测量系统分析MSA培训课件

测量系统分析

MSA第三版11测量系统分析

MSA第三版11目录通用测量系统指南测量系统评定的通用概念简单测量系统推荐的实践计量型测量系统研究指南计数型测量系统研究指南21目录通用测量系统指南21第一章：通用测量系统指南在SPC手册中已经涉及到测量系统，测量数据的质量是过程控制的基础。正确的选择与运用测量系统，能保证以较低的成本获得高质量的测量数据。MSA参考手册的目的为评定测量系统的质量提供指南；主要关注的是对每个零件能重复读数的测量系统；测量系统分析方法需要顾客批准，本手册没覆盖。31第一章：通用测量系统指南在SPC手册中已经涉及到测量系统，测1.1几个重要概念测量：赋值(或数)给具体事物以表示它们之间关于特性的关系。赋值过程为测量过程，而赋予的值为测量值。量具：任何用来获得测量结果的装置，经常指用在车间的装置，包括通过/不通过装置。测量系统：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合，用来获得测量结果的整个过程。411.1几个重要概念测量：赋值(或数)给具体事物以表示它1.1几个重要概念测量数据用途：过程调整；确定在两个或更多变量之间是否存在重要关系。测量数据的质量由(在稳定条件下运行的)某一测量系统多次测量结果得到的统计特性确定。其测量数据与其标准值比较,而确定其质量“高”/“低”。测量数据的质量最常用偏倚和方差来表示。理想是零偏倚、零方差。“低”的通常原因之一是数据变差太大，这是由于测量系统和它的环境之间的交互作用造成的。管理一个测量系统是监视和控制变差，以使测量系统产生可接受的数据。真值：零件的“实际”测量值。未知的和不可知的，但它是测量过程的目的，一般使用“基准值”代替。511.1几个重要概念测量数据用途：511.1几个重要概念朔源性：测量的特性/标准值是规定的基准，通常是国家/国际标准，通过全部规定了不确定度的不间断的比较链相联系。不确定度：关于测量值估计范围，相信真值包括在其内。波长标准干涉比较器激光干涉仪引用量具量快/比例CMM量快量夹具千分尺图1.1-1长度测量溯源性链的示例

国家标准引用标准工作标准生产标准611.1几个重要概念朔源性：测量的特性/标准值是规定的基准1.2测量过程

操作输入输出

测量过程

测量值分析测量决定测量过程可用下图表示：

通用过程

需要控制的过程图1.2-1测量过程示意711.2测量过程操作输1.2.1测量系统的统计特性一个能产生“理想”的测量结果的测量系统的统计特性：零方差；零偏倚；对所测的任何产品错误分类为零概率。这种理想统计特性的测量系统几乎不存在。现时中测量系统应具备的统计特性：足够的分辨率和灵敏性测量系统应该是统计受控。

统计受控，即统计稳定性：在可重复条件下，测量系统的变差只能是由普通原因而不是特殊原因造成的。811.2.1测量系统的统计特性一个能产生“理想”的测量结果1.2.1测量系统的统计特性对于产品控制，测量系统的变异性小于公差；对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效分辨率并且小于制造过程变差。有效分辨率对于一个特定的应用，测量系统对过程变差的灵敏性；产生有用的测量输出信号的最小输入值；总是以一个测量单位报告。测量系统的统计特性可能随被测的项目变化而改变，则测量系统的最大的（最坏）变差应小于过程变差和规范控制限两者中较小者。911.2.1测量系统的统计特性911.2.2变差源测量系统受随机和系统变差源影响。这些变差源由普通原因和特殊原因造成，为此应：

识别潜在的变差源；排除(可能时)或监控这些变差源。识别变差源的工具，如因果图、故障树图等。测量系统误差的主要要素：S(标准)、W(工件)、I(仪器)、P(人/程序)、E(环境)。实际的变差对一个特定的测量系统的影响是唯一的。图2为一张潜在的变差源因果图，可作为研究测量系统变差源思考的起点。1011.2.2变差源测量系统受随机和系统变差源影图1.2-2测量系统变异性—因果图标准测量系统变异性仪器+(量具)维护敏感性均匀性重复性再现性

人员

环境照明几何相容性照明阳光人工的人空气流热膨胀零件稳定-系统部件温度循环本位的和周围的压力人机工程空气污染振动教育的体力的可操作定义目视标准程序态度经验教训理解标准p.m设计确认-夹紧-定位-测量点-测量传感器制造变差制造公差制造稳定性标准热膨胀系数弹性性质朔源性

工件(零件)弹性变形物质支持特性弹性性质可操作定义隐藏的几何尺寸内部相关特性清洁度充分的数据设计一致性放大接触几何尺寸变形影响线性稳定性坚定性假设使用111图1.2-2测量系统变异性—因果图标准测量系统变异性仪器+1.2.3测量系统变异性的影响测量系统误差：所有变差源的累积影响构成了测量系统的输出值，有时称为“误差”。测量系统的变异性影响被测对象的测量结果，因此相同零件的重复读数产生不同或相同的结果。读数之间不同是由于普通和特殊原因造成的。对不同变差源的影响应经过短期和长期评估：测量系统的能力是短期时间的测量系统（随机）误差。由线性、一致性、重复性和再现性误差合成的定量值；测量系统的性能是所有变差源随时间的影响。通过确定过程是否受控，对准目标(无偏倚)，且在预期结果的范围有可接受的变差(量具GRR)。1211.2.3测量系统变异性的影响测量系统误差：所有变差源的累1.2.3.1对决策的影响测量零件后的活动之一是确定零件的状态：一种是确定零件可接受(在公差内)/不可接受(在公差外)；另一种是把零件进行规定的分类：合格品的分级；进一步分类可能是可返工的、可返修的或报废的。按产品控制原理，这样的分类是测量零件的主要原因-零件是否在明确的目录之内。按过程控制原理，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。控制原理和驱动兴趣点控制原理驱动兴趣点1产品控制零件是否在明确的目录内？2过程控制过程是否稳定和可接受？1311.2.3.1对决策的影响测量零件后的活动之一是确定零件的1.2.3.2对产品决策的影响取决于测量系统误差：零件重复读数所有变差受量具的重复性和再现性影响。研究的前提：测量过程是统计受控且是零偏倚(对准目标)。无论测量的零件变差分布与规范控制限是否交叉，作出的决定会有风险：Ⅰ型错误，生产者风险或误发警报，既好的会被判为坏的Ⅱ型错误，消费者风险或漏发警报，既坏的会被判为好的。1411.2.3.2对产品决策的影响取决于测量系统误差：零件重复相对公差，作出错误的决定的潜在因素是系统误差与公差交差

注：Ⅰ坏零件总是称坏的；对于产品状况，目标是最大限度地作出正确决定，有两种选择：改变生产过程：减少过程变差，没有零件产生在Ⅱ区；改变测量系统：减少测量系统误差从而减少Ⅱ区面积，生产的零件将在Ⅲ区，可能最大限度降低作出错误决定的风险。Ⅰ

目

标

ⅡⅡⅠ

Ⅲ

上限下限Ⅱ可能作出潜在错误决定；

Ⅲ好零件总是合格的。151相对公差，作出错误的决定的潜在因素是系统误差与公差交差1.2.3.3对过程决策的影响对于过程控制，需要确定以下要求：统计受控；对准目标(零偏倚)；可接受的变异性。测量误差对过程决策的影响：把普通原因报告为特殊原因；把特殊原因报告为普通原因。测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标和变差的决定。实际和观测的过程变差之间的基本关系是：

σ2o=σ2a+σ2m

式中：σ2o观测过程方差

σ2a实际过程方差

σ2m测量系统方差

1611.2.3.3对过程决策的影响对于过程控制，需要确定以下要根据能力指数CP定义为CP=公差/6σ,继而可得：

(CP)2o=(CP)2a+(CP)2m为达到规定的过程能力目标需要对测量变差因子分解。如：当CPm(测量系统)=2,CPO(观测/计算)=1.33,则CPa(实际)≥1.79；当CPm=1.33,要求CPO(观测/计算)=1.33,则过程没有变化是不可能的。

观测的过程能力是实际过程能力加上测量过程造成的变差的合成。

假设测量系统受控且对准目标，实际过程CP与观测/计算CP可用图型法比较。观测（计算）的过程变差生产量具变差实际的过程变差171根据能力指数CP定义为CP=公差/6σ,继而可得：1.2.3.4新过程的接受

一个新过程(如铸造、机加工等)，作为采购活动的一部分经常要完成一系列步骤，包括在供方处/顾客(组织)处对测量设备的研究：确保各方使用的测量系统与在正常情况使用的测量系统一致，否则将会出现混乱。如：采购时使用的测量系统GRR≤10%且实际过程CP=2时，在采购时观测过程CP=1.96；生产过程中使用的测量系统GRR=30%且实际过程CP=2，则观测过程CP=1.71；生产过程中使用的测量系统GRR=60%，则观测过程CP=1.20。观测过程CP在1.96与1.20之间的差异是由于不同的测量系统造成的。1811.2.3.4新过程的接受一个新1.2.3.5过程作业准备/控制(漏斗试验)首件检验目的是验证过程是否对准目标。如：测量的零件在目标外，就要调整过程；然后再测量另一个零件并且可能再次调整过程。戴明博士把这种类型的测量和所做的决策称为干预。示例：有一零件的涂层的重量控制目标为5.00±0.20克作业指导书要求:以一个样件为基础在作业准备时和每小时对重量进行验证，如超过5.00±0.10克，再次设定过程。作业准备时，假设过程运行为4.95克，由于测量误差操作者观测为4.85克，为对准目标,操作者上调0.15克。现在过程运行为5.10克。操作者检查时，观测到5.08克，因此允许过程运行。此例说明：过程的过度调整会增加变差并会持续影响，测量误差把这些问题复杂化了。1911.2.3.5过程作业准备/控制(漏斗试验)首件检验目的是

漏斗试验的四项规则规则1：除非过程不稳定，否则不做调整或不采取行动；规则2：在上次进行测量的相反方向以等量调整过程；规则3：对准目标重新设定过程，然后在目标的相反方向以等量调整过程；规则4：调整过程至上次测量点。上一示例与“规则”对照，可知作业指导书是规则3，规则2、3、4增加了更多的变差，规则1是产生最小变差的最佳选择。201漏斗试验的四项规则规则1：除非过程不稳定，否则不做调整或不1.3

测量战略和策划

在设计和采购测量仪器或测量系统之前策划是关键，其做出的决定将影响测量设备的方向和选择，为此应明确：测量过程的目的和如何进行测量。测量寿命周期

测量寿命周期概念表达当一个人研究和改进过程时，测量方法会随着时间改变的信心。测量过程设计选择的准则

在采购测量系统之前，应制定测量过程的详细工程概念。指南如下：小组应评价系统（总成）或零件的设计并识别重要特性；利用量具DFMEA和(测量能力)过程FMEA，制定维护和校准计划；用流程图表示零件总成或零件的制造关键过程步骤，确定每一步骤的输入和输出。以利于制定测量计划、测量类型清单；对于复杂的测量系统，流程图由测量过程组成。下一步：应是小组采用头脑风暴法，为每个测量制定要求的准则。2111.3测量战略和策划在设计和采购测量仪器或测1.4

量具来源选择过程-制定报价文件包详细的工程概念由组成小组对测量过程维护和持续改进负责，并直接负责研究详细的概念。并提出“测量系统开发检查表建议的要素”。上表包括：测量系统设计和开发问题21个、测量系统制造问题21个、测量系统实际问题7个问题等。见MSA手册。预防性维护的考虑预防性维护一般包括：润滑、振动分析、传感器的完整性、零件更换等；简单的量具可能只需要定期的检查，而复杂的测量系统需要持续进行详细的统计分析和工程师小组进行预见性的维护。规范在设计和制造过程中规范对顾客和供应商均可作为指南。这些指南起到交流可接受的标准作用。可接受的标准可以分为：设计标准——设计者向制造者详细交流的方法。对于复杂的测量系统还应包括性能标准。制造标准——包括测量系统制造所必需的公差。2211.4量具来源选择过程-制定报价文件包详细的工程概念2211.4

量具来源选择过程-制定报价文件包评估报价接到报价后，小组集合对报价进行评审、评价。固定的项目包括：符合基本要求吗？有超过标准的问题吗?供应商展示了一种例外情况？为什么？（例外情况可以是：价格或交付明显的不一致；没有必要作为消极因素而打折扣；

一个供应商可能提出与其他供应商不同的内容）概念促进了简易性和可维修性？可交付的文件，一个完整的文件包可能包括：一套可复制的总成和详细的机械图（CAD或硬拷贝）（包括任何需要的标准）；一套可复制的电器配线、原理和软件；经常使用或易损项目/细节的建议备件清单。清单应包括需一定提前期才能获得的项目；2311.4量具来源选择过程-制定报价文件包评估报价2311.4量具来源选择过程-制定报价文件包带有机器图的维修手册，其中规定了正确装配和拆解机器零件的方法与步骤；手册规定的作业准备、操作和机器运输的要求；校准说明；诊断树和发现修理故障指南；认证报告（可追溯到国家标准）；校准指导书；技术支持人员、系统操作员和维护人员可以使用的用户手册。当提出报价文件包时，上述清单看作检查表使用。在供应商处的资格测量系统装运之前，在供应商处，应对量具或测量系统进行全面的尺寸检验和功能测试。上述结果应与顾客的设计和制造标准一致，全部形成文件并可供顾客评审。2411.4量具来源选择过程-制定报价文件包带有机器图的维修手册1.4

量具来源选择过程-制定报价文件包装运

装运检查表设备什么时候装运？怎样装运?谁从卡车或机动轨道车上搬运设备？需要保险吗？文件和硬件一起装运吗？顾客有正确的设备把硬件卸下来吗？装运前系统存放在什么地方？执行前系统存放在什么地方？装运文件完成了吗？是否很容易让装货人员、运输人员、卸货人员和安装人员了解？2511.4量具来源选择过程-制定报价文件包装运设备什么时候装运1.4

量具来源选择过程-制定报价文件包在顾客处的资格装运前在供应商处为使测量系统有资格所作的一切，应在交付后在顾客处以某种方式重复。收到测量系统后，在开始测量分析之前，应对测量系统进行全尺寸检验以确定其是否符合制造要求/标准。文件交付

按应交付的文件执行，但至少应包括：如果小组需要，CAD或硬拷贝图；使用时，系统地过程流程图；用户手册：维修/服务手册；备件清单；发现修理故障指南。校准指导书；特别注意事项。2611.4量具来源选择过程-制定报价文件包在顾客处的资格2611.5测量问题1.5.1评价一个测量系统，应考虑三个基本问题：测量系统应显示足够的灵敏性仪器(和标准)具有足够的分辨力(设计确定)。测量系统具有有效的分辨率，探测产品或过程变差的变化具有灵敏性。测量系统应是稳定的在重复性的条件下，测量系统变差只归因于普通原因而不是特殊(不规则的)原因。对实际应用和统计是重要的。统计特性(误差)在预期的范围内一致，并足以满足测量的目的(产品控制或过程控制)。将测量误差只作为公差的一个百分数来报告的传统方法，不适应过程改进的市场挑战。当过程改变和改进时，应重新评价测量系统以确定其是否达到预期的目的。2711.5测量问题1.5.1评价一个测量1.5.2测量系统变差的类型测量系统误差可以分为五种；偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性。测量系统研究的目的之一是获得测量系统与其环境相互作用时，有关系统测量变差大小和变差类型的信息,这些可提供：接受新测量设备的标准；两种测量装置的比较;评价怀疑有缺陷的量具的基础；测量设备维修前后的比较；计算过程变差及一个生产过程的可接受性的水平；绘制量具性能曲线(GPC)，GPC表示接受某一真值零件的概率。2811.5.2测量系统变差的类型测量系统误差可以分为五种；偏倚1.5.3定义及潜在的变差源分辨力：是仪器可以探测到并如实显示的参考值的变化量，也称为可读性或分辨率。测量系统的分辨力：是指测量系统检出并如实指出被测特性微小变化的能力。测量系统可接受的分辨力：是能够测出过程的变差，包括特殊原因变差，图1.5-1过程分布的分组数（ndc）可说明分辨力的概念；可视分辨力（ApparentResolution）：测量仪器的最小增量。建议可视分辨力应小于等于过程变差σ6倍的十分之一。即

分辨力不足可在控制图极差图(图1.5-2)中表现出来：极差图控制限内，可能有1~3个极差值；可能有≤4个极差值在控制限内，且>1/4的极差值为零。6σ

10可视分辨力≤2911.5.3定义及潜在的变差源分辨力：是仪器可以探测到并如实图1.5-1过程分布的分组(级)数(ndc)对控制和分析活动的影响——分辨率说明分组数据控制分析

一个数据分组（级）

可用于控制的前提是：与规范相比过程变差较小

在预期过程变差范围内的损失函数平缓

主要的变差源导致均值偏移

不能用于估算过程参数和指标只表明过程是否正生产合格或不合格的零件

2—4个数据分组

（级）

根据过程分布，可用于半计量控制技术可以产生不敏感的计量控制图一般不用于估算过程参数和指标，因为它只提供了粗略的估测

5或更多的数据分组

（级）

可用于计量控制图

推荐使用

301图1.5-1过程分布的分组(级)数(ndc)对控制和分析图1.5-2不同分辨力在控制图上的反映·························0.145

0.140

0.135

样本均值0510

152025··························0.02

0.010.00样本极差·····················0510

1520250.145

0.140

0.135

样本均值························0.00

0.01

0.02

样本极差UCL=0.1444Mean=0.1397LCL=0.1350LCL=0.01717R=0.00812LCL=0UCL=0.1438Mean=0.1398LCL=0.1359LCL=0.01438R=0.0068LCL=0控制图

分辨率=0.001

X-R

控制图

分辨率=0.01

X-R

311图1.5-2不同分辨力在控制图上的反映··········1.5.4测量过程变差对多数测量过程而言，测量变差通常被描述为正态分布。正态概率被设想成测量系统分析的标准方法。特点，如图：测量过程变差可分为：位置变差；宽度变差。位置（数据的中心倾向）宽度（数据的分散程度）图1.5-3正态分布3211.5.4测量过程变差对多数测量过程而言，测量变差通常被描1.5.4.1位置变差准确度偏倚稳定性线性3311.5.4.1位置变差准确度331准确度、偏倚准确度通用概念：在测量过程处于统计控制状态下，一个或多个测量结果的平均值与一个参考值之间一致的接近程度。在一些组织中准确度和偏倚互相使用。ISO及ASTM(美国实验与材料协会)使用准确度这个术语时包含了偏倚和重复性的含义。偏倚偏倚是对同样的零件的同样特性，真值(基准值)和观测到的测量平均值的差值。测量系统平均值基准值偏倚图1.5-4偏倚341准确度、偏倚准确度测量系统平均值基准值偏倚图1.5-4造成过分偏倚的可能原因仪器需要校准；仪器、设备或夹紧装置的磨损；磨损或损坏基准，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；线性误差；应用错误的量具；不同的测量方法——设置、安装、夹紧、技术；测量错误的特性；(量具或零件)变形；环境——温度、湿度、振动、清洁的影响；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(易读性、视差)。351造成过分偏倚的可能原因仪器需要校准；351稳定性稳定性(或漂移):是测量系统在某一段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。或者说是偏倚随时间的变化。时间参考值（基准值）361稳定性稳定性(或漂移):是测量系统在某一段时间影响稳定性的原因仪器需要校准，校准时间间隔要缩短；仪器、设备或夹紧装置的磨损；正常老化/退化；缺乏维护­——通风、动力、液压、过滤器、腐蚀、锈蚀、清洁；磨损或损坏基准，基准出现误差；校准不当/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­——设置、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(易读性、视差)。371影响稳定性的原因仪器需要校准，校准时间间隔要缩短；371线性线性:在设备的预期操作(测量)范围内偏倚的不同。线性也可以被认为关于偏倚大小的变化。线性误差的可能原因同稳定性，为什么?偏倚值N基准值零偏倚线观测值基准值观测值基准值观测值线性—非常量偏倚常量偏倚值1偏倚零偏倚基准值基准值观测值|基准值基准值正偏倚负偏倚观测值

观测值381线性线性:在设备的预期操作(测量)范围内偏倚的不同1.5.4.2宽度变差精密度重复性再现性灵敏度一致性均匀性3911.5.4.2宽度变差精密度391精密度传统上，定义为测量系统在操作范围内分辨力、灵敏度和重复性的最终影响；操作范围:大小、量程和时间。事实上，定义为测量范围内重复测量的预期变差；一个装置在低量程和高量程测量一样或今天与昨天一样，具有相同的精密度。精密度对应重复性，而线性对应偏倚；精密度定义为包括来自不同的读数、量具、人员、实验室或条件的变差。401精密度传统上，定义为测量系统在操作范围内分辨力、灵敏重复性重复性：由一个评价人，采用相同的测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差。重复性是设备本身固有的变差或性能。重复性一般指仪器的变差(EV)，事实上它是从规定的测量条件下，连续试验得到的普通原因(随机误差)变差。当测量环境是固定的，并且被规定了（即固定的零件、仪器、标准、方法、操作者、环境和假设）时，对于重复性最好的定义是系统内部变差。重复性参考值411重复性重复性：由一个评价人，采用相同的测量仪器，影响重复性的原因零件(样品)：形状、位置、表面加工、錐度、样品一致性；仪器：修理、磨损、设备或夹紧装置故障、质量差或维护不当；基准：质量、级别、磨损；方法：在设置、技术、零件调整、夹持、夹紧、点密度的变差；评价人：技术、职位、缺乏经验、操作技能/培训、感觉、疲劳；环境：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化；违背假定：稳定、正确操作；仪器设计或方法缺乏稳定性，一致性不好；应用错误的量具；(量具或零件)变形、硬度不足；应用——零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易读性、视差)。

421影响重复性的原因零件(样品)：形状、位置、表面加工、錐度、样

再现性再现性：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；传统上，把再现性看作“评价人之间”的变差(AV)；再现性也被看作是系统之间或测量条件之间的平均变差；ASTM的定义，不仅包括评价人不同，而且量具、实验室和环境(温度、湿度)也不同，同时再现性计算中还包括重复性。评价人AC再现性B431再现性再现性：由不同的评价人，采用相同的测量影响再现性的潜在原因零件(样品)之间：使用同样的仪器、同样的操作者和方法时，当测量零件的类型为A、B、C时的均值差；仪器之间：同样的零件、操作者和环境，使用仪器A、B、C等的均值差。在这种研究情况下，再现性错误常与方法/操作者混淆；标准之间；测量过程中不同的设定标准的平均影响；方法之间：改变点密度、手动与自动系统相比、零件调整、夹持或夹紧方法等导致的均值差；评价人(操作者)之间：评价人A、B、C等的培训、技术、技能和经验不同导致的均值差；环境之间：在第1、2、3等时间段内测量,由环境循环引起的均值差；

违背研究中的假定；仪器设计或方法缺乏稳健性；操作者培训效果;

应用——零件尺寸、位置、观察误差(易读性、视差)。441影响再现性的潜在原因零件(样品)之间：使用同样的仪器、同样的量具R&R或GRR量具R&R是重复性和再现性合成变差的一个估计，或者说，等于系统内部和系统之间的方差的总和。

σ2GRR

=σ2再现性+σ2重复性基准值GRRABC451量具R&R或GRR量具R&R是重复性和再现性合成灵敏度灵敏度：导致一个可检定到的输出信号的最小值。它是测量系统对被测量特征改变的响应。灵敏度由量具设计(分辨力)、固有质量、使用中的维护以及仪器和标准的操作条件决定。它通常被描述为测量的一个单位。影响灵敏度的因素包括：使仪器的减振能力；操作者的技能；测量装置的重复性；对于电子或气动量具所提供无漂移运行的能力；仪器使用的环境，如大气、尘埃、湿度。461灵敏度灵敏度：导致一个可检定到的输出信号的最小值一致性一致性是随时间得到测量变差的区别，也可以看成重复性随时间的变化。影响一致性的因素是变差的特殊原因，如：

零件的温度；电子设备的预热要求；设备的磨损。471一致性一致性是随时间得到测量变差的区别，也可以看均匀性均匀性是量具在整个工作量程内变差的区别。也可以认为是重复性在量程上的均一性(同一性)。影响均匀性的因素包括：夹紧装置的定位(只接受较小/较大尺寸)；刻度的可读性不好；读数视差。481均匀性均匀性是量具在整个工作量程内变差的1.5.4.3测量系统变差

测量系统变差与下列因素有关：测量系统的能力；测量系统的性能；测量系统的不确定度。4911.5.4.3测量系统变差测量系统变差与下列因素测量系统的能力测量系统的能力是基于短期的评估，对测量误差(随机的和系统的)合成变差的估计。简单的能力包括：偏倚或线性;重复性和再现想，包括短期一致性。测量能力的估计是对于规定条件、范围和测量系统量程内预期误差的表达；不同于测量不确定度。测量不确定度是一个与测量结果有关的误差或值的预期范围的表达。当测量误差互不相关时(随机的和独立的)，合成变差的能力表达可以量化为：

σ2能力

=σ2偏倚(线性)+σ2GRR

501测量系统的能力测量系统的能力是基于短期的评估，对测量误差(随理解和准确应用测量能力的基本点：能力的估计是与规定的测量范围有关：条件、量程和时间；在测量量程内的短期一致性和均匀性(重复性误差)被包含在能力的评价中。当短期的线性、均匀性/一致性在量程范围内明显变化时，测量计划者和分析者只有两种实际选择：报告对于规定的条件、范围和测量系统量程的最大(最坏的情况)能力；对于规定的测量量程区间(即低、中、较大量程)确定和报告多种能力评估。511理解和准确应用测量能力的基本点：511评价范围：测量范围有限的部分；整个测量范围;很具体的或一个概括的操作说明。“短期”的含义：

一系列测量循环期间的能力；完成GRR评价的时间;一个规定的生产期，或由校准频率表示的时间。521评价范围：521性能测量系统的性能是所有变差源随时间的最终影响。性能是合成测量误差的长期评估，包括：能力(短期误差)；稳定性和一致性。测量性能的估计是对于规定条件、范围和测量系统量程内预期误差的表达(不同于测量不确定度)。当测量误差互不相关时(随机的和独立的)，合成变差的性能表达可以量化为：

σ2性能=σ2能力+σ2稳定性+σ2一致性531性能测量系统的性能是所有变差源随时间的最终影响测量性能只需要完整到能合理地再现出测量环境和范围：性能评估包括测量量程内的长期一致性和均匀性(重复性误差)；当长期的线性、均匀性或一致性在一定的量程范围内明显变化时，测量计划者和分析者只有两种实际选择：报告对于规定的条件、范围和测量系统量程的最大(最坏)性能；对于规定的测量量程区间(即低、中、较大量程)确定和报告多种性能评估。541541评价范围:同能力的范围。即：测量范围有限部分；整个测量范围；很具体的或一个概括的说明。“长期”的含义：几个在时间上的能力估计的平均；

校准记录评估或多种线性研究；来自在测量系统的寿命和量程方面的几个GRR研究的平均误差。551评价范围:同能力的范围。即：5511.6测量不确定度测量不确定度是国际上用来描述测量值的质量的术语。质量管理体系标准要求：测量不确定度已知，并与所需的任何检验测量或试验装置的测量能力相一致。不确定度是赋值给测量结果的范围，在规定的置信水平内描述预期包含有真测量结果的范围。可表达为：

真测量值=观测到的测量值(结果)±U式中：U，“扩大不确定度”U=KUC式中：K为希望的置信度范围的正态分布系数，通常K=2UC为合成标准误差：U2C=σ2性能+σ2其它由上式可知，测量不确定度是在测量时间上测量值可能变化的估计值，包括：测量过程中所有重要的测量变差源；加上校准、基准、方法、环境及其需要考虑到的因素。5611.6测量不确定度测量不确定度是国际上用来描述测量值的质量1.6.1测量不确定度与MSA的区别MSA的重点是促进了解和改进测量过程变差：了解测量过程，确定在测量过程的误差总量；评估用于生产和过程控制中的测量系统的充分性。不确定度是测量值的一个范围，由置信区间来定义，与测量结果有关并希望包括测量的真值。5711.6.1测量不确定度与MSA的区别MSA的重点是促进了解和1.7测量问题的七步分析法第一步——识别问题

当测量系统工作时，无论任何过程，重要的是清楚地定义问题。可用准确度、变差、稳定性的形式来体现。将测量变差和其贡献与过程变差分离(立足于过程，而不是测量装置作出这个判断)。问题的表述应该是任何人都能理解，并作出恰如其分的操作定义。第二步——确定小组

成立问题解决小组。其成员的多少(2~10人)由测量系统和问题的复杂性而定。明确小组成员及其职责。第三步——测量系统和过程流程图小组应该评审已有的测量系统和过程流程图；目的是讨论测量和其与测量过程的相互关系的信息；制定流程图的过程可识别是否对小组补充成员。5811.7测量问题的七步分析法第一步——识别问题581第四步——因果图小组应该复审已有的有关测量系统的因果图；目的是解决问题、讨论有关的信息；应用专业知识来初步识别那些是对问题贡献最大的变量。第五步——计划—实施—研究—措施(PDSA)PDSA是一个科学的研究形式。计划各种试验、收集数据、建立稳定性、作各种假设并加以证实，一直到获得适当的解决。591第四步——因果图591第六步——可能的解决方法和对纠正的验证将各步骤和解决方法文件化对决定过程作出记录；进行初步研究以确认解决方法，可用试验设计的形式；可随时间的变化作额外的研究，包括环境和材料变差。第七步——更改制度化最后的解决方法应形成报告，通过责任部门来更改过程，使问题不再发生；更改可能体现在程序、标准及培训教材上。601第六步——可能的解决方法和对纠正的验证601第二章测量系统评定的通用概念

2.1背景2.1.1两个重要的方面的评定:验证在适当的特性位置正在测量正确的变量：

若适用还要验证夹紧和锁紧；识别和测量相互依赖的任何关键的环境因素。确定测量系统具有可接受的统计特性：明确数据的使用，以确定统计特性；统计特性确定之后，应对测量系统进行评定，以便了解它实际上是否具有这些特性。611第二章测量系统评定的通用概念

2.1背景2.2.1.2评定工作的阶段第1阶段—了解测量过程，以及该过程是否满足要求?第2阶段—测量过程随时间的推移是否满足要求?6212.1.2评定工作的阶段第1阶段—了解测量过程，以及该过程第1阶段该段试验是一项评定，用以验证是否按测量系统的设计规范，在适当的特性位置正在测量正确的变差；该阶段的目的:通过试验确定系统是否具有所需的统计特性；通过试验找出对系统有显著影响的环境因素，以确定使用环境的要求。631第1阶段该段试验是一项评定，用以验证是否按测量系统的设计规范第2阶段试验提供：对测量系统的主要变差源持续的监视；测量系统经过一定时间后降级的信号。量具的双性（R&R）是本阶段试验的一种形式。这些试验通常是单位的日常工作，该工作是正常校准程序、维护程序和计量程序的一部分。641第2阶段试验提供：6412.2选择/制定试验程序

选择/制定一个评定测量系统统计特性的试验方案应考虑的问题：采用哪一级的计量用标准?能否可溯源到国家标准？。对于第二阶段（R&R）的试验应使用盲测法。盲测法：在实际测量的环境下，在操作者事先不知道正在对该测量系统进行评定的条件下，所进行的测量。试验成本；试验所需的时间；没有被普遍接受的术语应作出可操作的定义，如，准确度、精密度、重复性和再现性。两个测量系统的对比试验。确定第二阶段试验的频次：这应由单个测量系统的统计特性及其对设施的影响和使用该设施的用户决定。6512.2选择/制定试验程序选择/制定一个2.3测量系统研究的准备

实施研究之前的典型准备如下：确定使用的方法。如：通过使用工程决策，目视观察或量具研究来确定评价人在校准或使用仪器中产生影响。有些测量系统的再现性影响可忽略，如按按钮，打印出一个数据。评价人的数量、样品数量及重复读数次数应预先确定。应考虑的因素:关键尺寸需要更多的零件/试验。零件结构大或重者可规定较少样品和较多试验。评价人应从日常操作该仪器的人中选择。6612.3测量系统研究的准备实施研究之前的典型准备样品的选择应具有代表性。对于产品控制，测量结果和判断准则用于确定：“相对特性规范确定合格或不合格”(如100%检验或抽样)，选择的样本(或标准)不需要覆盖整个过程范围；对于过程控制，测量结果和判断准则用于确定：“过程稳定性、方向和符合自然过程变差”(如SPC、过程监视、能力及过程改进)，样本要覆盖整个过程变差；仪器的分辨力应至少直接读取特性的预期过程变差的1/10；确保测量方法(如，评价人和仪器)正在测量特性的尺寸并遵守规定的测量程序。在制定第1阶段或第2阶段试验计划时，应考虑：评价人对测量过程有否影响？评价人对测量设备的校准是否可能是引起变差的一个显著原因？要求有多少样品和重复读数？671样品的选择应具有代表性。671有关置信度的概念双侧置信区间(GB/T3358.1—933.47)若θ是要估计的总体分布未知量，T1≤T2是两个统计量，使区间[T1，T2]以一定概率包含θ，则称此区间是θ的一个双侧置信区间。T2和T1分别称为置信区间的上下限。置信水平(GB/T3358.1—933.49)[T1，T2]是θ的一个双侧或单侧置信区间，1-α是0和1之间的常数，若对一切θ，有P（T1≤θ≤T2）≥1-α，则称1-α为该置信区间的置信水平。当P（T1≤θ≤T2）=1-α时，1-α也常称为置信系数或置信度。置信水平1-α通常取接近于1的值，如0.90、0.95、0.99等。α常称为显著性水平，一般取值为0.10、0.05、0.01等。681有关置信度的概念双侧置信区间(GB/T3358.1—932.4结果分析目的：以确定测量装置就其预期的应用是否可接受。一个测量系统在任何附加的分析生效之前应该是稳定的。位置误差位置误差接受准则通常是通过分析偏倚和线性来确定。一个测量系统的偏倚/线性的误差，若是与零误差差别较明显，或超出量具校准程序确立的最大允许误差，则是不可接受。应对测量系统重新校准/偏差校正以尽可能地减少误差。6912.4结果分析目的：以确定测量装置就其预期的应宽度误差

接受准则取决于：

被测量系统变差所覆盖的制造过程变异性的百分比(%GRR/TV)或零件公差的百分比(%GRR/公差)；对特定的测量系统最终取决于测量系统的环境和目的，而且应该取得顾客的同意。用于分析过程的测量系统，其可接受性的准则:误差(%GRR)低于10%，通常认为测量系统是可接受的；误差(%GRR)在10%到30%之间，基于应用的重要性、测量装置和维修的成本等方面的考虑，可能是可接受的；(%GRR)超过30%，则是不可接受的。应努力来改进测量系统。过程能被测量系统区分的分级数(ndc)应该≥5。701宽度误差701第三章简单测量系统推荐的实践以下举例的试验程序简便易行；用于了解测量系统并量化，依赖于影响测量系统的变差源的差异；在多数情况下，变差的主要来源是由于仪器(量具/设备)、人(评价人)和方法(测量程序)；举例的试验程序可充分用于如下测量系统:只研究两个因素，或称为测量条件(如评价人和零件)加上所研究的测量系统重复性；每个零件内的变异性的影响可以忽略；不存在统计上的评价人和零件之间的交互作用；在研究中零件的尺寸不发生变化。711第三章简单测量系统推荐的实践以下举例的试验程序简3.1计量型测量系统研究指南

3.1.1确定稳定性的指南区分两种稳定性随时间变化系统偏倚的总变差；统计稳定，包含重复性、偏倚、一般过程等。研究测量稳定性的方法:应用控制图技术。取一样本并建立基准值。如不可获得，选择一个落在产品测量中程数的生产零件，为标准样本。分别对每个标准样本测量并绘制控制图。定期(天，周)测量标准样本3~5次。样本容量和频率的确定因素可包括：重新校准的频次；要求的修理；使用的频率；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，记录在一天中预热、周围环境和其它因素的变化。将数据按时间顺序画在控制图上。X-R或X-S

7213.1计量型测量系统研究指南

3.1.1确定稳稳定性-举例

为了确定一个新的测量装置稳定性是否可接受，工艺小组：选择样本：在生产测量的中程数附近选择了一个零件；确定其基准值：在测量实验室中测10次得均值为6.01；测量频次：5次/班，共测4周(20个子组)；

●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●UCL=6.2976.021LCL=5.7466.36.26.16.05.95.85.7样本均值01020

●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●1.00.50.0样本极差UCL=1.010LCL=00.4779控制图分析显示：测量过程是稳定的。图，如下图。收集数据，做

X—R731稳定性-举例为了确定一个新的测量装置稳定性是否可接3.1.2偏倚指南做法获取一个样本并建立相对于可溯源标准的基准值:如得不到，选择一个落在生产测量的中程数的生产零件，作为标准样本；在工具室测量该零件n≥10次，并计算均值，作为“基准值”；让一个评价人以通常的方法测量该样本10次以上。结果分析

偏倚=观测平均值-基准值

偏倚过程变差偏倚占过程变差百分比=×100%7413.1.2偏倚指南做法偏倚偏倚占过程变差百分比=3.1.3线性指南线性的研究是采用线性拟合的方法

χi=基准值线性指数=斜率×过程变差由上式得之：斜率（a）越小量具的线性越好。

最佳拟合线公式Уi

=ɑχi+b式中:Уi=偏倚平均值ɑ

==斜率∑χУ-[—∑χ∑У]∑χ2-—(∑χ)21gm1gmb=У-ɑχ=截距偏倚i,j=χi,j–(基准值)i偏倚i=∑偏倚i,j/mmi=17513.1.3线性指南线性的研究是采用线性拟3.1.3线性指南做法选择g≥5个零件，由于是过程变差，零件测量值覆盖量具的操作范围。用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值，并确认包括量具的操作范围。操作者测量每个零件m≥10次(盲测法)。事例：基于已证明的过程变差，评价测量系统的线性：在测量系统操作量程内选择了5个零件，经全尺寸检验确定其基准值。分别测量(随机)每个零件12次，结果如下线性研究数据表。得出Y=0.736667-0.131667X试

验

次

数零

件

1

2345基准值/偏倚

2.00偏倚

4.00偏倚6.00偏倚8.00偏倚10.00偏倚1

2.70

0.7

5.10

1.1

5.80

-0.2

7.60

-0.2

9.10

-0.9

22.50

0.5

3.90

-0.1

5.70

-0.3

7.70

-0.3

9.30

-0.7

32.40

0.4

4.20

0.2

5.90

-0.1

7.80

-0.2

9.50

-0.5

42.50

0.5

5.00

1.0

5.90

-0.1

7.70

-0.3

9.30

-0.7

52.70

0.7

3.80

-0.2

6.00

0.0

7.80

-0.2

9.40

-0.6

62.30

0.3

3.90

-0.1

6.10

0.1

7.80

-0.2

9.50

-0.5

72.50

0.5

3.90

-0.1

6.00

0.07.80

-0.2

9.50

-0.5

82.50

0.5

3.90

-0.1

6.10

0.17.70

-0.3

9.50

-0.5

92.40

0.4

3.90

-0.1

6.40

0.47.80

-0.2

9.60

-0.4

102.40

0.4

4.00

0.0

6.30

0.37.50

-0.5

9.20

-0.8

112.60

0.6

4.10

0.1

6.00

0.07.60

-0.4

9.30-0.7

122.40

0.4

3.80

-0.2

6.10

0.17.70

-0.3

9.40

-0.6

偏倚均值

0.491667

0.125

0.025

-0.2916

-0.61667

7613.1.3线性指南做法零件13.1.4重复性和再现性指南测量系统的变差

式中：σm——测量系统的变差（R&R）

σa——量具的重复性（量具的变差）（极差图受控）如果用正态分布的99%来表示，则为如果试验次数为2时，d2=1.128则上式简化为4.65

σe

——量具的再现性（评价人的变差）

其他可接受的方法：

极差法

均值极差法(包括控制图法)

ANOVE法(方差分析法)σm=√σe2+σa2RaRa/d2σa=Ra/d25.15Re/d2σe=Re为评价人的极差

7713.1.4重复性和再现性指南测量系统的变差σm=√σe2+3.1.4.1极差法

极差法可快速提供一个测量变异的近视值、测量系统的整体概况。不能将变异分为重复性和再现性。典型的极差法用2个评价人和5个零件进行研究：两个评价人各将每个零件测量一次；零件极差=|评价人A测量值-评价人B测量值|；计算极差和及其平均极差；总测量变差既GRR=平均极差乘以1/d2*，在附录C中可查到，m=2,g=零件数时的d2*值。举例:量具研究(极差法)数据表

GRR=R/d2*=0.07/1.19=0.0588%GRR=100%×(GRR/过程标准偏差)=75.7%(从以前的研究可知，过程标准偏差=0.0777)由结果得知，测量系统需要改进。零件号

评价人A评价人B极差(A,B)10.85

0.80

0.05

20.75

0.75

0.05

31.00

0.95

0.05

40.45

0.55

0.10

50.50

0.60

0.10

平均极差(R)=∑Ri

/5=0.35/5=0.077813.1.4.1极差法极差法可快速提3.1.4.2均值极差法做法取样本零件数n>5，应代表实际或期望的过程变差范围。选择评价人A、B、C等，将零件编号，按盲测法测量。让评价人A、B、C以随机顺序测量n个零件，记录人按被测零件编号将结果，在均值极差数据表上分别填入各自的数据栏中。如评价人属于不同的班次，可使用一个替代方法。让评价人每次用不同的随机测量顺序完成3次，记录人将结果分别填入各自的数据栏中。均值极差法(X

-R)可分别对测量系统重复性和再现性作出评估，而不是它们的交互作用。7913.1.4.2均值极差法做法均值极差法(X-R)可分别对均值极差法数据表

评价人/试验#

零

件

平均值

12345678910A1

0.29-0.561.340.47-0.80.020.59-0.312.26-1.360.120.41-0.681.170.5-0.92-0.110.75-0.201.99-1.250.130.64-0.581.270.64-0.84-0.210.66-0.172.01-1.310.2均值

0.447-0.6071.2600.537-0.853-1.000.667-0.2272.087-1.307Xa=0.1903极差

0.350.120.170.170.120.230.160.140.270.11Ra=0.184B10.08-0.471.190.01-0.56-0.020.47-0.631.80-1.680.020.25-1.220.941.03-1.200.220.550.082.12-1.620.130.07-0.681.340.20-1.280.060.83-0.342.19-1.500.0均值0.133-0.791.1570.413-1.0130.0270.617-0.2972.037-1.600Xb=0.06极差0.180.750.401.020.720.420.360.710.390.18Rb=0.513C10.04-1.380.880.14-1.46-0.290.02-0.461.77-1.49-0.22-0.11-1.331.090.20-1.07-0.670.01-0.561.45-1.77-0.23-0.15-0.960.670.11-1.45-0.490.21-0.491.87-2.16-0.2均值0.073-1.1570.8800.150-1.327-0.4830.080-0.5031.697-1.807Xc=-0.254极差0.190.420.420.090.390.380.200.100.420.67Rc=0.328零件均值

0.169-0.8511.0990.367-1.064-0.1860.454-0.3421.940-1.571Xp=0.00极差

Rp=最大的零件均值—最小的零件均值=1.940-(-1.571)=3.511Rp=3.511R=[(Ra=0.184

)+(Rb=0.513)+(Rc=0.328

)]/

(评价人=3)

R=0.3417XDIFF=(Xmax=0.1903)–(Xmin=-0.2543)=0.4446UCLR=(R=0.3417)×(D4=2.58)=0.88162次试验D4=3.27，3次试验D4=2.58。UCLR为极差的控制限。将那些超出控制限的点圈出，识别原因并纠正。用与原来相同评价人和仪器对同一零件重复原来的测量，或剔除这些值并由其余观测值计算UCLR。表8量具重复性和再现性数据收集表

801均值极差法数据表评价人/试验#零

均值极差法—结果分析作图法均值图评价人A评价人B评价人C

均值图-(不层叠的)控制限内区域是测量灵敏度(“噪声”)。研究中使用的零件子组代表过程变差，大约一半/更多的均值应落在控制限以外:如数据显示出这种图形，则测量系统能够充分探测零件之间的变差并提供过程分析和过程控制有用的信息;如少于一半的均值应落在控制限以外，则测量系统缺乏足够的分辨率或样本不能代表期望的过程变差。由上图看出：该测量系统对由样本代表过程变差有足够的分辨率。没有明显的评价人之间的变差。●3210-1-2-3●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●UCLLCL811均值极差法—结果分析作图法●3210-1-2-3●●●●●作图法—极差图●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●1.00.50.0UCLLCL评价人A评价人B评价人C

极差图—(不层叠的)图13显示了评价人之间变异性是不同的。极差控制图用于确定过程是否受控:

如所有的极差都受控，则评价人的工作状态是相同的；

如一个评价人不受控，说明他的方法与其他人不同；如所有评价人都不受控，则测量系统对评价人的技术很敏感，需要改善以获得有用的数据。极差图可以帮助确定:与重复性相关的统计控制；

测量过程中评价人之间对每个零件的一致性。数据计算见报告821作图法—极差图●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●量具重复性和再现性报告零件号和名称:量具名称:日期:

特性:量具号:完成人:规格:量具类型:

R=0.3417XDIFF=0.4446Rp=3.511

测量单元分析

%总变差(TV)重复性-设备变差(EV)

EV=R×K1=0.3417×0.590

=0.20188

%EV=100(EV/TV)=100(0.20188/1.14610)=17.62%

试验K12

0.886230.5908

再现性-评价人变差(AV)

AV=√(XDIFF×K2)2-(EV2/(nr))=√(0.4446×0.523)2-(0.201882/(10×3)=0.22963

%AV=100(AV/TV)=100(0.22963/1.14610)=20.04%