测量系统分析课件

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1、测量系统分析杨 燕课程大纲 测量系统分析的目的 测量系统分析的术语与定义基本概念 测量系统分析的步骤 计量型的测量系统分析及实际应用 计数型的测量系统分析及实际应用 测量系统分析需要注意的事项 获得一个高质量的数据。 运用统计分析方法，确定测量系统测量结果 的变差（测量误差）， 寻找变差的来源。从 而确定测量系统的质量，为测量系统的改进 提供信息。 保证所用统计分析方法及判定准则的一致性测量系统分析的目的1.测量系统：用来对被测量特性定量测量或定性 评价的仪器或测量设备、标准、操作方法、夹具、软件 、人员、程序、环境的集合；用来获得测量结果的整个 过程 2.测量设备：实现测量过程所必需的测量仪

2、器、软件、 测量标准、标准样品（标准物质）或辅助设备或它们的 组合 3.偏移：测量的观测平均值和基准值之间的差值 4.线性：标识操作范围内多个和独立的偏移误差值的相 关性 5.重复性：同一评价人多次使用同一个测量仪器，测量 同一零件的同一特性时获得的测量变差 6.再现性：测量过程中由于正常条件改变所产生的测量 均值的变差术语与定义精密度（Precision）指测量仪器所能够区分出的微量程度或最小 距离，亦即代表测量仪器对同一待测工件，以相同测量过程作重复 测量时，其各测量结果的差异程度（重复读数彼此之间的“接近度 ”MSA手册第三版）。以差异程度愈微小称为精密度佳，反之 称为精密度差。一般由随

3、机误差引起，包含仪器的（重复性）和人 为的（再现性）因素。 准确度（Accuracy ,有时也称Bias偏倚）指测量仪器的实际测 量值（或测量平均值）与待测值之真值（True Value）或可接受的 基准值的接近程度，亦即实际测量值偏离真实值的程度。以偏差愈 微小之程度称为准确度佳，反之称为准确度差。一般由系统误差引 起。 GRR或测量设备R&R：一个测量系统的重复性和再现性的合成变差的 估计，GRR变差等于系统内和系统间变差之和盲测：在实际测量环境下，评价人（操作者）事先不知道正在对测 量系统进行分析的情况下进行的测量测量系统分析的基本概念 测量系统分析的项目 1.偏倚（Bias） 2.稳定

4、性（Stability） 3.线性（Linearity） 4.重复性（Repeatability） 5.再现性（Reproducibility）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 。 偏倚是测量系统的系统误 差的衡量指标，它包含已知 的和未知的得变差来源共同 作用的总和。稳定性(Stability)稳定性 时间1时间2稳定性，又称为漂移（ Drift），是指测量系统 在某一段时间内，测量 同一基准或零件的单一 特性是获得的测量总变 差。线性(Linearity)量程基

5、准值观测平均值 基准值观测平均值线性是指量具在使用范围内偏倚（准确度）差异之分布状况。重复性重复性重复性是由同一个评价人 ，采用同一个测量仪器， 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） 事实上，重复性是从规定的测量条件下连续试 验得到的普通原因（随机误差）变差，因此除 了设备的内变差外，重复性还包括测量系统误 差模型中任何条件的内部变差。严格的重复性 定义为：当测量条件已被确定和定义的条件下 ，即已确定的零件、仪器、标准、方法、 操作者、环境及假设之下，系统内部的变差。重复性（Repeatability） 重复性：传统上把重复性看作“评价人内变

6、异 性”。是指由同一位作业者，用同一种量具， 多次量测同一零件的同一特性时所得的测量变 差，它是设备本身固有的变差或特性，一般指 仪器的变差（EV），以公式表示如下： ，EV % 100（EVTV）公式说明： EV为重复性，TV为全变异（总变差）。 R为所有作业者执行多次量测所得之变异平均 值。K1为重复性之系数，与量测次数有关。 TV为全变异，再现性再現性操作者B操作者C操作者A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差。 再现性（Reproducibility传统上把再现性看作“作业者（评价人）变异”，通常是指不同作 业者（评价人）以相同量具

7、测量同一零件的同一特性时，测量平均 值之变异，以公式表示如下：AV % 100（AVTV） 公式说明： AV为再现性，TV为全变异。 为不同作业者所量测之平均值之最大值与最小值之差异。 K2为再现性之系数，与作业者之人数有关。 为被量测之零件数目 r为每位作业者测量的次数 注意：对于手动仪器受操作者的影响是客观存在的，然而对于现在 越来越多的自动测量仪器，操作者的变差不是主要变差原因时，前 面的定义就收到了挑战。 严格的定义是：再现性是指测量的系统之间或条件之间的平均变差 。1. 初次分析应在试生产且在正式提交PPAP（生产件批准程序） 之前进行。 2.一般每间隔一年要实施一次MSA。 3.

8、新生产的产品，PV有不同时，如试生产； 4. 新仪器，EV有不同时； 5. 新操作人员，AV有不同时； 6. 设计变更；7.工程变更；8.易損耗之仪器必須注意其分析频率；9.客户要求的频次。 在出现以下情况时，应适当增加分析频次和重新分析： 10.测量设备进行了较大的维修； 11.顾客需要时； 12.重新提交PPAP（生产件批准程序）时； 13.测量系统发生变化时。测量系统分析的步骤一:测量系统分析（测量系统分析（MSAMSA）的时机）的时机测量系统分析的步骤二:测量系统分析（MSA）的准备要求 制订MSA计划，包括以下内容： 1.确定需分析的测量系统； 2.确定用于分析的待测参数/尺寸或质量

9、特性； 3.确定分析方法：对计量型测量系统，可采用极差法和均 值极差法；对计数型测量系统，可采用交叉分析法（即分 险分析法）； 4.确定测试环境：应尽可能与测量系统实际使用的环境条 件相一致； 5.对于破坏性测量，由于不能进行重复测量，可采用模拟 的方法并尽可能使其接近真实分析（如不可行，可不做MSA ）； 6.确定分析人员和测量人员； 7.确定样品数量和重复读数次数测量系统分析的步骤三如何进行测量系统分析？u1.建立必要之程序书、指导书文件，以管制所有测量系 统维持在正常及最佳状态。 u2.制定计划：选择分析对象/分析项目/分析时间，确定 抽样方法； u3.须有合格之分析人员，待分析之量具，

10、以及必要之环 境。 u4.样品的选择至关重要； u5.搜集足够之数据，再依据所使用之分析记录执行分析 作业。 u6.数据分析 u7.结论判定此测量系统是处于可接受、有条件接受或不 能接受。 u8.改进。计量型测量系统评价计量型测量系统评价 偏倚 稳定性 线性 重复性和再现性（R&R）确定偏倚指南确定偏倚指南独立样本法独立样本法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

11、理想的。完成此步后，用线性研究分析数据。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。如果没有，继续分析，对于n 30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。 X=xi/n5）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法，如下）： r= max(xi)-min(xi)/d2* ,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b= r （

12、n）1/2t=偏倚/ b7）计算偏倚的置信区间,置信水平取95%偏倚 t1-a/2 (v) b d2 /d2*其中参数d2 、d2* 、v 可查书上附录C或4t1-a/2 (v)可从标准t表中查到8）判断置信区间是否包括0，如果0落置信区间内，偏倚在a水平是可 接受的，如果0没有落在置信区间内，偏倚在a水平是不可接受的。注：如果a水平不是取0.05，必须取得顾客的同意。偏倚举例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

13、零件由领班测量15次。次数123456789101112131415基准 值6.05.85.75.95.96.06.16.06.16.46.36.06.16.25.66.0偏倚-0.2- 0.3- 0.1- 0.10.00.10.00.10.40.30.00.10.2- 0.40.0偏倚研究数据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尾)偏倚95偏倚置信区 间 低值高值测量值.115310.82.206.0067-1.1185.13

14、19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：基准件或参考值有误,检验确定标准件的程序. 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. 仪器产生错误的尺寸. 仪器测量的特性有误. 仪器没有经过适当的校准,对校准程序进行评审. 评价者使用仪器的方法不正确,对测量指导书进行评审. 仪器纠正的指令错误.确定稳定性的指南确定稳定性的指南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

15、 ，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

16、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。稳定性举例 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件5次，共测量5周（25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6.36.05.7样本均值子