测量系统分析MSAGRR

有偏倚 无偏倚
基准值 19
测量系统的分析
测量系统的变差类型：
偏倚、重复性、再现性、稳定性、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。
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位置和宽度
标准值
位置
位置
寬度 21
寬度
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。
3）将数据按时间顺序画在Xbar&R或Xbar&S控制图上。
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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。
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术语
测量：赋值给具体事物以表示他们之间的关系。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，包括用来测量合格／不合格的装置。
测量系统： 用来对被测量特性赋值的操作、程序、量具、 设备、软件以及操作人员的集合。
10
测量系统的组成
测量 系统
人
22
IDEAL MEASUREMENT SYSTEM
真值
真值
23
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；
2）、理想的测量系统 3）、测量系统的共同特性
计数型测量系统的分析方法 1）小样法 2）大样法
4）、测量系统的评定步骤和准备
2
测量的重要性
人 机 法 环 测量
测量 原料
PROCESS
测量 结果
合格
不合格
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。
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举例-偏倚 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。测量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。
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表2:偏倚研究数据
性) Differences among methods of use (使用不同的方法所造成差异) Differences due to environment (不同环境所造成的差异)
5
测量的变异说明
6
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，会带来测量误差。
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；
40
确定线性指南
进行研究 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。
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。 满足QS9000、ISO/TS16949标准的要求：
ISO/TS16949:2002标准7.6.1规定：为分析出现在各 种测量和试验设备系统测量结果的变差，必须进行适当的统 计研究。此要求必须适用于在控制计划中提及的测量系统。 这些分析方法以及接收准则的使用必须符合顾客的测量系统 分析参考手册。采用其他的分析方法和接受准则必须获得顾 客的批准。
可能需要具备预期测量值的最低值、最高值及中程数的标 31 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。 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。
4
3
Frequency
2
1
0
5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4
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测C量1 值
表3：偏倚研究—偏倚研究分析
测量值
n(m) 15
均值 X 6.0067
标准偏差 σr
.22514
均值的标准偏 差σb
.05813
基准值= 6.00, α=.05,g=1, d2*=3.35
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。
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。

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计量型测量系统研究 -指南
26
确定稳定性的指南
进行研究
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。
结果分析—数据法 4）计算n个读数的均值。
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5）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差法， 如下）：
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。
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6）确定偏倚的t统计量： 偏倚=观测测量平均值-基准值
汽车行业质量体系 系列培训教材
测量系统分析
1
课程大纲：
测量系统分析的意义和目的；
计量型测量系统的分析方法
测量系统分析的定义：
1）偏倚
测量系统、量具、测量、测量过程；
2）稳定性
测量系统分析的基础知识：
3）线性
1）、测量系统的统计特性：偏倚、
4）重复性和再现性（R&R）
重复性、再现性、稳定性、线性、 分辨力
基准值=6.0
偏倚
1
5.8
-0.2
2
5.7
-0.3
3
5.9
-0.1
4
5.9
-0.1
5
6.0
0.0
6
6.1
0.1
7
6.0
0.0
8
6.1
0.1
9
6.4
0.4
10
6.3
0.3
11
6.0
0.0
12
6.1
0.1
13
6.2
0.2
14
5.6
-0.4
15
6.0
0.0
37
用电子表格和统计软件，可获得直方图和数据分析（见图 10和表3）。
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。
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举例—稳定性 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4周（20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。
12
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。
10
30
T
13
偏倚(Bias)：
基准值 偏倚
观测平均值 14
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。
操作人员
机
量具/测量设备/工装
料
被测的材料/样品/特性
法
操作方法、操作程序
环
工作的环境
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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(ability to tell things apart) ; Bias 偏倚; Repeatability 重复性; Reproducibility再现性 ; Linearity 线性 ; Stability 稳定性 。
重复性(Repeatability)
重复性
重复性是由一个评价人，采用 一种测量仪器，多次测量同一 零件的同一特性时获得的测量
值变差。
15
再现性(Reproducibility)：
操作者C
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。
操作者A
再現性 16
因此，要保证测量结果的准确性和可信度。
3
测量误差
Y = x +ε

測量值 = 真值(True Value)+測量誤差
戴明說沒有真 值的存在
一致
4
测量误差的来源：
Discrimination 分辨能力 Precision 精密度 (Repeatability 重复性) Accuracy 准确度 (Bias偏差) Damage 损坏 Differences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间的差异) Difference in use by inspector 不同使用人员的差异(Reproducibility再现
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稳定性的均值-极差图
30
确定偏倚指南—独立样本法 偏倚
进行研究
测量系统 的平均值
基准值
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”。
测量系统统计特性可能随被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。
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测量系统的评定
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。
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测量系统分析的目的
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），了解变差的来源。 从而确定一个测量系统的质量，并且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。
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测量系统的基本知识和概念
术语 测量系统及其统计特性
分辨力、稳定性、偏倚 、重复性、再现性、线性 理想的测量系统 测量系统的共同特性 测量系统的评定步骤和准备
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7）如果0落在围绕偏倚值1-α置信区间以内，偏倚在α 水平是可接受的。
这里d2，d2*和v可以在可以从附录C中查到，g=1,m=n， 在标准t中可查到。
所取的α 水平依赖于敏感度水平，而敏感度水平被用来 评价/控制该（生产）过程的并且与产品/（生产）过程 的损失函数（敏感度曲线）有关。如果α 水平不是用默 认值.05（95﹪置信度）则必须得到顾客的同意。
t
df
统计量
显著t值 (2尾)
偏倚
测量值 .1153
10.8 2.206
.0067
95﹪偏倚置信区间
低值
高值
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： 标准或基准值误差；
操作者B
稳定性(Stability)：
稳定性 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。
时间1
17
线性(Linearity)：
线性是在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值
基准值
基准值
观测平均值 18
量程
线性(Linearity)：
观测的平均值