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1、第章通用测量系统指南第一节引言、目的和术术语引 言测量数据的使用用比以前更频频繁、更广泛泛。例如，是是否调整制造造过程现在普普遍依据测量量数据来决定定。把测量数数据或由它们们计算出的一一些统计量，与与这一过程的的统计控制限限值相比较，如如果比较结果果表明这一过过程在统计控控制之外，那那么要做某种种调整，否则则，这一过程程就允许运行行而勿须调整整。测量数据的另外外一个用途是是确定两个或或多个变量之之间是否存在在某种显著关关系。例如，人人们可以推测测一模制塑料料件的关键尺尺寸与浇注材材料温度有关关系。这种可可能的关系可可通过采用所所谓回归分析析的统计方法法进行研究。即即比较关键尺尺寸的测量结结果与
2、浇注材材料温度的测测量结果。探索象这类关系系的研究，是是戴明博士称为为以分析的方方法研究的一一些实例。通通常，分析研研究是增加对对于有关影响响过程的各种种原因的系统统的知识。各各种分析研究究是测量数据据的最重要应应用之一，因因为这些分析析研究最终导导致更好地理理解各种过程程。应用以数据为基基础的方法的的益处，很大大程度上决定定于所用测量量数据的质量量。如果测量量数据质量低低，则这种方方法的益处很很可能低，类类似地，如果果测量数据质质量高，这一一方法的益处处也很可能高高。为了确保应用测测量数据所得得到的益处大大于获得它们们所花的费用用，就必须把把注意力集中中在数据的质质量上。测量数据的质量量测量
3、数据质量与与稳定条件下下运行的某一一测量系统得得到的多次测测量结果的统统计特性有关关。例如，假定用在在稳定条件下下运行的某测测量系统，得得到某一特性性的多次测量量结果。如果果这些测量数数据与这一特特性的标准值值都很“接近”，那么可以以说这些测量量数据的质量量“高”，类似地，如如果一些或全全部测量结果果“远离”标准值，那那么可以说这这些数据的质质量“低”。表征数据质量最最通用的统计计特性是偏倚倚和方差。所所谓偏倚的特特性，是指数数据相对标准准值的位置，而而所谓方差的的特性，是指指数据的分布布，但是，其其它的统计特特性如错误分分类率在某些些情况下也是是恰当的。低质量数据最普普通的原因之之一是数据变
4、变差太大。例例如，测量某某容器内的流流体的容积，使使用的测量系系统可能对它它周围的环境境温度敏感，在在这种情况下下，数据的变变差可能由于于其体积的变变化或周围温温度的变化，使使得解释这些些数据更困难难。因此这一一测量系统是是不太合乎需需要的。一组测量的变差差大多是由于于测量系统和和它的环境之之间的交互作作用造成的。如如果这种交互互作用产生太太大的变差，那那么数据的质质量会很低，以以致这些数据据是无用的。例例如，一个具具有大量变差差的测量系统统，用来分析析一个制造过过程，可能是是不恰当的，因因为这一测量量系统的变差差，可能会掩掩盖制造过程程中的变差。管理一个测量系系统的许多工工作是监视和和控制变
5、差。这这就是说，在在这些事情中中应着重于环环境对测量系系统的影响，以以获得高质量量的数据。绝大部分变差是是不希望有的的，但也有一一些重要的例例外。例如这这一变差是由由于被测量特特性的小变化化而引起的，一一般情况下这这一变差被认认为是有用的的。一个测量量系统对这种种变化越灵敏敏，这个系统统越是良好。因因为这一系统统是一个较敏敏感的测量系系统。如果数据的质量量是不可接受受的，则必须须改进，通常常是通过改进进测量系统来来完成，而不不是改进数据据本身。测量过程在本手册中，术术语“测量”定义为“赋值给具体体事物以表示示它们之间关关于特殊特性性的关系”。这个定义义由C. EEisenhhart（11963
6、）首首次给出。赋值过程定义为为测量过程，而而赋予的值定定义为测量值值。从这些定义得出出，应将一种种测量过程看看成一个制造造过程，它产产生数字（数数据）作为输输出。这样看看待测量系统统是有用的。因因为它允许我我们接受那些些早已表明它它们在统计过过程控制领域域用途的所有有概念、原理理和工具。目 的本手册的目的是是介绍选择各各种方法来评评定测量系统统质量的指南南。尽管这些些指南足以通通用于任何测测量系统，但但它们主要用用于工业界的的测量系统。本本手册不打算算作为所有测测量系统分析析的概要，它它主要的焦点点是对每个零零件能重复读读数的测量系系统。许多分分析对于其它它形式的测量量系统也是很很有用的，并并
7、且该手册的的确包含了参参考意见和建建议。尽管如如此，如果你你有这样的系系统，还是建建议你从适宜宜的统计资源源中寻求帮助助。术 语量具：任何用来来获得测量结结果的装置；经常用来特特指用在车间间的装置；包包括用来测量量合格不合合格的装置。测量系统：用来来对被测特性性赋值的操作作、程序、量量具、设备、软软件以及操作作人员的集合合；用来获得得测量结果的的整个过程。第二节测量系统的统计计特性理想的测量系统统在每次使用用时，应只产产生“正确”的测量结果果。每次测量量结果总应该该与一个标准准值（见戴明明，19866，281页页）相符。一一个能产生理理想测量结果果的测量系统统，应具有零零方差、零偏偏倚和对所测
8、测的任何产品品错误分类为为零概率的统统计特性。遗憾的是，具有有这样理想的的统计特性的的测量系统几几乎不存在，因因此过程管理理者必须采用用具有不太理理想的统计特特性的测量系系统。一个测量系统的的质量经常仅仅仅用其测量量数据的统计计特性来确定定。其它特性性，如成本、使使用的容易程程度等对一个个测量系统总总体理想性的的贡献也很重重要。但是，确确定一个系统统质量的正是是其测得的数数据的统计特特性。应认识到，在某某一用途中最最重要的统计计特性在另一一种用途中不不一定是最重重要的特性。例例如，对一个个座标测量机机（CMM）的的一些应用，最最重要的统计计特性是“小”的偏倚和方方差。一个具具有这些特性性的CM
9、M将将产生与证明明过的标准值值“很近”的测量结果果，该标准值值能追溯到国国家标准和技技术局（NIIST）。从从这样一台仪仪器所得到的的数据对分析析一个制造过过程可能是十十分有用的。但是，不管其偏偏倚和方差可可能如此“小”，在某些常常用条件下，同同一台CMMM机由于其错错误分类比率率太高而不能能在好产品和和坏产品间做做可接受的分分辨工作。因因此，在那些些常用条件下下，该CMMM机对分析制制造过程是可可接受的，与与此同时对做做最后项目检检查是不可接接受的。管理阶层有责任任识别对数据据最终使用最最重要的统计计特性。管理理阶层也有责责任确保用那那些特性作为为选择一个测测量系统的基基础。为了完完成这些，
10、需需要有关统计计特性可操作作的定义，以以及测量它们们的可接受的的方法。尽管每一个测量量系统可能需需要有不同的的统计特性，但但有一些特性性是所有测量量系统必须共共有的，它们们包括：1）测量系统必必须处于统计计控制中，这这意味着测量量系统中的变变差只能是由由于普通原因因而不是由于于特殊原因造造成的。这可可称为统计稳稳定性，在第第二章的第11节和第2节节进行更详细细的讨论；2）测量系统的的变异必须比比制造过程的的变异小；3）变异应小于于公差带；4）测量精度应应高于过程变变异和公差带带两者中精度度较高者，一一般来说，测测量精度是过过程变异和公公差带两者中中精度较高者者的十分之一一；5）测量系统统统计特
11、性可能能随被测项目目的改变而变变化。若真的的如此，则测测量系统最大大的（最坏）变变差应小于过过程变差和公公差带两者中中的较小者。第三节标 准背景国家标准和技术术局（NISST）在美国国是主要的标标准机构。作作为美国商务务部的一部分分，NISTT起着储备大大多数国家理理化测量标准准的作用。以以前称为国家家标准局（NNBS）的NNIST协调调与其它国家家的测量标准准，并编写和和分发测量及及标定程序。NIST的主要要服务之一是是把测量从它它的标准传递递到其它测量量系统。用来来传递测量的的程序称为“校准”程序。其旨旨意是使其它它测量系统与与NIST产产生的测量结结果相一致。传传递过程通常常包括一个传传
12、递等级体系系。其中的每每一等级依赖赖于自己的标标准系统。在整个等级制中中最高级标准准为国家标准准，这个国家家标准通常为为NIST所所拥有，但是是在某些情况况下，可能由由象Los Alamoos科学试验验室这样的某某些其它机构构代表NISST掌握。测测量结果从国国家标准传递递到下一级标标准，称之为为第一级标准准。为使第一级标准准是合法的，测测量结果必须须由 NISST或一个经经认可的替代代机构仅用现现行最佳的校校准程序传递递到第一级标标准。一旦建立了第一一级标准，任任何机构如私私人公司、科科研机构或政政府机构，无无论什么目的的都可从NIIST得到它它。第一级标标准用来直接接连接拥有第第一级标准的
13、的机构和NIIST的国家家标准。在某些情况下，第第一级标准常常用来校准其其它测量系统统。但是通常常第一级标准准对日常使用用来说太昂贵贵且易损坏。取取而代之，测测量结果从第第一级标准传传递到另一级级标准，称之之为第二级标标准。这种传传递可由任何何能利用第一一级标准的机机构完成。但但是，为使第第二级标准可可溯源，传递递必须用恰当当的校准程序序进行。第一级标准和第第二级标准经经常为私人公公司同时拥有有，因此它们们有时也被称称为公司标准准，公司标准准通常只由公公司的计量部部门而不是公公司的生产部部门保持和使使用。测量结果也可以以从第二级标标准传递到另另一级称为工工作标准的标标准。工作标标准通常用来来校
14、准在生产产设备中建立立的测量系统统，工作标准准也称为生产产标准，并经经常由生产人人员而不是计计量部门保持持。通过应用连接标标准等级体系系的适当校准准程序，可返返回到NISST的测量标标准，称为可可溯源至NIIST。追溯溯性的另外一一个定义为国国防部使用的的“通过一个不不间断的比较较链把单个测测量结果与国国家标准或国国家接受的测测量系统相联联系的能力”（美国国防防部，军标445662）一般来说，越是是远离国家标标准的标准，该该标准就越是是耐其环境的的变化，因此此保持它也就就越便宜和容容易。但是，这这些优点通常常是以较低精精度为代价得得到的。一个机构没有自自己的计量部部门时就可以以选择利用外外面机
15、构的设设备，这种机机构称为“校准试验室室”。标准的使用一般地，不使用用可溯源标准准来确定一套套测量系统的的准确度是困困难的。对于于完成破坏性性测量的测量量系统尤其困困难。对于许许多非破坏性性的测量系统统也是困难的的。幸运的是是，对于某些些系统，精度度不象重复性性那样重要。但但是对于那些些精度是重要要的系统，使使用可溯源标标准经常是正正确保证测量量系统在它预预期使用中有有足够精度的的唯一方法。可溯源标准的使使用特别有助助于减少有时时生产者和顾顾客之间的测测量结果不一一致时而产生生的矛盾。第四节通用指南评定一个测量系系统的第一步步是验证该系系统一直在测测量正确的变变量。如果一一直在测量错错误的变量
16、，那那么无论该测测量系统多么么准确或精密密，都将是徒徒劳无益的。评定一个测量系系统的第二步步是确定该测测量系统必须须具有什么样样可接受的统统计特性。为为了作出上述述确定，知道道怎么使用数数据是重要的的。不了解这这一点是不能能够确定恰当当的统计特性性的，在已经经确定统计特特性之后，必必须评定该测测量系统实际际上是否具有有这一特性。测量系统的评定定通常分为两两个阶段，称称为第一阶段段和第二阶段段。在第一阶阶段，我们要要明白该测量量过程并确定定该测量系统统能否满足我我们的需要。第第一阶段试验验有两个目的的，第一个目目的是确定该该测量系统是是否具有所需需要的统计特特性。这类试试验应在这个个机构实际使使用该测量系系统之前进行行。如果试验验表明该测量量系统具有合合适的特性，那那么该系统被被称
