测量系统统计特性

测量系统分析MeasurementSystemAnalysis

1测量系统统计特性第1页1.测量系统分析目标

■确定所使用数据是否可靠:测量系统分析还能够：■评定新测量仪器■将两种不一样测量方法进行比较■对可能存在问题测量方法进行评定■确定并处理测量系统误差问题2测量系统统计特性第2页

■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。这个定义由美国家标准准局(NBS)Ｃ．

cccEisenhart1963）首次提出。赋值过程定义为测量过ccc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；用来获

得测量结果整个过程。2.术语3测量系统统计特性第3页3.量测过程：标准：零件：仪器：人/程序：环境SWIPE量测数值分析输入输出可接收可能可接收需改进量测系统假如测量方式不对，那么好结果可能被测为坏结果，坏结果也可能被测为好结果，此时便不能得到真正产品或过程特征。4测量系统统计特性第4页部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.52B=2.006.1测量仪器-分辨率■分辨力:

▲别名：最小读数单位、测量分辨率、刻度程度

或探测度

▲为测量仪器能够读取最小测量单位。测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件测量值之间差异能力▲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5测量系统统计特性第5页6.2稳定性■稳定性是指测量器具对标准物测量（均值和标准差）不因时间改变而改变。■控制图（SPC)是对稳定定进行监控最好工具。6测量系统统计特性第6页测量系统统计特征7测量系统统计特性第7页数据变差起源仪器(量具)工作件(零件)扩大量测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8测量系统统计特性第8页测量系统统计特征Bias偏倚(Bias)Repeatability重复性(precision精度)Reproducibility再现性Linearity线性9测量系统统计特性第9页基准值观察平均值偏倚偏倚：是测量结果观察平均值与基准值差值。真值取得能够经过采取更高等级测量设备进行屡次测量，取其平均值（前提为测量值与标准尺寸是否存在显著差异—T检验，测量数据需要到达15个以上）。1.偏倚(Bias)10测量系统统计特性第10页仪器需要校准仪器、设备或夹紧装置磨损磨损或损坏基准，基准出现误差校准不妥或调整基准使用不妥仪器质量差─设计或一致性不好线性误差应用错误量具不一样测量方法─设置、安装、夹紧、技术测量错误特征量具或零件变形环境─温度、湿度、振动、清洁影响违反假定、在应用常量上犯错应用─零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误1.1造成过份偏倚可能原因11测量系统统计特性第11页重复性指由同一个操作人员用同一个量具经屡次测量同一个零件同一特征时获得测量值变差（强调本身精度）2.重复性(Repeatability)

MasterValue12测量系统统计特性第12页零件(样品)内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性。仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不妥。基准内部：质量、级别、磨损方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度变差评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度短期起伏改变。违反假定：稳定、正确操作仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好应用错误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)2.重复性不好可能原因13测量系统统计特性第13页由不一样操作人员，采取相同测量仪器，测量同一零件同一特征时测量平均值变差（强调测量环境带来影响）再现性3.再现性(Reproducibility)InspectorAMasterValueInspectorBInspectorCInspectorAInspectorBInspectorC14测量系统统计特性第14页零件(样品)之间：使用一样仪器、一样操作者和方法时，当测量零件类型为A,B,C时均值差。仪器之间：一样零件、操作者、和环境，使用仪器A,B,C等均值差标准之间：测量过程中不一样设定标准平均影响方法之间：改变点密度，手动与自动系统相比，零点调整、夹持或夹紧方法等造成均值差3.1再现性不好可能潜在原因15测量系统统计特性第15页评价人(操作者)之间：评价人A,B,C等训练、技术、技能和经验不一样造成均值差。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。环境之间：在第1,2,3等时间段内测量，由环境循环引发均值差。这是对较高自动化系统在产品和过程资格中最常见研究。违反研究中假定仪器设计或方法缺乏稳健性操作者训练效果应用─零件尺寸、位置、观察误差(易读性、视差)3.1再现性不好可能潜在原因16测量系统统计特性第16页基准值較小偏倚基準值較大偏倚量測平均值(低量程)量測平均值(高量程)基準值量測值無偏倚偏倚線性(變化線性偏倚)在量具正常工作量程内偏倚改变量多个独立偏倚误差在量具工作量程内关系是测量系统系统误差组成4.线性(Linearity)17测量系统统计特性第17页仪器需要校准，需降低校按时间间隔；仪器、设备或夹紧装置磨损；缺乏维护—通风、动力、液压、腐蚀、清洁；基准磨损或已损坏；校准不妥或调整基准使用不妥；仪器质量差；—设计或一致性不好；仪器设计或方法缺乏稳定 性；应用了错误量具；不一样测量方法—设置、安装、夹紧、技术；量具或零件随零件尺寸改变、变形；环境影响—温度、湿度、震动、清洁度；其它—零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、读错。4.1线性误差可能原因18测量系统统计特性第18页理想测量系统在每次使用时，应只产生“正确”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测量系统，应含有零变差、零偏倚和所测任何产品错误分类为零概率统计特征。6.理想测量系统19测量系统统计特性第19页足够分辨力。为了测量目标，相对于过程变差或规范控制限，测量增量应该很小。通常全部十进制或10/1法则，表明仪器分辨率应把公差(过程变差)分为十份或更多。这个规则是选择量具期望实际最低起点。测量系统应该是统计受控制。这意味着在可重复条件下，测量系统变差只能是因为普通原因而不是特殊原因造成。这可称为统计稳定性且最好由图形法评价。7.测量系统应有特征20测量系统统计特性第20页对产品控制，测量系统变异性与公差相比必须小于依据特征公差评价测量系统。对于过程控制，测量系统变异性应该显示有效分辨率并与过程变差相比要小。依据6σ变差和／或来自MSA研究总变差评价测量系统。偏倚、重复性、再现性、线性可接收7.测量系统应有特征21测量系统统计特性第21页第三章测量系统变异性影响22测量系统统计特性第22页长久过程变差短期抽样产生变差实际过程变差稳定性线性重复性准确度量具变差操作员造成变差测量误差过程变差观察值再现性过程变差1.测量系统变异性影响“重复性”和“再现性”是测量误差主要起源23测量系统统计特性第23页1.1测量系统变异性影响■测量零件后:

1)确定零件是否可接收（在公差内）或不可接收（在公差外）。2)零件进行要求分类■产品控制原理:测量零件进行分类活动。■过程控制原理:零件变差是由过程中普通原因还是特殊原因造成。

控制原理驱动兴趣点产品控制零件是否在明确目录之内？过程控制过程是否稳定和可接收？24测量系统统计特性第24页LSLUSL2.对产品决议影响■

I型错误:生产者风险误发警报好零件有时会被判为“坏”

■

II型错误:消费者风险或漏发警报坏零件有时会被判为“好”LSLUSLI型错误:II型错误25测量系统统计特性第25页BadisbadLSLUSLIIIIIIIIIBadisbadGoodisgoodConfusedareaConfusedarea2.对产品决议影响■错误决定潜在原因:测量系统误差与公差交叉时■产品情况判定:目标是最大程度地做出正确决定有二种选择：▲改进生产区域：降低过程变差，没有零件产生在II区。▲改进测量系统：降低测量系统误差从而减小II区域面积，■这么就能够最小程度地降低做犯错误决定风险。26测量系统统计特性第26页3.对过程决议影响■对过程决议影响以下:

1)普通原因汇报为特殊原因2)特殊原因汇报为普通原因■测量系统变异性可能影响过程稳定性、目标以

及变差决定。27测量系统统计特性第27页4.新过程接收■新过程：如机加工、制造、冲压、材料处理、热新

过程接收处理，或采购总成时，作为采购活动一部分，经常要完成一系列步骤。■供给商处对设备研究以及随即在用户处对设备研究。■假如生产用量具不具备资格却被使用。假如不知道是

仪器问题，而在寻找制程问题，就会白费努力了。28测量系统统计特性第28页第四章测量系统分析29测量系统统计特性第29页MSA分析方法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型MSA●极差法●均值极差法（包含控制图法）●ANOVE法（方差分析法）30测量系统统计特性第30页1.稳定性分析之执行:1)获取一样本并确定其相对于可追溯标准基准值。2）定时（天、周）测量标准样本3~5次，样本容量和频率应该基于对测量系统了解。3）将数据按时间次序画在X&R或X&S控制图上结果分析-作图法4）建立控制限并用标准化控制图分析评价失控或不稳定状态。结果分析-数据法31测量系统统计特性第31页1.稳定性分析之执行:決定要分析測量系統選取一標准樣本，取值參考值請現場測量人員連續測量25組數據每次測量2~5次輸入數據到EXCEL，Xbar-R表格中計算控制界限，並用圖判定是否穩定後續持續點圖，判圖保留記錄产品特征/控制计划中所提及过程特征针对样本使用更高精密度等级仪器进行精密测量十次，加以平均，做为参考值。计算每一组平均值/R值。计算出平均值平均值/R平均值。1.计算控制界限:

A)平均值图：Xbarbar+-A2Rbar,XbarbarB)R值图：D4Rbar,Rbar,D3Rbar2.划出控制界限,将点子绘上3.先检验R图，以判定重复性是否稳定。4.再看Xbar图，以判定偏移是否稳定。5.若控制图稳定，能够利用Xbarbar-标准值，进行偏差检

定，看是否有偏差。6.若控制图稳定，利用Rbar/d2来了解仪器重复性。32测量系统统计特性第32页1.稳定性分析之执行:決定要分析測量系統選取一標准樣本，取值參考值請現場測量人員連續測量25組數據每次測量2~5次輸入數據到EXCEL，Xbar-R表格中計算控制界限，並用圖判定是否穩定後續持續點圖，判圖保留記錄1.后续连续点图、判图2.异常判定a)R图失控，表明不稳定重复性，可能什么东西松动、阻塞、改变等。b)X-BAR失控，表明测量系统不再正确测量，可能磨损，可能需重新校准。33测量系统统计特性第33页决定要分析测量系统抽取样本，取值参考值请现场测量人员测量15次输入数据到EXCEL表格中计算t值，并判定是否合格，是否要加补正值保留统计2.偏倚BIAS分析之执行:34测量系统统计特性第34页

X1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65 mm X10=0.7mm同一操作者对同一工件测量10次假如参考标准是0.80mm.过程变差为0.70mm=0.75Bias=0.75-0.8=-0.05%Bias=100[0.05/0.70]=7.1%表明7.1%过程变差是偏倚BIAS2.偏倚BIAS实例1:35测量系统统计特性第35页♣

3.线性(Linearity)比较良好情况在测量范围全领域基准值和测量平均值一致/没有偏倚正确地测量.在测量范围全领域含有常数倍数偏倚./虽有偏倚不过因为大小一定所以能够轻易调整.基准值基准值测量平均偏倚偏倚测量平均基准值基准值36测量系统统计特性第36页

线性(Linearity)分析①线性不好情况

–

测量范围全领域偏倚(正确度)不一定情况

无法矫正.偏倚基准值偏倚基准值37测量系统统计特性第37页②线性(Linearity)和偏倚(Bias)判定基准③线性(Linearity)差时需要考虑事项：调查量具测量范围中上部或下部刻度是否适当检验基准值是否正确检验测量位置是否正确检验测量者是否正确使用了仪器检验量具磨损是否检验量具校准是否调查量具本身内部设计问题※电子式话在测量全范围进行再校准.※机械式话在测量范围中以经常使用范围为中心进行校准后不允许在其它范围使用.38测量系统统计特性第38页平均范围==(2+1+1+2+1)/5=7/5=1.4量具误差=5.15*/d=5.15/1.19*=4.33*=4.33*1.4=6.1%GageR&R=量具误差GageError/允差Tolerance=6.1/20*100%=30.5%3.快速GR&R（极差法/短期模式）d常数表允差Tolerance=20=最大值-最小值RRRRR39测量系统统计特性第39页5.计量型数据均值-极差法1.选择三个测量人（A,B,C）和10个测量样品。测量人应有代表性，代表常从事此项测量工作QC人员或生产线人员10个样品应在过程中随机抽取，可代表整个过程变差，不然会严重影响研究结果。2.校准量具3.测量，让三个测量人对10个样品某项特征进行测试，每个样品每人测量三次，将数据填入表中。试验时遵照以下标准：盲测标准1：对10个样品编号，每个人测完第一轮后，由其它人对这10个样品进行随机重新编号后再测，防止主观偏向。盲测标准2：三个人之间都相互不知道其它人测量结果。4.计算:40测量系统统计特性第40页

示范：MSA搜集数据规划项次搜集点搜集要项评定人员搜集数量1喷嘴封口内径大小33.0

0.5mm张三

李四王五10个2喷嘴封口外观检验外观检验(毛边、刮伤、变形)志明小宝15个41测量系统统计特性第41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数据示范：量测系统分析﹣计量42测量系统统计特性第42页作业者/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示范：量具再现性及再生性数据表

xRRRx43测量系统统计特性第43页公式：%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示范：量具重复性及再现性汇报44测量系统统计特性第44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]