1.目的为规范试生产及批量生产过程中的测量系统分析流程，明确测量系统分析的方法、实施要求及相应职责，确保有效实施测量系统分析，特制定本办法，下面我们就来聊聊关于测量系统的六种指标?接下来我们就一起去了解一下吧!

测量系统的六种指标

1.目的

为规范试生产及批量生产过程中的测量系统分析流程，明确测量系统分析的方法、实施要求及相应职责，确保有效实施测量系统分析，特制定本办法。

2.适用范围

本办法适用于各类能重复读数的测量系统。

3.术语与定义

3.1测量系统分析（MSA）：使用统计分析方法对各种测量和试验设备系统的结果中呈现的变差进行分析，以评估测量系统的变差是否可接受。

3.2测量系统：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。

3.3偏倚：对相同零件上同一特性的观测平均值与真值（参考值）的差异。

3.4稳定性：经过一段长期时间下，用相同的测量系统对同一基准或零件的同一特性进行测量所获得的总变差。也就是说，稳定性是整个时间的偏倚变化。

3.5线性：在测量设备预期的工作（测量）量程内，不同基准值处偏倚值的差异。线性可被视为偏倚对于量程大小不同所发生的变化。

3.6重复性：同一评价人用同一种测量仪器对同一零件上的同一特性进行多次测量所获得的测量值变差；它是设备本身的变差（EV）。

3.7再现性：不同的评价人使用相同的测量仪器对同一产品上的同一个特性进行测量所得的平均值的变差，它是评价人之间的变差（AV）。

3.8 GRR或量具的R&R：结合了重复性和再现性变差的估计值。换句话说，GRR值等于系统内部变差和系统之间变差的和，即：。

4.引用文件

测量系统分析参考手册

5.职能职责

部门/角色

职能职责

事业(本)部质量管理部/工厂质控部

确定测量系统分析的时机和范围；

确定测量系统分析特性，并制定测量系统分析计划；

组织对测量系统进行数据采集并进行分析与反馈；

对于分析结果不能接受的测量系统，由事业(本)部/工厂制造工程部、质量部等联合查找原因进行整改，然后重新进行分析评定直至可以接受。

6.管理内容及规定

6.1 测量系统分析的准备

6.1.1 确认测量设备：

1）实际所用测量设备必须与相关工艺文件相符合，且处于有效受控状态，测量系统的变差只存在变差的普通原因，而不存在变差的特殊原因；

2）测量系统的变差必须小于制造过程的变差；

3）测量系统的变差必须小于技术规范界限。

6.1.2 确认评价人（或测量人员）：

1）确定评价人的数量；

2）参与测量系统分析数据采集的评价人必须经过相关培训并具备岗位资质，熟悉和了解使用测量设备的操作程序，避免因操作不一致而影响测量系统的可靠性。通常选择日常使用此测量设备的操作者或检查员作为评价人；

6.1.3确认环境条件：测量的环境条件满足工艺文件的相关规定；

6.1.4确认测量所使用的方法： 具体采用的测量方法要求与相关工艺文件规定一致；

6.1.5确定样本数量：选择适当的样本数，并考虑是否要选取代表其整个工作范围的样本；

6.1.6 确认读数要求：确认重复读数的次数等，偏倚分析时，要求仪器有足够的分辨力，至少可直接读取特性的预期过程变差的三分之一。

6.2 测量方式

6.2.1测量应该以随机次序进行，评价人不应知道正在检查零件的编号和参考值，评价人应知道正在检查零件的编号，并相应记下数据；

6.2.2对设备的读值，应该按测量仪器分辨力的实际极限记录测量值。在设备读数中，测量值应记录到引起分辨率的实际限度。机械装置必须读取和记录到最小的刻度单位。对于电子读数，测量结果必须按共同原则以记录最准确的有意义显示数值。类比式装置及模拟装置或者仪器刻度比较“宽”，那么可以记录至最小刻度的一半。

6.3 测量系统分析的方法

计量型测量系统分析包括重复性与再现性（GR&R）分析、偏倚分析、线性分析、稳定性分析方法；

计数型测量系统通常利用假设试验分析法（交叉表法）来分析。

6.3.1 重复性与再现性（GR&R）分析

6.3.1.1均值极差法（Xbar-R法）及方差分析法（ANOVA法）：

均值极差法及方差分析法是用于评价计量型测量系统的重复性与再现性的最常用方法。两种分析方法的样本选择及数据采集过程相同。通常选择十个样本件，三名评价人，每个评价人对每个样本件分别测量三次。样本选择及数据采集的具体方法如下：

1）样本的选择：要求样本件能够代表过程变差实际或预期范围（测量系统分析参考手册第四版要求基于6σ即满足99.73%的分布范围）。实际执行中应从长期生产过程中的大量工件中挑选，就其被测特性参数而言，能够包含接近公差上下限的临界样件）。

2）数据的采集：要求以“盲测”的方式按随机顺序进行。所谓“盲测”，是指在每个样本件的隐蔽位置编号，以避免评价人在测量过程中看到，最大可能减少主观影响造成的数据偏差。“随机顺序”理论上是指评价人及样本件交互随机排序，考虑工作效率，通常只按样本件的随机顺序进行，允许一个评价人连续完成同一轮样本件的随机测量，然后再换另一个评价人开始10个样本件的第二轮随机测量。当测量大型零件或不可能同时获得数个零件时，可变更为评价人随机顺序或评价人与样本件交互随机顺序。采集到的数据由记录人即时对应填写到附件5《重复性和再现性分析（GR&R）数据记录表》中。

注：在进行数据采集时可以在每个样本件上标出测量位置和测量方向，以保证每个测量人员重复测量的是被测件的同一特性，如对气缸体的缸孔直径测量时应事先统一标记好被测直径的深度位置和方向，以尽量消除缸孔本身的圆柱度误差给测量过程引入的影响。

均值极差法（Xbar-R）是一种可同时对测量系统提供重复性和再现性估计值的研究方法。该方法允许将测量系统变差分解成重复性和再现性两个独立的部分，但不能确定它们两者的相互作用。

6.3.1.2嵌套法

破坏性测量系统的重复性和再现性分析最常用的评价方法为“嵌套法”。 因其测量成本较高所以通常选择五“个”样本件，三名评价人，每人重复两次。

1）样本的选择：破坏性试验意味着每一样件只能进行单次使用和测量，无法进行常规意义上的重复测量，所以所谓对“同一个”样本“重复”测量只是近似意义上的“同一个样本”，即假定来自于同一批零部件的相似程度足够高，以至于可以把它们当作是“同一个样本”。所以样本的准备应是：来自于五个批次（五个批次之间的差异应足够明显，能够代表整个过程变差），每个批次各选取6件（此6件要尽可能相同，可以被当作“同一个样本”，以供三名评价人分别“重复”测量两次），共计30个样本件。

2）数据的采集：

对30个样件分别编号进行数据采集。采集过程可参照6.3.1.1中“（2）数据的采集”的内

容。采集的数据对应填写到附件5《重复性和再现性分析（GR&R）数据记录表》中。

6.3.1.3重复性和再现性研究步骤：

1）取得一个能够代表过程变差实际或预期范围的样本(n﹥5)；

2）选择两到三名平时使用该量具的操作人员，并给其编号为A、B、C等，对零件从1到n进行编号；

3）评价者A以随机顺序，使用某量具测量n个零件，单一量具对每个零件的测量次数不少于三次，并记录好测量数据；

4）评价者B和C按照同样的方法，使用相同量具依次测量这n个零件，并作好记录；

5）以相同的方法和步骤对其他工位设备进行分析；

6）数值计算：按GR&R数据表和报告表计算相关数据，并根据接收准则来判定测量系统的可接受性。

6.3.1.4重复性和再现性分析 ：打开附件6《重复性和再现性分析（GR&R）报告》的Excel模板，在工作表—原始数据表中输入事先采集的原始数据与相关信息，便会在工作表—重复性与再现性分析报告中自动生成均值控制图及极差控制图，同时计算出%EV，%AV，%GRR，ndc等参数，然后根据测量系统分析参考手册给出的重复性和再现性的参考判定准则进行分析并判定结论。

测量设备重复性和再现性的接受判定准则：

1）%GRR的判定：

%GRR低于10％ ——认为测量系统是可接受的。

%GRR在10％到30％之间 —— 基于应用的重要性、测量装置的成本、维修的成本等方面的考虑，可能是可接受的。

%GRR超过30％ —— 认为是不可接受的，应该改进测量系统。

2）分级数(ndc) 的判定：

要求过程能被测量系统区分开的分级数(ndc)大于等于5。

3）均值控制图的判定：

要求均值控制图上超出上下限的点值不少于50%，此种状态说明测量系统能够有效区分零件间的差异。

4）极差控制图的判定：

要求极差控制图不能有点值超出控制限，此种状态说明评价人的技能水平可以接受。

极差分层要不少于4层，表示测量系统具备足够的分辨力。

根据判定准则得出结论。对于不能接受的测量系统可从以下方面查找原因：

（1）如果重复性%EV比较大，原因可能是：

――仪器需要维修；

――可能需要对测量设备重新设计以获得更好的保证；

――需要对量具的夹紧或固定装置进行改进；

――零件内变差过大。

（2）如果再现性%AV比较大，原因可能是：

――评价人需要培训；

――测量设备刻度不够清楚。

（3）如果重复性与再现性%GRR比较大且%PV低于95%，原因可能是：

挑选的样本件特性值接近，不能够代表过程变差实际或预期范围。需要重新挑选符合要求的样本件重新进行数据采集进行分析。若限于当前条件没有足够的样本代表过程，可在征得顾客同意的前提下采用规范公差通过以下公式求得TV代替过程变差：

6.3.2偏倚分析

偏倚分析是利用独立样件法对相同零件上同一特性的观测平均值与真值（参考值）的差异进行评价。

1）样本的选择：选择一个相对稳定的样件，利用高一级精度的测量设备获得其基准值（参考值）。

2）数据的采集：利用被评价的测量系统重复采集15组数据，并记录到附件2《偏倚分析报告》中。

以上方法适用于简单测量系统的常规偏倚分析的数据采集。

对于复杂测量系统，如拧紧测量系统或硬度测量系统等，由于其具有不可重复性或破坏性的特点，无法进行常规意义上的重复测量，对此类测量系统进行偏倚分析的数据采集可采用“同步比对法”（以拧紧测量系统为例）：

（1）样本的选择：从稳定过程的大量（大于30）样本中选择具备统计上的一致性的15个样本，将其收集隔离为“独立样件群”，整体作为一个广义上的“独立样件”参与数据分析。注：拧紧过程的样本件应是成对的，如连杆体和连杆螺栓。

为保证样本的一致性要求，取样时可从以下几个方面进行考虑：

为减少样本选择过程的变差，整个取样过程最好是一次性完成；

保证所有样件均来自同一个稳定连续的生产过程，即样件具有相同的原材料，来自相

同的生产加工设备、相同的操作者和相同的生产环境等；

对样件的相关属性，如可能影响拧紧过程的各项特性值（螺纹中径、螺距、牙型半角、材质、机械性能等）进行检测并剔除异常产品，同时通过检测数据对过程能力进行研究，确定其总变差为可接受，即生产过程是稳定过程，使被选样本真正具备统计意义上的一致性；

样本挑选完毕后要妥善保存，保证这批样本在预期评价周期内其被测特性不会发生改变（如有发生改变的样本必须剔除）；

一般需保证有15至20对备选样本。

（2）数据的采集： 实际评价过程中选取15对样本，分别由拧紧机（经校准其示值误差为3%）按工艺设定值对螺栓进行拧紧，拧紧过程同步连接QRTT扭矩传感器，记录拧紧机显示的扭矩观测值Xi对应记录到附件2《偏倚分析报告》中的“观测值”一栏中，传感器显示的同步参考值Xr记录到“参考值”一栏中。如此共进行15组数据的测试，计算每一组的差值作为测量系统的偏倚进行统计分析。

（3）偏倚分析：打开附件2《偏倚分析报告》，在工作表—原始数据表中输入事先采集的原始数据与相关信息，便会在工作表—偏倚分析报告中自动生成偏倚的直方图，并计算出偏倚的置信上下限（置信水平默认为95%），并根据MSA参考手册的判定标准生成结论。

偏倚分析结果可接受的判定准则：

a）“0值”介于置信上、下限之间；

b）偏倚直方图近似正态分布。

根据判定准则得出结论。对于不能接受的测量系统可从以下方面查找原因进行整改：

——标准或基准值有误，检查标准数据；

——仪器测量了错误的特性；检查测量要求；

——仪器未得到完善的校准，评审校准程序；

——评价人设备操作不当，评审操作规范或作业指导书；

综上，如果测量系统偏倚分析结果不能接受，可以通过硬件、软件或两项同时调整达到可以接受。如果偏倚仍不能调整到0，也可以通过对测量结果进行修正的方法使用。

6.3.3线性分析

对于日常使用中测量（工作）范围较广、对量程覆盖程度较大的通用型测量系统应该在必要时进行线性分析。

1）样本的选择：几个分布在被评价测量系统量程内的固定的可追溯到相关标准参考值的

基准件。通常采用校准测量设备所用的标准件。其标准参考值可利用高精度测量设备事先获得。如对测量范围（0～25）mm的千分尺进行线性分析，可利用标称长度为5，10，15，20，25的五块量块作为基准件，量块的实际校准尺寸为事先获得的基准值。

2）数据的采集：线性分析的数据采集要求选定一名评价人，对每一个基准件重复测量12次，采集的原始数据对应填入附件4《线性分析报告》中。

3）线性分析：打开附件4《线性分析报告》，在工作表—原始数据表中输入事先采集的原始数据与相关信息，便会在工作表—线性分析报告中自动计算出各点值的偏倚均值点及其拟合的最小二乘直线的斜率及截距，同时生成线性图，线性图上还自动绘出其拟合直线的置信带（置信水平默认为95%）及0偏倚线。根据MSA参考手册的判定标准自动生成结论。

线性分析结果可接受的判定准则： “0偏倚线”完全位于置信带之间。

根据判定准则得出结论。对于不能接受的测量系统可从以下方面查找原因进行整改：

——在工作范围内上限或下限内仪器没有正确校准，应重新进行全量程校准。

——最小或最大值校准量具出现偏差，应重新选择合适的标准件进行校准。

——仪器局部磨损严重。应立即进行检查，必要时进行调修。

——仪器固有的设计特性。可考虑采用合适的方式进行修正。

6.3.4稳定性分析

对于使用频次较高的、关键的通用型测量系统应该在必要时进行稳定性分析。

6.3.4.1均值极差控制图法稳定性分析：

1）样本的选择：一个固定的可追溯到相关标准参考值的基准件。通常采用校准测量设备所用的标准件或其所配备的标准件。其标准参考值可利用高精度测量设备事先获得。

2）数据的采集：稳定性分析的数据采集要求选定一名评价人，以一定的周期间隔对基准件进行测量，通常每个周期间隔采集五次数据作为一个子组，共持续25个子组。采集周期及子组的多少也可根据测量系统的实际情况进行调整，考虑的因素应包括要求重新校准或维修的频率、使用测量系统的频率，以及操作条件的重要性等。采集数据时应该注意在不同时间下取得多次读数，以代表测量系统的实际使用情况，如考虑在一天之中因为热机、周遭或其它因素可能发生的变化。采集的原始数据对应填入附件3《稳定性分析报告》中。

3）稳定性分析：

打开附件3《稳定性分析报告》，在工作表—原始数据表中输入事先采集的原始数据与相关信息，便会在工作表—稳定性分析报告中自动生成均值控制图（如图1所示）、极差控制图及相关的计算结果，分析人员可根据控制图特殊原因判定准则对图表进行分析判定得出结

论。



图1 均值控制图

均值控制图特殊原因的判定准则如下：

a）一个点远离中心线超过3个标准差（即分布在图1所示的上、下控制限以外。口诀：

“1界外”）；

b）连续三点有两点距中心线的距离超过2个标准差（即分布在图1所示的A区及A区以外。口诀：“A”）；

c）连续五点有四点距中心线的距离超过1个标准差（即分布在图1所示的B区及B区以外。口诀：“B”）；

d）连续7点位于中心线一侧（口诀：“7单侧”）；

e）连续6点上升或下降（口诀：“6连续”）；

f）连续14点交替上下变化（口诀：“14交替”）；

g）连续15个点排列在中心线1个标准差范围内（即分布在图1所示的C区。口诀：“15全C”）；

h）连续8个点距中心线的距离大于1个标准差（即分布在图1所示的C区以外。口诀：“8缺C”）。

极差控制图的判定准则如下：

要求极差控制图不能有点值超出控制限，此种状态说明评价人的技能水平可以接受。

极差分层要不少于4层，表示测量系统具备足够的分辨力。

根据判定准则得出结论。对于不能接受的测量系统可从以下方面查找原因进行整改：

——仪器的校准时间间隔过长，需要缩短校准时间间隔或增加核查频次；

——仪器设备或夹紧装置的磨损，检查并进行必要的修复；

——环境变化如温度、湿度、振动、清洁度等波动过大，应加强环境监控；

——被测样本件特性值不够稳定，采取稳健其特性值或更换特性稳定的样本件；

——数据采集过程中使用不同的测量方法 — 如设置、安装、夹紧、测量位置等不同。

6.3.4.2. 单值移动极差法稳定性分析

破坏性测量系统的稳定性分析常用的评价方法为“单值移动极差法”。

实际评价过程中选取30个相同程度足够高的样本，依次测量后将生成的数据逐一对应填写到原始数据表中。 打开单值移动极差法稳定性分析报告的Excel模板，在工作表—原始数据表中输入事先采集的原始数据与相关信息，便会在工作表—单值移动极差法稳定性分析报告中自动生成相关的计算步骤、单值控制图及移动极差控制图，分析人员可参考6.3.4.1中的特殊原因判定准则对图表进行分析判定并下结论。

注：样本的选择方式不同反映了不同的评价目的：若样本间的变差较大，代表的是整个过程，则分析评价结果反映的是整个生产过程的稳定性；若选取的样本来自于同一个稳定过程，样本间的相同程度足够高，则评价结果主要反映的是测量系统的稳定性。

6.3.5 假设试验分析法（交叉表法）

计数型测量系统是指在检测过程不可以读出连续的测量数据，只能定性地描述被测件的测量结果是合格还是不合格，如光滑极限量规、螺纹量规等。另：调整气门间隙等使用塞尺的过程因其测量数值为有限分类数量即测量分级数过低也可采用此类方法。

采集数据要求选择50个样本，3名评价人，每人对每个样本测量3次。

1）样本的选择：其实际特性值能够代表整个过程；其中至少要有2～5个稍微超出公差带的上限和下限。

2）数据的采集：同样要求以“盲测”的方式按随机顺序进行。判定合格记为“1”，判定不合格记为“0”。将450个数据由记录人按要求对应记入原始数据表中。

3）计数型测量系统分析：打开附件7《Kappa法分析报告》，在工作表—原始数据表中输入事先采集的原始数据与相关信息，便会在工作表—计数型测量系统分析报告中自动得出每两个评价人之间的Kappa值及评价人与参考值之间的Kappa值，然后根据测量系统分析参考手册给出的参考准则进行判定生成结论。 计数型测量系统的接受判定准则：

a）Kappa≥ 0.75，表明测量人员的一致性较好，可接受；

b）0.45≤ Kappa < 0.75，表明测量人员的一致性一般，应对原因进行调查再确定；

c）Kappa < 0.45，说明测量人员的一致性较差，需对整个测量系统进行全面分析。

根据判定准则得出结论。对于不能接受的测量系统可从以下方面查找原因进行整改：

——测量系统本身分辨力不足或不够稳定，须重新校准；

——测量人员缺乏培训或经验，应重新对其进行相应的培训，强化技能；

——测量方法定义不清，工艺人员应会同相关人员重新定义测量方法。