操作者技能、疲劳、观测误差（易读性、视差） 在校准过程所使用的测量程序（如：使用“基准”
），应该尽可能地与正常操作的测量程序一致。
2. 造成不稳定的可能因素有：
仪器需要校准，缩短校准周期
变形（量具或零件）
仪器、设备或夹具的磨损
仪器缺少稳健的设计或方法
正常的老化或磨损
仪器质量不好—设计或符合性
维护保养不好—空气、动力、液体、过滤器、 腐蚀、尘土、清洁
基准的磨损或损坏，基准的误差
不适当的基准或调整
不同的测量方法—作业准备、夹紧、技巧
环境变化——温度、湿度、振动、清洁
错误的假设，应用的常数不对
应用— 零件数量、位置、操作者技能、疲劳、 观测误差（易读性、视差）
3. 造成线性误差的可能原因有：
仪器需要校准，缩短校准周期
应用了错误的量具
仪器、设备或夹具的磨损
维护保养不好—空气、动力、液体、过滤器、 腐蚀、尘土、清洁
错误的假设，应用的常数不对
基准的磨损或损坏，基准的误差——最小/最大
不适当的校准（没有涵盖操作范围）
仪器质量不好——设计或符合性
仪器缺少稳健的仪器设计或方法
不同的测量方法——作业准备、夹紧、技巧
随着测量尺寸不同，（量具或零件）变形量不同
环境——温度、湿度、振动、清洁
应用—零件数量、位置、操作者技能、疲劳、 观测误差（易读性、视差）
4. 造成重复性的可能原因有：
零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面粗糙程度、锥度、样本的一致性
仪器内部：维修、磨损、设备或夹具的失效、质量或保养不好
标准内部：质量、等级、磨损
仪器一致性不好
方法内部：作业准备、技巧、归零固定、夹持、点密度的变差
评价人内部：技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳
环境内部：对温度、湿度、振动、清洁的小幅波动
错误的假设——稳定、适当的操作 l 量具误用
失真（量具或零件），缺乏坚固性
应用—零件数量、位置、观测误差（易读性、视差）
5．造成再现性的可能原因有：
零件之间（抽样样本）：使用相同的仪器、操作者和方法 测量A、B、C零件类型时的平均差异
仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用A、B、C仪器测量的平均值差异
标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响
方法之间：由于改变测量点密度、手动/自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成的平均值差异
评价人（操作者）之间：评价人A、B、C之间有与培训、技巧、技能和经验所造成的平均值差异
环境之间：在经过1、2、3等是时段所进行的测量，由于环境周期所造成的平均差异。这种研究常用于使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定。
研究中的假设有误
缺乏稳健的仪器设计或方法
操作者培训的有效性
应用——零件数量、位置、观测误差（易读性、误差）
注：传统上将再现性称为“评价人之间”的变差。手动仪器通常的确受操作者技能影响。但是对于操作者不是变差主要原因的测量过程（例如：自动的测量系统），影响再现性的原因是指测量系统之间或条件之间的平均值变差。
6. 再现性大于重复性的原因（当为手动仪器测量时）：
操作者培训不够
量具刻度不清
需要夹具帮助
7. 重复性大于再现性的原因：
量具需要维护
量具需要新设计来提高刚度
夹紧或检测点需改进
存在过大的零件内变差——形状、位置、表面光洁度、锥度、样本的一致性
8. 影响一致性的因素有：
零件的温度
电子设备必要的予热
设备磨损
注：一致性是系统随着时间变化，测量变差的差值。它可以看成是重复性随时间变化的差值。影响一致性的因素都是特殊原因变差
评价结果，采取改进措施
测量系统分析开始于理解测量的目的与过程，并通过对测量数据的收集、整理、分析、评价，从而确定测量装置对其预期的应用来说是否可接受。如不可接受，则应分析影响测量系统差变影响因素，采取措施，进而控制和改进测量系统，提高测量数据质量，以便能更好地为产品控制和过程控制的决策提供更准确、有用的信息。
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