测量系统分析 1

测量系统分析,测量精度与测量系统可重复性和可再现性,测量系统分析,目的：提供一种分析测量系统的有效性的客观方法。目标：1.确认并理解测量误差的组成因素。2.了解连续数据测量系统的各种分析方法。3.借助Minitab，运用方差分析法（ANOVA）进行连续数据的GageR&R分析。4.了解离散数据的GageR&R分析。5.确认改进的机会。,测量是一切评价和改善的基础,您的数据怎么样？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与无数据支持的决策没有什么差别。GageR&R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（误差）的大小和类型。GageR&R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您是否对数据的“质量”充满信心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,您的测量系统是否好得足以让您放心收集数据？GageR&R分析给您答案。,为什么GageR&R分析很重要？,GageR&R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（误差）的大小和类型。GageR&R分析之所以如此重要，是因为它将提供以下与您的数据有关的信息：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。如果测量误差不可接受，从何处着手来改进测量系统使您能够对数据的“质量”充满信心测量仪器是否具有足够的分辨率,有关测量数据的常见问题,什么是测量？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？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。我们对测量数据有什么期望？准确数据必须告诉我们真相！可重复重复测量必须产生同样的结果！可再现结果不应该受检验员的影响什么是测量仪器？用来测量的任何仪器什么是检验员（或者鉴定人）？使用测量仪器进行测量的个人或装置,有关测量数据的常见问题,什么是“测量系统”？与进行测量有关的任何东西：人、测量工具、材料、方法和环境，称之为,Process,部件,输入输出输入输出,MEASUREMENTPROCESS,观察测量数据,将“测量系统”看作是会给测量数据带来额外误差的子过程，其目的就是使用误差尽可能小的测量过程。,总值=产品+测量,观察值部件差异引测量系统引起总误差起的误差的误差,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。,与测量数据有关的更多常见问题,什么是GageR&R分析？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（误差）的大小和类型。,Repeatability,什么是可重复性？当一个使用同一个测量仪器来测量仪器来测量同一个部件时所产生的误差什么是可再现性？当两个人或多人使用一个测量仪器来测量同一个部件时，测量结果平均值的误差什么是准确性？观测值的平均值和真实平均值之间的差异,MeanofthemeasurementsofoperatorB,MeanofthemeasurementsofoperatorA,准确性,真实平均值,观察到的平均值,测量系统误差的来源,观测的过程误差,过程实际误差,测量误差,长期过程误差,短期过程误差,样本内误差,测量仪器误差,测量者误差,准确性,重复性,稳定性,线性,再现性,我们即将了解的测量系统分析方法将提供对总体测量误差、由于测量仪器可重复性引起的误差、由于测量者引起的误差的估计。,测量系统的波动通过对测量系统的可重复性和可再现性进行分析确定,量具变差偏倚,偏倚是指一组测量值的均值与被测量特性的真值之间的差异,一位工程师选择了5个能够代表测量范围的“金MASTER”进行测量。每个MASTER随机测量12次，历史过程变差为12mm，偏倚计算如下：六十次测量的均值x=5.9467mmMASTER标准值=6mm偏倚=x=5.94676=0.0533mm=过程变差的0.444%,例,量具变差组成线性度,线性度是整个预期测量范围内偏倚（Bias）的差异,1,2,线性度可以通过以下步骤得到：a)计算误差(ei),如.测量值-真值b)对每个部品,计算平均误差(ei),算法.ieinc)确定平均误差和真值最优拟合线的斜率d)线性度=|斜率|过程变差,量具变差组成线性度,使用例1的数据组,Master平均误差20.4916740.1250060.025008-0.2916710-0.61667最佳拟合线:平均误差=0.7367-0.1317Master线性度=0.131712=1.58(过程变差的13.17%),例3,用MINITAB的“GageLinearityStudy”计算例1数据的准确度和线性度.,量具线性度和准确度研究,StatQualityToolsGageLinearityStudy,量具线性度和准确度研究,%,L,i,n,e,a,r,i,t,y,:,L,i,n,e,a,r,i,t,y,:,0,.,4,4,4,-,5,.,3,E,-,0,2,0,.,9,7,8,1,3,.,1,6,7,1,.,5,8,A,c,c,u,r,a,c,y,L,i,n,e,a,r,i,t,y,1,4,1,2,1,0,8,6,4,2,0,P,e,r,c,e,n,t,o,f,P,r,o,c,e,s,s,V,a,r,i,a,t,i,o,n,P,e,r,c,e,n,t,G,a,g,e,L,i,n,e,a,r,i,t,y,&,A,c,c,u,r,a,c,y,S,t,u,d,y,量具线性度和准确度研究,量具变差组成稳定度,稳定度是测量系统在不同时间内的测量结果均值之间一致性的能力。,测量系统稳定度可以通过时间序列图进行评估。比如控制图。测量系统的不稳定是由多种因素共同作用的结果:时间(长的停顿周期),测量次数,气压变化,温度变化,漂移等.一旦病因已知，校准周期可以根据将导致不稳定的误差最小化的原则来调整。,量具变差组成稳定度,量具变差组成精度,精度用以衡量测量系统重复测量同一样本时产生同样的测量结果的能力.精度用标准偏差或变差来测量。,s1,s2,System1,System2,准确度和精确度,1)准确但不精确2)精确但不准确3)既不精确也不准确4)既精确又准确,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。,部件A,部件B,A=2.0B=2.0,1,2,3,4,部件A,部件B,A=2.25B=2.00,1,2,3,4,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。,测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%。,GageR&R分析的目的,GageR&R分析的主要目的是确定项目中所使用的数据是否可靠。GageR&R分析还可以：评估新的测量仪器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确定并解决测量系统误差问题,测量系统分析计划,确定数据的类型确定误差的来源样本选择数据收集数据分析,测量系统分析计划,1.确定数据的类型来自非破坏性测量的连续数据来自破坏性测量的连续数据离散数据,数据收集和分析的方法取决于数据类型。,测量系统分析计划,2.确定误差来源,考虑一下消费者服务过程中修理除霜加热器所用的时间。注意误差。是什么原因引起了误差？是四十个测量结果中实际修理的时间差异，还是测量误差（测量仪器误差）引起了误差？实际上，数据误差来自这两种情况。,测量系统分析计划,2.确定误差的来源（接上页）因果图可以用来确定测量过程中误差的潜在来源。用来收集修理时间数据的测量系统具有五种误差来源：人、测量工具、材料、方法和环境。,人,测量工具,材料,方法,环境,MeasurementSystemComponents,DataCollectors,GageClockGo/No-goMicrometersetc.DataCollectorsEyesAutomatedTestEquipmentVisualStandards,ItemBeingMeasuredPartInvoiceServiceResponseDocumentationPackage.etcFixtureClampingDeviceTemplate,ProceduresOperationalDefinitionsDataCollectionSheetsOperatorTechnique,TemperatureControlsHumidityControlsLightingRequirementsTimeframe,误差的来源可以融入测量系统的分析,测量系统分析计划,3.样本选择连续从全部预期观察结果中选择样本。样本误差应该代表实际的过程误差从规范样本中选择一些样本连续（来自破坏性检验）从全部预期观察结果中选择同类样本（将样本误差降到最低）。离散在规范以及非规范样本中选择选择接近规范上下限（边缘）的一些样本离散数据测量系统分析需要更多样本,样本选择对测量系统误差的准确评估至关重要。,测量系统分析计划,4.数据收集使用典型测量程序确保测量仪器经过校准确保测量仪器具有足够的分辨率确定您想要记录多少有意义的数字至少使用三个操作员经常进行这类测量的操作员应该进行GR&R通常测量10个单元每个单元由每个操作员测量2-3次,测量系统分析计划,4.数据收集（接上页）数据收集表实例（每次试验您都需要一个表，这样操作员就不能参照以前的结果。）记住，对每次试验的测量顺序进行随机化。,测量系统分析计划,5.数据分析,了解将使用什么数据分析方法,连续数据简略方法平均值极差分析法方差分析ANOVA（MinitabGageR&RStudy)即时法部品内偏差分析法离散数据离散数据一致性数据确认调查确认,连续数据测量系统分析,简略方法平均值极差分析法方差分析ANOVA（MinitabGageR&RStudy)即时法部品内偏差分析法,连续数据测量系统分析方法,方差分析法方差分析法是分析连续数据的重要测量系统分析方法之一。a、方差分析法的要求（a）选择能够代表整个过程范围的10个被测部品（b）选择23名测量人员（c）每人对每个部品测23次b、方差分析法的特点（a）可以识别部品的人员、测量仪器的误差（b）可以识别人员和部品交互作用影响,平均值和极差分析法,平均值和极差分析法是另一种常用连续数据测量系统分析方法之一。a、平均值和极差分析法的要求（a）选择能够代表整个过程范围的10个部品（b）选择23个测量人员（c）每人对每个部品测量23次b、平均值和极差分析法的特点（a）可以识别测量人员、测量仪器、被测量部品的误差。（b）无法识别人员和部品交互作用的影响。,部品内偏差分析法部品内偏差分析法是对平均值极差分析法的扩展，主要用于在被测对象形状特殊，需进行多次才能确定其尺寸的场合，计算误差时去除部品本身的偏差。,a、部品内偏差分析法的要求,（a）选择能够代表整个过程范围的5个部品（b）选择23个测量人员（c）每人测定每个部品时同时记录最大值和最小值b、部品内偏差分析法的特点（a）可以用于特殊形状部品（如圆形）的测量系统分析（b）可以识别测量人员、测量仪器、被测部品的误差,简略法简略法是一种简单的测量系统分析方法，可以迅速对测量系统做出评价。a、简略法的要求（a）选择能够代表整个过程范围的5个部品（b）选择2个测量人员（c）每人测量每个部品1次,b、简略法的特点,（a）可以识别测量系统总误差（b）无法区分测量人员误差和测量仪器误差,即时法即时法是分析自动测量系统的方法。a、即时法的要求（a）选择能够代表整个过程范围的10个部品（b）只有一名操作人员（c）重复测量每个部品210次b、即时法的特点（a）可以确定自动测量系统的重复性误差。,各种测量系统分析方法的特点和用途,测量系统分析方法,优点,缺点,适用场合,可以识别人员和部品交互作用的影响,需用统计软件进行计算,需要精确分析、识别交互作用影响的场合,可区分测量人员误差和测量仪器误差可手工计算,适用于各类连续数据测量系统分析，对交互作用影响不计的场合,无法识别交互影响计算繁琐,可将部品内偏差与测量误差区分开来,计算繁琐,需考虑部品内部偏差的场合,计算简便,不能区分人员和仪器影响,要求不高或需迅快做出判断的场合,分析过程迅速、计算简单,不提供人员影响数据,适用于自动测试系统,方差分析法,平均值和极差分析法,部品内偏差分析法,简略法,即时法,测量系统分析方法选择流程,被测对象数据是连续还是离散数据？,离散数据分析法,需要区分人员和仪器影响吗？,是自动测试仪器吗？,即时法,需要评价部品内偏差吗？,简略法,部品内偏差分析法,需要评价交互作用吗？,方差分析法,平均值和极差法,离散,连续,不,是,要,否,是,否,否,是,数据收集,每个操作员以随机顺序来测量每个样本为了获得所需的试验量，重复以上步骤记录所有原始数据！,尽量照常将测量当作任务,计算连续数据的%GR&R,GageR&R占公差的百分比（%GR&R)的,%GR&R=100,5.15gage,Tolerance,在这里：gage=测量误差公差=USL-LSLUSL=规范上限LSL=规范下限,对于单边限制在分子中使用2.575gage(即5.15/2=2.575)公差=USL-平均值或平均值-LSL总是使用历史平均值,5.15标准差包含了正态分布的99%,5.15,99%,-2.575,+2.575,测量系统分析的简略方法,运用测量系统分析的简略方法可在收集数据过程中快速获得测量误差的总值。注意：简略方法不可能提供关于构成总体误差的可重复性和可再现性大小的任何信息。,炉灶手柄实例,规范：1.3120.025英寸,极差的总和：平均极差（R）：,平均极差（R）=R/n这里：n=部件数量,GageR&R简略方法,炉灶手柄实例（接上）计算：,gage=,R,d*,=,1.19,=,%GR&R=,5.15gage,Tolerance,100=,5.15,100=,Goal:Plot,ANOVA法GageR&R举例,ANOVA法估计以下原因引起的误差值：测量设备的可重复性操作员之间的可再现性,我们使用Minitab来分析数据选择：StatQualityToolsGageR&RStudy,普通数据分析,不同检验员测试不同样本的破坏性试验数据分析,ANOVA法GageR&R举例,输入：部件序数列操作员数据列测量数据列,选择Options，输入公差,选择Gageinfo以输入一般信息,公差为0.2,ANOVA法GageR&R举例,GageR&R分析-ANOVA法,尺寸的GageR&R,P,4.4588,17.15,如果,P,值小于,0.05,，那么至少有,95%,的置信度可以,说，这种误差源对总误差施加了显著的影响。,记住,5.15,来自何处？,gage,repeatability,reproducibility,差别类数目表示适当的测量仪器分,辨率（应该,5,）,Session窗口有全部数字分析,ANOVA法GageR&R举例,Session窗口有全部数字分析,GageR&R分析-ANOVA法,厚度的GageR&R,%GR&R和%studyvariation的评估原则,如果小于15%，可以接受如果在15%和30%之间，有条件限制如果大于30%，不可接受,注意使用从不可接