数据准确性的保障——测量系统分析

循证决策是质量管理基本原则，质量管理强调基于数据和信息的分析和评价，然而经过笔者对几十个六西格玛项目的指导发现，测量系统准确的几率很少，大多数测量系统是不准确的。测量系统的不准确会导致我们的测量结果不可信，进而导致产品出现各种与测量相关的问题：

公司内部质量管理混乱。在很多企业中都会存在一个问题，同一个产品，研发认为能通过，制造认为不能通过，有的专家认为合格，有的专家认为不合格，只能使用少数服从多数的原则进行决策。

数据准确性失控，质量误判风险激增。未开展测量系统分析，测量系统不准确，导致测量值偏离真实值。例如某企业测量设备精度下降未被发现，产品尺寸波动超公差，造成批量不合格品流入市场。

质量决策失效，过程控制失灵。质量决策依靠数据，如果数据本身不准确，将导致质量决策失效。基于不准确数据调整工艺，导致错误调整生产参数，过程控制失效。

测量系统分析（MSA）是质量管理的“基石”，它是数据质量的“守门人”，通过偏倚、稳定性、线性分析，量化测量系统误差，提高数据准确性，降低误判风险。此外，只有在数据准确的基础上，才能用使用控制图对过程进行预防性控制，让过程能力Cp的计算成为可能，降低整体质量成本。

本课程系统阐述了测量系统机理、量值溯源、测量误差、计量型测量系统分析方法、计数型测量系统分析方法等与测量有关的内容，并通过minitab工具帮助大家很方便的开展测量系统分析。针对分析结果暴露出的工程问题，本课程帮助大家分析问题存在的原因，并提出有针对性的解决方案。

●掌握测量误差的分类，能够对测量系统精确度和准确度进行评估

●掌握由测量误差区分的零件测量三个区域及发生机理，能够对日常工作中测量的数据准确性有一个正确的判断

●掌握测量系统的统计特性，熟知从分辨力、偏倚和变差角度对测量系统进行评估

●掌握稳定性分析的实施步骤，学会minitab做稳定性分析，掌握稳定性分析的方法和稳定性不好的原因分析

●掌握偏倚分析的实施步骤，并学会minitab做偏倚分析，掌握偏倚分析的方法和偏倚不好的原因分析

●掌握线性分析的实施步骤，并学会minitab做线性分析，掌握线性分析的方法和线性不好的原因分析

●掌握重复性和再现性分析的实施步骤，并学会minitab做重复性和再现性分析，掌握重复性和再现性分析的方法以及重复性和再现性不好的原因分析

●掌握稳定性分析的实施步骤，并学会minitab做稳定性分析，掌握稳定性分析的方法和稳定性不好的原因分析

●掌握计数型测量系统分析实施步骤，并学会minitab做计数型测量系统分析，掌握计数型测量系统分析的方法和判据

案例导入：以生活中案例说明测量系统对测量结果的影响

第一讲：认知重构——测量系统基础

一、测量系统基础术语

1.测量系统

——与测量结果有关的标准、仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合

2.测量系统模型

3.量值溯源

案例解析：长度的量值溯源

案例解析：重量的量值溯源，千克原器

4.校准

——确定测量仪器（或测量系统）所指示的量值与真值之间的关系

5.检定

——查明和确认测量仪器是否符合法定要求

6.最大允许误差

——由规范、规程等所允许的误差极限值

二、测量误差

1.测量误差定义

——测量仪器示值与对应的输入量的真值之差

2.随机测量误差

——测量值与重复测量均值的差异。

3.系统测量误差

——重复测量均值与基准值的差异

4.测量误差的精确度与准确度表达

课堂练习：精确度和准确度评估练习

5.测量系统问题对最终结果的影响

课堂练习：测量系统的波动对最终测量结果的影响

6.由测量误差区分的零件测量三个区域

1）Ⅰ：坏零件总是坏的

2）Ⅱ：可能作出潜在的错误决定

3）Ⅲ：好零件总是好的

7.产生测量结果波动的原因

案例解析：测量系统问题在人机料法环方面的原因分析

三、测量系统分析

1.测量系统分析的定义

——得到测量系统是否准确可靠的结论

2.测量系统分析的作用

1）评估新的测量仪器

2）将两种不同的测量方法进行比较

3）……

3.测量系统分析在APQP的结构化开发流程框架中的定位

4.测量系统分析在控制计划中的应用

三、测量系统的统计特性

1.分辨力（Discrimination）

1）分辨力定义

——测量装置和标准的最小可检出的单位

案例解析：分辨力对测量结果的影响

2）分辨力要求

——小于或等于规范或过程变差的10%

2.偏倚

1）偏倚定义

——测量结果的观测平均值与基准值的差值。

2）稳定性

3）线性

3.变差

1）重复性

2）再现性

4.测量系统的统计特性分析模型

5.测量系统的统计稳定状态

第二讲：分毫不爽——计量型测量系统分析

一、稳定性分析

1.稳定性

——某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差

2.稳定性分析的作用

1）确定校准周期

2）从多个系统中评估最稳定的测量系统

3.稳定性分析的实施步骤

步骤一：決定要分析的测量系統

步骤二：选取一标准样本，取值参考值

步骤三：……

课堂练习：使用minitab做稳定性分析

案例解析：稳定性案例分析，评估测量系统的稳定性、重复性

4.测量系统稳定性不好的原因分析

二、偏倚分析

1.偏倚

——测量结果的观测平均值与基准值之间的差异。

2.偏倚分析的实施步骤

步骤一：选择一个落在生产测量中的中程数的生产零件作为偏倚分析的标准样本。

步骤二：让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。

步骤三：……

3.偏倚接受性准则

1）偏倚%≤10%：可用于测量重要特性; 

2）偏倚%≤30%：可用于测量一般特性;

3）偏倚%＞30%：该量具不可接受;

课堂练习：使用minitab做偏倚分析

案例解析：偏倚案例分析，评估minitab输出结果

4.测量系统偏倚不好的原因分析

三、线性分析

1.线性

——工作量程内，各测量数据与相应基准值之间的差值

2.常量偏倚与非常量偏倚

3.线性分析的实施步骤

步骤一：选择g个（g≥5）零件作为基准件，这些零件的测量值应覆盖量具的操作范围。

步骤二：用比待分析的测量系统更高级别的测量系统测量这些零件n≥10次，并计算这n个读数的均值。把均值作为“基准值”。

步骤三：……

4.线性的判定准则：

1）线性度≤5％可接受；

2）对一般特性，其线性度＜10％为可接受；

3）线性度＞10％以上者，判为不合格

课堂练习：使用minitab做线性分析

案例解析：线性案例分析，评估minitab输出结果

5.测量系统线性不好的原因分析

四、变差

1.重复性

——测量系统自身的变异

2.再现性

——不同的评价人之间的变异

3.重复性和再现性分析的实施步骤

案例解析：用数据进行GR&R分析

4.盲测及霍桑效应

5.重复性和再现性分析接收准则

1）理想水准：%R&R≤10%

2）10%<%R&R≤30%时，测量系统处于临界状态

3）%R&R>30%时，测量系统能力不足

6.数据分级数NDC接收准则

课堂练习：在minitab中做重复性和再现性分析练习

案例解析：重复性和再现性案例分析，评估minitab输出结果

7.重复性和再现性不好的原因分析

8.重复性和再现性分析

1）重复性＞再现性时需要注意的问题

2）重复性＜ 再现性时需要注意的问题

9.测量不确定度的来源

1）对被测量的定义不完整或不完善

2）实现被测量定义的方法不理想

3）……

第三讲：锱铢必较——计数型测量系统分析

一、计数型测量系统实施

1.计数型测量系统分级

1）最常见的是通过/不通过，两个测量结果。

2）根据评价标准，结果可以形成多个不同的分级。

2.计数型小样法一致性分析步骤

案例解析：小样法计数型测量系统分析

3.计数型假设检验一致性分析步骤

案例解析：假设检验一致性分析数据

课堂练习：在minitab做计数型假设检验一致性分析练习，并解读结果

二、计数型测量系统判据

1.计数型测量系统评价人和测量系统有效性计算与判据

1）可接受：≥90%

2）接受，但需要改进：80%~90% 

3）不可接受：≤80%

2.计数型测量系统漏测率计算与判据

1）可接受：≤2%

2）接受，但需要改进：2%~5%

3）不可接受：≥5%

3.计数型测量系统误判率计算与判据

1）可接受：≤5%

2）接受，但需要改进：5%~10%

3）不可接受：≥10%