汽车质量体系测量系统分析培训

测量系统分析

汽车行业质量体系系列培训教材1汽车质量体系测量系统分析培训第1页课程纲领：测量系统分析意义和目标；测量系统分析定义：测量系统、量具、测量、测量过程；测量系统分析基础知识：1）、测量系统统计特征：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力2）、理想测量系统3）、测量系统共同特征4）、测量系统评定步骤和准备计量型测量系统分析方法1）偏倚2）稳定性3）线性4）重复性和再现性（R&R）计数型测量系统分析方法1）小样法2）大样法2汽车质量体系测量系统分析培训第2页测量主要性假如测量出现问题，那么合格产品可能被判为不合格，不合格产品可能被判为合格，此时便不能得到真正产品或过程特征。

所以，要确保测量结果准确性和可信度。PROCESS原料人机法环测量测量结果合格不合格测量3汽车质量体系测量系统分析培训第3页测量误差Y=x+ε測量值=真值(TrueValue)+測量誤差戴明說沒有真值存在一致4汽车质量体系测量系统分析培训第4页测量误差起源：

nDiscrimination分辨能力nPrecision精密度(Repeatability重复性)nAccuracy准确度(Bias偏差)nDamage损坏nDifferencesamonginstrumentsandfixtures(不一样仪器和夹具间差异)nDifferenceinusebyinspector不一样使用人员差异(Reproducibility再现性)nDifferencesamongmethodsofuse(使用不一样方法所造成差异)nDifferencesduetoenvironment(不一样环境所造成差异)

5汽车质量体系测量系统分析培训第5页测量变异说明

6汽车质量体系测量系统分析培训第6页为何要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，因为人、机、料、法、环、测等五方面原因，会带来测量误差。检测设备检定或校准不能满足实际测量需要。所以，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果变差，从而确定测量系统质量，以满足测量需要。满足QS9000、ISO/TS16949标准要求：ISO/TS16949:标准7.6.1要求：为分析出现在各种测量和试验设备系统测量结果变差，必须进行适当统计研究。此要求必须适合用于在控制计划中提及测量系统。这些分析方法以及接收准则使用必须符合用户测量系统分析参考手册。采取其它分析方法和接收准则必须取得用户同意。7汽车质量体系测量系统分析培训第7页测量系统分析目标利用统计分析方法，确定测量系统测量结果变差（测量误差），了解变差起源。从而确定一个测量系统质量，而且为测量系统改进提供信息。确保所用统计分析方法及判定准则一致性。8汽车质量体系测量系统分析培训第8页测量系统基本知识和概念术语测量系统及其统计特征分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性理想测量系统测量系统共同特征测量系统评定步骤和准备9汽车质量体系测量系统分析培训第9页术语测量：赋值给详细事物以表示他们之间关系。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，包含用来测量合格／不合格装置。测量系统：用来对被测量特征赋值操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员集合。

10汽车质量体系测量系统分析培训第10页测量系统组成

测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测材料/样品/特征操作方法、操作程序工作环境11汽车质量体系测量系统分析培训第11页测量系统统计特征

通常使用测量数据统计特征来衡量测量系统质量：nDiscrimination分辨力(abilitytotellthingsapart);nBias偏倚;nRepeatability重复性;nReproducibility再现性;nLinearity线性;nStability稳定性。12汽车质量体系测量系统分析培训第12页分辨力（率）定义：指测量系统检出并如实指示被测特征中极小改变能力。传统是公差范围十分之一。提议要求是总过程6σ(标准偏差)十分之一。T103013汽车质量体系测量系统分析培训第13页偏倚(Bias)：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。基准值取得能够经过采用更高级别测量设备进行屡次测量，取其平均值来确定。

14汽车质量体系测量系统分析培训第14页重复性(Repeatability)重复性重复性是由一个评价人，采取一个测量仪器，屡次测量同一零件同一特征时取得测量值变差。

15汽车质量体系测量系统分析培训第15页再现性(Reproducibility)：再现性是由不一样评价人，采用相同测量仪器，测量同一零件同一特征时测量平均值变差。

再現性操作者B操作者C操作者A16汽车质量体系测量系统分析培训第16页稳定性(Stability)：稳定性

时间1时间2稳定性：是测量系统在某连续时间内测量同一基准或零件相同特征时取得测量值总变差。17汽车质量体系测量系统分析培训第17页线性(Linearity)：量程基准值观察平均值

基准值线性是在量具预期工作范围内，偏倚值差值

18汽车质量体系测量系统分析培训第18页线性(Linearity)：观察平均值

基准值无偏倚有偏倚19汽车质量体系测量系统分析培训第19页测量系统分析

测量系统变差类型：

偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性测量系统特征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。20汽车质量体系测量系统分析培训第20页位置和宽度

位置寬度位置寬度标准值21汽车质量体系测量系统分析培训第21页理想测量系统

n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，应含有零方差、零偏倚和所测任何产品错误分类为零概率统计特征。

22汽车质量体系测量系统分析培训第22页IDEALMEASUREMENTSYSTEM真值真值23汽车质量体系测量系统分析培训第23页测量系统所应含有特征：

测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中变差只能是因为普通原因而不是因为特殊原因造成。这可称为统计稳定性；测量系统变异必须比制造过程变异小；变异应小于公差带；测量精密应高于过程变差和公差带二者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带二者中精度较高者十分之一；测量系统统计特征可能随被被测项目标改变而改变。若真如此，则测量系统最大变差应小于过程变差和公差带二者中较小者。24汽车质量体系测量系统分析培训第24页测量系统评定

第一阶段：明白该测量过程并确定该测量系统是否满足我们需要。主要有二个目标：

1）、确定该测量系统是否含有所需要统计特征，此项必须在使用前进行。

2）、发觉那种环境原因对测量系统显著影响，比如温度、湿度等，以决定其使用环境要求。第二阶段：目标是在验证一个测量系统一旦被认为是可行，应连续含有恰当统计特征。

常见量具R&R分析是其中一个试验型式。

25汽车质量体系测量系统分析培训第25页计量型测量系统研究-指南26汽车质量体系测量系统分析培训第26页确定稳定性指南进行研究1）取一个样本并建立相对于可溯源标准基准值。假如该样品不可取得，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标准样本。对于追踪测量系统稳定性，不需要一个已知基准值。具备预期测量最低值，最高值和中程数标准样本是较理想。提议对每个标准样本分别做测量与控制图。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。原因能够包含重新校准频次、要求修理，测量系统使用频率，作业条件好坏。应在不一样时间读数以代表测量系统实际使用情况，方便说明在一天中预热、周围环境和其它原因发生改变。3）将数据按时间次序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。27汽车质量体系测量系统分析培训第27页结果分析—作图法4）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，对稳定性没有尤其数据分析或指数。假如测量过程是稳定，数据能够用于确定测量系统偏倚。一样，测量标准偏差能够用作测量系统重复性近似值。这能够与（生产）过程标准偏差进行比较以决定测量系统重复性是否适于应用。可能需要试验设计或其它分析处理问题技术以确定测量系统稳定性不足主要原因。28汽车质量体系测量系统分析培训第28页举例—稳定性为了确定一个新测量装置稳定性是否能够接收，工艺小组在生产工艺中程数附近选择了一个零件.这个零件被送到测量试验室，确定基准值为6.01。小组每班测量这个零件5次，共测量4周（20个子组）。搜集全部数据以后，Xbar&R图就能够做出来了(见图示)。控制图分析显示，测量过程是稳定，因为没有出现显著可见特殊原因影响。29汽车质量体系测量系统分析培训第29页稳定性均值-极差图30汽车质量体系测量系统分析培训第30页确定偏倚指南—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基准值。假如得不到，选择一个落在生产测量中程数生产零件，指定其为偏倚分析标准样本。在工具室测量这个零件n≥10次，并计算这n个读数均值。把均值作为“基准值”。可能需要具备预期测量值最低值、最高值及中程数标准样本是理想。完成此步后，用线性研究分析数据。基准值测量系统平均值偏倚31汽车质量体系测量系统分析培训第31页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。假如没有，继续分析，对于n＜30时解释或分析，应该尤其慎重。结果分析—数据法4）计算n个读数均值。32汽车质量体系测量系统分析培训第32页5）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法，以下）：这里d2*能够从附录C中查到，g=1,m=n假如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。33汽车质量体系测量系统分析培训第33页6）确定偏倚t统计量：偏倚=观察测量平均值-基准值34汽车质量体系测量系统分析培训第34页7）假如0落在围绕偏倚值1-α置信区间以内，偏倚在α水平是可接收。这里d2，d2*和v能够在能够从附录C中查到，g=1,m=n，在标准t中可查到。所取α

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）过程而且与产品/（生产）过程损失函数（敏感度曲线）相关。假如α

水平不是用默认值.05（95﹪置信度）则必须得到用户同意。35汽车质量体系测量系统分析培训第35页举例-偏倚一个制造工程师在评价一个用来监控生产过程新测量系统。测量装置分析表明没有线性问题，所以工程师只评价了测量系统偏倚。在已统计过程变差基础上从测量系统操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汽车质量体系测量系统分析培训第36页表2:偏倚研究数据

基准值=6.0偏倚15.8-0.225.7-0.335.9-0.145.9-0.156.00.066.10.176.00.086.10.196.40.4106.30.3116.00.0126.10.1136.20.2145.6-0.4156.00.037汽车质量体系测量系统分析培训第37页用电子表格和统计软件，可取得直方图和数据分析（见图10和表3）。测量值38汽车质量体系测量系统分析培训第38页表3：偏倚研究—偏倚研究分析n(m)均值X标准偏差σr均值标准偏差σb测量值156.0067.22514.05813基准值=6.00,α=.05,g=1,d2*=3.35t统计量df显著t值(2尾)偏倚95﹪偏倚置信区间低值高值测量值.115310.82.206.0067-1.1185.131939汽车质量体系测量系统分析培训第39页因为0落在偏倚置信区间（-0.1185，0.1319)内,工程师能够假设测量偏倚是能够接收,同时假定实际使用不会造成附加变差源。偏倚研究分析：假如偏倚从统计上非0，寻找以下可能原因：

标准或基准值误差；

仪器磨损。这在稳定性分析能够表现出，提议按计划维护或修整；

仪器制造尺寸有误；

仪器测量了错误特征；

仪器未得到完善校准，评审校准程序；

评价人设备操作不妥，评审测量说明书等；40汽车质量体系测量系统分析培训第40页确定线性指南进行研究线性按以下指南评价：1）选择g≥5个零件，因为过程变差，这些零件测量值覆盖量具操作范围。2）用全尺寸检验测量每个零件以确定其基准值并确认了包含量具操作范围。3）通惯用这个仪器操作者中一人测量每个零件m≥10次。

随机选择零件以使评价人对测量偏倚“记忆”最小化。41汽车质量体系测量系统分析培训第41页确定每一零件观察平均值，基准值与观察平均值之间差值为偏倚，要确定各个被选零件偏倚。线性图就是在整个工作范围内这些偏倚与基准值之间描绘。假如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最正确线性回归直线表示两个参数之间线性。线性回归直线拟合优度R2确定偏倚与基准值是否有良好线性关系。42汽车质量体系测量系统分析培训第42页计算偏倚:偏倚=观察平均值–基准值过程变差=6δ

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

43汽车质量体系测量系统分析培训第43页公式44汽车质量体系测量系统分析培训第44页系统线性及线性百分率由回归线斜率及零件过程变差(或公差)计算得出。假如回归线有很好线性拟合，那么能够评价线性幅度及线性百分率来确定线性是否可接收。假如回归线没有很好线性拟合，那么可能偏倚平均值与基准有非线性关系，这需要深入分析以判定测量系统系统是否可接收。45汽车质量体系测量系统分析培训第45页线性接收准则：

a.对测量特殊特征测量系统，线性%≤5%接收，线性%>5%时，不予接收。b.对测量非特殊特征测量系统，线性%≤10%接收，线性%>10%时，不予接收。

假如测量系统为非线性，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误差；磨损仪器；仪器固有设计特征。

46汽车质量体系测量系统分析培训第46页CaseStudypmrpmrpmrpmrpmr122.7245.1365.8487.65109.1122.5243.9365.7487.75109.3122.4244.2365.9487.85109.5122.5245.0365.9487.75109.3122.7243.8366.0487.85109.4122.3243.9366.1487.85109.5122.5243.9366.0487.85109.5122.5243.9366.1487.75109.5122.4243.9366.4487.85109.6122.4244.0366.3487.55109.2122.6244.1366.0487.65109.3122.4243.8366.1487.75109.447汽车质量体系测量系统分析培训第47页48汽车质量体系测量系统分析培训第48页确定重复性和再现性指南分析方法有：极差法；均值-极差法；方差分析ANOVA。49汽车质量体系测量系统分析培训第49页取样代表性不具代表性取法具代表性取法50汽车质量体系测量系统分析培训第50页极差法极差法是一个改良计量型量具研究，它可快速提供一个测量变异近似值，这种方法只能提供测量系统整体概况而不能将变异分为重复性和再现性。它经典用途是快速检验验证GRR是否发生了改变。这个方法有潜力探测不可接收测量系统，对样本容量为5只需通常时间80﹪，样本容量为10需要90﹪时间。经典极差方法用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。每个零件极差是评价人A取得测量值和B取得测量值之间绝对差值。计算极差和与平均极差。经过将平均极差均值乘以1/d2*能够得到总测量变差。这里d2*在附录C中能够找到，m=2，g=零件数。51汽车质量体系测量系统分析培训第51页示例：零件号评价人A评价人B极差(A-B)10.850.800.0520.750.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.1052汽车质量体系测量系统分析培训第52页計算53汽车质量体系测量系统分析培训第53页为了确定测量变差占过程标准偏差百分比，经过将GRR乘以100除以过程标准偏差将其转换为百分比。在例子（见表7）中，这个特征过程标准偏差是0.0777，因而：﹪GRR=100*（GRR/过程标准偏差）=75.7﹪现在测量系统﹪GRR已经确定，应该进行结果解释。在表7中,﹪GRR确定为75.7﹪,结论是测量系统需要改进。54汽车质量体系测量系统分析培训第54页均值-极差法；均值极差法(Xbar&R)是一个可提供测量系统重复性和再现性两个特征作预计评价方法。与极差法不一样，这种方法能够将测量系统变差分成两个部分—重复性和再现性，而不是他们交互作用。进行研究尽管评价人数量、试验次数和零件数是可变，但我们下面讨论反应了研究中条件优化。参考表12GRR数据表。详细程序是：1、取得一个样本零件数n大于5，应代表实际或期望过程变差范围；2、选择评价人为A，B，C等。零件号码从1到n，评价人不能看到零件编号。55汽车质量体系测量系统分析培训第55页3、假如是正常测量系统一部分，应校准量具。让评价人A以随机次序测量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测量一样n个零件，而且他们之间不能看到彼此结果，输入数据到第6行和11行。5、用不一样随机测量次序重复该循环。输入数据到第2，7，12行，在适当列统计数据，假如需要试验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取得时，测量步骤4，5可能改变以下是需要：让评价人A测量第一个零件并在第1行统计读数。让评价人B测量第一个零件并在第6行统计读数。让评价人C测量第一个零件并在第11行统计读数。56汽车质量体系测量系统分析培训第56页√让评价人A重复测量第一个零件并统计读数于第2行，让评价人B重复测量第一个零件并统计读数于第7行，让评价人C重复测量第一个零件并统计读数于第12行，假如试验需要进行3次，重复这个循环将数据统计在第3，8，13行。7、假如评价人属于不一样班次，能够使用一个替换方法，让评价人A测量全部10个零件输入数据于第1行，然后评价人A以不一样次序读数，统计结果于第2，3行，让评价人B，C一样做。依公式计算并作成控制图或直接用表计算即可。

57汽车质量体系测量系统分析培训第57页%R&R接收准则：a.%R&R<10%可接收。b.10%≤%R&R≤30%，通知由工程部门或APQP小组依据量具主要性、成本及维修费用，决定是否接收。c.%R&R>30%不能接收，必须改进。

58汽车质量体系测量系统分析培训第58页结果分析: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升刚度增强；量具夹紧或零件定位方式需要改进；存在过大零件变差。当再现性(AV)大于重复性(EV)时：

评价人员需要更加好培训怎样使用量具及数据读取方式；量具刻度盘上刻度不清楚；需要一些夹具帮助评价人员来提升使用量具一致性。59汽车质量体系测量系统分析培训第59页重复性示例：操作者A操作者B測試123平均極差123平均極差零件A217216216216.31216219220218.34零件B220216218218.04216216220217.34零件C217216216216.31216215216215.71零件D214212212212.72216212212213.34零件E216219220218.34220220220220.00216.3216.960汽车质量体系测量系统分析培训第60页第一步计算重复性61汽车质量体系测量系统分析培训第61页62汽车质量体系测量系统分析培训第62页第二步计算再现性计算操作人平均值极差(RO)；预计评价人标准差=RO/d2；乘以5.15；减去因为重复性所造成σ部份。63汽车质量体系测量系统分析培训第63页64汽车质量体系测量系统分析培训第64页第三步计算零件间变异

每次值都是同一零件测三次，所以只是侦测出仪器变异(Re)。二个测量者之间差异代表了人员之间差异((Ro)

每个产品间差距代表了产品差异(Rp)。

65汽车质量体系测量系统分析培训第65页66汽车质量体系测量系统分析培训第66页零件a零件b零件c零件d零件e操作者A平均216.3218.0216.3212.7218.3操作者B平均218.3217.3215.7213.3219.2再平均217.3217.7216.0213.0219.267汽车质量体系测量系统分析培训第67页68汽车质量体系测量系统分析培训第68页69汽车质量体系测量系统分析培训第69页2345678910111213141511.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.5051.191.742.102.362.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4961.181.732.092.352.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.4881.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48111.161.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.413.48121.151.712.072.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48131.151.712.072.342.552.712.852.983.093.183.273.353.423.48141.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.353.423.48151.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.353.423.48>151.1281.6932.0592.3262.5342.7042.8472.9073.0783.1733.2583.3363.4073.472組數樣本数d270汽车质量体系测量系统分析培训第70页子組內樣本數A2D3D421.88003.26731.02302.57540.72902.28250.57702.11560.48302.00470.4190.0761.92480.3730.1361.86490.3370.1841.816100.3080.2231.777110.2850.2561.744120.2660.2841.716130.2490.3081.692140.2350.3291.671150.2230.3481.652控制图系数表

71汽车质量体系测量系统分析培训第71页CaseStudyPARTREADING1READING210.650.6021.001.0030.850.8040.850.9550.550.4561.001.0070.950.9580.850.8091.001.00100.600.70操作者A72汽车质量体系测量系统分析培训第72页CaseStudyPARTREADING1READING210.550.5521.050.9530.800.7540.800.7550.400.4061.001.0570.950.9080.750.7091.000.95100.550.50操作者B73汽车质量体系测量系统分析培训第73页CaseStudyPARTREADING1READING210.500.5521.051.0030.800.8040.800.8050.450.5061.001.0570.950.9580.800.8091.051.05100.850.80操作者C74汽车质量体系测量系统分析培训第74页75汽车质量体系测量系统分析培训第75页76汽车质量体系测量系统分析培训第76页77汽车质量体系测量系统分析培训第77页78汽车质量体系测量系统分析培训第78页方差分析法ANOVA：方差分析法中，变差分为4类：零件、评价人、量具、零件与评价人交互作用；优点（与均值-极差法相比）：1、适合用于任何试验调试；2、更准确地预计方差；3、能够从试验数据中分离出更多信息；缺点：计算复杂，需