625测量系统分析

1、Measurement system analysis 测量系统分析 目录测量系统分析 的意义和目的测量系统分析的定义 测量系统分析的基础知识 1）测量系统的统计特性 2）理想的测量系统 3）测量系统的共同特性 4）测量系统的评定步骤和准备计量型测量系统的分析方法 1）偏倚 2）稳定性 3）线性 4）重复性和再现性（R&R）计数型测量系统的分析方法 假设试验分析2测量系统分析的意义和目的3测量误差Y = x + 测量值 = 真值(True Value)+测量误差是零件的“实际值该值不被知道且无法知道一致4测量的重要性如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，

2、此时便不能得到真正的产品或过程特性。 因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机法环结果合格不合格测量测量测量测量误差的来源： Discrimination 分辨能力Precision 精密度 (Repeatability 重复性)Accuracy 准确度 (Bias偏差)Damage 损坏Differences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间的差异)Difference in use by inspector 不同使用人员的差异(Reproducibility再现性)Differences among methods of

3、use (使用不同的方法所造成差异)Differences due to environment (不同环境所造成的差异)6为什么要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，会带来测量误差。检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。7ISO/TS16949标准的要求：7.6.1：为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进适当的统计研究。此要求必须适用于在控制方案中提及的测量系统。这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统分析参考手册。采

4、用其他的分析方法和接受准则必须获得顾客的批准。8测量系统分析的目的运用统计分析方法，确定测量系统测量结果的变差（测量误差），了解变差的来源。从而确定一个测量系统的质量，并且为测量系统的改进提供信息。保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。9测量系统分析的定义10术语测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。而赋予的值定义为测量值。 量具：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，包括用来测量合格不合格的装置。测量系统：用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合。 11测量系统的组成 测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作

5、方法、操作程序工作的环境12测量系统的根本知识和概念测量系统及其统计特性 分辨力、稳定性、偏倚 、重复性、再现性、线性、稳定性理想的测量系统 测量系统的共同特性测量系统的评定步骤和准备13测量系统的统计特性 通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：Discrimination 分辨力(ability to tell things apart) ;Bias 偏倚;Repeatability 重复性;Reproducibility再现性 ;Linearity 线性 ;Stability 稳定性 。14分辨力（率）定义：指测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力。传统是公差范围的十分之

6、一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。15偏倚(Bias)：基准值观测平均值偏倚偏倚：是对相同零件上同一特性测量结果的观测平均值与基准值的差值。基准值的取得可以通过采用更高级别的测量设备进行屡次测量，取其平均值来确定。 16重复性(Repeatability)重复性重复性是由一个评价人，使用相同的测量仪器对同一零件上的同一特性进行屡次测量所得到的测量变差。它是设备本身的固有变差。17再现性(Reproducibility)：再现性是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。 再现性操作者B操作者C操作者A18稳定性(Stability)：稳定性 时

7、间1时间2稳定性是指经过一段长期时间，用同样的测量系统对同一基准或零件的同一特性进行测量所获得的总变差。也就是说，稳定性是整个时间的偏倚变化。19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。线性可以被视为对于量程大小不同所发生的变化。20线性(Linearity)：观测的平均值 基准值无偏倚有偏倚21测量系统的分析 测量系统的变差类型： 偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性测量系统特性可用以下方式来描述 ：位置：稳定性、偏倚、线性。 宽度或范围：重复性、再现性。 22位置和宽度 位置寬度位置寬度标准值23理想的测量系统 理想的测量系统在每次使

8、用时：应只产生“正确的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。 24真值真值理想的测量系统 25测量系统所应具有的特性： 测量系统必须处于统计控制中：这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性；测量系统的变异必须比制造过程的变异小； 变异应小于公差带；测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一；测量系统统计特性可能随被被测工程的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过

9、程变差和公差带两者中的较小者。 26测量系统的评定 第一阶段： 明确该测量过程并确定该测量系统是否满足我们的需要。主要有二个目的： 1）确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。2）发现那种环境因素对测量系统显著的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用的环境要求。第二阶段： 目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。 27计量型测量系统的分析方法28测量系统分析的分类重复性分析再现性分析线性分析稳定性分析偏倚分析位置分析变异分析稳定性分析信号分析风险分析小样法大样法偏移分析稳定性分析变异分析计量型计数型破坏

10、型MSA极差法均值极差法（包括控制图法）ANOVE法（方差分析法）29确定稳定性的指南进行研究1）取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。如果该样品不可获得，选择一个落在产品测量中程数据生产零件 ，指定其为稳定性分析的标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个基准值。 具备预期测量的最低值，最高值和中程数的标准样本是较理想的。建议对每个标准样本分别做测量与控制图。2）定期(天,周)测量标准样本35次，样本容量和频率应该基于对测量系统的了解。因素可以包括重新校准的频次、要求的修理，测量系统的使用频率，作业条件的好坏。应在不同的时间读数以代表测量系统的实际使用情况，以便说明在一天中预热、周围环

11、境和其他因素发生的变化。3）将数据按时间顺序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。30确定稳定性的指南结果分析作图法建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不稳定状态。结果分析数据法除了正态控制图分析法，对稳定性没有特别的数据分析或指数。如果测量过程是稳定的，数据可以用于确定测量系统的偏倚。同样，测量的标准偏差可以用作测量系统重复性的近似值。这可以与（生产）过程的标准偏差进行比较以决定测量系统的重复性是否适于应用。可能需要实验设计或其他分析解决问题的技术以确定测量系统稳定性缺乏的主要原因。31确定稳定性的指南不稳定的可能原因仪器需要校准，需要减少校准时间间隔仪器、设备或夹紧装置的磨损正常老化或

12、退化缺乏维护通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁磨损或损坏的基准，基准出现误差校准不当或调整基准的使用不当仪器质量差设计或一致性不好仪器设计或方法缺乏稳健性不同的测量方法装置、安装、夹紧、技术量具或零件变形环境变化温度、湿度、振动、清洁度违背假定、在应用常量上出错应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误32确定偏倚指南独立样本法进行研究1）获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值。 如果得不到，选择一个落在生产测量的中程数的生产零件，指定其为偏倚分析的标准样本。在工具室测量这个零件n10次，并计算这n个读数的均值。把均值作为“基准值。 可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程

13、数的标准样本是理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。基准值测量系统的平均值偏倚33确定偏倚指南独立样本法2）让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。结果分析作图法3）相对于基准值将数据画出直方图。评审直方图，用专业知识确定是否存在特殊原因或出现异常。如果没有，继续分析，对于n30时的解释或分析，应当特别谨慎。结果分析数据法4）计算n个读数的均值。5）计算可重复性标准偏差 如果GRR研究可用（且有效），重复性标准偏差计算应该以研究结果为基础。6）确定偏倚的 t 统计量： 偏倚=观测测量平均值-基准值34确定偏倚指南独立样本法7）如果0落在围绕偏倚值1-置信区间以内，偏倚在水平是可接受的。

14、所取的 水平依赖于敏感度水平，而敏感度水平被用来评价/控制该（生产）过程的并且与产品/（生产）过程的损失函数（敏感度曲线）有关。如果 水平不是用默认值.05（95置信度）则必须得到顾客的同意。偏倚研究的分析：如果偏倚从统计上非0，寻找以下可能的原因：标准或基准值误差；仪器磨损。这在稳定性分析可以表现出，建议按方案维护或修整；仪器制造尺寸有误；仪器测量了错误的特性；仪器未得到完善的校准，评审校准程序；评价人设备操作不当，评审测量说明书等；35案例一个制造工程师在评价一个用来监控生产过程的新的测量系统。测量装置分析说明没有线性问题，所以工程师只评价了测量系统偏倚。在已记录过程变差基础上从测量系统操

15、作范围内选择一个零件。这个零件经全尺寸检验测量以确定其基准值。而后这个零件由领班测量15次。36表：偏倚研究偏倚研究分析因为0落在偏倚置信区间（-0.1185，0.1319)内,工程师可以假设测量偏倚是可以接受的,同时假定实际使用不会导致附加变差源。37详细步骤38偏倚计算的例如一名制造工程师需要对一个新的测量系统进行偏倚的分析，他的研究程序是：1.选取一个样件，得出一个可追溯到相关标准的基准值。这个基准值是“6.0。2.请一个评价人，以工作状态通常的方法测量这个样件15次。39403.相对于基准值，将数据画出直方图。评审直方图，确定是否存在特殊原因或出现异常；如果没有，继续分析。414.计算

16、该评价人n个读数的均值。公式如下： 该评价人15次测量的平均值是：6.0067425.计算可重复性标准偏差r，既重复性。其中 d2* 可以从与均值极差分布相关的值的表中查到，查出的d2*值是：注：g1（子组容量为1），m n=15（子组大小）重复性计算结果：0.22514436.确定偏倚的 t 统计量：t= 偏倚/b 偏倚 = 测量值的平均值基准值 该评价人15次测量的偏倚值是：0.0067 b利用下面的公式计算为0.05813。t计算结果是：0.1153447根据子组的容量和子组的大小，通过与均值极差分布相关的值表格，查找出自由度（v或df）；查出的结果V=10.8458再查表找出显著的t值

17、。该值是通过查t分布分位数表来找出的，依据自由度v（df）10.8，选（置信度）= 0.05预设值（95%置信度），/2就是0.025，1-/2=0.9750，则从表p=0.9750与自由度V值10.8的交叉处选值。该表中的自由度只有10和11，没有10.8我们所要求的数，故应予以分摊。其中10为2.22814，11为2.20099，分摊到10.8的自由度为2.20642。469下面开始计算；0.0067-0.05813（2.20642）= -0.121560.0067+0.05813（2.20642）=0.134964710结果评价 计算结果说明，“0落在这两个上下限计算值之间。结论是该测量

18、系统的偏倚是可以接受的。48确定线性指南4）确定每一零件的观察平均值，基准值与观察平均值之间的差值为偏倚，要确定各个被选零件的偏倚。线性图就是在整个工作范围内的这些偏倚与基准值之间描绘的。如果线性图显示可用一根直线表示这些标绘点，则偏倚与基准值之间的最正确线性回归直线表示两个参数之间的线性。线性回归直线的拟合优度R2确定偏倚与基准值是否有良好的线性关系。 计算偏倚:偏倚= 观测平均值 基准值 过程变差= 6 49确定线性指南5）画图: X軸=基准值 Y軸=偏倚 其方程式为: y=b+ax 再分別计算其： 截距，斜率，拟合度，线性，线性%等 50确定线性指南51系统的线性及线性百分率由回归线斜率

19、及零件过程变差(或公差)计算得出。如果回归线有很好的线性拟合，那么可以评价线性幅度及线性百分率来确定线性是否可接受。如果回归线没有很好的线性拟合，那么可能偏倚平均值与基准有非线性关系，这需要进一步分析以判定测量系统的系统是否可接受。确定线性指南52线性接受准则： a. 0偏移线的位置。b. 置信区间及假设试验分析。 如果测量系统为非线性，查找这些可能原因： 在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准；最小或最大值校准量具的误差； 磨损的仪器； 仪器固有的设计特性。 确定线性指南53案例54确定重复性和再现性的指南分析方法有：极差法；均值-极差法；方差分析ANOVA。55取样的代表性不具代表性的取法

20、具代表性的取法56极差法极差法是一种改进的计量型量具的研究，它可迅速提供一个测量变异的近似值，这种方法只能提供测量系统的整体概况而不能将变异分为重复性和再现性。它典型的用途是快速检查验证GRR是否发生了变化。这个方法有潜力探测不可接受的测量系统，对样本容量为5的概率为80，样本容量为10的概率为90。典型的极差方法用2个评价人和5个零件进行研究。在研究中，两个评价人各将每个零件测量一次。每个零件的极差是评价人A获得测量值和B获得测量值之间的绝对差值。计算极差的和与平均极差。通过将平均极差均值乘以1/ d2*可以得到总测量变差。m=2，g=零件数。57极差法案例58均值-极差法均值极差法(Xba

21、r&R)是一种可提供测量系统重复性和再现性两个特性作估计评价的方法。与极差法不同，这种方法可以将测量系统的变差分成两个局部重复性和再现性，而不是他们的交互作用 。进行研究1、获得一个样本零件数n大于5，应代表实际的或期望的过程变差范围；2、选择评价人为A，B，C等。零件的号码从1到n，评价人不能看到零件编号。59均值-极差法3、如果是正常测量系统的一局部，应校准量具。让评价人A以随机的顺序测量n个零件，将测量结果输入第一行（如使用MINITAB应输入“数据栏）。4、让评价人B和C测量同样的n个零件，而且他们之间不能看到彼此的结果，输入数据到第6行和11行。5、用不同的随机测量顺序重复该循环。输

22、入数据到第2，7，12行，在适当的列记录数据，如果需要试验3次，重复循环并输入数据到3，8，13行。6、当零件数量很大或同时多个零件不可同时获得时，测量步骤4，5可能改变如下是需要的： 让评价人A测量第一个零件并在第1行记录读数。 让评价人B测量第一个零件并在第6行记录读数。 让评价人C测量第一个零件并在第11行记录读数。60均值-极差法 让评价人A重复测量第一个零件并记录读数于第2行， 让评价人B重复测量第一个零件并记录读数于第7行， 让评价人C重复测量第一个零件并记录读数于第12行， 如果试验需要进行3次，重复这个循环将数据记录在 第3，8，13行。7、如果评价人属于不同的班次，可以使用一

23、个替代方法，让评价人A测量所有的10个零件输入数据于第1行，然后评价人A以不同的顺序读数，记录结果于第2，3行，让评价人B，C同样做。8、依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可。 61均值-极差法%R&R接受准则： a. %R&R30%不能接受，必须改进。62结果分析:当重复性(EV)大于再现性(AV)时，原因可能是： 仪器需要保养；量具应重新设计来提高刚度增强； 量具的夹紧或零件定位的方式需要改进； 存在过大的零件变差。 当再现性(AV)大于重复性(EV)时： 评价人员需要更好的培训如何使用量具及数据读取方式；量具刻度盘上的刻度不清楚；需要某些夹具协助评价人员来提高使用量具的一致性。均值-

24、极差法63案例 3.对每个样品由三个人所测得 的9个测试值求平均值，4.总平均值的均值Xp与极差的Ra2.计算A测的所有样品的总平均值3.总平均值的均值Xa与极差的Ra1.计算A对每个样品三次 测试结果的均值/极差，64方差分析法 ANOVA：方差分析法中，变差分为4类：零件、评价人、量具、零件与评价人的交互作用；优点（与均值-极差法相比）：1、适用于任何试验调试；2、更精确地估计方差；3、可以从试验数据中别离出更多的信息；缺点：计算复杂，需借助计算软件；对分析人员要求高；65计数型测量系统研究66量测系统分析计数值Go-No Go 数据模式 人为因素主导，情况复杂 对于以“是和“不是为计数基础的定性数据，其 GR&R考察的概念是与定量数据一样的。但方法上完全不同.定性数据测量系统的能力取决于操作员判断的有效性，即将“合格判断成合格，将“不合格判断成不合格的程度.计数型测量系统的分析方法有：小样法大样法风险分析法信号