测量系统分析之误差及能力分析

测量系统分析MeasurementSystemAnalysis误差及能力分析测量系统分析之误差及能力分析第1页测量系统分析目标测量系统分析目标是确定所使用数据是否可靠测量系统分析还能够：评定新测量仪器将两种不一样测量方法进行比较对可能存在问题测量方法进行评定确定并处理测量系统误差问题测量系统分析之误差及能力分析第2页数据质量数据质量取决于从处于稳定条件下进行操作测量系统中，屡次测量统计特征，如：假设使用某一在稳定条件下操作测量系统对某一特定特征值进行了几次测量，假如这些测量值均与该特征参考值（mastervalue）“靠近”），那么，数据质量被称为“高”；一样，假如部份或全部测量值与参考值相差“很远”，则数据质量很“低”测量系统分析之误差及能力分析第3页描述测量数据质量统计特征通惯用来描述测量数据质量统计特征是某测量系统偏倚（Bias）和变差（variance）。被称为偏倚统计特征指是数据值相对于参考（基准）值位置。被称为变差特征指是数据分布宽度。测量系统分析之误差及能力分析第4页低质量数据原因和影响低质量数据普遍原因之一是变差太大一组数据中变差多是因为测量系统及其环境相互作用造成。假如相互作用产生变差过大，那么数据质量会太低，从而造成测量数据无法利用。如：含有较大变差测量系统可能不适适用于分析制造过程，因为测量系统变差可能掩盖制造过程变差。测量系统分析之误差及能力分析第5页相关测量数据常见问题什么是测量？将一个未知量与一个已知或已经接收参考值进行比较为何我们需要测量数据？我们使用测量数据来判断产品是否合格，制订相关过程管理决议。我接收这件产品吗？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？准确性：数据必须告诉我们真相！重复性：重复测量必须产生一样结果！再现性：结果不应该受检验员影响。什么是测量仪器？用来进行测量任何仪器。什么是检验员（或者判定人）？使用测量仪器进行测量个人或装置测量系统分析之误差及能力分析第6页相关测量数据常见问题测量系统：不但指量具。测量系统包含：人（及其培训）、过程（测量程序）、设备（量具或测量工具）、系统控制点、及全部这些原因相互作用。测量总偏差：总观察偏差=过程偏差+测量系统偏差测量是一个能影响所观察值中心值和偏差过程。测量系统分析之误差及能力分析第7页相关测量数据常见问题GageR&R分析是用来分析测量系统方法，目标是确定测量某种东西时出现波动（误差）大小和类型。将“测量系统”看作是会给测量数据带来额外误差子过程，其目标就是使用误差尽可能小测量过程。任何观察数据误差，都是部件实际误差和测量系统误差总和。测量系统分析之误差及能力分析第8页过程变差剖析长久过程变差短期抽样产生变差实际过程变差稳定性线性重复性

准确度量具变差操作员造成变差测量误差过程变差观察值“重复性”和“再现性”是测量误差主要起源再现性过程变差测量系统分析之误差及能力分析第9页连续变量测量系统分析分辨率偏移？“准确性”（居中性—均值）线性？稳定性？校准？“准确性”（R&R）（离散性—偏差）OKOKOKOK测量系统分析之误差及能力分析第10页测量仪器分辨率

（测量仪器分辨率必须小于或等于规范或过程误差10%）测量仪器分辨率可定义为测量仪器能够读取最小测量单位。看看下面部件A和部件B，它们长度非常相同。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件测量值之间差异能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.25B=2.00因为上面刻度分辨率比两个部件之间差异要大，两个部件将出现相同测量结果。第二个刻度分辨率比两个部件之间差异要小，部件将产生不一样测量结果。测量系统分析之误差及能力分析第11页测量系统有效分辨率（discrimination）要求不低于过程变差或允许偏差（tolerance）十分之一零件之间差异必须大于最小测量刻度极差控制图可显示分辨率是否足够看控制限内有多少个数据分级不一样数据分级(ndc)计算为零件标准偏差/总量具偏差*1.41.普通要求它大于5才可接收直尺卡尺千分尺.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.2791测量系统分析之误差及能力分析第12页分辨率不足表现在过程变差SPC极差图上可看出：当极差图中只有一、二或三种可能极差值在控制界限内时。假如及差图显示有四种可能极差值在控制界限内，且超出1/4以上极差值为零。测量系统分析之误差及能力分析第13页敏感度（Sensitivity）敏感度是指能产生一个可检测到（有用）输出信号最小输入。它是测量系统对被测特征改变回应。敏感度由量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）、使用中保养，以及仪器操作条件和标准来确定。它通常被表示为一测量单位。影响敏感度原因包含：一个仪器衰减能力操作者技能测量装置重复性对于电子或气动量具，提供无漂移操作能力仪器使用所处条件，比如：大气条件、尘土、湿度测量系统分析之误差及能力分析第14页准确度(Accuracy)准确度(Accuracy)—测量平均值是否与真值吻合?真值(TrueValue):理论上正确值国际度量衡标准偏倚（Bias)测量值均值与真值距离测量系统连续地偏离目标系统错误测量系统分析之误差及能力分析第15页

BIAS—测量结果平均值与参考值差异.参考值（reference-value）是一个预先认定参考标准.该标准可用更高一级测量系统测量平均值来确定(比如：高一级计量室)观察平均值参考值偏倚BIAS测量系统分析之误差及能力分析第16页

X1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65 mm X10=0.7mm同一操作者对同一工件测量10次假如参考标准是0.80mm.过程变差为0.70mm=0.75Bias=0.75-0.8=-0.05%Bias=100[0.05/0.70]=7.1%表明7.1%过程变差是偏倚BIAS偏倚BIAS实例:测量系统分析之误差及能力分析第17页准确度问题能够经过校准来探测.偏倚也能够与过程容差相比较判断准确度简单标准为.小于过程变差或容差1%,可认为是准确.小于过程变差或容差1%则需要研究和调整测量系统,或者暂时用赔偿值来修正以后测量值偏倚研究还能够经过作图方式来进行,即作出直方图,然后依据经验判断是否能够接收.偏倚研究还能够经过计算置信区间来判断是否能够接收测量平均值–参考值x(100)容差宽度测量系统分析之误差及能力分析第18页作图分析测量系统分析之误差及能力分析第19页偏倚研究分析假如偏倚在统计上不等于0，检验是否存在以下原因：基准件或参考值有误—检验确定标准件程序仪器磨损—维修仪器所测量特征有误仪器没有经过适当校准—对校准程序进行评审评价者使用仪器方法不正确—对测量指导书进行评审测量系统分析之误差及能力分析第20页偏倚调整假如偏倚不等于零，应采取硬体修正法和软体修正法对量具进行重新校准以到达零偏倚；假如偏倚不能调整为零，经过变更程序（每个读值依据偏倚进行修正）还可继续使用该测量系统。因为存在评价误差这一高度风险，所以这种方法只能在取得用户同意后方可使用。测量系统分析之误差及能力分析第21页线性在量具正常工作量程内偏倚改变量多个独立偏倚误差在量具工作量程内关系是测量系统系统误差组成测量系统分析之误差及能力分析第22页

线性探测能够在校按时进行线性好坏能够经过作图来显示线性研究也能够经过数据分析来进行,即用最小二乘法来计算最正确拟合直线,再用假设检验来验证其线性是否能够接收.测量系统分析之误差及能力分析第23页线性误差原因造成线性误差可能原因以下：仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具磨损维护保养不好—空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准磨损或损坏，基准误差—最小/最大测量系统分析之误差及能力分析第24页在一段时间内，测量结果分布不论是均值还是标准偏差都保持不变和可预测经过较长时间内，用被监视量具对相同标准或标准件同一特征进行测量总变异来监视可用时间走势图进行分析稳定性（Stability）时间-1时间-2时间稳定性量值测量系统分析之误差及能力分析第25页稳定性判定确定参考值长久测量：比如每班5次测20个班做出稳定性

-R控制图如测量过程处于稳定状态，没有显著特殊原因结果发生，则判定稳定性合格。测量系统分析之误差及能力分析第26页造成不稳定可能原因（一）仪器需要校准，缩短校准周期仪器、设备或夹具磨损正常老化或损坏维护保养不好：空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准磨损或损坏，基准误差不适当校准或使用基准设定测量系统分析之误差及能力分析第27页造成不稳定可能原因（二）仪器质量不好—设计或符合性仪器缺乏稳健设计或方法不一样测量方法—作业准备、载入、夹紧、技巧变形（量具或零件）环境改变—温度、湿度、振动、清洁错误假设，应用常数不对应用—零件数量、位置、操作者技能、疲劳、观察误差（易读性、视差）测量系统分析之误差及能力分析第28页校准对比一个已知真实值检验测量系统或相对于一个已知标准调整量具以至读数正确。全部测量系统需要校准：校按时可参考量具制造者提议。定时对操作员培训考评。相关软件。测量系统分析之误差及能力分析第29页准确性（重复性和再现性）准确性—描述了测量系统偏差可重复性—偏差由量具本身造成；（测量系统内部变差）可再现性—偏差由测量者技巧造成；（测量系统之间或条件之间变差）

测量系统=重复性+再现性测量系统分析之误差及能力分析第30页测量系统内在变异性基于重复测量数据，用分组后组内标准偏差来估算小于测量系统总变差

重复性：指同一人使用同一测量工具对同一对象（产品）同一特征进行屡次测量中产生变差，用于预计短期变差MasterValue准确度：重复性测量系统分析之误差及能力分析第31页造成重复性可能原因零件内部（抽样样本）：形状、位置、表面光度、锥度、样本一致性仪器内部：维修、磨损、设备或夹具失效、质量或保养不好标准内部：质量、等级、磨损方法内部：作业准备、技巧、归零、固定、夹持、点密度变差评价人内部：技巧、位置、缺乏经验、操作技能或培训、意识、疲劳测量系统分析之误差及能力分析第32页造成重复性可能原因（续）环境内部：对温度、湿度、振动、清洁小幅度波动错误假设—稳定，适当操作缺乏稳健仪器设计或方法，一致性不好量具误用失真（量具或零件）、缺乏坚固性应用—零件数量、位置、观察误差（易读性、视差）测量系统分析之误差及能力分析第33页准确度：再现性测量系统中操作员产生变异基于不一样操作者测量数据，按操作员分组，经过组平均值差来估。应扣除量具原因（组内变差）比测量系统总变差小InspectorAMasterValueInspectorBInspectorCInspectorAInspectorBInspectorC再现性：指不一样人在对同种特征进行测量时产生变差测量系统分析之误差及能力分析第34页造成再现性误差潜在原因零件之间（抽样样本）：使用相同仪器、操作者和方法测量A、B、C零件类型时平均差异仪器之间：在相同零件、操作者和环境下使用A、B、C仪器测量平均值差异。注意：在这种情况下，再现性误差通常还混有方法和/或操作者误差。标准之间：在测量过程中，不一样设定标准平均影响。测量系统分析之误差及能力分析第35页造成再现性误差潜在原因（续）方法之间：因为改变测量点密度、手动或自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成平均值差异。评价人（操作者）之间：评价人A、B、C之间因为培训、技巧、技能和经验所造成平均值差异。推荐在为产品和过程判定和使用手动测量仪器时使用这种研究方法。测量系统分析之误差及能力分析第36页造成再现性误差潜在原因（续）环境之间：在经过1、2、3等时段所进行测量，因为环境周期所造成平均值差异。这种研究惯用在使用高度自动化测量系统对产品和过程判定。研究中假设有误缺乏稳健仪器设计或方法。操作者培训有效性。应用—零件数量、位置、观察误差（易读性、视差）测量系统分析之误差及能力分析第37页测量系统分析准备工作确定要测量对象确定评价人人数，抽样零件数量重复测量次数评价人选择样件选择仪器有足够分辨率确定测量程度测量系统分析之误差及能力分析第38页测量系统分析两个阶段阶段一：了解测量过程，确定它是否满足要求？第一阶段是验证测量系统是否满足其设计规范要求。另外验证是否存在任何与测量相互依赖主要环境问题。第一阶段验证结果可能说明操作环境不会对整个测量系统变差产生重大影响。另外，与重复性和再现性要素相比较，测量装置偏倚和线性影响应该较小。测量系统分析之误差及能力分析第39页测量系统分析两个阶段（续）阶段二：伴随时间推移，测量系统是否能连续满足要求？从阶段一所得到知识应该被用于改进第二阶段测量。比如，假如在整个测量系统变差中，重复性和再现性影响很大，那么在第二阶段中可能要周期性简单地进行这两个原因统计试验。第二阶段是对变差主要原因提供连续监控，从而说明测量系统是连续可信，或伴随时间推移，测量系统是否出现变坏信号。测量系统分析之误差及能力分析第40页连续变量测量系统分析极差法：短期方法，快速近似值均值—极差法：长久方法，将变差分解为重复性和再现性、但不确定二者相互作用。ANOVA分析法：标准统计技术，可将变差分为四类：零件、评价人、零件与评价人之间相互作用，以及量具造成重复误差。测量系统分析之误差及能力分析第41页平均范围==(2+1+1+2+1)/5=7/5=1.4量具误差=5.15*/d=5.15/1.19*=4.33*=4.33*1.4=6.1%GageR&R=量具误差GageError/允差Tolerance=6.1/20*100%=30.5%快速GR&R（极差法/短期模式）d常数表允差Tolerance=20=最大值-最小值RRRRR测量系统分析之误差及能力分析第42页短期模式练习Averagerange=R=(++++)/____=_____/___GageError=5.15/d*R=5.15/______*R=_____*R=____*____=_____%GageR&R=GageError/Tolerance=_____/_____*100%)=______%Specrange=185-215测量系统分析之误差及能力分析第43页计量型数据均值-极差法均值-极差（X-R）法是确定测量系统重复性和再现性数学方法，步骤以下：1选择三个测量人（A,B,C）和10个测量样品。测量人应有代表性，代表经常从事此项测量工作QC人员或生产线人员10个样品应在过程中随机抽取，可代表整个过程变差，不然会严重影响研究结果。2校准量具3测量，让三个测量人对10个样品某项特征进行测试，每个样品每人测量三次，将数据填入表中。试验时遵照以下标准：盲测标准1：对10个样品编号，每个人测完第一轮后，由其它人对这10个样品进行随机重新编号后再测，防止主观偏向。盲测标准2：三个人之间都相互不知道其它人测量结果。4计算测量系统分析之误差及能力分析第44页计算A测全部样品总平均值XA。一样方法计算RB,XB,RC,Xc对每个样品由三个人所测得9个测试值求平均值，计算这些均值极差Rp计算A对每个样品三次测试结果极差，然后计算10个样品极差均值RA测量系统分析之误差及能力分析第45页测量系统分析R=(RA+RB+RC)/3XDIFF=Max{XA,XB,XC}-Min{XA,XB,XC}重复性--设备变差EV=R

K1

再现性--测验人变差AV=(XDIFF

K2)2-(EV2/nr)过程变差PV=RPK3R&R=(EV2+AV2)总变差TV=(R&R2+PV2)%EV=EV/TV%AV=AV/TV%R&R=R&R/TV%PV=PV/TVP/T=R&R/Tolerancen=样品个数r=每个人对每个样品试验次数rK1234.563.05K2233.652.70测试人数nK3789101.821.741.671.62K1=5.15/d*2*AV计算中，如根号下出现负值，AV取值0测量系统分析之误差及能力分析第46页EV=EquipmentVariation(Repeatability)AV=AppraiserVariation(Reproducibility)R&R=Repeatability&ReproducibilityPV=PartVariationTV=TotalVariationofR&RandPVK1-Trial,K2-Operator,&K3-PartConstantsGR&R研究中名词测量系统分析之误差及能力分析第47页卡尺R&R研究

Excel运算测量系统分析之误差及能力分析第48页StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)

TotalGageR&R1.85E-020.09544918.8719.09Repeatability1.42E-020.07300614.4414.60Reproducibility1.19E-020.06148612.1612.30Part-to-Part9.64E-020.49664698.2099.33TotalVariation9.82E-020.505735100.00101.15Numberofdistinctcategories=7Minitab计算GR&RXbar-R均值极差法注：使用同组数据Discrim98.218.9=sspms==**.227.3测量系统分析之误差及能力分析第49页%ContributionSourceVarComp(ofVarComp)

TotalGageR&R0.0004594.53Repeatability0.0002312.28Reproducibility0.0002282.25Operator0.0001171.16Operator*PartNo0.0001111.09Part-To-Part0.00967095.47TotalVariation0.010129100.00StdDevStudyVar%StudyVar%ToleranceSource(SD)(5.15*SD)(%SV)(SV/Toler)

TotalGageR&R0.0214300.11036621.2922.07Repeatability0.0152020.07829215.1115.66Reproducibility0.0151050.07778915.0115.56Operator0.0108340.05579310.7611.16Operator*PartNo0.0105250.05420510.4610.84Part-To-Part0.0983360.50643097.71101.29TotalVariation0.1006440.518317100.00103.66NumberofDistinctCategories=6Minitab计算GR&R-ANOVA法测量系统分析之误差及能力分析第50页

%R&R

Results<5% 很好£10% 好10%–30% 能够接收，视被测量特征主要程度和 测量成本等原因而定。>30% 测量系统需要改进GageR&R判断标准测量系统分析之误差及能力分析第51页假如重复性大于再现性，原因可能是：仪器需要维修可能需要对量具进行重新设计，以取得更加好严格度需要对量具夹紧或固定装置进行改进零件内变差太大测量系统分析之误差及能力分析第52页假如再现性大于重复性，原因可能是：需要更加好对评价人进行怎样使用和判读该量具仪器培训量具校准，刻度不清楚某种夹具帮助评价人更一致地使用量具。测量系统分析之误差及能力分析第53页短期与长久方法比较短期模式用生产设备用生产操作员快速-只需几个样品(~5)无重复（replicates）预计总变差(TotalGageR&R)不能区分AV和EV不能指导改进方向可用于破坏性测试长久模式用生产设备用生产操作员较多样品(>5)要求重复Replicates(~3)预计总变差(TotalGageR&R)能够区分AV和EV为测量系统改进提供指导测量系统分析之误差及能力分析第54页R&R对产品决议影响下限上限上限下限或或第II型错误：漏判，将不合格判断成合格第I型错误：误判，将合格判断成不合格测量系统分析之误差及能力分析第55页R&R对过程变差计算影响观察到过程变差实际过程变差测量系统变差测量系统分析之误差及能力分析第56页R&R对过程能力计算影响70%60%50%40%30%10%测量系统分析之误差及能力分析第57页P/T与%R&R将测量系统变差与产品容差比较是最惯用方法:P/T能够表示与产品规范比较时好坏程度.产品规范制订有时会太紧，有时又太松。普通来说，当测量系统只是用来检验生产线样品是否合格时，P/T是很有效。因为这时候，即使过程能力(Cpk)不足，P/T也能够给你足够信心来判断产品好坏测量系统变差与过程变差比较（%R&R）更适合于研究过程能力与过程改进。PTTolerance（容差）测量系统/.*=515sTolerance=USL-LSL%&RR测量系统总过程变差=´ss100测量系统分析之误差及能力分析第58页%R&R=20%%R&R=50%过程实际变差%R&R=100%产品容差LSLUSL测量系统变差P/T=20%P/T=50%P/T=100%测量系统分析之误差及能力分析第59页%R&R=25%%R&R=50%过程实际变差%R&R=100%产品容差（Tolerance）LSLUSL测量系统变差P/T=50%P/T=100%P/T=200%测量系统分析之误差及能力分析第60页%R&R=20%%R&R=40%%R&R=100%产品容差（Tolerance）LSLUSL测量系统变差P/T=10%P/T=20%P/T=50%过程实际变差测量系统分析之误差及能力分析第61页重复性和再现性在时间和量程上稳定性一致性:重复性随时间改变均匀性:重复性和再现性在整个量程上改变测量系统分析之误差及能力分析第62页NO-GOGOErrorOperator2Operator1定性数据(AttributeData)R&R测量系统分析之误差及能力分析第63页Go-NoGo数据模式人为原因主导，情况复杂统计模型各种多样统计学上各家争鸣，尚无定论实践中采取何种形式，取决于实例与统计模型靠近程度测量系统分析之误差及能力分析第64页对于以“是”和“不是”为计数基础定性数据，其GR&R考查概念是与定量数据一样。但方法上完全不一样.定性数据测量系统能力取决于操作员判断有效性，即将“合格”判断成合格，将“不合格”判断成不合格程度.计数型测量系统能力分析方法示例测量系统分析之误差及能力分析第65页以下为判断所用指标有效性Effectiveness(E)-即判断“合格”与“不合格”准确性

E=实际判断正确次数/可能判断正确机会次数.

漏判几率