MSA测量系统分析

1、A AQQA A课程内容课程内容(基础篇基础篇)w 一、前言一、前言w 二、测量过程的理解二、测量过程的理解w 三、测量系统特性三、测量系统特性w 四、测量系统误差来源四、测量系统误差来源w 五、测量基础术语五、测量基础术语w 六、测量不确定度理解六、测量不确定度理解w 七、测量系统的统计特性七、测量系统的统计特性w 八、测量系统变差的影响八、测量系统变差的影响A AQQA A课程内容课程内容(方法篇方法篇)w 一、测量系统策划一、测量系统策划w 二、测量系统研究准备二、测量系统研究准备w 三、测量系统分析方法三、测量系统分析方法w 四、计量型测量系统分析四、计量型测量系统分析w 五、计数型测

2、量系统分析五、计数型测量系统分析w 六、复杂或非重复的测量系统的实践六、复杂或非重复的测量系统的实践w 七、通过多数读数减少变差七、通过多数读数减少变差一、前言一、前言A AQQA A1. 测量的用途测量的用途w 测量是对制造过程进行调整决定的依据测量是对制造过程进行调整决定的依据w 确定在两个或多个变数之间是否存在重大确定在两个或多个变数之间是否存在重大相互关系相互关系A AQQA A测量系统构成测量系统构成 量具量具 ( Equipment ) 测量人员测量人员 ( Operator ) 被测量工件被测量工件 ( Parts ) 程序、方法程序、方法 ( Procedure, Method

3、s ) 上述之交互作用关系上述之交互作用关系2. 测量系统组成测量系统组成A AQQA A3. MSA的重要性的重要性w 如果如果测量的方式测量的方式不对，那么好的结果可能被测不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。此时便不能得到真正的产品或过程特性。PROCESSPROCESS原料原料人人机机法法环环测量测量测量测量结果结果好好不好不好测量测量A AQQA A4. MSA分析的对象分析的对象w TS16949 7.6.1 测量系统分析测量系统分析n为分析在各种测量和试验设备系统测量结果为

4、分析在各种测量和试验设备系统测量结果存在的变差，必须存在的变差，必须进行适当统计研究进行适当统计研究。此要。此要求必须求必须适用于在控制计划提出的测量系统适用于在控制计划提出的测量系统。所用的分析方法及接收准则，必须与顾客关所用的分析方法及接收准则，必须与顾客关于测量系统分析的参考手册相一致。如果得于测量系统分析的参考手册相一致。如果得到顾客批准，也可采用其它分析方法和接收到顾客批准，也可采用其它分析方法和接收准则。准则。二、测量过程的理解二、测量过程的理解A AQQA A1. 对过程的认识对过程的认识q对过程的有效管理就是识别和控制过程的对过程的有效管理就是识别和控制过程的变差，因此需要掌握

5、如下过程知识：变差，因此需要掌握如下过程知识：过程应该做什么？过程应该做什么？过程会出什么错？过程会出什么错？过程正在做什么？过程正在做什么？ 因此需要对过程上述要求进行评估因此需要对过程上述要求进行评估A AQQA A2. 检验过程作用检验过程作用w 通过评估过程参数或结果的活动可以获得过程通过评估过程参数或结果的活动可以获得过程正在做什么的知识。该活动通常称之为正在做什么的知识。该活动通常称之为检验检验，就是透过适宜的标准和测量仪器来检查就是透过适宜的标准和测量仪器来检查过程参过程参数、过程中零件、装配完的子系统或完工的最数、过程中零件、装配完的子系统或完工的最终产品终产品的活动，从而观测

6、者能够确认或否认该的活动，从而观测者能够确认或否认该过程是在一个稳定条件下运行，其变差相对于过程是在一个稳定条件下运行，其变差相对于顾客指定的目标是可接受的。因此这检验过程顾客指定的目标是可接受的。因此这检验过程本身就是一个过程。本身就是一个过程。A AQQA A3. 过程与测量过程比较过程与测量过程比较活动活动输入输入输出输出一般过程一般过程输入输入输出输出测量过程测量过程测量测量分析分析数值数值被管理被管理的过程的过程决定决定A AQQA A4. 测量过程定义测量过程定义w 测量过程：测量过程：测量及分析活动是一个过程。测量及分析活动是一个过程。因而对该过程也可以应用任何与所有过程因而对该

7、过程也可以应用任何与所有过程控制的管理、统计及逻辑技术。控制的管理、统计及逻辑技术。w 对于过程拥有者需要了解顾客需求，而对对于过程拥有者需要了解顾客需求，而对于顾客来说也是过程拥有者，也希望用最于顾客来说也是过程拥有者，也希望用最小的努力获得正确的决定。小的努力获得正确的决定。A AQQA A5. 掌握测量过程内容掌握测量过程内容q对于测量过程至少需要掌握以下内容：对于测量过程至少需要掌握以下内容：w 测量设备资源测量设备资源w 如何正确使用这些设备如何正确使用这些设备w 测量过程内容是什么测量过程内容是什么w 如何分析和解释测量结果如何分析和解释测量结果w 监视和控制这个测量过程监视和控制

8、这个测量过程三、测量系统要求三、测量系统要求A AQQA A1. 理想的测量系统理想的测量系统w 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。一个能产生理想测该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有量结果的测量系统，应具有零方差、零偏零方差、零偏倚倚和所测的任何和所测的任何产品错误分类为零产品错误分类为零概率的概率的统计特性。统计特性。A AQQA A真值真值1. 理想的测量系统理想的测量系统A AQQA Aw 足够的分辨率和灵敏度足够的分辨率和灵敏度。为了测

9、量的目的，相。为了测量的目的，相对于过程变差或规范控制限，测量的增量应该对于过程变差或规范控制限，测量的增量应该很小。通常所有的十进制或很小。通常所有的十进制或1/10法则，表明仪器法则，表明仪器的分辨率应把公差的分辨率应把公差(过程变差过程变差)分为十份或更多。分为十份或更多。这个规则是选择量具期望的实际最低起点。这个规则是选择量具期望的实际最低起点。w 测量系统应该是统计受控制的测量系统应该是统计受控制的。这意味着在可。这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于普通重复条件下，测量系统的变差只能是由于普通原因而不是特殊原因造成。这可称为统计稳定原因而不是特殊原因造成。这可称为统计稳定

10、性且最好由图形法评价。性且最好由图形法评价。2. 好的测量系统好的测量系统A AQQA A2. 好的测量系统好的测量系统n对产品控制对产品控制，测量系统的变异性与公差相比，测量系统的变异性与公差相比必须小于依据特性的公差评价测量系统。必须小于依据特性的公差评价测量系统。n对过程控制对过程控制，测量系统的变异性应该显示有，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率并与过程变差相比要小。根据效的分辨率并与过程变差相比要小。根据6变差和或来自变差和或来自MSA研究的总变差评价测量研究的总变差评价测量系统。系统。四、测量系统误差来源四、测量系统误差来源A AQQA A1.1.识别测量系统误差来源识别测量系统

11、误差来源w与所有过程相似，测量系统受随机和系统变差与所有过程相似，测量系统受随机和系统变差源影响。这些变差源由源影响。这些变差源由普通原因和特殊原因普通原因和特殊原因造造成，为了控制测量系统变差成，为了控制测量系统变差 1) 识别潜在的变差的来源识别潜在的变差的来源 2) 消除消除(如果可能时如果可能时)或监控这些变差的来源或监控这些变差的来源w尽管特殊原因将依据不同情况，但一些典型的尽管特殊原因将依据不同情况，但一些典型的变差来源是可以识别。有多种不同的方法可以变差来源是可以识别。有多种不同的方法可以对这些变差来源进行表述和分类。如因果图、对这些变差来源进行表述和分类。如因果图、故障树图等。

12、故障树图等。A AQQA A2.2.测量值组成测量值组成 测量值测量值 = = 真值真值 + + 测量误差测量误差y=x+ 戴明说没有戴明说没有真值的存在真值的存在一致性一致性A AQQA A3.3.测量系统误差分析测量系统误差分析A AQQA A4.4.测量设备因素测量设备因素w 仪器方面：仪器方面：nDiscrimination(分辩力分辩力)nPrecision 精密度精密度 (Repeatability 重复性重复性)nAccuracy准确度准确度 (Bias偏差偏差)nDamage损坏损坏nDifferences among instruments and fixtures(不同仪器

13、和夹具间的差异不同仪器和夹具间的差异) )A AQQA A5.5.测量系统因素测量系统因素v被测量工件之间的差异被测量工件之间的差异ppv执行测量的不完整性执行测量的不完整性e(e(同一工件重复同一工件重复测量，得不到同一数据测量，得不到同一数据) )v测量者之间，测量技术的差异测量者之间，测量技术的差异 ooA AQQA Av准确度准确度的的误差误差( (Accuracy)XAccuracy)X （测量实际值与工件真值间的差异）测量实际值与工件真值间的差异）v精密度的误差精密度的误差( (Precision)Precision) （利用同一量具，重复测量相同工件同一（利用同一量具，重复测量相

14、同工件同一质量特性，所得数据的变异性）质量特性，所得数据的变异性）5.5.测量系统因素测量系统因素A AQQA Aw 不同检验者的差异不同检验者的差异 (Reproducibility再现性再现性)n训练训练n技能技能n疲劳疲劳n无聊无聊n眼力眼力n舒适舒适n检验的速度检验的速度n指导书的误解指导书的误解6.6.检验者因素检验者因素A AQQA Aw 不同环境所造成的差异不同环境所造成的差异温度温度n湿度湿度n振动振动n照明照明n腐蚀腐蚀n污染污染( (油脂油脂) )7.7.环境因素环境因素A AQQA Aw 方法方面：方法方面：n测试方法测试方法n测试标准测试标准w 材料方面：材料方面：n准

15、备的样本本身有差异准备的样本本身有差异n收集的样本本身有差异收集的样本本身有差异8.8.方法和材料因素方法和材料因素五、测量基础术语五、测量基础术语A AQQA A1. 关于测量关于测量w 测量：测量：赋值给具体事物以表示它们之间关于特赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋予的值定义测量值。予的值定义测量值。w 量具量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格来特指用在车间的装置，包括用来测量合格不合格的装置。不合格的装置。w 测量系统测量系统：用来

16、对：用来对被测特性被测特性赋值的赋值的操作、程序、操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来用来获得测量结果的整个过程。获得测量结果的整个过程。A AQQA A2. 数据数据w 一组条件下观察结果的集合一组条件下观察结果的集合，既可以是连，既可以是连续的续的(一个量值和测量单位一个量值和测量单位)又可以是离散又可以是离散的的(属性数据或计数数据如成功失败、属性数据或计数数据如成功失败、好坏、过不通过等统计数据好坏、过不通过等统计数据)。A AQQA A3. 标准标准w 用于比较的可接受的基准；用于比较的可接受的基准；w 用于接受的准则；用于接受的准

17、则；w 已知数值，在表明的不确定度界限内，作已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受；为真值被接受；w 基准值。基准值。A AQQA A4. 准确度准确度w 观测值和可接受基准值之间观测值和可接受基准值之间一致的接近一致的接近程程度。度。A AQQA A5. 校准校准和检定和检定w 校准：校准：在规定的条件下，建立测量装置和已知基准值在规定的条件下，建立测量装置和已知基准值和不确定度的可溯源标准之间的关系的一组操作。校准和不确定度的可溯源标准之间的关系的一组操作。校准可能也包括通过调整被比较可能也包括通过调整被比较的的测量装置的准确度差异而测量装置的准确度差异而进行的探测、相关性、报告

18、或消除的步骤。进行的探测、相关性、报告或消除的步骤。w 检定：检定：为评定计量装置的计量特性，确定其是否符合为评定计量装置的计量特性，确定其是否符合法定要求所进行的全部工作。目的是为确保量值的统一法定要求所进行的全部工作。目的是为确保量值的统一和溯源性，具有法制性。和溯源性，具有法制性。w 校准是检定工作的一部分。校准是检定工作的一部分。A AQQA A6. 校准周期校准周期w 两次校准间的规定时间总量或一组条件，两次校准间的规定时间总量或一组条件，在此期间，测量装置的校准参数被认定为在此期间，测量装置的校准参数被认定为有效的。有效的。A AQQA A7. 分辨力、可读性、分辨率分辨力、可读性

19、、分辨率w 最小的读数单位、刻度限度；最小的读数单位、刻度限度；w 由设计决定的固有特性；由设计决定的固有特性；w 测量或仪器输出的最小刻度；测量或仪器输出的最小刻度；w 1:10经验法则（过程变差与公差较小者）。经验法则（过程变差与公差较小者）。A AQQA A8. 量具量具R&Rw 一个测量系统的一个测量系统的重复性和再现性重复性和再现性的合成变的合成变差的估计。差的估计。GRR变差等于系统内和系统间变差等于系统内和系统间变差之和。变差之和。A AQQA A9. 测量系统误差测量系统误差w 用于量具偏倚、重复性、再现性、稳定性用于量具偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性产生的合成变差。和线性

20、产生的合成变差。A AQQA A10. 不可重复性不可重复性w 由于被测体的动态性质决定的对相同样本由于被测体的动态性质决定的对相同样本或部件重复测量的不可能性。或部件重复测量的不可能性。(例如流动例如流动的河水）的河水）A AQQA A11. 零件变差零件变差w 与测量系统分析有关，对一个稳定过程零与测量系统分析有关，对一个稳定过程零件变差件变差(PV)代表预期的不同零件和不同时代表预期的不同零件和不同时间的变差。间的变差。A AQQA A12. 概率概率w 以已收集数据的特定分布为基础，描述特以已收集数据的特定分布为基础，描述特定事件发生机会的一种估计定事件发生机会的一种估计(用比例或分用

21、比例或分数数)。概率估计值范围从。概率估计值范围从0(不可能事件不可能事件)到到1(必然事件必然事件)。A AQQA A13. 过程控制过程控制w 一种运行状态，将测量目的和决定准则应一种运行状态，将测量目的和决定准则应用于实时生产以评估过程稳定性和测量体用于实时生产以评估过程稳定性和测量体或评估自然过程变差的性质。测量结果显或评估自然过程变差的性质。测量结果显示过程或者是稳定和示过程或者是稳定和”受控受控”，或者是，或者是”不受控不受控”。A AQQA A14. 产品控制产品控制w 一种运行状态，将测量目的和决定准则应一种运行状态，将测量目的和决定准则应用于评价特性符合某规范。测量结果显示用

22、于评价特性符合某规范。测量结果显示过程或者是过程或者是”在公差内在公差内”或者是或者是”在公差在公差外外”。A AQQA A15. 灵灵敏敏度度w 导致一个测量装置产生可探测导致一个测量装置产生可探测(可辨别可辨别)输输出信号的最小输入信号。一个仪器应至少出信号的最小输入信号。一个仪器应至少和其分辨力单位同样敏感。敏感性是通过和其分辨力单位同样敏感。敏感性是通过固有量具的设计与质量、服务期内维护和固有量具的设计与质量、服务期内维护和操作条件确定的。操作条件确定的。A AQQA A16. 溯源性溯源性w 在商品和服务贸易中溯源性是一个重要概念，在商品和服务贸易中溯源性是一个重要概念，溯源到相同或

23、相近的标准的测量比那些没有溯溯源到相同或相近的标准的测量比那些没有溯源性的测量更容易被认同。这为减少重新试验、源性的测量更容易被认同。这为减少重新试验、拒收好的产品、接收坏的产品提供了帮助。拒收好的产品、接收坏的产品提供了帮助。w 溯源性在溯源性在ISO计量学基本和通用国际术语计量学基本和通用国际术语(VIM)中的定义是中的定义是”测量的特性或标准值，此标准是测量的特性或标准值，此标准是规定的基准，通常是国家或国际标准，通过全规定的基准，通常是国家或国际标准，通过全部规定了不确度的不间断的比较链相联系。部规定了不确度的不间断的比较链相联系。A AQQA A溯源示例溯源示例夹量具夹量具千分尺千分

24、尺CMM量块量块激光干涉仪激光干涉仪引用量具量块比测引用量具量块比测波长标准波长标准干涉比测器干涉比测器A AQQA A17. 真值真值w 测量过程的目标是零件的测量过程的目标是零件的”真真”值，希望任何值，希望任何单独读数都尽可能地接近这一读值单独读数都尽可能地接近这一读值(经济地经济地)。遗憾的是真值永远也不可能知道是肯定的。然遗憾的是真值永远也不可能知道是肯定的。然而，通过使用一个基于被很好地规定了特性操而，通过使用一个基于被很好地规定了特性操作定义的作定义的”基准基准”值，使用较高级别分辨率的值，使用较高级别分辨率的测量系统的结果，且可溯源到测量系统的结果，且可溯源到NIST，可以使不

25、可以使不确定度减小。因为使用基准作为真值的替代，确定度减小。因为使用基准作为真值的替代，这些术语通常互换使用。这些术语通常互换使用。A AQQA A18. 一致性一致性w 一致性是随时间得到测量变差的区别。它一致性是随时间得到测量变差的区别。它也可以看成重复性随时间的变化。也可以看成重复性随时间的变化。w 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：n零件的温度零件的温度n电子设备的预热要求电子设备的预热要求n设备的磨损设备的磨损A AQQA A19. 均匀性均匀性w 均匀性是量具在整个工作量程内变差的区均匀性是量具在整个工作量程内变差的区别。它也可被认为是重复

26、性在量程上的均别。它也可被认为是重复性在量程上的均一性一性(同一性同一性)。w 影响均匀性的因素包括：影响均匀性的因素包括：n夹紧装置对不同定位只接受较小较大尺寸。夹紧装置对不同定位只接受较小较大尺寸。n刻度的可读性不好刻度的可读性不好n读数视差读数视差六、测量不确定度理解六、测量不确定度理解A AQQA A1. 测量不确定度测量不确定度w 不确定度不确定度是赋值给测量结果的范围，在规定的置是赋值给测量结果的范围，在规定的置信水平内描述为预期包含有真测量结果的范围。信水平内描述为预期包含有真测量结果的范围。测量不确定度通常被描述为一个双向量。简单的测量不确定度通常被描述为一个双向量。简单的表达

27、表达式式：n真测量值真测量值= =观测到的测量观测到的测量( (结果结果) ) U Uw U=U=扩扩展展不确定度。不确定度。扩展不确定度扩展不确定度是测量过程中合是测量过程中合成标准误差成标准误差UcUc，乘以一个代表所希望的置信范围乘以一个代表所希望的置信范围中的正态分布的分布系数中的正态分布的分布系数( (K)K)。ISO/IECISO/IEC测量中测量中不确定度指南确定了足以代表正态分布的不确定度指南确定了足以代表正态分布的95%95%的不确定度的分布系数。通常认为的不确定度的分布系数。通常认为K=2K=2，U=KUcU=KUc。A AQQA An 扩展不确定度扩展不确定度U=kuc公

28、式公式nK覆盖因子覆盖因子（2-3）nuc 标准合成不确定度标准合成不确定度测量值分布曲线测量值分布曲线均值均值95.45%99.73% +3 +3 +2 +2 真值真值12. 测量不确定度公式测量不确定度公式A AQQA A3. 测量不确定度组成测量不确定度组成w影响测量不确定度的因素影响测量不确定度的因素l测量设备（包括测量标准）的误差测量设备（包括测量标准）的误差l环境的误差环境的误差l测量方法的误差测量方法的误差l操作人员的误差等操作人员的误差等A AQQA A3. 测量不确定度组成测量不确定度组成w 合成标准误差合成标准误差Uc包括了在测量过程中变包括了在测量过程中变差的所有重要组成

29、部份。在大多数情况下，差的所有重要组成部份。在大多数情况下，按着本手册完成的测量系统分析方法可以按着本手册完成的测量系统分析方法可以用来定量确定测量不确定度的众多来源。用来定量确定测量不确定度的众多来源。简单的表达式被定量表示为：简单的表达式被定量表示为：Uc2=2性能性能+ 2其它其它A AQQA A3. 测量不确定度组成测量不确定度组成w 其中：其中：n2 2性能性能= =2 2能力能力+ + 2 2稳定性稳定性+ + 2 2一致性一致性n 2 2能力能力= =2 2偏倚偏倚+ + 2 2GRRGRRn2 2GRRGRR= =2 2e e+ + 2 2o ow 定期重复评价与测量过程有关的

30、不确定度定期重复评价与测量过程有关的不确定度以确保持续保持所预计的准确度是适宜的以确保持续保持所预计的准确度是适宜的A AQQA A4. 4. 测量不确定度和测量不确定度和MSA区别区别w 测量不确定度和测量不确定度和MSA的主要区别是：的主要区别是：nMSA的重点是了解测量过程，确定在测量过的重点是了解测量过程，确定在测量过程中的误差总量，及评估用于生产和过程控程中的误差总量，及评估用于生产和过程控制中的测量系统的充份性。制中的测量系统的充份性。MSA促进了解和促进了解和改进改进(减少变差减少变差)。n不确定度是测量值的一个范围，由置信区间不确定度是测量值的一个范围，由置信区间来定义，与测量

31、结果有关并希望包括测量真来定义，与测量结果有关并希望包括测量真值。值。A AQQA A5. 不确定度和测量误差区别不确定度和测量误差区别测量值概率分布曲线测量值概率分布曲线均值均值 +3 +3 真值真值1测量误差测量误差不确定度范围不确定度范围七、测量系统的统计特性七、测量系统的统计特性A AQQA A1. 测量系统的测量系统的统计统计特性组成特性组成w Bias偏差偏差(Accuracy准确性准确性)w Repeatability重复性重复性(precision)w Reproducibility再现性再现性w Linearity线性线性w Stability稳定性稳定性A AQQA A2.

32、2.偏倚偏倚( (Bias)Bias)基准值基准值观测平均值观测平均值偏倚偏倚偏倚：偏倚：是测量结果的观测平均是测量结果的观测平均值与基准值的差值值与基准值的差值。真值的取得可以通过采用真值的取得可以通过采用更高等级的测量设备进行多次更高等级的测量设备进行多次测量测量，取其平均值取其平均值。A AQQA A造成过大偏倚的可能原因造成过大偏倚的可能原因w 仪器需要校准仪器需要校准w 仪器、设备或夹紧装置的仪器、设备或夹紧装置的磨损磨损w 磨损或损坏的基准，基准磨损或损坏的基准，基准出现误差出现误差w 校准不当或调整基准的使校准不当或调整基准的使用不当用不当w 仪器质量差仪器质量差设计或一致设计或

33、一致性不好性不好w 线性误差线性误差w 应用错误的量具应用错误的量具w 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w 测量错误的特性测量错误的特性w 量具或零件的变形量具或零件的变形w 环境环境温度、湿度、振动、温度、湿度、振动、清洁的影响清洁的影响w 违背假定、在应用常量违背假定、在应用常量上出错上出错w 应用应用零件尺寸、位置、零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观操作者技能、疲劳、观察错误察错误A AQQA A3.3.重复性重复性(Repeatability)重复性重复性指由指由同一个同一个操作人员用操作人员用同一同一种量种量具经多次测量具经多次测量同一同一个

34、零件的个零件的同一同一特性时获得的测量值变差特性时获得的测量值变差（四同）（四同）A AQQA A重复性的可能原因重复性的可能原因w零件零件(样品样品)内部：形状、位置、内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性。表面加工、锥度、样品一致性。w仪器内部：修理、磨损、设备仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维或夹紧装置故障，质量差或维护不当。护不当。w基准内部：质量、级别、磨损基准内部：质量、级别、磨损w方法内部：在设置、技术、零方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度位调整、夹持、夹紧、点密度的变差的变差w评价人内部：技术、职位、缺评价人内部：技术、职位、缺乏经验、

35、操作技能或培训、感乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。觉、疲劳。w 环境内部：温度、湿度、振动、环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化。亮度、清洁度的短期起伏变化。w 违背假定：稳定、正确操作违背假定：稳定、正确操作w 仪器设计或方法缺乏稳健性，仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好一致性不好w 应用错误的量具应用错误的量具w 量具或零件变形，硬度不足量具或零件变形，硬度不足w 应用：零件尺寸、位置、操作应用：零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差者技能、疲劳、观察误差(易易读性、视差读性、视差)A AQQA A4.4.再现性再现性(Reproducibility)由由不同不

36、同操作人员，采用操作人员，采用相同相同的测的测量仪器，测量量仪器，测量同一同一零件的零件的同一同一特特性时测量平均值的变差性时测量平均值的变差（三同一异）（三同一异）再现性再现性甲甲丙丙乙乙A AQQA A再现性的可能潜在原因再现性的可能潜在原因w 零件零件(样品样品)之间：使用之间：使用同样的仪器、同样的操同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量作者和方法时，当测量零件的类型为零件的类型为A,B,C时时的均值差。的均值差。w 仪器之间：同样的零件、仪器之间：同样的零件、操作者、和环境，使用操作者、和环境，使用仪器仪器A,B,C等的均值差等的均值差w 标准之间：测量过程中标准之间：测量过程中不

37、同的设定标准的平均不同的设定标准的平均影响影响w 方法之间：改变点密度，方法之间：改变点密度，手动与自动系统相比，手动与自动系统相比，零点调整、夹持或夹紧零点调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差方法等导致的均值差w 评价人评价人(操作者操作者)之间：评价人之间：评价人A,B,C等的等的训练、技术、技能和经验不同导致的均训练、技术、技能和经验不同导致的均值差。对于产品及过程资格以及一台手值差。对于产品及过程资格以及一台手动测量仪器，推蕮进行此研究。动测量仪器，推蕮进行此研究。w 环境之间：在第环境之间：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。这是对较高由环境循环引起的

38、均值差。这是对较高自动化系统在产品和过程资格中最常见自动化系统在产品和过程资格中最常见的研究。的研究。w 违背研究中的假定违背研究中的假定w 仪器设计或方法缺乏稳健性仪器设计或方法缺乏稳健性w 操作者训练效果操作者训练效果w 应用应用零件尺寸、位置、观察误差零件尺寸、位置、观察误差(易读易读性、视差性、视差)A AQQA A5.5.稳定性稳定性(Stability)稳定性稳定性时间时间1 1时间时间2 2是测量系统在是测量系统在某持续时间某持续时间内测量内测量同一基准同一基准或零件的单一特性时获或零件的单一特性时获得的测量值总变差得的测量值总变差。A AQQA A不稳定的可能原因不稳定的可能原

39、因w仪器需要校准，需要减少校仪器需要校准，需要减少校准时间间隔准时间间隔w仪器、设备或夹紧装置的磨仪器、设备或夹紧装置的磨损损w正常老化或退化正常老化或退化w缺乏维护缺乏维护通风、动力、液通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁清洁w磨损或损坏的基准，基准出磨损或损坏的基准，基准出现误差现误差w校准不当或调整基准的使用校准不当或调整基准的使用不当不当w 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w 仪器设计或方法缺乏稳健性仪器设计或方法缺乏稳健性w 不同的测量方法不同的测量方法装置、安装、装置、安装、夹紧、技术夹紧、技术w 量具或零件变形量具或零件变形w 环

40、境变化环境变化温度、湿度、振动、温度、湿度、振动、清洁度清洁度w 违背假定、在应用常量上出错违背假定、在应用常量上出错w 应用应用零件尺寸、位置、操作者零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误技能、疲劳、观察错误A AQQA A6.6.线性线性(Linearity)量程基准值观测平均值基准值线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值A AQQA A6.线性(Linearity)观测平均值基准值无偏倚有偏倚A AQQA A线性不良的可能原因w 仪器需要校准，需要减少校准时间间隔w 仪器、设备或夹紧装置的磨损w 正常老化或退化w 缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁w 磨损或损坏的

41、基准，基准出现误差w 校准不当或调整基准的使用不当w 仪器质量差设计或一致性不好w 仪器设计或方法缺乏稳健性w 不同的测量方法装置、安装、夹紧、技术w 量具或零件变形w 环境变化温度、湿度、振动、清洁度w 违背假定、在应用常量上出错w 应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误A AQQA ACase study(应选用什么类型仪器)基准值基准值观测平均值观测平均值基准值基准值观测平均值观测平均值基准值基准值观测平均值观测平均值八、测量系统变差的影响八、测量系统变差的影响A AQQA A1. 测量系统变差影响说明测量系统变差影响说明w 由于测量系统可以接受多种变差源的影响，因此相同零件的重

42、由于测量系统可以接受多种变差源的影响，因此相同零件的重复读数也不产生相同或同样的结果。复读数也不产生相同或同样的结果。读数不同是由于普通和特读数不同是由于普通和特殊原因造成的。殊原因造成的。w 不同的变差源对测量系统的影响应经过短期和长期评估。测量不同的变差源对测量系统的影响应经过短期和长期评估。测量系统的能力是短时间的测量系统系统的能力是短时间的测量系统( (随机随机) )误差。误差。它是由线性、一它是由线性、一致性、重复性和再现性误差合成定量的。致性、重复性和再现性误差合成定量的。测量系统的性能，如测量系统的性能，如同过程性能是所有变差源随时间的影响。这是通过确定我们的同过程性能是所有变差

43、源随时间的影响。这是通过确定我们的过程是否统计受控过程是否统计受控( (如稳定并且一致，变差仅由普通原因造成如稳定并且一致，变差仅由普通原因造成) )，对准目标对准目标( (无偏倚无偏倚) )，且在预期结果范围有可接受的变差，且在预期结果范围有可接受的变差( (量具重量具重复性和再现性复性和再现性( (GRR)GRR)来完成的。这为测量系统能力增加稳定性来完成的。这为测量系统能力增加稳定性和一致性。和一致性。w 由于测量系统的输出值用于做出关于产品和过程的决定，所有由于测量系统的输出值用于做出关于产品和过程的决定，所有变差源的累积影响，通常称为测量系统误差，有时称为误差。变差源的累积影响，通常

44、称为测量系统误差，有时称为误差。A AQQA A2. 对决策的影响对决策的影响w 测量了一个零件后可采取的活动之一测量了一个零件后可采取的活动之一是确定零是确定零件的形态。件的形态。在历史上，它应该确定该零件是否在历史上，它应该确定该零件是否可接受可接受(在公差内在公差内)或不可接受或不可接受(在公差外在公差外)。另一。另一种通常作法是把零件进行规定分类种通常作法是把零件进行规定分类(如活塞尺寸如活塞尺寸)。w 进一步的分类可能进一步的分类可能是可返工的、可挽救的或报是可返工的、可挽救的或报废的。废的。在产品控制原理下，这样的分类活动是在产品控制原理下，这样的分类活动是测量零件的主要原因。但是

45、，在过程控制原理测量零件的主要原因。但是，在过程控制原理下，兴趣的焦点是零件变差是由过程中的普通下，兴趣的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。原因还是特殊原因造成的。A AQQA A3. 控制原因和关注点控制原因和关注点控制原理控制原理关注点关注点产品控制产品控制零件是否在明确的目录零件是否在明确的目录(规规格格)之内？之内？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？A AQQA A4. 对产品决策的影响对产品决策的影响w TYPE I误差，将好的判成坏的。误差，将好的判成坏的。n其平均值是落在合格区的，但由于其平均值是落在合格区的，但由于GRR的影响可能的

46、影响可能会将其判成不合格的。会将其判成不合格的。LSLUSLA AQQA A4. 对产品决策的影响对产品决策的影响w TYPE II误差，将坏的判成好的。误差，将坏的判成好的。n其平均值是落在不合格区的，但由于其平均值是落在不合格区的，但由于GRR的影响可的影响可能会将其判成合格的。能会将其判成合格的。LSLUSLA AQQA A4. 对产品决策的影响对产品决策的影响w 相对于公差，对零件做出错误决定的潜在相对于公差，对零件做出错误决定的潜在 因素只在测因素只在测量系统误差与公差交叉时存在，下面给出三个区分的量系统误差与公差交叉时存在，下面给出三个区分的区域。区域。LSLUSLIIIIIIII

47、IBad is badBad is badGood is goodConfused areaConfused areaA AQQA A4. 对产品决策的影响对产品决策的影响w 对于产品状况，目标是最大限度地做出正对于产品状况，目标是最大限度地做出正确决定，有二种选择：确决定，有二种选择：n改进生产区域：改进生产区域：减少过程变差，没有零件产减少过程变差，没有零件产生在生在II区。区。n改进测量系统：改进测量系统：减少测量系统误差从而减小减少测量系统误差从而减小II区域的面积，因而生产的所有零件将在区域的面积，因而生产的所有零件将在III区域，这样就可以最小限度地降低做出错误区域，这样就可以最小

48、限度地降低做出错误决定的风险。决定的风险。A AQQA A5. 对对过程过程决策的影响决策的影响w 对于过程控制，需要确定以对于过程控制，需要确定以下要求下要求n统计统计受受控控n对准目标对准目标n可接受的变异性。可接受的变异性。w 把普通原因报告为特殊原因把普通原因报告为特殊原因w 把特殊原因报告为普通原因把特殊原因报告为普通原因w 测量系统变异性可能影响过测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标以及变差程的稳定性、目标以及变差的决定。的决定。測量系統方差實際過程方差觀測過程方差msaactualobsmsaactualobs222222A AQQA A6. GRR对能力指数对能力指数Cp的

49、影响的影响6 take weherebut level, confidence 99%for ,15. 5, 1%100%6,622222kbecauseGRRGRRGRRkGRRobserveoracutalxLUCpmopppompxxmaoA AQQA A6. GRR对能力指数对能力指数Cp的影响的影响2222222)(1)(11111GRRCpCpCpGRRCpCpCpCpGRRGRRCpCpGRRCpGRRCpCpCpCpCpooaoaoomooaaooaoomoaoaaoA AQQA A例题例题w 如果目前有一个制程其观察的如果目前有一个制程其观察的Cpo=1.67，而其而其GRR

50、=0.2，请试算其真实的请试算其真实的Cpa=?w 解解05. 2)2 . 067. 1 (167. 1)(122GRRCpCpCpooaA AQQA A7. 新过程的接受新过程的接受Cpa=2.0GRR=0.1Cpo=1.96Cpa=2.0GRR=0.3Cpo=1.71A AQQA A7. 新过程的接受新过程的接受w 最坏的假想情况是如果生产用量具不具备资格最坏的假想情况是如果生产用量具不具备资格却被使用了。如果假设却被使用了。如果假设GRR=60%(但不知道事但不知道事实实)那么观测的那么观测的Cp就是就是1.2了，此时如果不知道了，此时如果不知道是仪器问题，而在寻找制程问题，就会白费努是

51、仪器问题，而在寻找制程问题，就会白费努力了力了Cpa=2.0GRR=0.6Cpo=1.2A AQQA A课程内容课程内容(方法篇方法篇)w 一、测量系统策划一、测量系统策划w 二、测量系统研究准备二、测量系统研究准备w 三、测量系统分析方法三、测量系统分析方法w 四、计量型测量系统分析四、计量型测量系统分析w 五、计数型测量系统分析五、计数型测量系统分析w 六、复杂或非重复的测量系统的实践六、复杂或非重复的测量系统的实践w 七、通过多数读数减少变差七、通过多数读数减少变差一、测量系统策划一、测量系统策划A AQQA A1. 典型的进展典型的进展测量系统的设计开发测量系统的设计开发测量系统的制造

52、测量系统的制造测量系统实施（定期校准、统计分析）测量系统实施（定期校准、统计分析）A AQQA A2. 测量系统设计和开发测量系统设计和开发w 要测量什么？要测量什么？特性的类型是什么？是动态还是特性的类型是什么？是动态还是静态？是电性能吗？有重要的零件内变差？静态？是电性能吗？有重要的零件内变差？w 测量过程的结果测量过程的结果(输出输出)用作什么目的？用作什么目的？生产改进、生产改进、生产监控、实验室研究、过程审核、装运检查、生产监控、实验室研究、过程审核、装运检查、进货检查、对进货检查、对DOE的反馈吗？的反馈吗？w 谁将使用过程？操作者、工程师、技师、检查谁将使用过程？操作者、工程师、

53、技师、检查者、审核员？者、审核员？w 要求的培训要求的培训：操作者、维护人员、工程师、教：操作者、维护人员、工程师、教室、实际应用、在职培训、学徒期间。室、实际应用、在职培训、学徒期间。A AQQA A2. 测量系统设计和开发测量系统设计和开发w 确定变差来源了吗？使用小组、头脑风暴、渊博的过程确定变差来源了吗？使用小组、头脑风暴、渊博的过程知识、因果图或矩阵建立误差模型。知识、因果图或矩阵建立误差模型。w 开发测量系统或专用的测量系统？开发测量系统或专用的测量系统？测量系统可以是永久测量系统可以是永久的和专用的，或者也可以是柔性的且有可以测量不同类的和专用的，或者也可以是柔性的且有可以测量不

54、同类型零件的能力；如：仪器车量具、夹具量具、三坐标测型零件的能力；如：仪器车量具、夹具量具、三坐标测量机等。柔性的量具会更昂贵，但长期运行可以省钱。量机等。柔性的量具会更昂贵，但长期运行可以省钱。w 接触或不接触：接触或不接触：可靠性、特性类型、样件计划、成本、可靠性、特性类型、样件计划、成本、维护、校准、人员技能、兼容性、环境、速度、传感器维护、校准、人员技能、兼容性、环境、速度、传感器类型、零件偏差和图像处理。这可以由控制计划要求和类型、零件偏差和图像处理。这可以由控制计划要求和测量测量(在连续抽样期间全面接触量具可能有额外磨损在连续抽样期间全面接触量具可能有额外磨损)频频次确定。全表面接

55、触传感、传感器类型、空气反馈喷射、次确定。全表面接触传感、传感器类型、空气反馈喷射、图像处理，图像处理，CMM或光学比较仪等或光学比较仪等A AQQA A2. 测量系统设计和开发测量系统设计和开发w 环境：污垢、潮湿、湿度、温度、振动、噪声、电磁干扰、周围空气移动、空气污染物等。实验室、车间、办公室等？以微米水平计算的紧密公差使环境成为关键的问题。同时，还有cmm、显示系统及超声波等。这可能是过程内自动反馈类型测量的一个因素。切削油、切削碎片和超高温也可能成为问题。需要干净房间吗？w 测量和定位点：使用GD&T清楚地确定固定和夹紧点以及在零件的何处进行测量。w 固定方法：自由状态或夹紧的零件定

56、位。w 零件方向：主要部份位置与其它部份。A AQQA A2. 测量系统设计和开发测量系统设计和开发w 零件准备：测量前零件应该干净、无油、温度稳定吗？零件准备：测量前零件应该干净、无油、温度稳定吗？w 传感器定位：角度方向，到最初定位器或网络的距离。传感器定位：角度方向，到最初定位器或网络的距离。w 相互关系问题相互关系问题1：在车间内或在车间之间需要加倍：在车间内或在车间之间需要加倍(或更或更多多)的量具支持要求吗？制造的考虑、测量误差的考虑、的量具支持要求吗？制造的考虑、测量误差的考虑、维修的考虑。那个被认定是标准？怎样使每项有资格？维修的考虑。那个被认定是标准？怎样使每项有资格？w 相

57、互关系问题相互关系问题2：方法分歧：从不同的测量系统设计但：方法分歧：从不同的测量系统设计但应用于可接受的实践和操作限制下相同零件和过程的测应用于可接受的实践和操作限制下相同零件和过程的测量变差结果。量变差结果。A AQQA A2. 测量系统设计和开发测量系统设计和开发w 自动或手动：线上、线下、操作者信任。w 破坏性或非破坏性的测量：示例：拉伸试验、盐雾试验、电镀油漆涂层厚度、硬度、尺寸测量、图像处理、化学分析、压力、耐久性、冲击、转矩、扭矩、焊接强度、电性能等。w 潜在测量范围：可能测量的尺寸和预期范围。w 有效方分辨率：使用时特殊应用的测量对物理变化(探测过程或产品变差的能力)敏感情况可

58、接受吗？w 灵敏度：最小输入信号形成测量设备可探测的(可辨别的)输出信号对应用这种测量装置可接受吗？灵敏度由固有的量具设计和质量(OEM)及使用中维护和操作条件确定。A AQQA A3. 测量系统制造测量系统制造n在系统设计中提出的变差源识别了吗？设计评审、验证在系统设计中提出的变差源识别了吗？设计评审、验证和确认。和确认。n校准和控制系统：建议的校准计划及设备和文件的审核。校准和控制系统：建议的校准计划及设备和文件的审核。频率、内部的或外部的、参数、过程中验证检查。频率、内部的或外部的、参数、过程中验证检查。n输入要求：机械的、电的、液压的、气动的、浪涌抑制输入要求：机械的、电的、液压的、气

59、动的、浪涌抑制器、干燥器、过滤器、滤清器，准备和操作问题、绝缘、器、干燥器、过滤器、滤清器，准备和操作问题、绝缘、分辨率和灵敏度。分辨率和灵敏度。n输出要求：仿真或数字、文件和记录、档案、存放、检输出要求：仿真或数字、文件和记录、档案、存放、检索、文件备份。索、文件备份。n成本：开发、采购、安装、操作和培训的预算因素。成本：开发、采购、安装、操作和培训的预算因素。n预防性维护预防性维护：类型、进度表、成本、人员、培训、文件。：类型、进度表、成本、人员、培训、文件。A AQQA A3. 测量系统制造测量系统制造n服务性：内部的和外部的、位置、支持水平、反应时间、服务性：内部的和外部的、位置、支持

60、水平、反应时间、备件的可提供性、标准零件清单。备件的可提供性、标准零件清单。n人机工程学：经过长时间装载和操作机器不带来伤害的能人机工程学：经过长时间装载和操作机器不带来伤害的能力。测量设备讨论需要聚焦于测量系统与操作者是怎样相力。测量设备讨论需要聚焦于测量系统与操作者是怎样相互依赖的问题上。互依赖的问题上。n安全考虑：人员、操作、环境、锁止。安全考虑：人员、操作、环境、锁止。n存储和定位：建立关于测量设备存储和定位的要求。罩、存储和定位：建立关于测量设备存储和定位的要求。罩、环境、安全、可提供性环境、安全、可提供性(接近接近)问题。问题。n测量周期时间测量周期时间：测量一个零件或特性要花多少