测量系统分析的基础知识

1、第 片1第 片2课程目标 到本课程结束时，学员应能： 识别测量系统分析是由哪些部分组成的； 完成并理解所有类型的测量系统分析。 第 片第一章第一章测量系统分析的基础知识测量系统分析的基础知识第 片测量测量的重要性的重要性 如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。 因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机 法环料测量测量结果合格不合格测量测量第 片测量误差测量误差Y = x + 測量值 = 真值(True Value)+測量誤差戴明戴明說沒說沒有真有真值的存在值的存在一一直存在直存在第 片6测量系统分析

2、测量系统分析TS16949 要求必须对控制计划中指示的所有检验、测量和试验设备进行测量系统分析。第 片7测量系统分析测量系统分析 什么是测量系统分析什么是测量系统分析 (MSA)? 测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。 测量系统分析（MSA）是用于确定测量设备与公差相比的误差。第 片测量系统的组成测量系统的组成 测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境第 片测量系统分析的目的测量系统分析的目的 运用统计分析方法，确定测量系统测运用统计分析

3、方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。差的来源。 从而确定一个测量系统从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供的质量，并且为测量系统的改进提供信息。信息。 保证所用统计分析方法及判定准则的保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。一致性。第 片测量误差的来源测量误差的来源 nDiscrimination 分辨能力nPrecision 精密度 (Repeatability 重复性)nAccuracy 准确度 (Bias偏差)nDamage 损坏nDifferences among instruments and fixtures

4、(不同仪器和夹具间的差异)nDifference in use by inspector 不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)nDifferences among methods of use (使用不同的方法所造成差异)nDifferences due to environment (不同环境所造成的差异) 第 片11测量系统分析测量系统分析 测量系统分析 (MSA) 时机? 生产阶段，凡控制计划中规定的或顾客要求的所有检测设备均需进行测量系统分析。同时包括： 1） 新购和更新的检验、测量和试验设备用于控制计划中的量具。2）用于控制计划中的检验、测量和试验设备的位置移动

5、，并经重新校准3）用于控制计划中的检验、测量和试验设备经周期检定不合格，通过修理并经重新校准合格的量具。第 片12测量系统分析测量系统分析 测量系统分析 (MSA)频率? 由实验室根据检测设备的使用频率和其精度来确定进行测量系统分析的频率。 （制订分析计划）第 片第二章第二章测量系统的分析方法测量系统的分析方法第 片14测量系统分析测量系统分析 测量系统分析变差类型： 计量型： 重复性 再现性 偏倚 线性 稳定性 计数型： 风险分析法第 片测量系统的分析测量系统的分析 测量系统特性可用下列方式来描述测量系统特性可用下列方式来描述 ： 位置：稳定性、偏倚、线性。位置：稳定性、偏倚、线性。 宽度或

6、范围：重复性、再现性。宽度或范围：重复性、再现性。 第 片位置和宽度位置和宽度 位置宽度位置宽度标准值第 片理想的测量系统理想的测量系统 理想的测量系统在每次使用时：应只产生理想的测量系统在每次使用时：应只产生“正确正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一个的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有统，应具有零方差、零偏倚零方差、零偏倚和所测的任何产品和所测的任何产品错错误分类为零概率误分类为零概率的统计特性。的统计特性。 真值真值第 片重复性和再现性分析重复性和再现性分析均值均值- -极差法极差法 均值极

7、差法(Xbar&R)是一种可提供测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。 这种方法可以将测量系统的变差分成两个部分重复性和再现性。第 片19测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (均值和极差法)量具双性（量具双性（R&R）是量具）是量具重复性重复性 和和再现性再现性的首字母缩写。的首字母缩写。 第 片重复性(Repeatability)重复性重复性重复性是由是由一个一个评价人，采用评价人，采用一件一件测量仪器，测量仪器，多次多次测量测量同一同一零件的零件的同一同一特性时获得的测量特性时获得的测量值变差。值变差。 重复性设备的变差重复性设备的变差第 片

8、再现性再现性( (Reproducibility)Reproducibility)再现性再现性是由是由不同不同的评价人，采的评价人，采用用相同相同的测量仪器，测量的测量仪器，测量同一同一零件的零件的同一同一特性时测量平均值特性时测量平均值的变差。的变差。 再再現現性性操作者操作者B B操作者操作者C C操作者操作者A再现性再现性 = 操作员变差操作员变差第 片22测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - (均值极差法) 第1步 在下表中记录所有的初始信息。第 片测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第2步 选择3个操作员并让每个操作员随机测量10个零件3次并将

9、结果填入表中。第 片24测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第3步 计算三个评价人的均值和极差的均值 计算零件总均值和零件均值的极差第 片25测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第4步 计算三个评价人平均极差的平均值，均值的极差：第 片26测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第5步 计算 UCLR 并放弃或重复其值大于UCLR 的读数。 *D4=3.27(兩次試驗)，D4=2.58(三次試驗)， D3=0(不大于7次試驗)。 既然极差已没有大于0.0129的值，那么继续进行。测量系统分析测量系

10、统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法)第 片27测量系统分析测量系统分析计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第6步 用以下公式计算设备变差 ：重复性设备变差（EV）第 片28测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第7步 用以下公式计算操作员变差：重复性操作员变差（A.V）第 片29测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第8步 用以下公式计算重复性和再现性及分辨率：重复性和再现性（R&R）分辨率（ndc）ndc=1.41*(PV / RR )=1.41*0.019/0.003=9第 片30测量系统分析测量

11、系统分析 计量型计量型 - 大样法大样法 (极差法) 第9步 对结果进行解释： 量具 结果10% %R&R 30，因此验收有条件接受 。 操作员变差较小，设备变差为主要变差，要达到可接受的量具R&R，必须把重点放在设备上。第 片31测量系统分析测量系统分析 计量型计量型 重复性再现性重复性再现性(GR&R)判定原则为判定原则为: %RR10%，测量系统，测量系统可以可以接受！接受！ 10%RR30%，测量系统尚可接受！，测量系统尚可接受！ %RR30%，测量系统不可以接受！，测量系统不可以接受！ 此外，此外，ndc(有效分辨率有效分辨率)取整整，且应该大于取整整，且应该

12、大于等于等于5。 第 片双性比较 重复性比再现性大时原因可能：1 设备需要维护2 量具需重新设计3 测量的夹紧定位需改进4 零件变差过大再现性比重复性大时原因可能：1 评价人要更好的进行培训2 量具刻度不请晰第 片33测量系统分析测量系统分析 偏倚偏倚偏倚的定义偏倚的定义 测量值的平均值测量值的平均值 与实际值实际值之间的差值。第 片34测量系统分析测量系统分析 偏倚偏倚 偏倚与准确度有关，因为如果测量值的平均值相同或近似于相同，就可以说是零偏倚。这样的话，所用的量具便是“准确的”。第 片35第 片36第 片偏倚计算方法计算方法XBias=-refXBias观测平均值与基准值的差 第 片存在较

13、大偏倚的原因存在较大偏倚的原因:它引起总误差的原因是在重复采用同样的测量过程进行测量时，总是趋向于使所有它引起总误差的原因是在重复采用同样的测量过程进行测量时，总是趋向于使所有的测量结果发生持续及可预测的偏移的测量结果发生持续及可预测的偏移 仪器需要校准仪器、设备或夹紧装置的磨损校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差设计或一致性不好应用错误的量具不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术测量错误的特性（量具或零件）变形环境温度、湿度、振动、清洁的影响违背假定、在应用常量上出错应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误（易读性、视差） 第 片39稳定性稳定性 稳定性定义稳定性定义稳定性被定义为在某

14、时间段内稳定性被定义为在某时间段内过程变差的差值。过程变差的差值。第 片40测量系统分析测量系统分析稳定性稳定性 用以下步骤计算稳定性： 第1步 取一个标准样品并确定其基准值。取一个标准样品并确定其基准值。 第2步 按固定周期对标准样品进行按固定周期对标准样品进行5次测量。次测量。第 片41测量系统分析测量系统分析稳定性稳定性 第3步 在在 R图上标绘数据。图上标绘数据。 第4步 计算控制极限值并评估任何超出控制范围的情计算控制极限值并评估任何超出控制范围的情况。况。 第5步 如果存在超出控制范围的情况，则说明测量系如果存在超出控制范围的情况，则说明测量系统不稳定。统不稳定。X第 片42测量系

15、统分析测量系统分析 线性线性 线性的定义线性的定义线性被定义为线性被定义为在量具预期的工作范围内，在量具预期的工作范围内，量具偏倚值间的差值。量具偏倚值间的差值。第 片43测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例 线性示例:一位工程师很想确定某测量系统的线一位工程师很想确定某测量系统的线性。量具的工作范围是性。量具的工作范围是2.0 毫米至毫米至 10.0 毫米。毫米。第 片44测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例 第1步 选择至少5个零件用于进行测量，每个零件至少测量10次。在本例中，我们将选择5个零件，每个零件测量12次。 参阅下一页中的数据。第

16、 片45测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例 零 件 1零 件 2零 件 3零 件4零 件 5基 准 值2.004.006.008.0010.00第 一 次 测 量2.705.105.807.609.10第 二 次 测 量2.503.905.707.709.30第 三 次 测 量2.404.205.907.809.50第 四 次 测 量2.505.005.907.709.30第 五 次 测 量2.703.806.007.809.40第 六 次 测 量2.303.906.107.809.50第 七 次 测 量2.503.906.007.809.50第 八 次 测 量2.5

17、03.906.107.709.50第 九 次 测 量2.403.906.407.809.60第 十 次 测 量2.404.006.307.509.20第 十 一 次 测 量 2.604.106.007.609.30第 十 二 次 测 量 2.403.806.107.709.40第 片46测量系统分析测量系统分析 线性线性 第2步 计算零件平均值零件平均值偏倚偏倚极差极差请参阅下一页。请参阅下一页。第 片47测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例零件 1零件 2零件 3零件 4零件 5基准值2.004.006.008.0010.00第一次测量2.705.105.807.60

18、9.10第二次测量2.503.905.707.709.30第三次测量2.404.205.907.809.50第四次测量2.505.005.907.709.30第五次测量2.703.806.007.809.40第六次测量2.303.906.107.809.50第七次测量2.503.906.007.809.50第八次测量2.503.906.107.709.50经九次测量2.403.906.407.809.60第十次测量2.404.006.307.509.20第十一次测量2.604.106.007.609.30第十二次测量2.403.806.107.709.40均值2.494.136.037.719

19、.38偏倚+0.49+0.13+0.03-0.29-0.62极差0.41.30.70.30.5第 片48测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例 第3步 对照基准值描绘偏倚。对照基准值描绘偏倚。 参阅下一页。参阅下一页。第 片49测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例线性标图线性标图-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6246810基准值基准值Bias第 片50测量系统分析测量系统分析如何确定线性的示例如何确定线性的示例 第4步用以下公式计算线性。%17.13100 %0.79 6.000.1317 98. 0 7367. 0ny b 0.1317- 1, ;22222222过程变差线性线性过程变差倾斜度线性拟合优度倾斜度基准值倾斜度偏倚其中nyynxxnyxxyRnxaxnxnyxxyaxayaxby第 片拟和优度：如果R2 0.6,线性方程成立线性方程成立nyynxxnyxxyR222222线线 性性置信区间置信区间低值：低值：b+ax0- tn-2,1-a/2? 1/n+(X0- ) / (Xi- )2 ? 1/2 s 高值：高值：b+ax0- tn-2,1-a/2 ? 1/n+(X0- ) / (Xi- )2 ? 1/2 s 如如”偏倚偏倚=0”线完全在拟合置信带内则线性可接受线完全在拟合置信带内则线性可接受X