625測量系統(tǒng)分析

1、Measurement system analysis 測量系統(tǒng)分析 目錄測量系統(tǒng)分析 的意義和目的測量系統(tǒng)分析的定義 測量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識 1）測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 2）理想的測量系統(tǒng) 3）測量系統(tǒng)的共同特性 4）測量系統(tǒng)的評定步驟和準備計量型測量系統(tǒng)的分析方法 1）偏倚 2）穩(wěn)定性 3）線性 4）重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法 假設(shè)試驗分析2測量系統(tǒng)分析的意義和目的3測量誤差Y = x + 測量值 = 真值(True Value)+測量誤差是零件的“實際值該值不被知道且無法知道一致4測量的重要性如果測量出現(xiàn)問題，那么合格的產(chǎn)品可能被判為不合格，不合格的產(chǎn)品可能被判為合格，

2、此時便不能得到真正的產(chǎn)品或過程特性。 因此，要保證測量結(jié)果的準確性和可信度。PROCESS原料人機法環(huán)結(jié)果合格不合格測量測量測量測量誤差的來源： Discrimination 分辨能力Precision 精密度 (Repeatability 重復(fù)性)Accuracy 準確度 (Bias偏差)Damage 損壞Differences among instruments and fixtures (不同儀器和夾具間的差異)Difference in use by inspector 不同使用人員的差異(Reproducibility再現(xiàn)性)Differences among methods of

3、use (使用不同的方法所造成差異)Differences due to environment (不同環(huán)境所造成的差異)6為什么要進行測量系統(tǒng)分析即使量具經(jīng)過檢定或校準，由于人、機、料、法、環(huán)、測等五方面的原因，會帶來測量誤差。檢測設(shè)備的檢定或校準不能滿足實際測量的需要。因此，還需要對測量系統(tǒng)進行評價，分析測量結(jié)果的變差，從而確定測量系統(tǒng)的質(zhì)量，以滿足測量的需要。7ISO/TS16949標準的要求：7.6.1：為分析出現(xiàn)在各種測量和試驗設(shè)備系統(tǒng)測量結(jié)果的變差，必須進適當?shù)慕y(tǒng)計研究。此要求必須適用于在控制方案中提及的測量系統(tǒng)。這些分析方法以及接收準則的使用必須符合顧客的測量系統(tǒng)分析參考手冊。采

4、用其他的分析方法和接受準則必須獲得顧客的批準。8測量系統(tǒng)分析的目的運用統(tǒng)計分析方法，確定測量系統(tǒng)測量結(jié)果的變差（測量誤差），了解變差的來源。從而確定一個測量系統(tǒng)的質(zhì)量，并且為測量系統(tǒng)的改進提供信息。保證所用統(tǒng)計分析方法及判定準則的一致性。9測量系統(tǒng)分析的定義10術(shù)語測量：賦值給具體事物以表示他們之間的關(guān)系。而賦予的值定義為測量值。 量具：任何用來獲得測量結(jié)果的裝置，經(jīng)常用來特指用在車間的裝置，包括用來測量合格不合格的裝置。測量系統(tǒng)：用來對被測量特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合。 11測量系統(tǒng)的組成 測量系統(tǒng)人機料法環(huán)操作人員量具/測量設(shè)備/工裝被測的材料/樣品/特性操作

5、方法、操作程序工作的環(huán)境12測量系統(tǒng)的根本知識和概念測量系統(tǒng)及其統(tǒng)計特性 分辨力、穩(wěn)定性、偏倚 、重復(fù)性、再現(xiàn)性、線性、穩(wěn)定性理想的測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)的共同特性測量系統(tǒng)的評定步驟和準備13測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 通常使用測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性來衡量測量系統(tǒng)的質(zhì)量：Discrimination 分辨力(ability to tell things apart) ;Bias 偏倚;Repeatability 重復(fù)性;Reproducibility再現(xiàn)性 ;Linearity 線性 ;Stability 穩(wěn)定性 。14分辨力（率）定義：指測量系統(tǒng)檢出并如實指示被測特性中極小變化的能力。傳統(tǒng)是公差范圍的十分之

6、一。建議的要求是總過程6(標準偏差)的十分之一。15偏倚(Bias)：基準值觀測平均值偏倚偏倚：是對相同零件上同一特性測量結(jié)果的觀測平均值與基準值的差值。基準值的取得可以通過采用更高級別的測量設(shè)備進行屢次測量，取其平均值來確定。 16重復(fù)性(Repeatability)重復(fù)性重復(fù)性是由一個評價人，使用相同的測量儀器對同一零件上的同一特性進行屢次測量所得到的測量變差。它是設(shè)備本身的固有變差。17再現(xiàn)性(Reproducibility)：再現(xiàn)性是由不同的評價人，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。 再現(xiàn)性操作者B操作者C操作者A18穩(wěn)定性(Stability)：穩(wěn)定性 時

7、間1時間2穩(wěn)定性是指經(jīng)過一段長期時間，用同樣的測量系統(tǒng)對同一基準或零件的同一特性進行測量所獲得的總變差。也就是說，穩(wěn)定性是整個時間的偏倚變化。19線性(Linearity)：量程基準值觀測平均值基準值線性是在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的差值。線性可以被視為對于量程大小不同所發(fā)生的變化。20線性(Linearity)：觀測的平均值 基準值無偏倚有偏倚21測量系統(tǒng)的分析 測量系統(tǒng)的變差類型： 偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、線性測量系統(tǒng)特性可用以下方式來描述 ：位置：穩(wěn)定性、偏倚、線性。 寬度或范圍：重復(fù)性、再現(xiàn)性。 22位置和寬度 位置寬度位置寬度標準值23理想的測量系統(tǒng) 理想的測量系統(tǒng)在每次使

8、用時：應(yīng)只產(chǎn)生“正確的測量結(jié)果。每次測量結(jié)果總應(yīng)該與一個標準值相符。一個能產(chǎn)生理想測量結(jié)果的測量系統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚和所測的任何產(chǎn)品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性。 24真值真值理想的測量系統(tǒng) 25測量系統(tǒng)所應(yīng)具有的特性： 測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中：這意味著測量系統(tǒng)中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。這可稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性；測量系統(tǒng)的變異必須比制造過程的變異??； 變異應(yīng)小于公差帶；測量精密應(yīng)高于過程變差和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一；測量系統(tǒng)統(tǒng)計特性可能隨被被測工程的改變而變化。若真的如此，則測量系統(tǒng)的最大的變差應(yīng)小于過

9、程變差和公差帶兩者中的較小者。 26測量系統(tǒng)的評定 第一階段： 明確該測量過程并確定該測量系統(tǒng)是否滿足我們的需要。主要有二個目的： 1）確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計特性，此項必須在使用前進行。2）發(fā)現(xiàn)那種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用的環(huán)境要求。第二階段： 目的是在驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當?shù)慕y(tǒng)計特性。常見的量具R&R分析是其中的一種試驗型式。 27計量型測量系統(tǒng)的分析方法28測量系統(tǒng)分析的分類重復(fù)性分析再現(xiàn)性分析線性分析穩(wěn)定性分析偏倚分析位置分析變異分析穩(wěn)定性分析信號分析風(fēng)險分析小樣法大樣法偏移分析穩(wěn)定性分析變異分析計量型計數(shù)型破壞

10、型MSA極差法均值極差法（包括控制圖法）ANOVE法（方差分析法）29確定穩(wěn)定性的指南進行研究1）取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值。如果該樣品不可獲得，選擇一個落在產(chǎn)品測量中程數(shù)據(jù)生產(chǎn)零件 ，指定其為穩(wěn)定性分析的標準樣本。對于追蹤測量系統(tǒng)穩(wěn)定性，不需要一個基準值。 具備預(yù)期測量的最低值，最高值和中程數(shù)的標準樣本是較理想的。建議對每個標準樣本分別做測量與控制圖。2）定期(天,周)測量標準樣本35次，樣本容量和頻率應(yīng)該基于對測量系統(tǒng)的了解。因素可以包括重新校準的頻次、要求的修理，測量系統(tǒng)的使用頻率，作業(yè)條件的好壞。應(yīng)在不同的時間讀數(shù)以代表測量系統(tǒng)的實際使用情況，以便說明在一天中預(yù)熱、周圍環(huán)

11、境和其他因素發(fā)生的變化。3）將數(shù)據(jù)按時間順序畫在Xbar&R或Xbar&S控制圖上。30確定穩(wěn)定性的指南結(jié)果分析作圖法建立控制限并用標準控制圖分析評價失控或不穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)果分析數(shù)據(jù)法除了正態(tài)控制圖分析法，對穩(wěn)定性沒有特別的數(shù)據(jù)分析或指數(shù)。如果測量過程是穩(wěn)定的，數(shù)據(jù)可以用于確定測量系統(tǒng)的偏倚。同樣，測量的標準偏差可以用作測量系統(tǒng)重復(fù)性的近似值。這可以與（生產(chǎn)）過程的標準偏差進行比較以決定測量系統(tǒng)的重復(fù)性是否適于應(yīng)用?？赡苄枰獙嶒炘O(shè)計或其他分析解決問題的技術(shù)以確定測量系統(tǒng)穩(wěn)定性缺乏的主要原因。31確定穩(wěn)定性的指南不穩(wěn)定的可能原因儀器需要校準，需要減少校準時間間隔儀器、設(shè)備或夾緊裝置的磨損正常老化或

12、退化缺乏維護通風(fēng)、動力、液壓、過濾器、腐蝕、銹蝕、清潔磨損或損壞的基準，基準出現(xiàn)誤差校準不當或調(diào)整基準的使用不當儀器質(zhì)量差設(shè)計或一致性不好儀器設(shè)計或方法缺乏穩(wěn)健性不同的測量方法裝置、安裝、夾緊、技術(shù)量具或零件變形環(huán)境變化溫度、濕度、振動、清潔度違背假定、在應(yīng)用常量上出錯應(yīng)用零件尺寸、位置、操作者技能、疲勞、觀察錯誤32確定偏倚指南獨立樣本法進行研究1）獲取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值。 如果得不到，選擇一個落在生產(chǎn)測量的中程數(shù)的生產(chǎn)零件，指定其為偏倚分析的標準樣本。在工具室測量這個零件n10次，并計算這n個讀數(shù)的均值。把均值作為“基準值。 可能需要具備預(yù)期測量值的最低值、最高值及中程

13、數(shù)的標準樣本是理想的。完成此步后，用線性研究分析數(shù)據(jù)。基準值測量系統(tǒng)的平均值偏倚33確定偏倚指南獨立樣本法2）讓一個評價人，以通常方法測量樣本10次以上。結(jié)果分析作圖法3）相對于基準值將數(shù)據(jù)畫出直方圖。評審直方圖，用專業(yè)知識確定是否存在特殊原因或出現(xiàn)異常。如果沒有，繼續(xù)分析，對于n30時的解釋或分析，應(yīng)當特別謹慎。結(jié)果分析數(shù)據(jù)法4）計算n個讀數(shù)的均值。5）計算可重復(fù)性標準偏差 如果GRR研究可用（且有效），重復(fù)性標準偏差計算應(yīng)該以研究結(jié)果為基礎(chǔ)。6）確定偏倚的 t 統(tǒng)計量： 偏倚=觀測測量平均值-基準值34確定偏倚指南獨立樣本法7）如果0落在圍繞偏倚值1-置信區(qū)間以內(nèi)，偏倚在水平是可接受的。

14、所取的 水平依賴于敏感度水平，而敏感度水平被用來評價/控制該（生產(chǎn)）過程的并且與產(chǎn)品/（生產(chǎn)）過程的損失函數(shù)（敏感度曲線）有關(guān)。如果 水平不是用默認值.05（95置信度）則必須得到顧客的同意。偏倚研究的分析：如果偏倚從統(tǒng)計上非0，尋找以下可能的原因：標準或基準值誤差；儀器磨損。這在穩(wěn)定性分析可以表現(xiàn)出，建議按方案維護或修整；儀器制造尺寸有誤；儀器測量了錯誤的特性；儀器未得到完善的校準，評審校準程序；評價人設(shè)備操作不當，評審測量說明書等；35案例一個制造工程師在評價一個用來監(jiān)控生產(chǎn)過程的新的測量系統(tǒng)。測量裝置分析說明沒有線性問題，所以工程師只評價了測量系統(tǒng)偏倚。在已記錄過程變差基礎(chǔ)上從測量系統(tǒng)操

15、作范圍內(nèi)選擇一個零件。這個零件經(jīng)全尺寸檢驗測量以確定其基準值。而后這個零件由領(lǐng)班測量15次。36表：偏倚研究偏倚研究分析因為0落在偏倚置信區(qū)間（-0.1185，0.1319)內(nèi),工程師可以假設(shè)測量偏倚是可以接受的,同時假定實際使用不會導(dǎo)致附加變差源。37詳細步驟38偏倚計算的例如一名制造工程師需要對一個新的測量系統(tǒng)進行偏倚的分析，他的研究程序是：1.選取一個樣件，得出一個可追溯到相關(guān)標準的基準值。這個基準值是“6.0。2.請一個評價人，以工作狀態(tài)通常的方法測量這個樣件15次。39403.相對于基準值，將數(shù)據(jù)畫出直方圖。評審直方圖，確定是否存在特殊原因或出現(xiàn)異常；如果沒有，繼續(xù)分析。414.計算

16、該評價人n個讀數(shù)的均值。公式如下： 該評價人15次測量的平均值是：6.0067425.計算可重復(fù)性標準偏差r，既重復(fù)性。其中 d2* 可以從與均值極差分布相關(guān)的值的表中查到，查出的d2*值是：注：g1（子組容量為1），m n=15（子組大小）重復(fù)性計算結(jié)果：0.22514436.確定偏倚的 t 統(tǒng)計量：t= 偏倚/b 偏倚 = 測量值的平均值基準值 該評價人15次測量的偏倚值是：0.0067 b利用下面的公式計算為0.05813。t計算結(jié)果是：0.1153447根據(jù)子組的容量和子組的大小，通過與均值極差分布相關(guān)的值表格，查找出自由度（v或df）；查出的結(jié)果V=10.8458再查表找出顯著的t值

17、。該值是通過查t分布分位數(shù)表來找出的，依據(jù)自由度v（df）10.8，選（置信度）= 0.05預(yù)設(shè)值（95%置信度），/2就是0.025，1-/2=0.9750，則從表p=0.9750與自由度V值10.8的交叉處選值。該表中的自由度只有10和11，沒有10.8我們所要求的數(shù)，故應(yīng)予以分攤。其中10為2.22814，11為2.20099，分攤到10.8的自由度為2.20642。469下面開始計算；0.0067-0.05813（2.20642）= -0.121560.0067+0.05813（2.20642）=0.134964710結(jié)果評價 計算結(jié)果說明，“0落在這兩個上下限計算值之間。結(jié)論是該測量

18、系統(tǒng)的偏倚是可以接受的。48確定線性指南4）確定每一零件的觀察平均值，基準值與觀察平均值之間的差值為偏倚，要確定各個被選零件的偏倚。線性圖就是在整個工作范圍內(nèi)的這些偏倚與基準值之間描繪的。如果線性圖顯示可用一根直線表示這些標繪點，則偏倚與基準值之間的最正確線性回歸直線表示兩個參數(shù)之間的線性。線性回歸直線的擬合優(yōu)度R2確定偏倚與基準值是否有良好的線性關(guān)系。 計算偏倚:偏倚= 觀測平均值 基準值 過程變差= 6 49確定線性指南5）畫圖: X軸=基準值 Y軸=偏倚 其方程式為: y=b+ax 再分別計算其： 截距，斜率，擬合度，線性，線性%等 50確定線性指南51系統(tǒng)的線性及線性百分率由回歸線斜率

19、及零件過程變差(或公差)計算得出。如果回歸線有很好的線性擬合，那么可以評價線性幅度及線性百分率來確定線性是否可接受。如果回歸線沒有很好的線性擬合，那么可能偏倚平均值與基準有非線性關(guān)系，這需要進一步分析以判定測量系統(tǒng)的系統(tǒng)是否可接受。確定線性指南52線性接受準則： a. 0偏移線的位置。b. 置信區(qū)間及假設(shè)試驗分析。 如果測量系統(tǒng)為非線性，查找這些可能原因： 在工作范圍上限和下限內(nèi)儀器沒有正確校準；最小或最大值校準量具的誤差； 磨損的儀器； 儀器固有的設(shè)計特性。 確定線性指南53案例54確定重復(fù)性和再現(xiàn)性的指南分析方法有：極差法；均值-極差法；方差分析ANOVA。55取樣的代表性不具代表性的取法

20、具代表性的取法56極差法極差法是一種改進的計量型量具的研究，它可迅速提供一個測量變異的近似值，這種方法只能提供測量系統(tǒng)的整體概況而不能將變異分為重復(fù)性和再現(xiàn)性。它典型的用途是快速檢查驗證GRR是否發(fā)生了變化。這個方法有潛力探測不可接受的測量系統(tǒng)，對樣本容量為5的概率為80，樣本容量為10的概率為90。典型的極差方法用2個評價人和5個零件進行研究。在研究中，兩個評價人各將每個零件測量一次。每個零件的極差是評價人A獲得測量值和B獲得測量值之間的絕對差值。計算極差的和與平均極差。通過將平均極差均值乘以1/ d2*可以得到總測量變差。m=2，g=零件數(shù)。57極差法案例58均值-極差法均值極差法(Xba

21、r&R)是一種可提供測量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性兩個特性作估計評價的方法。與極差法不同，這種方法可以將測量系統(tǒng)的變差分成兩個局部重復(fù)性和再現(xiàn)性，而不是他們的交互作用 。進行研究1、獲得一個樣本零件數(shù)n大于5，應(yīng)代表實際的或期望的過程變差范圍；2、選擇評價人為A，B，C等。零件的號碼從1到n，評價人不能看到零件編號。59均值-極差法3、如果是正常測量系統(tǒng)的一局部，應(yīng)校準量具。讓評價人A以隨機的順序測量n個零件，將測量結(jié)果輸入第一行（如使用MINITAB應(yīng)輸入“數(shù)據(jù)欄）。4、讓評價人B和C測量同樣的n個零件，而且他們之間不能看到彼此的結(jié)果，輸入數(shù)據(jù)到第6行和11行。5、用不同的隨機測量順序重復(fù)該循環(huán)。輸

22、入數(shù)據(jù)到第2，7，12行，在適當?shù)牧杏涗洈?shù)據(jù)，如果需要試驗3次，重復(fù)循環(huán)并輸入數(shù)據(jù)到3，8，13行。6、當零件數(shù)量很大或同時多個零件不可同時獲得時，測量步驟4，5可能改變?nèi)缦率切枰模?讓評價人A測量第一個零件并在第1行記錄讀數(shù)。 讓評價人B測量第一個零件并在第6行記錄讀數(shù)。 讓評價人C測量第一個零件并在第11行記錄讀數(shù)。60均值-極差法 讓評價人A重復(fù)測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第2行， 讓評價人B重復(fù)測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第7行， 讓評價人C重復(fù)測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第12行， 如果試驗需要進行3次，重復(fù)這個循環(huán)將數(shù)據(jù)記錄在 第3，8，13行。7、如果評價人屬于不同的班次，可以使用一

23、個替代方法，讓評價人A測量所有的10個零件輸入數(shù)據(jù)于第1行，然后評價人A以不同的順序讀數(shù)，記錄結(jié)果于第2，3行，讓評價人B，C同樣做。8、依公式計算并作成控制圖或直接用表計算即可。 61均值-極差法%R&R接受準則： a. %R&R30%不能接受，必須改進。62結(jié)果分析:當重復(fù)性(EV)大于再現(xiàn)性(AV)時，原因可能是： 儀器需要保養(yǎng)；量具應(yīng)重新設(shè)計來提高剛度增強； 量具的夾緊或零件定位的方式需要改進； 存在過大的零件變差。 當再現(xiàn)性(AV)大于重復(fù)性(EV)時： 評價人員需要更好的培訓(xùn)如何使用量具及數(shù)據(jù)讀取方式；量具刻度盤上的刻度不清楚；需要某些夾具協(xié)助評價人員來提高使用量具的一致性。均值-

24、極差法63案例 3.對每個樣品由三個人所測得 的9個測試值求平均值，4.總平均值的均值Xp與極差的Ra2.計算A測的所有樣品的總平均值3.總平均值的均值Xa與極差的Ra1.計算A對每個樣品三次 測試結(jié)果的均值/極差，64方差分析法 ANOVA：方差分析法中，變差分為4類：零件、評價人、量具、零件與評價人的交互作用；優(yōu)點（與均值-極差法相比）：1、適用于任何試驗調(diào)試；2、更精確地估計方差；3、可以從試驗數(shù)據(jù)中別離出更多的信息；缺點：計算復(fù)雜，需借助計算軟件；對分析人員要求高；65計數(shù)型測量系統(tǒng)研究66量測系統(tǒng)分析計數(shù)值Go-No Go 數(shù)據(jù)模式 人為因素主導(dǎo)，情況復(fù)雜 對于以“是和“不是為計數(shù)基礎(chǔ)的定性數(shù)據(jù)，其 GR&R考察的概念是與定量數(shù)據(jù)一樣的。但方法上完全不同.定性數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的能力取決于操作員判斷的有效性，即將“合格判斷成合格，將“不合格判斷成不合格的程度.計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法有：小樣法大樣法風(fēng)險分析法信號