测量系统分析2

测量系统分析（MSA）1、测量（Measurement）包括过程、产品、服务的输入、输出及性能/绩效的定量化信息。以确定实体或系统的量值大小为目标的一整套作业。一、术语及其定义2、Cage——任何用以获得测量结果的装置，特别指基层使用的量具，包括用来测量合格/不合格的装置。——引自QS9000参考手册3、测量系统（MeasurementSystem）用以对被测特性赋值的作业、方法、步骤、量具、设备、软件、人员的集合。为获得测量结果的完整过程。——引自QS9000参考手册测量系统的要素：测量方法测量环境仪器设备被测量对象的特征测量人员计量基准测量系统测量系统的组成：传感器：感受被测物理量/特征量的变化（长度、温度、重量、磁场、均匀性、舒适度等）转换器：物理量/特征量的转换/放大（磁-电、光-电、热-电等）读出：模拟显示、数字显示、磁记录、观测记录等（显示器、记录器、观测人员等）阻尼器：减少测量系统的高频振荡，有助于测量结果的平稳输出（滤波、磨擦、阻抗等）校准：系统验收、周期校验/使用前校验、溯源测量系统的基本要求：数据的真实性系统的稳定性结果的精确性数据的真实性——真值测量误差真值测量误差观测值=真值？系统的稳定性——不同的时间、环境、人员、仪器设备对测量结果影响如何？系统是否处于统计控制状态？测量结果的精确性——反映被测实体/系统微小变化的能力。测量误差与被测量的变化范围（总变差）相比，是否可以接受？4、测量系统的精度与误差类型分辨力（Discrimination）指示装置可以有效辨别所指示的紧密相邻量值能力的定量表示。——ISO10012/1:1992分辨力的要求：1）最小测量单位/容差≤10%（用于计量型合格判定）2）最小测量单位/过程变差≤10%（用于计量型过程控制）影响分辨力的因素：1）传感器的灵敏度2）读出装置的最小显示单位准确度（Accuracy）：表示测量结果（单值或平均值）与真值的接近程度。数量上，准确度可以用相对误差数表示。准确度=基准值-多次测量平均值精密度（Precision）：在相同条件下进行重复测量或试验，其结果相互间的一致程度。表示测定结果中随机误差大小的程度。精密度常用测量的标准差来表示，标准差越大，精密度越低。测量误差：测量误差过程变差真值测量误差测量误差可能导致：不合格产品被接收合格产品被拒收难以识别过程中发生的变化控制图失真，不能提供正确信息随机误差和系统误差：随机误差——突然发生、不可预测、可通过重复测量避免可能源于：环境因素的波动测量位置的不同人员作业的偶然性仪器、设备的重复特性系统误差——不可能通过重复测量避免可能源于：不同的时间不同的环境因素不同的测量方法（程序）人员素质的差异校准错误仪器设备内在偏差测量系统误差的类型（1）偏倚（Bias）：测量值或估计量的分布中心（平均值）与真值（基准值）之差。偏倚属于系统性误差，直接影响测量系统的准确度。基准值偏倚观测的平均值偏倚（2）重复性（Repeatability）相同的测量人员、使用同一设备、在同一次校准期间、同一实验室、采用相同的方法，在较短时间内，对同一另件的同一特性测量的结果，其相互接近的程度。——ISO5725-1重复性同一测量人员同一量具同一另件的同一特性（3）再现性（Reproducibility）不同的测量人员、使用不同设备、在不同实验室、在不同时间，采用相同的方法对同一另件的同一特性测量的结果，其相互接近的程度。——ISO5725-1再现性不同的测量人员不同/相同一量具相同另件的同一特性重复性与再现性（GageRepeatability&Reproducibility）：——对测量系统随机误差的综合评定。目前已成为测量系统分析的主要指标。（4）稳定性Stability时间2稳定性时间1测量系统在某持续时间内测量单一零件单一特性时，测量值的总变差。（5）线性Linearity量具在预期工作范围内，偏倚值的差值。（6）线性度%Linearity在预期工作范围内线性误差的变化率。偏倚较小基准值偏倚较小基准值观测的平均值观测的平均值范围的较低部分范围的较商部分观测的平均值无偏倚基准值线性系统性误差：偏倚、线性、稳定性随机性误差：重复性、再现性、GR&R二、计量型测量系统误差的估计：1、确定偏倚Bias选定基准值x0重复测量并记录（x1、x2……x10）观测平均值偏倚量偏倚百分比：偏倚量/过程变差×100%0xx10Xxi产生偏倚的原因：校准环境不符合规定的要求不合理地延长了校准的周期测量人员变动、测量程序未形成文件测量时间规定不严、条件变动疏忽与失误常见的疏忽与失误：测量前仪器/量具未校零忽略了多次测量取平均值的要求测量位置不正确缺乏维护保养的支持系统：未识别不合要求的测量/试验程序，对被失准的量具测量的产品未进行识别、隔离和重新评价。偏倚可能来源于测量人员、设备、程序及实验室环境等要素的变动。注意2、GR&R的研究方法(1)小样法ShortMethod(2)大样法LongMethod(3)图法GraphicalAnalysisGR&R研究中的主要因素：在同一实验室中的测量条件因素相同不同时间同一时间测量在不同时间测量校准各次测量之间未再校准各次测量之间重新校准测量人员同一测量人不同测量人员设备同一设备、同次校准不同设备应根据测量系统不同的实际使用情况，确定GR&R研究相应的测量条件。GR&R研究的准备：1.确定（方法、人员、被测另件数、重复测量次数）。2.被测另件应为生产线上的产品，变差范围能代表允差范围，最好由不同日期的产品中每天选一件，并予以编号标识。3.由日常从事该测量活动的人员进行并事先进行培训。测量注意事项：盲测——随机抽取估读——最小刻度的1/2记录——防止混淆（1）小样法实例另件号人员A人员B极差R14222341367145725981总极差7计算平均极差=总极差/另件数=1.4量具综合误差（GRR）=（）×4.33=6.1注：4.33=5.15/d2*d2*—查表1容差百分率（设容差为20）%GR&R=GR&R/容差=6.1/20×100=30.5%RR（2）大样法实例至少2名测量人员，至少10个另件，每人对每个另件至少重复测2遍。步骤：10个零件逐一编号量具校准人员A对零件进行测量（随机顺序）记录员记录读数。人员B、C对零件进行测量（随机顺序）记录员记录读数。上述循环重复3遍，测量顺序打乱。（a）确定重复性Repeatability选取样件（n）和评价人（r）确定测量次数（m）重复测量并记录（xijk）i=1,…,rj=1,…,nk=1,…,m重复性计算：子组极差：平均极差：标准差：σe=/d2*d2*—查表1重复性变差：5.15σe（概率99%）}x,...,xmin{}x,...,xmax{Rijm1ijijm1ijijr1in1jijRnr1RR（b）确定再现性Reproducibility选取样件（n）和评价人（r）确定测量次数（m）重复测量并记录（xijk）i=1,…,rj=1,…,nk=1,…,m计算：i=1,…,r再现性变差：5.150/d2*（概率99%）n1jm1kijkixnm1xR}x,...xmin{}x,...,xmax{RRr1r100校正后的再现性：02e22015.5nm)15.5()dR15.5(评价人标准差:测量系统标准偏差：σm=σe2+σ02(c)测量系统(重复性与再现性)变差：GR&R=5.15σm(概率99%)*200dR判断测量系统可否接受的量度：容差百分率过程变差百分率%GR&R容差百分率：GR&R/容差×100%计算公式:5.15××100%容差m过程变差百分率：GR&R/TV×100%或×100%其中：σt：总过程标准偏差TV：总过程变差TV=5.15σt在MINITAB统计工具软件处理结果中以（%SV）表示。tm测量系统可接受条件：容差百分率≤10%过程变差百分率≤10%拒绝条件：容差百分率30%或:过程变差百分率30%有条件接受：10%≤30%需考虑：被测特性的重要程度测量系统的复杂程度成本因素过程变差百分率或容差百分率两种方法比较小样法：简单、快捷、综合反映测量系统重复性与再现性（GR&R）误差大样法：数据量大、更具可信性、可区分重复性与再现性误差（GR&R）的比重，有助于寻找原因，制订改进措施。经验分析：当重复性误差比重较大时，可能表明：测量设备需要保养测量设备刚性不足测量过程中零件的定位方式有待改进零件内变差影响过大当再现性误差比重较大时，可能表明：需对测量人员进行操作培训应更明确规定校准测量的方法和要求(3)图法:均值/链图(Average/RunChart)极差图(RangeChart)振荡图(WhiskersChart)均值-基准值图(PlotofAveragesbySize)归一化单值图(NormalizedIndividualsChart)3、确定线性Linearity其中：y—测量系统偏倚量x—测量范围内的基准值变量以后记xˆˆy1010ˆb,ˆa基准值偏倚值（观测值-基准值）线性度（%linearity）线性误差（linearity）α平均偏倚值选择基准零件xj(j=1,2,…n),评价人r=1确定测量次数（m）重复测量并记录xiji=1,2,…m,j=1,2,…n分析步骤：一元线性回归按照回归方程计算（见例题）应用MINITAB统计工具软件：主模块：功能模块：工具模块：statQualityToolsCagelinearitystudy判定偏倚与基准值之间是否存在线性关系：相关系数r2(拟合优度）当r2=1，y与x完全线性相关r=0，y与x线性无关判断测量系统能否接受：线性、线性度、平均偏倚值≤规定要求线性误差较大的原因：量具未在全量程，尤其是大、小两端正确校准最小或最大的基准有误量具磨损量具本身设计不合理4、确定稳定性Stability选择基准样本（基准件/中程数零件）确定测量间隔/频率（天、周）排除其它影响因素的变化重复测量、记录并作控制图(&R或&S)判定测量系统的稳定状态(受控/失控)xx三、计数型测量系统分析:(1)小样法ShortMethod(2)大样法LongMethod(3)重复性与再现性GR&R（1）小样法研究确定基准零件（n=20）确定评价人r确定重复测量次数m=2判定准则：所有测量结果一致——接受否则——不接受（2）大样法研究量具特性曲线的概念（GPC）确定基准零件（n=8，逐步筛选）确定测量次数m=20当0.5a≠0记录通过概率Pa=当0.5a≠200.5当=0.5m5.0am5.0amamama描绘特性曲线GPC正态概率纸最佳拟合直线计算偏倚B=xT（Pa’=0.5处）–名义限值计算重复性其中：1.08—调整因子08.1)005.0'Pa(x)995.0'Pa(xRTT处处显著性判定：t≤t0重复性偏倚3.31t（3）计数型测量系统R&R研究设计试验：30个零件事先经权威判断作出结论选择3个检验员，每人对每个零件检查2次（顺序打乱）并给出接收/据收判断结果计算：3人判断结果的一致率（R&R）3人判断结果一致且正确率（总体有效性）四、测量工具、量具和仪器的选择Measurementsystemperformance测量系统的性能——能否实现产品与过程控制的要求、有关标准的规定Measurementtoolmaintenance测量工具的维护——必要的培训和技术支持Measurementdiscrimination测量分辨率——能否区分出合格/不合格Measurementenvironment测量环境——高精度的仪器应规定严格的使用环境五、计量与校准1、计量（Metrology）是一门精密测量的学科。是检验质量和全面质量管理的关