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1、测测量系统统分析 汽车行业质量体系系列培训教材1课程大纲：n测量系统分析的意义和目的；n测量系统分析的定义：测量系统、量具、测量、测量过程 ；n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n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 。12分辨力（率）n定义：指测量系统检出并
2、如实指示被测特性中极小变化的 能力。n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。T103013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。 14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 值变值变 差。 15再现性(Reproducibility)：再现性是由不同的评价人，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 的变变差。 再現性操作者B操作
3、者C操作者A16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。17线性(Linearity)：量程基准值观测平均值 基准值线线性是在量具预预期的工作范围围内，偏倚值值的差值值 18线性(Linearity)：观测的平均值 基准值无偏倚有偏倚19测量系统的分析 n测量系统的变差类型：n 偏倚、重复性、再现性、稳定性、线性n测量系统特性可用下列方式来描述 ：n位置：稳定性、偏倚、线性。 n宽度或范围：重复性、再现性。 20位置和宽度 位置寬度位置寬度标准值21理想的测量系统 n理想的测量系统在每次使用时：
4、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。 22IDEAL MEASUREMENT SYSTEM真值真值23测量系统所应具有的特性： n测测量系统统必须处须处 于统计统计 控制中，这这意味着测测量系统统中的 变变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。 这这可称为统计稳为统计稳 定性；n测测量系统统的变变异必须须比制造过过程的变变异小； n变变异应应小于公差带带；n测量精密应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一 般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高
5、者 的十分之一；n测量系统统计特性可能随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。 24测量系统的评定 n第一阶阶段：n 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。 n 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。n第二阶段：n 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。 n 常见的量具R&R分析是其中的一种试验型式。 n 25计量型测量系统研究-指南26确定稳定性的指
6、南n进行研究n1）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。n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。n2）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。n3）将数据按时间顺序画在Xbar
7、&R或Xbar&S控制图上。27n结果分析作图法n4）建立控制限并用标准控制图分析评价失控或不 稳定状态。n结果分析数据法n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。n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。n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。n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。28n举例稳定性n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
8、6.01。小组 每班测量这个零件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) 。n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。29稳定性的均值-极差图30确定偏倚指南独立样本法n进行研究n1）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”。n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。基准值测量系统 的平
9、均值偏倚31n2）让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上 。n结果分析作图法n3）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。n结果分析数据法n4）计算n个读数的均值。32n5）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=nn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。33n6）确定偏倚的t统计量：n偏倚=观测测量平均值-基准值34n7）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。n这里d
10、2，d2*和v可以从附录C中查到，g=1,m=n， 在标准t中可查到。n所取的 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 。 35n举例-偏倚n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。36表2:偏倚研究数据基准值=6.0 偏倚 1 5.8
11、 -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 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 0.037n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38表3：偏倚研究偏倚研究分析n(m) 均值 X标准偏差 r均值的标准偏 差b测量值156.0067.22514.05813基准值= 6.00, =.05,g=1, d2*=3.35t 统计 量df显著t值 (2
12、尾)偏倚95偏倚置信区间低值高值测量值.115310.82.206.0067-1.1185.131939n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。n偏倚研究的分析：n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； 40确定线性指南n进行研究n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
13、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。41n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。 42n计算偏倚:偏倚= 观测平均值 基准值n过程变差= 6 n画图:nX軸=基准值nY軸=偏倚n其方程式为: y=b+axn再分別计算其：n截距，斜率，拟合度，线性，线性%
