测量系统分析教材讲座

测量系统分析

MSAMEASUREMENTSYSTEMANALYSIS

伍建华1测量系统分析教材讲座第1页一、引言

二、测量系统组成三、变差起源四、变差类型五、测量系统分析之准备六、怎样进行测量系统分析七、计量型测量系统分析-示范八、计数型测量系统分析-示范九、复杂或非重复测量系统实践

目录2测量系统分析教材讲座第2页测量数据质量测量数据质量由在稳定条件下运行某一测量系统得到屡次测量结果统计特征确定。比如，假定用在稳定条件下运行某测量系统，得到某一特征屡次测量数据。假如这些测量数据与这一特征材料值都很“靠近”，那么能够说这些测量数据质量“高”，类似地，假如一些或全部测量数据“远离”标准值，那么能够说这些数据质量“低”。3测量系统分析教材讲座第3页低质量数据最通常原因之一是数据变差太大。一组测量变差大多是因为测量系统和它环境之间交互作用造成。比如，测量某容器内流体容积，使用测量系统可能对它周围环境温度敏感，在这种情况下，数据变差可能因为其体积改变或周围温度改变，使得解释这些数据很困难，所以这一测量系统是不理想。4测量系统分析教材讲座第4页术语测量：定义为赋值（或数）给详细事物以表示它们之间关于特定性关系。这个定义由Ｃ．Eisenhart（1963）首次提出。赋值过程定义为测量过程，而赋予值定义为测量值。量具：任何用来取得测量结果装置，经惯用来特指用在车间装置；包含经过/不经过装置。测量系统：是用来对被测特征定量测量或定性评价仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设集合；用来取得测量结果整个过程。

依据定义，一个测量过程能够看成是一个制造过程，它产生数值（数据）作为输出。这么对待测量系统是有用，因为这能够使用权我们利用那些早已在统计过程控制领域证实了有效性全部概念、原理和工具。

5测量系统分析教材讲座第5页标准用于比较可接收基准

用于接收准则已知数值，在表明不确定度界限内，作为真值被接收基准值一个标准应该是一个可操作定义：由供给商或用户应用时，在昨天、今天和明天都含有一样含义，产生一样结果。术语6测量系统分析教材讲座第6页 ● 分辨力、可读性、分辨率 √ 别名：最小读数单位、测量分辨率、刻度程度或探测度 √ 由设计决定固有特征 √ 测量或仪器输出最小刻度单位 √ 总是以测量单位汇报 √ 1：10经验法则 ● 有效分辨率 √ 对于一个特定应用，测量系统对过程变差灵敏性 √ 产生有用测量输出信号最小输入值 √ 总是以一个测量单位汇报术语7测量系统分析教材讲座第7页

● 基准值 √ 人为要求可接收值 √ 需要一个可操作定义 √ 作为真值替换 ● 真值 √ 物品实际值 √ 未知和不可知术语8测量系统分析教材讲座第8页二、测量系统组成：标准：零件：仪器：人/程序：环境SWIPE测量数值分析输入输出可接收可能可接收须改进测量系统9测量系统分析教材讲座第9页三、变差起源(一)仪器(量具)工作件(零件)扩大测量系统变异变异性敏感性接触几何变形效应一致性单一性重复性再现性使用假设稳健设计偏移线性稳定性校准预防性维护维护创建公差发展变异发展设计变异－夹持－位置－测量站－测量探测器相互关连特征清洁适合数据工作定义弹性变形质量弹性特征支撑特征隐藏几何可追溯性校准热扩散系数弹性特征人员/程序环境教育身体限制程序目视标准工作要求工作态度经验培训经验培训了解技能人因工程照明压力振动空气污染几何兼容性阳光人工光阳光阳温度人员空气流程热系统平等化－系统组成要素周期标准与环境关系标准10测量系统分析教材讲座第10页三、变差起源(二)11测量系统分析教材讲座第11页五、变差类

型：(一)位置变差

(LocationVariation)(二)宽度变差

(WidthVariation)(三)测量系统变差

(MeasurementSystemVariation)位置(Location)宽度(Width)12测量系统分析教材讲座第12页(一)位置变异

准确度(Accuracy)：指一个或多个量测结果平均数与参考值之间一致靠近程度。13测量系统分析教材讲座第13页偏倚(Bias)

偏倚(Bias)：通常被称为「准确度」，但「准确度」有各种解释，提议不要用准确度来代表偏倚。偏倚是指对相同零件上同一特征观察平均值与真值（参考值）差异。偏倚(Bias)VAVTVT：真值（可由较高等级量具屡次测量平均值）VA：测量平均值14测量系统分析教材讲座第14页稳定性(Stability)

稳定性(Stability)：又称漂移(Drift)，指经过一

段长久时间下，用相同测量系统标准，对同一基准或零件同一特征进行测量所得到总变差。时间15测量系统分析教材讲座第15页线性(Linearity)

线性(Linearity)：线性是在测量设备预期工作（测量）量程内，偏倚值差异。可视为偏倚对量程大小不一样所发生改变。数值A偏倚数值B偏倚16测量系统分析教材讲座第16页(二)宽度变异

准确度(Precision)：测量系统整个作业量程范围内

(尺寸、范围和时间)解析度（分辨力）、敏感度和重复性最终影响。17测量系统分析教材讲座第17页重复性(Repeatability)

重复性(Repeatability)：又称设备变差

(EquipmentVariation，EV)是用一个评价人使用相同测量仪器，对同一个零件上同一特征进行屡次测量所得到变差，它是设备本身固有变差。重复性参考值18测量系统分析教材讲座第18页再现性(Reproducibility)

再现性(Reproducibility)：又称评价人之间变差

(AppraiserVariation,AV)，用不一样评价人使用相同测量仪器，对同一产品上同一特征，进行测量所得到平均值变差。

再现性评价者A评价者C评价者B19测量系统分析教材讲座第19页流程表現準確度-

均值位置精密度-

分布寬度程度(變差或SD)++++20测量系统分析教材讲座第20页了解分辨率

测量一个硬币厚度-哪个测量系统对这三个硬币提供更加好变差信息?分辨力:“系统检测并如实显示参考值改变量。也可称为可读性或分辨率.”21测量系统分析教材讲座第21页过程控制图22测量系统分析教材讲座第22页分辨率不足当极差图出现以下情况时，表示测量系统分辨率不足：只有一、二或三个极差值可读四分之一以上极差为零选择分辨力按百分比小于规范或过程变差，以取得足够分辨率23测量系统分析教材讲座第23页分辨率决定标准推荐分辨力最大为过程分布6σ十分之一，而不是公差（规范）十分之一在APQP和测试期间进行量具分辨力研究 研究制造过程或相同过程极差图，依据前页和范例从不停改进角度看，公差值十分之一可能不够。

24测量系统分析教材讲座第24页基准值为了比较一个一致认可值

—有时也称为：

●可接收值

●

常规值

●指定值

●最正确估算值●标准测量●测量标准25测量系统分析教材讲座第25页基准件含有非常准确制订一个或更多特征一个材料或物质，用于仪器校准、测量方法评定或给材料赋值。26测量系统分析教材讲座第26页国家/国际测量标准一个材料测量，测量仪器，基准件或系统准备去定义、实现、保留或复制一个零件、一个或更多数量值，为了将它们去和其它测量仪器比较这些标准被一些国家专业机构或国际一致认可国际性服务机构所认可，作为确定其它全部与数量相关标准件值依据一些例子：

--1Kg质量标准--氦-氖激光长度标准

--标准量块--铯原子频率标准

--100Ω标准电阻--JosephsonArray电压标准

--27测量系统分析教材讲座第27页国家/国际测量标准使用一个可追溯标准以提供：

—比较共同点

—测量系统有效性

—测量系统准确性评价

—处理零件间冲突

—最直接验证指导28测量系统分析教材讲座第28页可追溯标准局限在破坏性测试中极难使用有些产品特征和过程结果无确定行业或国家标准有些测试没有行业或国家标准在设计和开发、协议评审和APQP期间讨论这些不足.29测量系统分析教材讲座第29页选择为了校准可能需要使用非常精密基准件,其它在试验室内验证零件和/或相互认同标准件.这些都是经过最高级别测量设备评定最好产品.比较分析产生准确数据，将决定为校准而需要调整数量.内部试验室比较:组织,性能和2个或更多试验室按照预定条件对设备相同或相同部件评定. 30测量系统分析教材讲座第30页测量不确定度用于描述测量值质量术语测量不确定度是给组成测量系统变量赋值全部可能性总和.总可能性应衡量而且要与在进行测量主要性和关键性相一致.31测量系统分析教材讲座第31页测量不确定度和校准测量系统不确定度第一次是经过校准过程而产生。校准允许对测量仪器、测量系统、或标在尺上刻度值等指示误差评价。32测量系统分析教材讲座第32页测量不确定度和校准基准件本身,校准和环境以及个人活动表现都对测量不确定度有影响.这就是要经判定合格和/或有资格试验室以及你应接收对你测量、检验和试验设备要做或已做校准数据益处原因.33测量系统分析教材讲座第33页五、测量系统分析之准备1.人员和产品（零件）准备确定测量系统中人员，如一个人使用，或几个人共用一个测量仪器；确定测量系统中所检测产品特征，并选取对应样本，样本选取与选择分析方法相关。34测量系统分析教材讲座第34页测量系统分析之准备(续)2.基本设备条件(BasicEquipment)

分辨力(Discrimination)、分辨率(Resolution)：

(1)最小可读单位。

(2)10/1百分比法则参考值(ReferenceValue)(1)某一对象可接收数值

(2)常被用来替换真值。真值(TrueValue)(1)某一对象真实数值。

(2)不可知且无法知道。35测量系统分析教材讲座第35页六、怎样进行测量系统分析1.确定测量系统组成；标准、零件、仪器、人/程序、环境；2.确定该测量系统是否处于统计稳定状态，测量仪器已经过校准，并分析该测量系统变差起源（定性分析）；3.选择适用测量系统分析方法：如计量值偏倚、线性、稳定性、重复性、再现性、计数值风险分析法、解析法、破坏性测量系统控制图法、变差分析法等；

5.选择样本零件，按照“盲测”方法搜集数据，按摄影关软件进行计算。6.与接收准则相比较，如不能接收，则采取对应办法，办法采取后应再次进行测量系统分析。36测量系统分析教材讲座第36页七、计量型测量系统分析-示范

1.偏倚示范：一个制造工程师对量测设备系统进行分析，证实该量测系统应该没有线性误差考量，所以该工程师只对偏倚进行评价。他在这量测系统范围内选定了一个零件；并对该零件进行量测15次来确定它参考值。37测量系统分析教材讲座第37页偏倚数据：(续)測量次數零件編號參考值=16.00量測值偏倚115.8-0.2215.7-0.3315.9-0.1415.9-0.1516.00.0616.10.1716.00.0816.10.1916.40.41016.30.31116.00.01216.10.11316.20.21415.6-0.41516.00.038测量系统分析教材讲座第38页偏倚数值分析：1.计算n个读值平均数2.计算重复性标准差：式中d2*可查表得知，g=1，且m=n最大值(Xi)-最小值(Xi)d2*39测量系统分析教材讲座第39页偏倚数值分析：3.确定偏倚t统计量(t-statistic)

偏倚=观察到平均测量值一参考值

tt=4.假如0落在偏倚值附近95%自信度界限内，则偏倚在95%水平上是可接收。偏倚--偏倚式中，d2及d2*及v可从附录中查到，令g=1，且m=n，tv,1-/2能够利用标准t分配查到。偏倚40测量系统分析教材讲座第40页偏倚直方图：(续)43210量测值次数15.615.715.815.916.016.116.216.316.441测量系统分析教材讲座第41页偏倚分析表：(续)n(m)平均值，标准差，标准误差平均值，測量值1516.0067.2120.0547参考值=16.00，

=.05，g=1，d2=3.55统计t值df

显着t值(2-有尾數)偏倚偏倚95%置信度下限上限測量值.115310.8.22514.0067-.1107.124142测量系统分析教材讲座第42页2.稳定性示范：某工厂为了确定某一新量测仪器稳定性是否为可接收，评价人员选定了靠近中间值一个零件。该零件被送到了量测试验室，经量测其参考值确定为6.01。评价人员量测该零件5次，共量测了一个月(20个小组)；搜集到全部数据后，画出了&R图。43测量系统分析教材讲座第43页稳定性示范：(续)UCL=1.010LCL=00.47791.00.50.0样本全距6.36.26.16.05.95.85.7UCL=6.267LCL=5.7466.02101020样本平均子组44测量系统分析教材讲座第44页1.计算零件每次量测偏倚，以及平均数。偏倚i,j=Xi,j－（参考值）

2.在线性图上划出相对参考值每个偏倚及偏倚平均数。3.计算并划出最适当线及该线自信度区间。3.线性分析：(图示法)偏倚i,jm偏倚i45测量系统分析教材讲座第45页Yi=aXi+b式中Xi=参考值，yi＝偏倚平均数，而对一个已知X0，α自信度区间为：线性分析：(图示法)斜率(Slope)中心46测量系统分析教材讲座第46页上限：b+aX0下限：b+aX04.划出〝偏倚=0〞线，并对图进行审查，以观察是否存在特殊原因，以及线性是否可接收。线性分析：(图示法)47测量系统分析教材讲座第47页5.假如〝偏倚＝0〞整个直线都位于自信度区间以内，则该量测系统线性是可接收。6.若图标法表示线性是可接收，则以下假设应该为真：

H0：a=0斜率=0

假如下式成立，则不能被否定线性分析：(图示法)48测量系统分析教材讲座第48页7.若以上假设为真，则量测系统对全部参考值含有相同偏倚。这个偏倚必为0，该线性才可被接收。

H0：b=0中心（偏倚）＝0线性分析：(图示法)49测量系统分析教材讲座第49页线性示范：MINITAB软件示例50测量系统分析教材讲座第50页线性示范：(Minitab)51测量系统分析教材讲座第51页线性示范：(续)52测量系统分析教材讲座第52页线性示范：(续)53测量系统分析教材讲座第53页线性示范：(续)54测量系统分析教材讲座第54页7.重复性再现性测量系统分析准备：1.计量器具确定

选择一个产品特征（计量值特征），计量器具精度（分辨率）应该是该特征值公差带1/10，如公差带宽度为0.20mm，则计量器具精度（分辨率）应为0.02mm。2.评价人和分析人评价人是指检验人员，对于重复性和再现性分析来讲，评价人应在两人以上，四人以内为好。分析人是指对检验员进行分析人员，可由相关技术质量管理人员担任，人数为1~2人。3.样品选择

样品可选择10个，但全部样品应值，应随机分布在公差带内，即从公差上限到公差下限含有零件覆盖。55测量系统分析教材讲座第55页零件人員12345678910A133.6533.0032.8532.8533.5533.0032.9532.8533.0033.60A233.6033.0032.8032.9533.4533.0032.9532.8033.0033.70B133.5533.0532.8032.8033.4033.0032.9532.7533.0033.55B233.5532.9532.7532.7533.4033.0532.9032.7032.9533.50C133.5033.0532.8032.8033.4033.0032.9532.8033.0533.85C233.5533.0032.8032.8033.5033.0532.9532.8033.0533.80搜集GRR数据采取盲测方式进行。示范：重复性再现性测量系统分析56测量系统分析教材讲座第56页示范：GRR作业者/量测次数零件平均數123456789101.张三

133.6533.0032.8532.8533.5533.0032.9532.8533.0033.602.233.6033.0032.8032.9533.4533.0032.9532.8033.0033.703.平均数33.6333.0032.8332.9033.5033.0032.9532.8333.0033.65=33.134.全距0.050.000.050.100.100.000.000.050.000.10Ra=0.055.李四133.5533.0532.8032.8033.4033.0032.9532.7533.0033.556.233.5532.9532.7532.7533.4033.0532.9032.7032.9533.507.平均数33.5533.0032.7832.7833.4033.0332.9332.7332.9833.53=33.078.全距0.000.100.050.05.000.050.050.050.050.05Rb=0.049.王五133.5033.0532.8032.8033.4033.0032.9532.8033.0533.8510.233.5533.0032.8032.8033.5033.0532.9532.8033.0533.8011.平均数33.5333.0332.8032.8033.4533.0332.9532.8033.0533.83=33.1312.全距0.050.050.000.000.100.050.000.000.000.05Rc=0.0313.零件平均数33.5733.0132.8032.8333.4533.0232.9432.7833.0133.67Rp=0.8914.公式：[0.05+0.04+0.03]/[作业者人数]==0.04015.作业者人数=316.公式：[Max33.13–Min33.07]=diffdiff=0.0617.公式：[D4]=UCLR=0.043.27=UCLR=0.1318.公式：[D3]=LCLRLUCR=0量具再现性及再生性数据表

页数:1/2零件件名：瓶嘴封口量具名称：作成日期：零件件号：量具编号：#001作成单位：特征：内径尺寸量具精度：作成者：规格：32.5~33.5mm量具范围：审查者：xRRRx57测量系统分析教材讲座第57页零件件名：瓶嘴封口零件件号：特征：重量规格：32.5~33.5mm由数据表得：R0.04Xdiff=0.060Rp=0.89公式：%AV=100[AV/TV]%AV=10.79%n=零件数

r=量测次数

再现性──作业者．变异（AV）公式：AV=n=10 r=2AV=0.0304 公式：%EV=100[EV/TV]%EV=12.59%重复性──设备变异（EV）公式：EV=R*K1EV=0.0355％制程变异量测单元分析量测次数K1230.88620.5908作业者人数23K20.70710.5231量具重复性及再现性汇报量具名称：量具编号：#001量具精度：量具范围：作成日期：作成单位：作成者：审查：58测量系统分析教材讲座第58页

全变异（TV）公式：TV=TV=0.2839

公式：%PV=100[PV/TV]

％PV=98.62%公式：ndc=1.41[PV/GRR]ndc=8.3978

零件变异（PV）公式：PV=Rp*K3PV=0.2800

公式：%R&R=100[GRR/TV]

%R&R=16.58%

重复性&再现性（GRR）公式：GRR=

GRR=0.04668

％制程变异量测单元分析0.70710.52310.44670.40300.37420.35340.33750.32490.31462345678910K3零件数全部计算是基于5.15标准差(σ)预侧，（在常态分配曲线下99%面积）＝(5.15/d2）是由量测次数(m)及零件数乘以作业者人数(g)而决定，此处假设(g)大于15AV－假如在开平方根符号下，其计算值为负值，则做业者变异设置为0(0)＝(5.15/d2)是由作业者人数(m)及(g)而决定，因只计算一个全距故(g)＝1＝(5.15/d2)是由零件数(m)及(g)而决定，因只计算一个全距故(g)＝1＝取自A.J.Duncan所着〝QualityControlandIndustridStatistics〞之表3量具重复性及再现性汇报59测量系统分析教材讲座第59页量具重复性与再现性之比较1.重复性＞再现性。

(1)量测仪器需加以保养。

(2)产品之变异出现异常。

(3)量具之夹紧或定位（OFFSET）不一致。2.再现性＞重复性。

(1)量具之校正未落实。

(2)作业者对量具使用不熟。

(3)可能需要辅助仪器帮助作业者使用量具。60测量系统分析教材讲座第60页1.R&R＜10%表示该量具系统可接收。2.10%≦R&R≦30%表示该量具系统可接收或不接收，决定于该量具系统之主要性、修理所需之费用等原因。3.R&R>30%表示该量具系统不能接收，须给予改进。重复性与再现性判定

61测量系统分析教材讲座第61页八.计数型测量系统分析﹣示范

计数型测量系统属于测量系统中一类，其测量值是一个有限分级数。与结果是连续值计量型测量系统不一样。最常见是经过/不经过量个，只可能有两个结果。其它计数型测量系统，比如可视标准，结果能够形成5~7个不一样分级。前面章节所描述分析法不能用于评价这种系统。62测量系统分析教材讲座第62页IIIIIIIIILSLUSL当使用任何测量系统进行决议时，都存在可量化风险。因为最大风险来自于分区边界，最适当分析是用量具性性能曲线将测量系统变差量化。63测量系统分析教材讲座第63页风险分析法（交叉表法）外观检验测测量分析，三个人，50个样本，重复三次。选样规则1/6在界外靠近极限1/6在界内靠近极限1/3在界外有问题1/3完全没有问题64测量系统分析教材讲座第64页零件A-1A-2A-3B-1B-2B-3C-1C-2C-3111111111110.476901+211111111110.509015+300000000000.576459－400000000000.566152－500000000000.57036－611011010010.544951x711111111110.465454x811111111110.502295+900000000000.437817－1011111111110.515573+1111111111110.488905+1200000000000.559918x1311111111110.542704+1411011110010.454518x1511111111110.517377+1611111111110.531939+1711111111110.519694+1811111111110.484167+1911111111110.520496+2011111111110.477236+2111010101010.452310x2200101010100.545604x2311111111110.529065+2411111111110.514192+2500000000000.599581－数据分析表65测量系统分析教材讲座第65页2601000000100.547204x2711111111110.502436+2811111111110.521642+2911111111110.523754+3000000100000.561457x3111111111110.503091+3211111111110.505850+3311111111110.487613+3400100101100.449696x3511111111110.498698+3611011110110.543077x3700000000000.409238－3811111111110.488184+3900000000000.427687－4011111111110.501132+4111111111110.513779+4200000000000.566575--4310111111010.462410x4411111111110.470832+4500000000000.412453－4611111111110.493441+4711111111110.486379+4800000000000.587893－4911111111110.483803+5000000000000.446697－66测量系统分析教材讲座第66页B总计.001.00A.00计算期望计算1.00计算期望计算4415.7634.35050.0331.39768.7100100.0总计计算期望计算4747.0103103.0150150.0A与B交叉表C总计.001.00B.00计算期望计算1.00计算期望计算4216.0531.04747.0935.09468.0103103.0总计计算期望计算5151.09999.0150150.0B与C交叉表67测量系统分析教材讲座第67页C总计.001.00A.00计算期望计算1.00计算期望计算4317.0733.05050.0834.09266.0100100.0总计计算期望计算5151.09999.0150150.0A与C交叉表68测量系统分析教材讲座第68页69测量系统分析教材讲座第69页

基准总计.001.00A.00计算期望计算1.00计算期望计算4516.0534.05050.0332.09768.0100100.0总计计算期望计算4848.010