测量系统分析3-3

1、11第第 三三 版版12n通用测量系统指南通用测量系统指南n测量系统评定的通用概念测量系统评定的通用概念n简单测量系统推荐的实践简单测量系统推荐的实践计量型测量系统研究指南计量型测量系统研究指南计数型测量系统研究指南计数型测量系统研究指南13n在在SPC手册中已经涉及到测量系统，测量数手册中已经涉及到测量系统，测量数据的质量是过程控制的基础。正确的选择与据的质量是过程控制的基础。正确的选择与运用测量系统，能保证以较低的成本获得高运用测量系统，能保证以较低的成本获得高质量的测量数据。质量的测量数据。nMSA参考手册的目的参考手册的目的为评定测量系统的质量提供指南；为评定测量系统的质量提供指南；主

2、要关注的是对每个零件能主要关注的是对每个零件能重复读数重复读数的测量系统；的测量系统；测量系统分析方法需要顾客批准，本手册没覆盖测量系统分析方法需要顾客批准，本手册没覆盖。14n 测量测量：赋值：赋值(或数或数)给具体事物以表示它们之间给具体事物以表示它们之间关于特性的关系。关于特性的关系。赋值过程为测量过程，而赋予的值为测量值。赋值过程为测量过程，而赋予的值为测量值。n 量具量具：任何用来获得测量结果的装置，经常指：任何用来获得测量结果的装置，经常指用在车间的装置，包括通过用在车间的装置，包括通过/不通过装置。不通过装置。n 测量系统测量系统：用来对被测特性：用来对被测特性定量测量定量测量或

3、或定性评定性评价价的仪器或量具、标准、操方法、夹具、软件、的仪器或量具、标准、操方法、夹具、软件、人员、环境和假设的人员、环境和假设的集合集合，用来获得测量结果，用来获得测量结果的整个过程。的整个过程。15n 测量数据用途：测量数据用途： 过程调整；过程调整； 确定在两个或更多变量之间是否存在重要关系。确定在两个或更多变量之间是否存在重要关系。n 测量数据的质量测量数据的质量 由由(在稳定条件下运行的在稳定条件下运行的)某一测量系统多次测量结果得到的统计某一测量系统多次测量结果得到的统计特性确定。特性确定。 其测量数据与其标准值比较其测量数据与其标准值比较,而确定其质量而确定其质量“高高”/“

4、低低”。 测量数据的质量最常用偏倚和方差来表示。理想是零偏倚、零方测量数据的质量最常用偏倚和方差来表示。理想是零偏倚、零方差。差。 “低低”的通常原因之一是数据变差太大，这是由于测量系统和它的通常原因之一是数据变差太大，这是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的。的环境之间的交互作用造成的。 管理一个测量系统是监视和控制管理一个测量系统是监视和控制变差变差，以使测量系统产生可接受，以使测量系统产生可接受的数据。的数据。n 真值：真值：零件的零件的“实际实际”测量值。未知的和不可知的，但它是测量过程的目测量值。未知的和不可知的，但它是测量过程的目的，一般使用的，一般使用“基准值基准值”代替。

5、代替。16朔源性朔源性：测量的特性：测量的特性/标准值是规定的基准，通常是国家标准值是规定的基准，通常是国家/国国际标准，通过全部规定了不确定度的不间断的际标准，通过全部规定了不确定度的不间断的比较链比较链相相联系。联系。不确定度：关于测量值估计范围，相信真值包括在其内。不确定度：关于测量值估计范围，相信真值包括在其内。波长标准波长标准 干涉比较器干涉比较器激光干涉仪激光干涉仪 引用量具量快引用量具量快/比例比例 CMM 量快量快量夹具量夹具 千分尺千分尺图图1.1-1 长度测量溯源性链的示例长度测量溯源性链的示例 17 操操 作作输输 入入输输 出出 测量过程测量过程 测量值测量值分析分析测

6、量测量决决 定定 测量过程可用下图表示：测量过程可用下图表示： 通通 用用 过过 程程 需要控制需要控制的过程的过程图图1.2-1 测量过程示意测量过程示意18n 一个能产生一个能产生“理想理想”的测量结果的测量系统的统的测量结果的测量系统的统计特性计特性： 零方差；零方差； 零偏倚；零偏倚； 对所测的任何产品错误分类为零概率。对所测的任何产品错误分类为零概率。 这种理想统计特性的测量系统几乎不存在。这种理想统计特性的测量系统几乎不存在。n 现时中测量系统应具备的统计特性：现时中测量系统应具备的统计特性：足够的分辨率和灵敏性足够的分辨率和灵敏性测量系统应该是统计受控。测量系统应该是统计受控。

7、统计受控，即统计稳定性：在可重复条件下，测量系统的变差只能是统计受控，即统计稳定性：在可重复条件下，测量系统的变差只能是由普通原因而不是特殊原因造成的。由普通原因而不是特殊原因造成的。19对于产品控制，测量系统的变异性小于公差；对于产品控制，测量系统的变异性小于公差；对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效分对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效分辨率并且小于制造过程变差。辨率并且小于制造过程变差。l有效分辨率有效分辨率 对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性；对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性； 产生有用的测量输出信号的最小输入值；产生有用的测量输出信号的最小输入值

8、； 总是以一个测量单位报告。总是以一个测量单位报告。测量系统的统计特性可能随被测的项目变化而改变，测量系统的统计特性可能随被测的项目变化而改变，则测量系统的最大的（最坏）变差应小于过程变差则测量系统的最大的（最坏）变差应小于过程变差和规范控制限两者中较小者。和规范控制限两者中较小者。110n 测量系统受随机和系统变差源影响测量系统受随机和系统变差源影响。这些变差源由这些变差源由 普通原因和特殊原因造成普通原因和特殊原因造成，为此应为此应： 识别潜在的变差源识别潜在的变差源； 排除排除(可能时可能时)或监控这些变差源或监控这些变差源。n 识别变差源的工具识别变差源的工具，如因果图、故障树图等如因

9、果图、故障树图等。n 测量系统误差的主要要素测量系统误差的主要要素：S(标准标准)、W(工件工件)、I(仪仪器器)、P(人人/程序程序)、E(环境环境)。n 实际的变差对一个特定的测量系统的影响是实际的变差对一个特定的测量系统的影响是唯一唯一的。的。n 图图2 为一张潜在的变差源因果图为一张潜在的变差源因果图，可作为研究测量系可作为研究测量系统变差源思考的起点统变差源思考的起点。111标准标准测量系统变异性测量系统变异性仪器仪器+(量具量具)维护维护敏感性敏感性均匀性均匀性重复性重复性再现性再现性 人人 员员 环环 境境照明照明几何相容性几何相容性照明照明阳光阳光人工的人工的人人空气流空气流热

10、膨胀热膨胀零件零件稳定稳定-系统部件系统部件温度温度循环循环本位的和周围的本位的和周围的压力压力人机工程人机工程空气污染空气污染振动振动教育的教育的体力的体力的可操作定义可操作定义目视标准目视标准程序程序态度态度经验经验教训教训理解理解标准标准p.m设计确认设计确认 -夹紧夹紧 -定位定位 -测量点测量点 -测量传感器测量传感器 制造变差制造变差制造公差制造公差制造制造稳定性稳定性标准标准热膨胀系数热膨胀系数弹性性质弹性性质朔源性朔源性 工件工件(零件零件)弹性变形弹性变形物质物质支持特性支持特性弹性性质弹性性质可操作定义可操作定义隐藏的几何尺寸隐藏的几何尺寸内部相关特性内部相关特性清洁度清洁

11、度充分的数据充分的数据设计设计一致性一致性放大放大接触几何尺寸接触几何尺寸变形影响变形影响线性线性稳定性稳定性坚定性坚定性假设使用假设使用112测量系统误差测量系统误差：所有变差源的：所有变差源的累积影响构成了累积影响构成了测量系统的输出值，有时称为测量系统的输出值，有时称为“误差误差”。n 测量系统的变异性影响被测对象的测量结果测量系统的变异性影响被测对象的测量结果，因此因此相同零件的重复读数产生不同或相同的结果相同零件的重复读数产生不同或相同的结果。读数之间不同是由于普通和特殊原因造成的读数之间不同是由于普通和特殊原因造成的。n 对不同变差源的影响应经过短期和长期评估：对不同变差源的影响应

12、经过短期和长期评估：测量系统的能力测量系统的能力是短期时间的测量系统（随机）是短期时间的测量系统（随机）误差。误差。由线性、一致性、重复性和再现性误差合成的定量值；由线性、一致性、重复性和再现性误差合成的定量值；测量系统的性能测量系统的性能是所有变差源随时间的影响。通过确定是所有变差源随时间的影响。通过确定过程是否受控，对准目标过程是否受控，对准目标(无偏倚无偏倚)，且在预期结果的范围，且在预期结果的范围有可接受的变差有可接受的变差(量具量具GRR)。113n 测量零件后的活动之一是确定零件的状态：测量零件后的活动之一是确定零件的状态：一种是确定零件可接受一种是确定零件可接受(在公差内在公差内

13、)/不可接受不可接受(在公差外在公差外)；另一种是把零件进行规定的分类：合格品的分级；另一种是把零件进行规定的分类：合格品的分级；进一步分类可能是可返工的、可返修的或报废的。进一步分类可能是可返工的、可返修的或报废的。n 按产品控制原理，这样的分类是测量零件的主要原因按产品控制原理，这样的分类是测量零件的主要原因-零件是零件是否在明确的目录之内。否在明确的目录之内。n 按过程控制原理，焦点是零件变差，是由过程中的普通原因按过程控制原理，焦点是零件变差，是由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。还是特殊原因造成的。n 控制原理和驱动兴趣点控制原理和驱动兴趣点控制原理控制原理驱动兴趣点驱动兴趣点1

14、产品控制产品控制零件是否在明确的目录内？零件是否在明确的目录内？2 过程控制过程控制过程是否稳定和可接受？过程是否稳定和可接受？114n取决于测量系统误差取决于测量系统误差：零件重复读数所有变零件重复读数所有变差受量具的重复性和再现性影响差受量具的重复性和再现性影响。n研究的前提：测量过程是统计受控且是零偏研究的前提：测量过程是统计受控且是零偏倚倚(对准目标对准目标)。n无论测量的零件变差分布与规范控制限是否无论测量的零件变差分布与规范控制限是否交叉，作出的决定会有风险：交叉，作出的决定会有风险：型错误，生产者风险或误发警报，既好的会被型错误，生产者风险或误发警报，既好的会被判为坏的判为坏的型

15、错误型错误，消费者风险或漏发警报消费者风险或漏发警报，既坏的会被既坏的会被判为好的判为好的。115n 相对公差，作出错误的决定的潜在因素是系统误差与公差交差相对公差，作出错误的决定的潜在因素是系统误差与公差交差 注：注：坏零件总是称坏的；坏零件总是称坏的； n对于产品状况，目标是最大限度地作出正确决定，有两种选择：对于产品状况，目标是最大限度地作出正确决定，有两种选择：改变生产过程：减少过程变差，没有零件产生在改变生产过程：减少过程变差，没有零件产生在区；区；改变测量系统：减少测量系统误差从而减少改变测量系统：减少测量系统误差从而减少区面积，生产的零件将在区面积，生产的零件将在区，可能最大限度

16、降低作出错误决定的风险。区，可能最大限度降低作出错误决定的风险。 目目 标标 上限上限 下限下限 可能作出潜在错误决定；可能作出潜在错误决定；好零件总是合格的。好零件总是合格的。116n 对于过程控制，需要确定以下要求：对于过程控制，需要确定以下要求：统计受控；统计受控；对准目标对准目标(零偏倚零偏倚)；可接受的变异性。可接受的变异性。n 测量误差对过程决策的影响：测量误差对过程决策的影响：把普通原因报告为特殊原因；把普通原因报告为特殊原因；把特殊原因报告为普通原因。把特殊原因报告为普通原因。n 测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标和变差的决定测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标和变差

17、的决定。n 实际和观测的过程变差之间的基本关系是实际和观测的过程变差之间的基本关系是： 2o = 2a + 2m 式中：式中：2o观测过程方差观测过程方差 2a实际过程方差实际过程方差 2m 测量系统方差测量系统方差 117n 根据根据能力指数能力指数CP定义为定义为 CP=公差公差/ 6,继而可得：继而可得： (CP) 2o = (CP) 2a + (CP) 2m为达到规定的过程能力目标需要对测量变差因子分解。如：为达到规定的过程能力目标需要对测量变差因子分解。如：u当当CPm(测量系统测量系统)=2, CPO(观测观测/计算计算)=1.33,则则CPa(实际实际)1.79；u当当CPm=1

18、.33, 要求要求CPO(观测观测/计算计算)=1.33,则则过程没有变化过程没有变化是不可能的。是不可能的。 观测的过程能力是实际过程能力加上测量过程造成的变差的合成。观测的过程能力是实际过程能力加上测量过程造成的变差的合成。n 假设测量系统受控且对准目标，实际过程假设测量系统受控且对准目标，实际过程CP与观测与观测/计算计算CP可可用图型法比较。用图型法比较。观测（计算）的过程观测（计算）的过程变差变差生产量具变差生产量具变差实际的过程变差实际的过程变差118 一个新过程一个新过程(如铸造、机加工等如铸造、机加工等)，作为采购活，作为采购活动的一部分经常要完成一系列步骤，包括在供方处动的一

19、部分经常要完成一系列步骤，包括在供方处/顾客顾客(组织组织)处对测量设备的研究：处对测量设备的研究：n 确保各方使用的测量系统与在正常情况使用的测量确保各方使用的测量系统与在正常情况使用的测量系统一致，否则将会出现混乱。如：系统一致，否则将会出现混乱。如：采购时使用的测量系统采购时使用的测量系统 GRR10%且实际过程且实际过程CP=2时，在时，在采购时观测过程采购时观测过程CP=1.96；生产过程中使用的测量系统生产过程中使用的测量系统 GRR=30%且实际过程且实际过程CP=2，则观测过程则观测过程CP=1.71；生产过程中使用的测量系统生产过程中使用的测量系统 GRR=60%，则观测过程

20、，则观测过程CP=1.20。n 观测过程观测过程CP在在1.96与与1.20之间的之间的差异差异是由于不同的是由于不同的测测量系统造成量系统造成的。的。119n首件检验目的是验证过程是否对准目标首件检验目的是验证过程是否对准目标。如如：测量的零件在目标外，就要调整过程；然后测量的零件在目标外，就要调整过程；然后再测量另一个零件并且可能再次调整过程。再测量另一个零件并且可能再次调整过程。n戴明博士把这种类型的测量和所做的决策称为戴明博士把这种类型的测量和所做的决策称为干预。干预。n示例：有一零件的涂层的重量控制目标为示例：有一零件的涂层的重量控制目标为5.000.200.20克克作业指导书要求作

21、业指导书要求:以一个样件为基础在作业准备时和每小时以一个样件为基础在作业准备时和每小时对重量进行验证，如超过对重量进行验证，如超过5.000 0.10克，再次设定过程。克，再次设定过程。作业准备时，假设过程运行为作业准备时，假设过程运行为4.95克，由于测量误差操作克，由于测量误差操作者观测为者观测为4.85克，为对准目标克，为对准目标,操作者上调操作者上调0.15克。现在过克。现在过程运行为程运行为5.10克。操作者检查时，观测到克。操作者检查时，观测到5.08克，因此允克，因此允许过程运行。许过程运行。此例说明：过程的过度调整会增加变差并会持续影响，此例说明：过程的过度调整会增加变差并会持

22、续影响，测量测量误差把这些问题复杂化了。误差把这些问题复杂化了。120n 规则规则1：除非过程不稳定，否则不做调整或不：除非过程不稳定，否则不做调整或不采取行动；采取行动；n 规则规则2：在上次进行测量的相反方向以等量调在上次进行测量的相反方向以等量调整过程整过程；n 规则规则3：对准目标重新设定过程，然后在目标：对准目标重新设定过程，然后在目标的相反方向以等量调整过程；的相反方向以等量调整过程；n 规则规则4：调整过程至上次测量点。：调整过程至上次测量点。 上一示例与上一示例与“规则规则”对照，可知作业指导对照，可知作业指导书是规则书是规则3，规则，规则2、3、4增加了更多的变差，增加了更多

23、的变差，规则规则1是产生最小变差的最佳选择。是产生最小变差的最佳选择。121 在设计和采购测量仪器或测量系统之前策划是关键，其做出的在设计和采购测量仪器或测量系统之前策划是关键，其做出的决定将影响测量设备的方向和选择，为此应明确：决定将影响测量设备的方向和选择，为此应明确：n 测量过程的目的和如何进行测量。测量过程的目的和如何进行测量。n 测量寿命周期测量寿命周期 测量寿命周期概念表达当一个人研究和改进过程时，测量方法会随着时测量寿命周期概念表达当一个人研究和改进过程时，测量方法会随着时间改变的信心。间改变的信心。n 测量过程设计选择的准则测量过程设计选择的准则 在采购测量系统之前，应制定测量

24、过程的详细工程概念。指南如下：在采购测量系统之前，应制定测量过程的详细工程概念。指南如下： 小组应评价系统（总成）或零件的设计并识别重要特性；小组应评价系统（总成）或零件的设计并识别重要特性； 利用量具利用量具DFMEA和和 (测量能力测量能力)过程过程FMEA，制定维护和校准计划；，制定维护和校准计划； 用流程图表示零件总成或零件的制造关键过程步骤，确定每一步骤用流程图表示零件总成或零件的制造关键过程步骤，确定每一步骤的输入和输出。以利于制定测量计划、测量类型清单；的输入和输出。以利于制定测量计划、测量类型清单； 对于复杂的测量系统，流程图由测量过程组成。对于复杂的测量系统，流程图由测量过程

25、组成。下一步：应是小组采用头脑风暴法，为每个测量制定要求的准则。下一步：应是小组采用头脑风暴法，为每个测量制定要求的准则。122n 详细的工程概念详细的工程概念 由组成小组对测量过程维护和持续改进负责，并直接负责研由组成小组对测量过程维护和持续改进负责，并直接负责研究详细的概念。并提出究详细的概念。并提出“测量系统开发检查表建议的要素测量系统开发检查表建议的要素”。 上表包括：测量系统设计和开发问题上表包括：测量系统设计和开发问题21个、测量系统制造问题个、测量系统制造问题21个、个、测量系统实际问题测量系统实际问题7个问题等。见个问题等。见MSA手册。手册。n 预防性维护的考虑预防性维护的考

26、虑 预防性维护一般包括：润滑、振动分析、传感器的完整性、预防性维护一般包括：润滑、振动分析、传感器的完整性、零件更换等；零件更换等； 简单的量具可能只需要定期的检查，而复杂的测量系统需要简单的量具可能只需要定期的检查，而复杂的测量系统需要持续进行详细的统计分析和工程师小组进行预见性的维护。持续进行详细的统计分析和工程师小组进行预见性的维护。n 规范规范 在设计和制造过程中规范对顾客和供应商均可作为指南。这些指在设计和制造过程中规范对顾客和供应商均可作为指南。这些指南起到交流可接受的标准作用。可接受的标准可以分为：南起到交流可接受的标准作用。可接受的标准可以分为： 设计标准设计标准设计者向制造者

27、详细交流的方法。对于复杂的设计者向制造者详细交流的方法。对于复杂的测量系统还应包括性能标准。测量系统还应包括性能标准。 制造标准制造标准包括测量系统制造所必需的公差。包括测量系统制造所必需的公差。123n 评估报价评估报价 接到报价后，小组集合对报价进行评审、评价。固定的项目包括：接到报价后，小组集合对报价进行评审、评价。固定的项目包括： 符合基本要求吗？符合基本要求吗？ 有超过标准的问题吗有超过标准的问题吗? 供应商展示了一种例外情况？为什么？供应商展示了一种例外情况？为什么？（例外情况可以是：（例外情况可以是： 价格或交付明显的不一致；价格或交付明显的不一致； 没有必要作为没有必要作为消极

28、因素而打折扣；消极因素而打折扣； 一个供应商可能提出与其他供应商不同的一个供应商可能提出与其他供应商不同的内容）内容） 概念促进了简易性和可维修性？概念促进了简易性和可维修性？n 可交付的文件，一个完整的文件包可能包括：可交付的文件，一个完整的文件包可能包括： 一套可复制的总成和详细的机械图（一套可复制的总成和详细的机械图（CAD或硬拷贝）（包括任或硬拷贝）（包括任何需要的标准）；何需要的标准）； 一套可复制的电器配线、原理和软件；一套可复制的电器配线、原理和软件； 经常使用或易损项目经常使用或易损项目/细节的建议备件清单。清单应包括需一定细节的建议备件清单。清单应包括需一定提前期才能获得的项

29、目；提前期才能获得的项目；124 带有机器图的维修手册，其中规定了正确装配和拆解机器零带有机器图的维修手册，其中规定了正确装配和拆解机器零件的方法与步骤；件的方法与步骤； 手册规定的作业准备、操作和机器运输的要求；手册规定的作业准备、操作和机器运输的要求； 校准说明；校准说明； 诊断树和发现修理故障指南；诊断树和发现修理故障指南； 认证报告（可追溯到国家标准）；认证报告（可追溯到国家标准）； 校准指导书；校准指导书； 技术支持人员、系统操作员和维护人员可以使用的用户手册。技术支持人员、系统操作员和维护人员可以使用的用户手册。当提出报价文件包时，上述清单看作检查表使用。当提出报价文件包时，上述清

30、单看作检查表使用。n 在供应商处的资格在供应商处的资格 测量系统装运之前，在供应商处，应对量具或测量系统进行全面测量系统装运之前，在供应商处，应对量具或测量系统进行全面的尺寸检验和功能测试。上述结果应与顾客的设计和制造标准一的尺寸检验和功能测试。上述结果应与顾客的设计和制造标准一致，全部形成文件并可供顾客评审。致，全部形成文件并可供顾客评审。125n 装运装运 装运检查表装运检查表设备什么时候装运？设备什么时候装运？怎样装运怎样装运?谁从卡车或机动轨道车上搬运设备？谁从卡车或机动轨道车上搬运设备？需要保险吗？需要保险吗？文件和硬件一起装运吗？文件和硬件一起装运吗？顾客有正确的设备把硬件卸下来吗

31、？顾客有正确的设备把硬件卸下来吗？装运前系统存放在什么地方？装运前系统存放在什么地方？执行前系统存放在什么地方？执行前系统存放在什么地方？装运文件完成了吗？是否很容易让装货人员、运输人员、装运文件完成了吗？是否很容易让装货人员、运输人员、卸货人员和安装人员了解？卸货人员和安装人员了解？126n 在顾客处的资格在顾客处的资格 装运前在供应商处为使测量系统有资格所作的一切，应在交付后在装运前在供应商处为使测量系统有资格所作的一切，应在交付后在顾客处以某种方式重复。顾客处以某种方式重复。 收到测量系统后，在开始测量分析之前，应对测量系统进行全尺寸收到测量系统后，在开始测量分析之前，应对测量系统进行全

32、尺寸检验以确定其是否符合制造要求检验以确定其是否符合制造要求/标准。标准。n 文件交付文件交付 按应交付的文件执行，但至少应包括：按应交付的文件执行，但至少应包括： 如果小组需要，如果小组需要，CAD或硬拷贝图；或硬拷贝图； 使用时，系统地过程流程图；使用时，系统地过程流程图； 用户手册：用户手册：l 维修维修/服务手册；服务手册；l 备件清单；备件清单；l 发现修理故障指南。发现修理故障指南。 校准指导书；校准指导书； 特别注意事项。特别注意事项。127 1.5.1 评价一个测量系统，评价一个测量系统，应考虑三个基本问题应考虑三个基本问题：n 测量系统应显示足够的测量系统应显示足够的灵敏性灵

33、敏性仪器仪器(和标准和标准)具有足够的分辨力具有足够的分辨力(设计确定设计确定) 。测量系统具有有效的分辨率，探测产品或过程变差的变化具有灵敏测量系统具有有效的分辨率，探测产品或过程变差的变化具有灵敏性。性。n 测量系统应是测量系统应是稳定稳定的的在重复性的条件下，测量系统变差只归因于普通原因而不是特殊在重复性的条件下，测量系统变差只归因于普通原因而不是特殊(不不规则的规则的)原因。原因。对实际应用和统计是重要的。对实际应用和统计是重要的。n 统计特性统计特性(误差误差)在预期的范围内在预期的范围内一致一致，并足以满足测量的目，并足以满足测量的目的的(产品控制或过程控制产品控制或过程控制)。

34、将测量误差只作为公差的一个百分数来报告的传统方法，不适应过将测量误差只作为公差的一个百分数来报告的传统方法，不适应过程改进的市场挑战。程改进的市场挑战。 当过程改变和改进时，应重新评价测量系统以确定其是否达到预期当过程改变和改进时，应重新评价测量系统以确定其是否达到预期的目的。的目的。128n 测量系统误差可以分为五种；测量系统误差可以分为五种；偏倚、重复性、再偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性。现性、稳定性和线性。n 测量系统研究的目的之一是获得测量系统与其环测量系统研究的目的之一是获得测量系统与其环境相互作用时，有关系统测量变差大小和变差类境相互作用时，有关系统测量变差大小和变差类型的信息

35、型的信息,这些可提供：这些可提供：接受新测量设备的标准；接受新测量设备的标准；两种测量装置的比较两种测量装置的比较; 评价怀疑有缺陷的量具的基础评价怀疑有缺陷的量具的基础；测量设备维修前后的比较；测量设备维修前后的比较；计算过程变差及一个生产过程的可接受性的水平；计算过程变差及一个生产过程的可接受性的水平；绘制量具性能曲线绘制量具性能曲线(GPC)，GPC表示接受某一真值零表示接受某一真值零件的概率。件的概率。129n 分辨力：分辨力：是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量，是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量，也称为可读性或分辨率也称为可读性或分辨率。测量系统的分辨力测量系统的分辨

36、力：是指测量系统检出并如实指出被测特：是指测量系统检出并如实指出被测特性微小变化的能力。性微小变化的能力。测量系统可接受的分辨力测量系统可接受的分辨力：是能够测出过程的变差，包括：是能够测出过程的变差，包括特殊原因变差，图特殊原因变差，图1.5-1过程分布的分组数（过程分布的分组数（ndc）可说明）可说明分辨力的概念；分辨力的概念；可视分辨力可视分辨力（Apparent Resolution）：测量仪器的最小增）：测量仪器的最小增量。量。建议可视分辨力应小于等于过程变差建议可视分辨力应小于等于过程变差6倍的十分之一。即倍的十分之一。即 分辨力不足可在控制图分辨力不足可在控制图极差图极差图(图图

37、1.5-2)中表现出来：中表现出来：l 极差图控制限内，可能有极差图控制限内，可能有13个极差值；个极差值；l 可能有可能有4个极差值在控制限内，且个极差值在控制限内，且1/4的极差值为零。的极差值为零。6 10可视分辨力可视分辨力130分分 组组 数数 据据控控 制制 分分 析析 一个数据分组（级）一个数据分组（级） 可用于控制的前提是：可用于控制的前提是：n与规范相比过程变差较小与规范相比过程变差较小 n在预期过程变差范围内的在预期过程变差范围内的损失函数平缓损失函数平缓 n主要的变差源导致均值偏主要的变差源导致均值偏移移 n不能用不能用 于估算过程参数和于估算过程参数和 指标指标n只表明

38、过程是否正生产合只表明过程是否正生产合格或不合格的零件格或不合格的零件 24个数据分组个数据分组 （级）（级） n根据过程分布根据过程分布，可用于半，可用于半计量控制技术计量控制技术n可以产生不敏感的计量控可以产生不敏感的计量控制图制图n一般不用于估算过程参数一般不用于估算过程参数和指标和指标 ，因为它只提供了粗因为它只提供了粗略的估测略的估测 5或更多的数据分组或更多的数据分组 （级）（级） n可用于计量控制图可用于计量控制图 n推荐使用推荐使用 131 0.145 0.140 0.135 样本均值样本均值0 5 10 15 20 25 0.02 0.010.00样本极差样本极差0 5 10

39、 15 20 250.145 0.140 0.135 样本均值样本均值0.00 0.01 0.02 样本极差样本极差UCL=0.1444Mean=0.1397LCL=0.1350LCL=0.01717R=0.00812LCL=0UCL=0.1438Mean=0.1398LCL=0.1359LCL=0.01438R=0.0068LCL=0控制图控制图 分辨率分辨率=0.001 X- R 控制图控制图 分辨率分辨率=0.01 X- R 132n 对多数测量过程而言，测量变差通常被描述为正态分布。正对多数测量过程而言，测量变差通常被描述为正态分布。正态概率被设想成测量系统分析的标准方法。态概率被设想

40、成测量系统分析的标准方法。n 特点，如图：特点，如图：n 测量过程变差可分为：测量过程变差可分为：位置变差；位置变差；宽度变差。宽度变差。位置位置（数据的中心倾向）（数据的中心倾向）宽度宽度（数据的分散程度）（数据的分散程度）图图1.5-3 正态分布正态分布133n 准确度准确度n 偏倚偏倚n 稳定性稳定性n 线性线性134n 准确度准确度通用概念：在测量过程处于统计控制状态下，一个或多个测量结果的平通用概念：在测量过程处于统计控制状态下，一个或多个测量结果的平均值与一个参考值之间一致的接近程度。均值与一个参考值之间一致的接近程度。在一些组织中准确度和偏倚互相使用。在一些组织中准确度和偏倚互相

41、使用。ISO及及ASTM(美国实验与材料协美国实验与材料协会会)使用准确度这个术语时包含了偏倚和重复性的含义。使用准确度这个术语时包含了偏倚和重复性的含义。n 偏倚偏倚偏倚是对同样的零件的同样特性，真值偏倚是对同样的零件的同样特性，真值(基准值基准值)和观测到的测量平均值和观测到的测量平均值的差值。的差值。测量系统平均值测量系统平均值基准值基准值偏倚偏倚图图1.5-4 偏倚偏倚135n 仪器需要校准仪器需要校准；n 仪器、设备或夹紧装置的磨损；仪器、设备或夹紧装置的磨损；n 磨损或损坏基准，磨损或损坏基准，基准出现误差基准出现误差；n 校准不当或校准不当或调整基准的使用不当调整基准的使用不当；

42、n 仪器质量差仪器质量差设计或一致性不好设计或一致性不好；n 线性线性误差；误差；n 应用错误的量具；应用错误的量具；n 不同的测量方法不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术设置、安装、夹紧、技术；n 测量错误的特性；测量错误的特性；n ( (量具或零件量具或零件) )变形；变形；n 环境环境温度、湿度、振动、清洁的影响；温度、湿度、振动、清洁的影响；n 违背假定，在应用常量上出错；违背假定，在应用常量上出错；n 应用应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误误( (易读性、视差易读性、视差) )。136稳定性稳定性( (或漂移或漂移):):是测量系统

43、在某一段时间内，测量同一是测量系统在某一段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。 或者说是或者说是偏倚偏倚随时间随时间的变化的变化。时间参考值（基准值）137n 仪器需要校准，仪器需要校准，校准时间间隔要缩短校准时间间隔要缩短；n 仪器、设备或夹紧装置的仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损；n 正常老化正常老化/ /退化；退化；n 缺乏维护缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁清洁；n 磨损或损坏基准，基准出现误差；磨损或损坏基准，基准出现误差；n 校准不当校准不当/ /调整基准的调整基准的使

44、用不当使用不当；n 仪器质量差仪器质量差 设计或一致性不好；设计或一致性不好；n 仪器设计或方法缺乏仪器设计或方法缺乏稳健性稳健性；n 不同的测量方法不同的测量方法设置、设置、安装、夹紧、技术；安装、夹紧、技术；n ( (量具或零件量具或零件) )变形；变形；n 环境变化环境变化温度、湿度、振动、清洁度温度、湿度、振动、清洁度；n 违背假定违背假定, ,在应用常量上出错在应用常量上出错；n 应用应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误误( (易读性、视差易读性、视差) )。138n 线性线性:在设备的预期操作在设备的预期操作( (测量测量) )范围

45、内范围内偏倚的不同偏倚的不同。线性也线性也可以被认为关于偏倚大小的变化可以被认为关于偏倚大小的变化。n 线性误差的可能原因同稳定性线性误差的可能原因同稳定性，为什么为什么? ?偏倚值N基准值零偏倚线观测值基准值观测值基准值观测值线性线性非常量偏倚非常量偏倚常量偏倚常量偏倚值1偏倚零偏倚基准值基准值观测值 |基准值基准值正偏倚负偏倚观测值 观测值139n精密度精密度n重复性重复性n再现性再现性n灵敏度灵敏度n一致性一致性n均匀性均匀性140n传统上，定义为测量系统在操作范围内分传统上，定义为测量系统在操作范围内分辨力、灵敏度和重复性的最终影响；辨力、灵敏度和重复性的最终影响；操作范围操作范围:

46、大小、量程和时间。大小、量程和时间。n事实上，定义为测量范围内重复测量的预事实上，定义为测量范围内重复测量的预期变差；期变差；一个装置在低量程和高量程测量一样或今天与一个装置在低量程和高量程测量一样或今天与昨天一样，具有相同的精密度。昨天一样，具有相同的精密度。n精密度对应重复性，而线性对应偏倚；精密度对应重复性，而线性对应偏倚；n精密度定义为包括来自不同的读数、量具、精密度定义为包括来自不同的读数、量具、人员、实验室或条件的变差。人员、实验室或条件的变差。141n 重复性：重复性：由由一个评价人一个评价人，采用，采用相同的测量仪器相同的测量仪器，多次测量，多次测量同一零件的同一特性同一零件的

47、同一特性时获得的测量变差。时获得的测量变差。n 重复性是设备本身固有的变差或性能。重复性是设备本身固有的变差或性能。n 重复性一般指重复性一般指仪器的变差仪器的变差(EV)，事实上它是从规定的测量事实上它是从规定的测量条件下，连续试验得到的普通原因条件下，连续试验得到的普通原因(随机误差随机误差)变差。变差。n 当测量环境是固定的，并且被规定了（即固定的零件、仪当测量环境是固定的，并且被规定了（即固定的零件、仪器、标准、方法、操作者、环境和假设）时，对于重复性器、标准、方法、操作者、环境和假设）时，对于重复性最好的定义是系统内部变差。最好的定义是系统内部变差。重复性重复性参考值参考值142n

48、零件零件(样品样品)：形状、位置、表面加工、錐度、样品一致性；：形状、位置、表面加工、錐度、样品一致性；n 仪器仪器：修理、磨损、设备或夹紧装置故障、质量差或维护不：修理、磨损、设备或夹紧装置故障、质量差或维护不当；当；n 基准基准：质量、质量、级别、磨损级别、磨损；n 方法方法：在设置、技术、零件调整、夹持、夹紧、点密度的变：在设置、技术、零件调整、夹持、夹紧、点密度的变差；差；n 评价人评价人：技术、职位、缺乏经验、操作技能：技术、职位、缺乏经验、操作技能/培训、感觉、疲培训、感觉、疲劳；劳；n 环境环境：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化；：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期

49、起伏变化；n 违背假定违背假定：稳定、正确操作；：稳定、正确操作；n 仪器设计仪器设计或或方法方法缺乏稳定性，一致性不好缺乏稳定性，一致性不好；n 应用应用错误的量具错误的量具；n (量具或零件量具或零件)变形变形、硬度不足硬度不足；n 应用应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易易读性、视差读性、视差)。 143n 再现性再现性：由：由不同的评价人不同的评价人，采用，采用相同的测量仪器相同的测量仪器，测量，测量同一零件的同一特性同一零件的同一特性时测量平均值的变差；时测量平均值的变差；n 传统上，把再现性看作传统上，把再现性看作“评价人之间

50、评价人之间”的变差的变差(AV)；n 再现性也被看作是系统之间或测量条件之间的平均变差再现性也被看作是系统之间或测量条件之间的平均变差；n ASTM的定义，不仅包括评价人不同，而且量具、实验的定义，不仅包括评价人不同，而且量具、实验室和环境室和环境(温度、湿度温度、湿度)也不同，同时也不同，同时再现性计算中还包括再现性计算中还包括重复性重复性。评价人AC再现性再现性B144n 零件零件(样品样品)之间之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为零件的类型为A、B、C时的均值差；时的均值差；n 仪器之间仪器之间：同样的零件、操作者和

51、环境，使用仪器：同样的零件、操作者和环境，使用仪器A、B、C等的均值等的均值差。在这种研究情况下，再现性错误常与方法差。在这种研究情况下，再现性错误常与方法/操作者混淆；操作者混淆；n 标准之间标准之间；测量过程中不同的设定标准的平均影响；测量过程中不同的设定标准的平均影响；n 方法之间方法之间：改变点密度、手动与自动系统相比、零件调整、夹持或夹改变点密度、手动与自动系统相比、零件调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差紧方法等导致的均值差；n 评价人评价人(操作者操作者)之间之间：评价人：评价人A、B、C等的培训、技术、技能和经验等的培训、技术、技能和经验不同导致的均值差；不同导致的均值差；n 环

52、境之间环境之间：在第在第1、2、3等时间段内测量等时间段内测量,由环境循环引起的均值差由环境循环引起的均值差；n 违背违背研究中的研究中的假定假定；n 仪器设计或方法仪器设计或方法缺乏稳健性缺乏稳健性；n 操作者操作者培训培训效果效果; n 应用应用零件尺寸、位置、观察误差零件尺寸、位置、观察误差(易读性、视差易读性、视差)。145 量具量具R&R是是重复性和再现性合成变差重复性和再现性合成变差的一个估计的一个估计，或者说或者说，等于系统内部和系统之间的方差的总和等于系统内部和系统之间的方差的总和。 2GRR =2再现性再现性 + 2重复性重复性基准值GRR A B C 146n 灵敏

53、度：灵敏度：导致一个可检定到的输出信号的最小值。导致一个可检定到的输出信号的最小值。它是测量系统对被测量特征改变的响应。它是测量系统对被测量特征改变的响应。n 灵敏度由量具设计灵敏度由量具设计(分辨力分辨力)、固有质量、使用中、固有质量、使用中的维护以及仪器和标准的操作条件决定。的维护以及仪器和标准的操作条件决定。n 它通常被描述为测量的一个单位。它通常被描述为测量的一个单位。n 影响灵敏度的因素包括影响灵敏度的因素包括：使仪器的使仪器的减振能力减振能力；操作者的技能；操作者的技能；测量装置的重复性；测量装置的重复性；对于电子或气动量具所提供无漂移运行的能力；对于电子或气动量具所提供无漂移运行

54、的能力；仪器使用的环境，如大气、尘埃、湿度。仪器使用的环境，如大气、尘埃、湿度。147n一致性一致性是随时间得到测量变差的区别是随时间得到测量变差的区别，也可也可以看成重复性随时间的变化以看成重复性随时间的变化。n影响一致性的因素是变差的特殊原因，如：影响一致性的因素是变差的特殊原因，如： 零件的温度零件的温度； 电子设备的预热要求电子设备的预热要求； 设备的磨损设备的磨损。148n均匀性均匀性是量具在整个工作量程内变差的是量具在整个工作量程内变差的区别。也可以认为是重复性在量程上的区别。也可以认为是重复性在量程上的均一性均一性(同一性同一性)。n影响均匀性的因素包括影响均匀性的因素包括： 夹

55、紧装置的定位夹紧装置的定位(只接受较小只接受较小/较大尺寸较大尺寸) )； 刻度的可读性不好；刻度的可读性不好； 读数视读数视差。差。149 测量系统测量系统变差变差与下列因素有关：与下列因素有关：测量系统的测量系统的能力；能力；测量系统的测量系统的性能；性能；测量系统的测量系统的不确定度不确定度。150n 测量系统的能力测量系统的能力是基于短期的评估，对测量误差是基于短期的评估，对测量误差(随机的随机的和系统的和系统的)合成变差的估计。简单的能力包括：合成变差的估计。简单的能力包括：偏倚或线性偏倚或线性; 重复性和再现想重复性和再现想，包括短期包括短期一致性一致性。n 测量能力的估计是对于规

56、定条件、范围和测量系统量程测量能力的估计是对于规定条件、范围和测量系统量程内预期误差的表达；内预期误差的表达； 不同于测量不确定度。测量不确定度是一个与测量结果有关的误不同于测量不确定度。测量不确定度是一个与测量结果有关的误差或值的预期范围的表达。差或值的预期范围的表达。n 当测量误差互不相关时当测量误差互不相关时(随机的和独立的随机的和独立的)，合成变差的能，合成变差的能力表达可以量化为：力表达可以量化为： 2 2能力能力 =2 2偏倚偏倚(线性线性) + 2 2GRR 151n理解和准确应用测量能力的基本点理解和准确应用测量能力的基本点：能力的估计是与规定的测量范围有关：能力的估计是与规定

57、的测量范围有关：条件条件、量量程程和和时间时间；在测量量程内的短期一致性和均匀性在测量量程内的短期一致性和均匀性(重复性误差重复性误差)被包含在能力的评价中。被包含在能力的评价中。u当短期的线性、均匀性当短期的线性、均匀性/一致性在量程范围内明显变化一致性在量程范围内明显变化时，测量计划者和分析者只有两种实际选择：时，测量计划者和分析者只有两种实际选择：l报告对于规定的条件、范围和测量系统量程的最大报告对于规定的条件、范围和测量系统量程的最大(最坏的情最坏的情况况)能力；能力；l对于规定的测量量程区间对于规定的测量量程区间(即低、中、较大量程即低、中、较大量程)确定和报告多确定和报告多种能力评

58、估。种能力评估。152n评价范围：评价范围：测量范围有限的部分测量范围有限的部分；整个测量范围整个测量范围; 很具体的或一个概括的很具体的或一个概括的操作说明。操作说明。n“短期短期”的含义：的含义： 一系列测量循环期间的能力；一系列测量循环期间的能力；完成完成GRR评价的时间评价的时间; 一个规定的生产期，或由校准频率表示的时一个规定的生产期，或由校准频率表示的时间间。153n 测量系统的测量系统的性能性能是所有变差源随时间的最终影响。性是所有变差源随时间的最终影响。性能是合成测量误差的长期评估，包括：能是合成测量误差的长期评估，包括：能力能力(短期误差短期误差)；稳定性和一致性稳定性和一致

59、性。n 测量性能的估计是对于规定条件、范围和测量系统量测量性能的估计是对于规定条件、范围和测量系统量程内预期误差的表达程内预期误差的表达(不同于测量不确定度不同于测量不确定度)。n 当测量误差互不相关时当测量误差互不相关时(随机的和独立的随机的和独立的)，合成变差，合成变差的性能表达可以量化为：的性能表达可以量化为： 2性能性能 =2能力能力 + 2稳定性稳定性 + 2一致性一致性154n测量性能只需要完整到能合理地再现出测量测量性能只需要完整到能合理地再现出测量环境和范围：环境和范围：性能评估包括测量量程内的长期一致性和均匀性性能评估包括测量量程内的长期一致性和均匀性(重复性误差重复性误差)

60、；当长期的线性、均匀性或一致性在一定的量程范当长期的线性、均匀性或一致性在一定的量程范围内明显变化时，测量计划者和分析者只有两种围内明显变化时，测量计划者和分析者只有两种实际选择实际选择：u报告对于规定的条件、范围和测量系统量程的最大报告对于规定的条件、范围和测量系统量程的最大(最最坏坏)性能；性能；u对于规定的测量量程区间对于规定的测量量程区间(即低、中、较大量程即低、中、较大量程)确定和确定和报告多种性能评估。报告多种性能评估。155n评价范围评价范围:同能力的范围同能力的范围。即：即：测量范围有限部分测量范围有限部分；整个测量范围；整个测量范围；很具体的或一个概括的说明。很具体的或一个概括的说明