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1、测量系统分析,汽车行业质量体系 系列培训教材,培训讲师：陈超,1,课程大纲：,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、量具、测量、测量过程； 测量系统分析的基础知识： 1）、测量系统的统计特性：偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性、分辨力 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 nBias 偏倚; nRepeatability 重复性; nReproducibility再现性 ; nLinearity 线性 ; nStability 稳定性 。,分辨力（率
2、）,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一。建议的要求是总过程6(标准偏差)的十分之一。,T,10,30,偏倚(Bias)：,基准值,观测平均值,偏倚,偏倚：是测量结果的观测 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 行多次测量，取其平均值 来确定。,重复性(Repeatability),重复性,重复性是由一个评价人，采用 一种测量仪器，多次测量同一 零件的同一特性时获得的测量 值变差。,重复性(Repeatability),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，
3、测量同一 零件的同一特性时测量平均值 的变差。,再現性,操作者B,操作者C,操作者A,再现性(Reproducibility),19,稳定性(Stability)：,稳定性,时间1,时间2,稳定性：是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的相同特性时获得的测量值的总变差。,稳定性,21,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(Linearity)：,观测的平均值,基准值,无偏倚,有偏倚,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 测量系统特性可用下列方式来描述 ： 位置：稳定性、偏倚、线性
4、。 宽度或范围：重复性、再现性。,位置和宽度,位置,寬度,位置,寬度,标准值,理想的测量系统,n理想的测量系统在每次使用时：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。,IDEAL MEASUREMENT SYSTEM,真值,真值,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
5、，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项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。,测量系统的评定,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。,计量型测量系统研究 -指南,确
6、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，不需要一个已知基准值。 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、周围环境和其他因素发生的变化。 3）将数据按时间顺序画在Xbar&R
7、或Xbar&S控制图上。,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不足的主要原因。,举例稳定性 为了确定一个新的测量装置稳定性是否可以接受，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实验室，确定基准值为6.01。小组每班测量这个零
8、件5次，共测量4周（20个子组）。收集所有数据以后，Xbar&R图就可以做出来了(见图示)。 控制图分析显示，测量过程是稳定的，因为没有出现明显可见的特殊原因影响。,稳定性的均值-极差图,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、最高值及中程数的标准样本是理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。,偏倚,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
9、 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（参考量具研究，极差法， 如下）： 这里d2*可以从附录C中查到，g=1,m=n 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,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。 这里d2，d2*和v可以在可以从附录C中查到，g=1,m=n， 在标准t中可查到。 所取的 水平依赖于敏感
10、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。,举例-偏倚 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。在已记录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。,表2:偏倚研究数据,基准值=6.0 偏倚 1 5.8 -0.2 2 5.7 -0.3 3 5.9 -0.1 4 5.9 -0.1 5 6.0 0.0 6 6.1 0.1
11、7 6.0 0.0 8 6.1 0.1 9 6.4 0.4 10 6.3 0.3 11 6.0 0.0 12 6.1 0.1 13 6.2 0.2 14 5.6 -0.4 15 6.0 0.0,用电子表格和统计软件，可获得直方图和数据分析（见图10和表3）。,测量值,表3：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。 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，建议按计划维护或修整； 仪器制造尺寸有误； 仪器测量了
12、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；,确定线性指南,线性: 在仪器能力的范围内测量准确度 和精确度 的差别。,O,量具1: 线性分布有问题,O,准确度,测量值,量具 2: 线性分布没问题,准确度,测量值,线性分布有问题可能原因: 1.测量系统的测量范围内的高端,低端的校正不适当 2.测量系统磨损 3.测量系统设计不适合测量被测特性,确定线性指南,进行研究 线性按以下指南评价： 1）选择g5 个零件，由于过程变差，这些零件测量值覆盖量具的操作范围。 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括量具的操作范围。 3）通常用这个仪器的操
13、作者中的一人测量每个零件m10次。 随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化。,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佳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 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,公式,线性接受准则： a. 对
14、测量特殊特性的测量系统，线性%5% 接受，线性%5%时，不予接受。 b. 对测量非特殊特性的测量系统，线性%10%接受，线性%10%时，不予接受。 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。,2,2,2,+,=,2,2,2,2,=,+,+,测量系统,产品,总量,产品,总量,重复性,再现性,GRR统计意义,52,GRR计算,重复性:EV(设备变异) 再现性:AV(测量员变异) 重复性&再现性:,零件变异:
15、PV,总变异:TV,TV = R&R + PV,2,2,%EV=100(EV/TV)% %AV=100(AV/TV)% %R&R=100(R&R/TV)%,53,取样的代表性,不具代表性的取法,具代表性的取法,极差法,极差法是一种改良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。 这个方法检测出测量系统不可接受的概率是：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
