測量系統(tǒng)分析課件

測量系統(tǒng)分析MeasurementSystemsAnalysis

測量系統(tǒng)分析MeasurementSystemsAnal1術語

量具：任何用來獲得測量結果的裝置；經常用來特指用在車間裝置；包括用來測量合格/不合格的裝置。

測量系統(tǒng)：用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件以及操作人員的集合；用來獲得測量結果的整個過程。

計量型：從一個過程中可得到的測量數。（如千分尺、卡尺、光澤儀等）計數型：測量的數據只有兩個值，合格/不合格、成功/失敗、通過/不通過、出席/缺席。（如針規(guī)等）

術語2測量系統(tǒng)變差的類型

測量系統(tǒng)誤差可以分成五種類型：偏倚，重復性，再現(xiàn)性，穩(wěn)定性以及線性?，F(xiàn)在廣澤所用的測量系統(tǒng)分析：重復性、再現(xiàn)性、風性分析法、小樣法測量系統(tǒng)變差的類型3偏倚

是測量結果的觀測平均值與基準值的差值?；鶞手?，也稱為可接受的基準值或標準值，是充當測量值的一個偏倚一致認可的基準，一個基準值可以通過采用更高級別的測量設備（例如，計量實驗室或全尺寸檢驗設備）進行多次測量，取其平均值來確定?；鶞手?/p>

觀測的平均值偏倚偏倚偏倚4重復性

重復性是由一個評價人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。

重復性重復性5再現(xiàn)性再現(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。

操作者B操作者C

操作者A

再現(xiàn)性再現(xiàn)性再現(xiàn)性6穩(wěn)定性

穩(wěn)定性（或飄移），是測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內測量同一基準或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。穩(wěn)定性

時間2

時間1穩(wěn)定性7線性線性是在量具預期的工作范圍內，偏倚值的差值。

線性8象每個過程一樣，對用來描述測量系統(tǒng)變差的分布可以賦予下列特性：1）位置·穩(wěn)定性;·偏倚;·線性。2）寬度或范圍·重復性；·再現(xiàn)性。測量系統(tǒng)的分析象每個過程一樣，對用來描述測量系統(tǒng)變差的分布可以賦予下列特性9穩(wěn)定性使用控制圖來確定統(tǒng)計穩(wěn)定性?？刂茍D可提供方法來分離影響所有測量結果的原因產生的變差（普通原因變差）和特殊條件產生的變差（特殊原因變差）?？刂茍D法可在質量與統(tǒng)計過程控制（SPC）一書中找到。需要著重指出的是，使用控制圖時，我們不僅必須注意落在控制限以外的點，還應注意其他特殊原因信號如趨勢和中心線附近的點。這些信號的出現(xiàn)及控制限外一點或多點都表明“失控”或不穩(wěn)定狀態(tài)。研究測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個方法是按常規(guī)畫出基準或基準件重復讀數的平均值和極差(X-R控制圖)。從這種分析中可以確定，例如，失控信號是需要校準測量系統(tǒng)的標志。還有可能由于基準或基準件變臟而出現(xiàn)失控信號。無論哪種情況，包含在控制信號內的信息的解釋取決于對過程的了解。用于測量系統(tǒng)控制圖的樣本容量及抽樣頻率的確定也應依賴于對測量系統(tǒng)的了解。主要考慮的還是使用過程中測量系統(tǒng)所有的外部條件。例如,如果確信使用者在使用系統(tǒng)之前提供足夠的預熱時間,則應預熱后才進行抽樣。2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性

穩(wěn)定性2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性10確定穩(wěn)定性用指南確定穩(wěn)定性用指南包括以下內容：1）獲取一樣本并確定其相對于可追溯標準的基準值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，并指定它作為標準樣本進行穩(wěn)定性分析。對追蹤測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性不需要的一個已知基準值；可能需要具備預期測量的最低值、最高值及中程數的標準樣本。建議對各樣本單獨測量并作控制圖。2）定期（天，周）測量基準樣品3至5次。樣本容量和頻率應基于對測量系統(tǒng)的了解。因素包括要求多長時間重新校準或維修，測量系統(tǒng)使用的頻率，以及操作條件如何重要。讀數應在不同時間讀取以代表測量系統(tǒng)實際使用的情況。這些還包括預熱，環(huán)境或其它在一天內可能變化的因素；3）在X＆R或X＆s控制圖中標繪數據；4）

確定每個曲線的控制限并按標準曲線圖判斷失控或不穩(wěn)定狀態(tài)；5）計算測量結果的標準偏差并與測量過程偏差相比較，確定測量系統(tǒng)的重復性是否適于應用。2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性

確定穩(wěn)定性用指南2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性11偏倚為了在過程范圍內指定的位置確定測量系統(tǒng)的偏倚，得到一個零件可接受的基準值是必要的。通?？稍诠ぞ呤一蛉叽鐧z驗設備上完成?；鶞手祻倪@些讀數中獲得，然后這些讀數要與量具R＆R研究中的評價人的觀察平均值（定為XA，XB，XC）進行比較。如果不可能按這種方法對所有樣件進行測量，可采用下列替代的方法：1）在工具室或全尺寸檢驗設備上對一個基準件進行精密測量；2）讓一位評價人用正被評價的量具測量同一零件至少10次；3）計算讀數的平均值?；鶞手蹬c平均值之間的差值表示測量系統(tǒng)的偏倚。如果需要一個指數，把偏倚乘以100再除以過程變差（或容差），就把偏倚轉化為過程變差（或容差）的百分比。2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚偏倚2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚12偏倚如果偏倚相對比較大，查看這些可能的原因：1）基準的誤差；2）磨損的零件；3）制造的儀器尺寸不對；4）儀器測量非代表性的特性；5）儀器沒有正確校準；6）評價人員使用儀器不正確。2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚偏倚2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚13偏倚示例

基準值X=0.750.80偏倚＝觀察平均值－基準值偏倚＝0.75－0.80＝－0.05偏倚占過程變差的百分比計算如下：偏倚％=100[0.05/0.70]=7.1％

因此，在量具R＆R研究中使用的厚薄規(guī)的偏倚為－0.05mm。這意味著測量觀測值平均比基準值小0.05mm，是過程變差的7.1％

偏倚％＝100[偏倚/過程變差]偏倚示例基準值X=0.750.80偏倚＝觀察平均值－14重復性一個評價者使用一件測量儀器對同一零件的某一特性進行多次測量下的變異。再現(xiàn)性不同評價者使用相同量具，測量一個零件的一個特性的測量平均值的變異。GRR或量具的重復性和再現(xiàn)性量具的重復性和再現(xiàn)性：測量系統(tǒng)重復性和再現(xiàn)性的聯(lián)合估計值。重復性15重復性和再現(xiàn)性量具重復性和再現(xiàn)性（R&R）的可接受性的準則是：·低于10％的誤差——測量系統(tǒng)可接受；

·10％至30％的誤差——根據應用的重要性，量具成本，維修的費用等可能是可接受的；

·大于30％的誤差－測量系統(tǒng)需要改進。進行各種努力發(fā)現(xiàn)問題并改正。重復性和再現(xiàn)性量具重復性和再現(xiàn)性（R&R）的可接受性的準則是1673%的零件平均值在限值以外，測量系統(tǒng)能夠檢測零件變差。（2/3點應落在控制線外）零件評價人平均值(X圖)0.0000.2000.4000.6000.8001.0001.200123456789101112131415161718192021222324252627282930上控制界限(UCLX)=x+A2R下控制界限(LCLX)=x-A2R73%的零件平均值在限值以外，測量系統(tǒng)能夠檢測零件變差。（217無極差落在限值以外，說明評價人結果一致。重復性極差（R圖）0.00000.02000.04000.06000.08000.10000.12000.1400123456789101112131415161718192021222324252627282930上控制界限(UCLR)=D4R下控制界限(LCLR)=D3R無極差落在限值以外，說明評價人結果一致。重復性極差（R圖）018當%R&R>30%時，應進行改進。如果重復性比再現(xiàn)性大，原因可能是：1）儀器需要維護；2）量具應重新設計來提高剛度；3）夾具和檢驗點需要改進；4）存在過大的零件內變差。如果再現(xiàn)性比重復性大，那么可能的原因有：1）評價人需要更好的培訓如何使用量具儀器和讀數；2）量具刻度盤上的刻度不清楚；3）需要某種夾具幫助評價人提高使用量具的一致性。

當%R&R>30%時，應進行改進。19線性在測量儀器的工作范圍內選擇一些零件可確定線性。這些被選零件的偏倚由基準值與測量觀察平均值之間的差值確定。正如在偏倚研究中一樣，零件的基準值可由工具室或全尺寸檢驗設備確定。在操作范圍內選取的那些零件由一個或多個評價人測量，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的這些偏倚與基準值之間描繪的。線性20測量系統(tǒng)的分析——線性示例測量系統(tǒng)的分析——線性示例21計數型量具研究（小樣法）所謂計數型量具就是把各個零件與某些指定限值相比較，如果滿足限值則接受該零件，否則拒收。不象計量型量具，計數型量具不能指示一個零件多么好或多么壞。它只指示該零件被接受還是拒收。小樣研究是通過選取20個零件來進行的。然后兩位評價人以一種能防止評價人偏倚的方式兩次測量所有零件。在選取20個零件中，一些零件會稍許低于或高于規(guī)范限值。如果所有的測量結果（每個零件四次）一致則接受該量具，否則應改進或重新評價該量具。如果不能改進該量具，則不能被接受并且應找到一個可接受的替代測量系統(tǒng)。計數型量具研究（小樣法）22

A評價人

B評價人

12121GGGG2GGGG3NGGGG4NGNGNGNG5GGGG6GGGG7NGNGNGNG8NGNGGG9GGGG10GGGG11GGGG12GGGG13GNGGG14GGGG15GGGG16GGGG計數型量具研究——線性示例

A評價人

B評價人

12121GGGG2GGGG3NGG23計數型測量系統(tǒng)研究---風險分析法風險分析法：在一些計數情況下，不可能充分獲得附有計量型參考數值的零件。選擇和使用這樣的技術應該基于一個良好的統(tǒng)計上的實踐、了解影響產品和測量系統(tǒng)潛在變異來源，以及了解一個錯誤決定對下過程及最終客戶的影響。計數型量具不能顯示不個零件多么的好或壞，它只能指示該零件是被接受還是拒收。計數型測量系統(tǒng)研究---風險分析法風險分析法：計數型量具不能24術語：1。E（effectiveness)正確判定良或不良的能力E=正確判定數÷全體要判定數2。Pfa（probabilityoffalsealarm)良品誤判定為不良品的幾率。Pfa=誤判的次數÷可能誤判的總數3。Pmiss(probabilityofamiss)不良品誤判為良品的幾率。Pmiss=誤判的次數÷可能誤判的總數4。B（bias)判定良品÷不良品的趨勢能力

B=Pfa÷Pmiss：當Pfa和Pmiss等于“零”時，基準明確＞1傾向拒收判定過嚴，基準不明＜1傾向允收判定過松，基準不明術語：25風險分析法---示例1。數據收集數據收集方法與計量值完全不一樣，樣本不是隨機的收集。樣本由主管人收集并已經決定樣本的良/不良。樣本收集方法：1/3良品、1/3不良品、1/3限度樣本（良品限度和不良限度）2。數據記錄每個檢查者使用獨立的檢查記錄表，隨機檢查樣本，記錄于下表：風險分析法---示例1。數據收集26分析：評價特性：****評價人：A=***、B=***、C=***評價結果數據：分析：27數據整理：數據計算結果：判定基準：數據整理：數據計算結果：判定基準：28測量系統(tǒng)分析MeasurementSystemsAnalysis

測量系統(tǒng)分析MeasurementSystemsAnal29術語

量具：任何用來獲得測量結果的裝置；經常用來特指用在車間裝置；包括用來測量合格/不合格的裝置。

測量系統(tǒng)：用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件以及操作人員的集合；用來獲得測量結果的整個過程。

計量型：從一個過程中可得到的測量數。（如千分尺、卡尺、光澤儀等）計數型：測量的數據只有兩個值，合格/不合格、成功/失敗、通過/不通過、出席/缺席。（如針規(guī)等）

術語30測量系統(tǒng)變差的類型

測量系統(tǒng)誤差可以分成五種類型：偏倚，重復性，再現(xiàn)性，穩(wěn)定性以及線性?，F(xiàn)在廣澤所用的測量系統(tǒng)分析：重復性、再現(xiàn)性、風性分析法、小樣法測量系統(tǒng)變差的類型31偏倚

是測量結果的觀測平均值與基準值的差值?；鶞手担卜Q為可接受的基準值或標準值，是充當測量值的一個偏倚一致認可的基準，一個基準值可以通過采用更高級別的測量設備（例如，計量實驗室或全尺寸檢驗設備）進行多次測量，取其平均值來確定。基準值

觀測的平均值偏倚偏倚偏倚32重復性

重復性是由一個評價人，采用一種測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。

重復性重復性33再現(xiàn)性再現(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。

操作者B操作者C

操作者A

再現(xiàn)性再現(xiàn)性再現(xiàn)性34穩(wěn)定性

穩(wěn)定性（或飄移），是測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內測量同一基準或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。穩(wěn)定性

時間2

時間1穩(wěn)定性35線性線性是在量具預期的工作范圍內，偏倚值的差值。

線性36象每個過程一樣，對用來描述測量系統(tǒng)變差的分布可以賦予下列特性：1）位置·穩(wěn)定性;·偏倚;·線性。2）寬度或范圍·重復性；·再現(xiàn)性。測量系統(tǒng)的分析象每個過程一樣，對用來描述測量系統(tǒng)變差的分布可以賦予下列特性37穩(wěn)定性使用控制圖來確定統(tǒng)計穩(wěn)定性?？刂茍D可提供方法來分離影響所有測量結果的原因產生的變差（普通原因變差）和特殊條件產生的變差（特殊原因變差）?？刂茍D法可在質量與統(tǒng)計過程控制（SPC）一書中找到。需要著重指出的是，使用控制圖時，我們不僅必須注意落在控制限以外的點，還應注意其他特殊原因信號如趨勢和中心線附近的點。這些信號的出現(xiàn)及控制限外一點或多點都表明“失控”或不穩(wěn)定狀態(tài)。研究測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個方法是按常規(guī)畫出基準或基準件重復讀數的平均值和極差(X-R控制圖)。從這種分析中可以確定，例如，失控信號是需要校準測量系統(tǒng)的標志。還有可能由于基準或基準件變臟而出現(xiàn)失控信號。無論哪種情況，包含在控制信號內的信息的解釋取決于對過程的了解。用于測量系統(tǒng)控制圖的樣本容量及抽樣頻率的確定也應依賴于對測量系統(tǒng)的了解。主要考慮的還是使用過程中測量系統(tǒng)所有的外部條件。例如,如果確信使用者在使用系統(tǒng)之前提供足夠的預熱時間,則應預熱后才進行抽樣。2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性

穩(wěn)定性2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性38確定穩(wěn)定性用指南確定穩(wěn)定性用指南包括以下內容：1）獲取一樣本并確定其相對于可追溯標準的基準值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，并指定它作為標準樣本進行穩(wěn)定性分析。對追蹤測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性不需要的一個已知基準值；可能需要具備預期測量的最低值、最高值及中程數的標準樣本。建議對各樣本單獨測量并作控制圖。2）定期（天，周）測量基準樣品3至5次。樣本容量和頻率應基于對測量系統(tǒng)的了解。因素包括要求多長時間重新校準或維修，測量系統(tǒng)使用的頻率，以及操作條件如何重要。讀數應在不同時間讀取以代表測量系統(tǒng)實際使用的情況。這些還包括預熱，環(huán)境或其它在一天內可能變化的因素；3）在X＆R或X＆s控制圖中標繪數據；4）

確定每個曲線的控制限并按標準曲線圖判斷失控或不穩(wěn)定狀態(tài)；5）計算測量結果的標準偏差并與測量過程偏差相比較，確定測量系統(tǒng)的重復性是否適于應用。2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性

確定穩(wěn)定性用指南2.2測量系統(tǒng)的分析——穩(wěn)定性39偏倚為了在過程范圍內指定的位置確定測量系統(tǒng)的偏倚，得到一個零件可接受的基準值是必要的。通?？稍诠ぞ呤一蛉叽鐧z驗設備上完成?；鶞手祻倪@些讀數中獲得，然后這些讀數要與量具R＆R研究中的評價人的觀察平均值（定為XA，XB，XC）進行比較。如果不可能按這種方法對所有樣件進行測量，可采用下列替代的方法：1）在工具室或全尺寸檢驗設備上對一個基準件進行精密測量；2）讓一位評價人用正被評價的量具測量同一零件至少10次；3）計算讀數的平均值?；鶞手蹬c平均值之間的差值表示測量系統(tǒng)的偏倚。如果需要一個指數，把偏倚乘以100再除以過程變差（或容差），就把偏倚轉化為過程變差（或容差）的百分比。2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚偏倚2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚40偏倚如果偏倚相對比較大，查看這些可能的原因：1）基準的誤差；2）磨損的零件；3）制造的儀器尺寸不對；4）儀器測量非代表性的特性；5）儀器沒有正確校準；6）評價人員使用儀器不正確。2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚偏倚2.2測量系統(tǒng)的分析——偏倚41偏倚示例

基準值X=0.750.80偏倚＝觀察平均值－基準值偏倚＝0.75－0.80＝－0.05偏倚占過程變差的百分比計算如下：偏倚％=100[0.05/0.70]=7.1％

因此，在量具R＆R研究中使用的厚薄規(guī)的偏倚為－0.05mm。這意味著測量觀測值平均比基準值小0.05mm，是過程變差的7.1％

偏倚％＝100[偏倚/過程變差]偏倚示例基準值X=0.750.80偏倚＝觀察平均值－42重復性一個評價者使用一件測量儀器對同一零件的某一特性進行多次測量下的變異。再現(xiàn)性不同評價者使用相同量具，測量一個零件的一個特性的測量平均值的變異。GRR或量具的重復性和再現(xiàn)性量具的重復性和再現(xiàn)性：測量系統(tǒng)重復性和再現(xiàn)性的聯(lián)合估計值。重復性43重復性和再現(xiàn)性量具重復性和再現(xiàn)性（R&R）的可接受性的準則是：·低于10％的誤差——測量系統(tǒng)可接受；

·10％至30％的誤差——根據應用的重要性，量具成本，維修的費用等可能是可接受的；

·大于30％的誤差－測量系統(tǒng)需要改進。進行各種努力發(fā)現(xiàn)問題并改正。重復性和再現(xiàn)性量具重復性和再現(xiàn)性（R&R）的可接受性的準則是4473%的零件平均值在限值以外，測量系統(tǒng)能夠檢測零件變差。（2/3點應落在控制線外）零件評價人平均值(X圖)0.0000.2000.4000.6000.8001.0001.200123456789101112131415161718192021222324252627282930上控制界限(UCLX)=x+A2R下控制界限(LCLX)=x-A2R73%的零件平均值在限值以外，測量系統(tǒng)能夠檢測零件變差。（245無極差落在限值以外，說明評價人結果一致。重復性極差（R圖）0.00000.02000.04000.06000.08000.10000.12000.1400123456789101112131415161718192021222324252627282930上控制界限(UCLR)=D4R下控制界限(LCLR)=D3R無極差落在限值以外，說明評價人結果一致。重復性極差（R圖）046當%R&R>30%時，應進行改進。如果重復性比再現(xiàn)性大，原因可能是：1）儀器需要維護；2）量具應重新設計來提高剛度；3）夾具和檢驗點需要改進；4）存在過大的零件內變差。如果再現(xiàn)性比重復性大，那么可能的原因有：1）評價人需要更好的培訓如何使用量具儀器和讀數；2）量具刻度盤上的刻度不清楚；3）需要某種夾具幫助評價人提高使用量具的一致性。

當%R&R>30%時，應進行改進。47線性在測量儀器的工作范圍內選擇一些零件可確定線性。這些被選零件的偏倚由基準值與測量觀察平均值之間的差值確定。正如在偏倚研究中一樣，零件的基準值可由工具室或全尺寸檢驗設備確定。在操作范圍內選取的那些零件由一個或多個評價人測量，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的這些偏倚與基準值之間描繪的。線性48測量系統(tǒng)的分析——線性示例測量系統(tǒng)的分析——線性示例49計數型量具研究（小樣法）所謂計數型量具就是把各個零件與某些指定限值相比較，如果滿足限值則接受該零件，否則拒收。不象計量型量具，計數型量具不能指示一個零件多么好或多么壞。它只指示該零件被接受還是拒收。小樣研究是通過選取20個零件來進行的。然后兩位評價人以一種能防止評價人偏倚的方式兩次測量所有零件。在選取20個零件中，一些零件會稍許