韩之俊教授课件---测量系统分析

1、1第第5 5章章测量系统分析测量系统分析2主主 要要 内内 容容1.1. 确认并理解测量误差的组成因素。确认并理解测量误差的组成因素。2.2. 借助借助Minitab，运用方差分析法运用方差分析法(ANOVA)3.3. 进行连续数据的进行连续数据的Gage R&R分析。分析。4.4. 3. 3. 借助借助Minitab进行离散数据的进行离散数据的Gage R&R分析。分析。4 4. . 确定测量系统的准确性和精确性。确定测量系统的准确性和精确性。3在在6 6项目中，项目中，测量系统测量系统分析的主要目分析的主要目的是确定项目中所使用的数据是否可靠。的是确定项目中所使用的数据是否可靠。测量系统测

2、量系统分析的目的分析的目的 评估新的测量仪器。评估新的测量仪器。 将两种不同的测量方法进行比较。将两种不同的测量方法进行比较。 对可能存在问题的测量方法进行评估。对可能存在问题的测量方法进行评估。 确定并解决测量系统误差问题。确定并解决测量系统误差问题。测量系统分析测量系统分析还可以：还可以：46 6方法建立在这样一种思想上：方法建立在这样一种思想上：基于数据的决策。基于数据的决策。用于用于决策过程的数据必须是可靠的。基于不可靠数据的决策决策过程的数据必须是可靠的。基于不可靠数据的决策与无数据支持的决策没有什么差别。与无数据支持的决策没有什么差别。您的测量系统是否好得足以让您放心收集数据？您的

3、测量系统是否好得足以让您放心收集数据？Gage R&R 分析给您答案。分析给您答案。Gage R&R 分析使您能够：分析使您能够：确定测量误差是否很小，相对产品规范或过程误差来说是否可以接受确定测量误差是否很小，相对产品规范或过程误差来说是否可以接受确定您是否对数据的确定您是否对数据的“质量质量”充满信心充满信心分析测量仪器是否具有适当的分辨率分析测量仪器是否具有适当的分辨率如果测量误差不可接受，将注意力重点放在需要改进的方面如果测量误差不可接受，将注意力重点放在需要改进的方面测量是任何测量是任何6 6项目的基础项目的基础5有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题什么是测量？什么是测量？-

4、 将一个未知量与一个已知的或已经接受的参照值进行的比较为什么我们需要测量数据？为什么我们需要测量数据？- 我们使用测量数据来判断产品是否合格，制定有关过程管理的决策。 我接受这件产品吗？过程是很好，还是需要进行调整？我们对测量数据有什么期望？我们对测量数据有什么期望？- 准确性 数据必须告诉我们真相！- 重复性 重复测量必须产生同样的结果！- 再现性 结果不应该受检验员的影响什么是测量仪器？什么是测量仪器？- 用来进行测量的任何仪器什么是检验员什么是检验员(或者鉴定人或者鉴定人)？- 使用测量仪器进行测量的个人或装置6收收 集集 数数 据据的的 能能 力力 ! ! 2 = 2 + 2 总的观察

5、方差总的观察方差 过程方差过程方差 测量系统方差测量系统方差 测量系统包括测量系统包括: 人（及其培训）、过程人（及其培训）、过程 （测量程序）、设备（测量程序）、设备（量具或测量工具）、系统的控制点、及所有这些因素的相互作用。（量具或测量工具）、系统的控制点、及所有这些因素的相互作用。 测量总方差测量总方差: 有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题测量系统：不仅指量具。测量系统：不仅指量具。71. Gage R&R 1. Gage R&R 分析是用来分析测量系统的方法，目分析是用来分析测量系统的方法，目的是确定测量某种东西时出现的波动的是确定测量某种东西时出现的波动( (误差误差) )

6、的大的大小和类型。小和类型。2. 将将“测量系统测量系统”看作是会给测量数据带来额外误看作是会给测量数据带来额外误差差 的子过程，其目的就是使用误差尽可能小的测的子过程，其目的就是使用误差尽可能小的测量过程。量过程。3. 任何观测数据的误差，都是部件的实际误差和测任何观测数据的误差，都是部件的实际误差和测量系统误差的总和。量系统误差的总和。有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题8测量系统分析计划测量系统分析计划1. 1. 确定数据的类型确定数据的类型2. 2. 确定误差的来源确定误差的来源3.3. 样本选择样本选择4.4. 数据收集数据收集5.5. 数据分析数据分析9分分 辨辨 率率?

7、?“精确性精确性” (” (R&R)R&R)( (离散性离散性-方差方差) ) 校校 准准? ?稳稳 定定 性性? ?线线 性性? ?偏偏 移移? ?“准确性准确性”( (居中性居中性-均值均值) )OKOKOKOK连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析10 1 2 3 1 2 3 部件 A部件 B因为上面刻度的分辨率比两个部件之间的差异要大，两个部件将出现相同的测量结果。第二个刻度的分辨率比两个部件之间的差异要小，部件将产生不同的测量结果。A = 2.25B = 2.00测量仪器分辨率测量仪器分辨率测量仪器分辨率测量仪器分辨率 可定义为测量仪器能够读取的最小测量单位。看看下面的部件A和部件

8、B，它们的长度非常相似。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力。测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%。A = 2.0B = 2.0部件 A部件 B11 测量系统的精度测量系统的精度( (分辨率分辨率) )须比被测量要求精度须比被测量要求精度高一个数量级，即如果要求高一个数量级，即如果要求被被测量精度是测量精度是0.0010.001，测，测量仪器的精度要求须是量仪器的精度要求须是0.00010.0001。亦即测量系统应该。亦即测量系统应该至少能测出上下规格限间距的至少能测出上下规格限间距的1/101/10 。 例

9、如例如LSLLSL是是5 5mmmm，USLUSL是是1010mmmm，极差是极差是5 5mmmm，测量测量设备应至少设备应至少0.50.5mmmm的刻度。的刻度。测量系统分辨率测量系统分辨率(精度精度): -测得最小变化范围的能力。测量系统分辨率测量系统分辨率最高原则最高原则12测量的准确性是测量所得的平均值与真实值的差别。测量的准确性是测量所得的平均值与真实值的差别。真实值真实值参考标准参考标准平均值平均值真实值真实值偏偏 移移观察的平均观察的平均值值系统误差或偏移系统误差或偏移准准 确确 性性13测得的温度测得的温度实得温度实得温度 线性线性非线性非线性非线性非线性20201010303

10、040401010202030304040 例例 2: 2: 例例 1: 1:在测量设备范围内，测量值大小不一样。在测量设备范围内，测量值大小不一样。绿带课程总效果绿带课程总效果10-10-最好最好! ! 9 - 9 -好极好极! ! 8 - 8 -特别好特别好! ! 7 - 7 -极好极好! ! 6 - 6 -很好很好! ! 5 - 5 -较好较好 4 - 4 -好好 3 - 3 -一般一般 2 - 2 -较差较差 1 - 1 -很差很差线线 性性14(测量系统的分布测量系统的分布( and 2) 长期应该保持稳定。长期应该保持稳定。 (没有漂移，突然偏移循环等。没有漂移，突然偏移循环等。(

11、利用控制图进行评估。利用控制图进行评估。采用长期的测量设备计划以维持稳定性采用长期的测量设备计划以维持稳定性.稳稳 定定 性性15所有的测量系统需要校准所有的测量系统需要校准:1. 校准时可参考量具制造者的建议。校准时可参考量具制造者的建议。2. 定期对操作员培训考核。定期对操作员培训考核。3. 相关软件。相关软件。对比一个已知的真实值检查测量系统对比一个已知的真实值检查测量系统;或或相对于一个已知的标准调整量具以至读数相对于一个已知的标准调整量具以至读数正确。正确。校校 准准16精精 确确 性性(精精 确确 性描述了测量系统的误性描述了测量系统的误 差：差：( 可重复性可重复性 偏差由量具本

12、身造成；偏差由量具本身造成；( 可再现性可再现性 偏差由测量者的技巧造成。偏差由测量者的技巧造成。RRpeatabilityproducibilityMeas System&ReRe(.)222 两两 个个 组组 成成 部部 分分测量系统测量系统重复性重复性再现性再现性( (重复性和再现性重复性和再现性) )17(在相同条件下，重复检查同一物体，产在相同条件下，重复检查同一物体，产生相同结果的量具的能力。生相同结果的量具的能力。或或 者者.(在相同条件下，对同一物体进行重复测在相同条件下，对同一物体进行重复测量所得的误差。量所得的误差。$同一测量者同一测量者$同样的设备同样的设备$同样的工件同

13、样的工件$同样的环境的条件同样的环境的条件精精 确确 性性重重 复复 性性18(在不同的在不同的测量人员测量人员下测量同一物体得到相同下测量同一物体得到相同结果的能力。结果的能力。或或 者者(不同条件下测量结果的误差。不同条件下测量结果的误差。$不同的测量人员不同的测量人员$相相同的设备同的设备$相相同的测量工件同的测量工件$相相同的环境条件同的环境条件Re*producibilityOperatorOperator PartInteracton222再再 现现 性性 也也 有有 两两 个个 组组 成成 部部 分分精精 确确 性性再再 现现 性性19测量者与工件的关系测量者与工件的关系对某一工

14、件，不同的测量者可能有相对某一工件，不同的测量者可能有相似的测量值（工件似的测量值（工件2 2）对另一工件（工件对另一工件（工件3 3）不同的测量者）不同的测量者的测量值有显著的差别。的测量值有显著的差别。part 1part 1 part 2part 2 part 3part 3Overall LengthOverall Length 对所有工件，不同的测量者都会产生差异；对所有工件，不同的测量者都会产生差异；测量者的差异根据测量工件的不同而不同。测量者的差异根据测量工件的不同而不同。1 13 32 21 11 13 33 32 22 220211. 23个测量者。个测量者。2. 10个待测

15、工件。个待测工件。3. 每一个测量者应测量所有工件每一个测量者应测量所有工件2-3次。次。4. 使用代表整个过程误差的工件。使用代表整个过程误差的工件。5. 随机取样是非常重要的。随机取样是非常重要的。连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析22Tolerance*.T/Pmeas155重复性和再现性与重复性和再现性与公公差差的百分比的百分比1 1Precision to Tolerance Precision to Tolerance Ratio-P/TRatio-P/T重复性和再现性与总过程重复性和再现性与总过程偏差的百分比偏差的百分比2 2Precision to TotalPrecis

16、ion to TotalVariation Ratio-P/TVVariation Ratio-P/TV3 3% %ContributionContribution量具相对于规范的测量能力；量具相对于规范的测量能力； 量具相对于过程偏差的测量能力量具相对于过程偏差的测量能力测量系统的能力测量系统的能力-3 3个重要指数个重要指数100&%TotalmeasRR22totalMSonContributi测量系统的方差与总测量系统的方差与总过程方差的百分比过程方差的百分比% %Study Study VarVar% %ToleranceTolerance% %ContributionContrib

17、utionMinitabMinitab显示显示: : 连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析公差公差百分比百分比调查百分比调查百分比贡献百分比贡献百分比23计算连续数据的计算连续数据的% %GR&RGR&R%GR&R = -x 100 % 5.15 gage Tolerance gage = 测量误差测量误差公差公差 = USL - LSL USL = 规范上限规范上限LSL = 规范下限规范下限对于单边限制对于单边限制在分子中使用在分子中使用2.575 gage (即即5.15/2 = 2.575) 公差公差= USL 平均值平均值 或或 平均值平均值 - LSL 总是总是使用使用历史历史

18、 平均值平均值Gage R&R占公差的百分比占公差的百分比(%GR&R) 的的5.15 标准误差包含了正态分布的标准误差包含了正态分布的99%。5.15 +2.575-2.57599%在这里：在这里：24 你你 被被 指指 定定 为为 * * * 公公 司司 的的 检检 验验 员，你员，你 的的 第第 一一 个个 工工 作作 是是 确确 定定 某某 物物 料料 的的 长长 度度 在在 规规 范范 限限 内。为内。为 此此 , ,你你 必必 须须 完完 成成 GR&R GR&R 研研 究究 以以 确确 信信 你你 的的 量量 具具 可可 用用 于于 需需 要要 的的 测测 量量 。 某物料长度的

19、规范是：某物料长度的规范是：45 45 5 5 mm.mm. 用用 记记 录录 表表 及及 提提 供供 的的 测测 量量 工工 具具, 2-3 , 2-3 个个Z Z检检 验验 员员 测测 量量 每每 个个 样样 品品 2 2 次次 ( (随随 机机 次次 序序 ) )并并 且且 记记 录录 结结 果果 , ,然然 后后 在在MinitabMinitab中中 做做 GR&RGR&R。 准准 备备 与与 你你 的的 同同 学学 共共 享享 结结 果果 ! !连续变量连续变量Gage R&R练习练习 25连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析26Minitab要求数据排成要求数据排成3 3列列.

20、堆积数据：把所有工件放在堆积数据：把所有工件放在1 1列，列，所有测量者放在第所有测量者放在第2 2列，测量结列，测量结果放在第果放在第3 3列。列。这意味着如果有这意味着如果有: : 1010个个工件工件 3 3个测量者个测量者 2 2次重复测量次重复测量则每个工件编号将重复则每个工件编号将重复6 6次。次。Part #OperLength11112121313141415151616171718181919110110112122222etc.etc.27连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析Minitab: Stat Quality Tools Gage R&R Study(Cross

21、ed) 28采采 用用 ANOVA 法法见见 下下 页页输入输入：部件序数列部件序数列操作员数据列操作员数据列测量数据列测量数据列连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析29连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析30Gage R&R Study - ANOVA MethodGage R&R for MeasureTwo-Way ANOVA Table With InteractionSource DF SS MS F P PartID 9 2.05871 0.228745 39.7178 0.00000Operator 2 0.04800 0.024000 4.1672 0.03256Ope

22、rator*PartID 18 0.10367 0.005759 4.4588 0.00016Repeatability 30 0.03875 0.001292 Total 59 2.24912 连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析结果显示结果显示1：31连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析结果显示结果显示2：Gage R&R %ContributionSource VarComp (of VarComp) Total Gage R&R 0.004437 10.67 Repeatability 0.001292 3.10 Reproducibility 0.003146 7.56 Op

23、erator 0.000912 2.19 Operator*PartID 0.002234 5.37 Part-To-Part 0.037164 89.33 Total Variation 0.041602 100.00 贡献百分比：贡献百分比：1可接受；10不可接受。32连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析结果显示结果显示3： StdDev Study Var %Study Var %ToleranceSource (SD) (5.15*SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 22.87 Repeatabili

24、ty 0.035940 0.18509 17.62 12.34 Reproducibility 0.056088 0.28885 27.50 19.26 Operator 0.030200 0.15553 14.81 10.37 Operator*PartID 0.047263 0.24340 23.17 16.23 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52 66.19 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 70.03 Number of Distinct Categories = 4公差公差百分比：百分比：10理想值；2

25、0可接受；30不可接受。差别类数目：差别类数目： 5 5可接受可接受33连续变量测量系统分析连续变量测量系统分析结果显示结果显示3： StdDev Study Var %Study Var %ToleranceSource (SD) (5.15*SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 22.87 Repeatability 0.035940 0.18509 17.62 12.34 Reproducibility 0.056088 0.28885 27.50 19.26 Operator 0.030200 0.1555

26、3 14.81 10.37 Operator*PartID 0.047263 0.24340 23.17 16.23 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52 66.19 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 70.03 Number of Distinct Categories = 4调查百分比：调查百分比：15%可以接受；30%不可接受。34计算和解释：计算和解释：差别类数目差别类数目指的是测量系统可以识别出的过程数据中的非重叠组的数目。差别类数目 = x 1.41 part-to-partgage 差别类数目决策 / 值 Quality Tools Attribute Gage R&R Study离散变量测量系统分析离散变量测量系统分析39离散变量测量系统分析离散变量