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1汽车行业质量体系系列培训教材测量系统分析MeasurementSystemsAnalysis2课程大纲：测量系统分析的目的和意义测量系统术语介绍测量系统分析的基础知识计量型测量系统评价偏倚稳定性计数型测量系统评价一致性稳定性有效性偏倚重复性线性重复性和再现性（R&R）3测量的重要性如果测量出现问题，那么合格的产品可能被判为不合格，不合格的产品可能被判为合格，此时便不能得到真正的产品或过程特性。因此，要保证测量结果的准确性和可信度。PROCESS原料人机法环测量测量结果合格不合格测量4测量误差Y=x+ε测量值=真值(TrueValue)+测量误差戴明说没有真值的存在一致5为什么要进行测量系统分析即使量具经过检定或校准，由于人、机、料、法、环、测等五方面的原因，仍会带来测量误差。检测设备的检定或校准不能满足实际测量的需要。因此，还需要对测量系统进行评价，分析测量结果的变差，从而确定测量系统的质量，以满足测量的需要。为了满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求ISO/TS16949:2002标准7.6.1规定：为分析每种测量和试验设备系统得出的结果中出现的变差，应进行统计研究。此要求应适用于控制计划中提及的测量系统。所用的分析方法及接收准则应符合顾客关于测量系统分析的参考手册的要求。如果得到顾客的批准，也可使用其他分析方法和接收准则。6测量系统分析的目的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。7测量系统术语介绍测量：赋值给具体物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。量具：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置；包括通过/不通过装置等。测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。测量和试验设备：完成一次测量所必需的所有测量仪器、测量标准、基准材料以及辅助设备。盲测：是指在实际测量环境下，在操作者事先不知正在对该测量系统进行评定的条件下，获得的测量结果。根据盲测得到的试验结果通常不受霍桑效应的干扰。8霍桑效应“霍桑效应”是指1924年11月到1932年8月间,在西部电气公司的霍桑工厂(theHawthoneWorksofWesternElectric)完成的一系列工业试验的结果.在试验中,研究人员系统地变更了五个装配工的工作条件,并监视结果。由于条件的改善，产量上升，然而，当工作条件下降时，产量继续增长，这仅仅是因为这些工人是这项研究工作的一部分，由此而使他们产生了更积极的工作态度的结果，而不是改变了工作条件的结果。更详细的信息，参见由RichardGillespie编写的霍桑实验史，剑桥大学出版社，纽约1991。9测量系统的组成测量系统人机料法环操作人员量具/测量设备/工装被测的材料/样品/特性操作方法、操作程序工作的环境10测量系统的分类计量型测量系统计数型测量系统11测量系统的基本知识和概念测量系统的统计特性分辨力、稳定性、偏倚、重复性、再现性、线性理想的测量系统测量系统所应具有的特性测量系统的评定阶段12计量型测量系统的统计特性通常使用测量数据的统计特性来衡量测量系统的质量：Discrimination分辨力;Bias偏倚;Repeatability重复性;Reproducibility再现性;Linearity线性;Stability稳定性。13分辨力（率）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6σ(标准偏差)的十分之一。14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。15重复性(Repeatability)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。16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差。再現性操作者B操作者C操作者A17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。18线性(Linearity)线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。量程基准值观测平均值基准值观测平均值19线性(Linearity)观测的平均值基准值无偏倚有偏倚EFOBACDA’B’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。22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，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。23测量系统的评定阶段第一阶段：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。24计量型测量系统评价稳定性偏倚重复性和再现性（R&R）线性25计量型测量系统的分析测量系统的变差分类：稳定性、偏倚、重复性、再现性、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。宽度或范围：重复性、再现性。26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，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3~5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。27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。28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。29稳定性的均值-极差图6.36.05.7样本均值子组0515202510UCL=6.297Mean=6.021LCL=5.7461.00.50.0样本极差R=0.47792ULC=1.01LCL=030确定偏倚指南—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n≥10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。2）让一个评价人，以通常方法测量样本10次以上。31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/n325）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法，如下）：σr=[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。336）确定偏倚的t统计量：偏倚=观测测量平均值-基准值σb=σr（n）1/2t=偏倚/σb•7）计算偏倚的置信区间,置信水平取95%[偏倚±t1-a/2(v)σbd2/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348）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。35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。而后这个零件由领班测量15次。36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直方图0123455.65.75.85.966.16.26.36.4其他数据频率频率偏倚研究数据37偏倚研究—偏倚研究分析n(m)均值X标准偏差σr均值的标准偏差σb测量值156.0067.22514.05813基准值=6.00,α=.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.115310.82.206.0067-1.1185.1319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。38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；39确定线性指南线性按以下指南评价：1）选择g≥5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作者中的一人测量每个零件m≥10次。随机的选择零件以使评价人对测量偏倚的“记忆”最小化。404）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。5）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。41计算偏倚:偏倚=观测平均值–基准值过程变差=6δ线性方程式：y=b+axx=基准y=偏倚4