测量系统分析与应用

测量系统分析与应用

一、测量系统分析在汽车制造业中的重要性和必要性。

1、判断制造过程是否超出统计控制状态，是否需要调整设备是以高质量的测量数据为基础的。而判断测量数据的质量高低则需要进行测量系统分析（MEASUREMENT SYSTEMS ANALYSIS）。尤其对于汽车零部件生产厂家来说，单纯对量具进行周期检定或定期校准，其结果只能代表该量具在特定条件下的某种“偏倚”状况，而不能完全反映出该量具在生产制造现场可能出现的各种变差问题。也就是说，“检定/校准合格”的量具、仪器未必能够确保产品最终的测量品质，因此，为避免可能存在的潜在零件质量问题及其造成的产品可能被召回的风险，必须对相关的“测量系统”进行分析。所以在QS9000（或ISOTS16949等）汽车业质量体系中，均有针对测量系统分析的强制性要求，测量系统分析手册是五大核心工具之一。

2、在进行质量分析时，我们经常使用统计过程控制（SPC）的方法来分析影响产品质量的偶然因素，然而如果我们所用的测量系统本身也产生很大的误差，则在使用SPC时，偶然因素造成的误差就可能被测量系统的误差所掩盖，而无法及时发现并加以控制。因此，对测量系统进行评价就尤为重要。由美国三大汽车公司（GM、FORD、CHRYSLER）编写的QS9000配套手册《测量系统分析》中，提出了用测量系统分析的方法对测量系统进行评价。

二、测量系统分析的基础知识和基本概念

1、测量：是以确定量值为目的的一组操作，是指赋值给具体事物以

表示它们之间关于特殊特性的关系。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。由此可以看出这不是一个简单的赋值过程，而是应将测量过程看成是一个制造过程，它的产品是数字（数据），它是融于生产中的一道工序。它与其他工序紧密联系，又相互影响，具有承接性，任何一次测量不准确，都会影响到下一道工序的操作，影响到整个过程的质量。

测量过程

输入 输出

2、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。

3、测量系统：是指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。

4、测量系统分析：对各种测量设备的测量结果进行统计研究，以确定其存在的变差，并据以判断该测量系统是否可以接受的一种方法。 测量系统可分为“计数型”及“计量型”测量系统分析两类。测量后能够给出具体的测量数值的为计量型测量系统；只能定性地给出测量结果的为计数型测量系统。

决定

测量过程

测量 分析 测量值

测量结果

操作 人 设备 材料 方法 环境

“计量型”测量系统分析通常包括“稳定性”、“重复性”、“再现性”、“偏倚”及“线性”（五性）的分析、评价。在测量系统分析的实际运作中可同时进行，亦可选项进行，根据具体使用情况确定。

“计数型”测量系统分析通常包括小样法、假设检验分析法（交叉表法）、解析法（大样法）来进行判定。

5、偏倚（BIAS）；是指对相同零件上同一特性的观测平均值与真值（参考值）的差异。

6、稳定性（STABILITY）：是指在经过一段时间内，用相同的测量系统以同一基准或零件的同一特性进行测量所获得的总变差，也就是说，稳定性是整个时间的偏倚变化。

7、线性（LINEARITY）：是指在测量设备预期的工作（测量）量程内，偏倚值的差异。线性可被视为偏倚对于量程大小不同所发生的变化。

8、重复性（REPEATABILITY）：是用一个评价人使用相同的测量仪器对同一零件上的同一特性，进行多次测量所得到的测量变差，通常被称为“评价人内部”的变差，它是设备本身的固有变差或能力。

9、再现性（REPRODUCIBILITY）：是用不同评价人使用相同的测量仪器对同一产品上的同一特性，进行测量所得的平均值的变差。通常被称为“评价人之间”的变差。

10、量具的GRR：量具的GRR结合了重复性和再现性变差的估计值，即GRR值等于系统内部变差和系统之间变差的和。

三、测量系统的统计特性

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相一致，一个能产生理想测量结果的测量系统应该具有零方差、零偏倚和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，具有这样理想统计特性的测量系统几乎不存在，因此我们必须采用具有不太理想的统计特性的测量系统。一个测量系统的质量经常用其多次测量数据的统计特性来确定。它们包括：

a）足够的分辨率

1：10法则，即仪器的分辨率应该把公差或过程变差分为10分或更多。

b）测量系统应该是统计受控的

这意味着在可重复性条件下，测量系统的变差只能是普通原因造成的，而不是特殊原因造成的。

c）对于产品控制，测量系统的变异性必须小于公差，根据特性的公差评价测量系统。

d）对于过程控制，测量系统的变异性应该显示有效的分辨率，并且与制造过程变差相比要小。根据6σ过程变差或来自MSA 研究的总变差评价测量系统。

四、测量系统分析目的。

1、更好地了解测量变差的来源，这些来源可能影响测量系统产生的结果。

2、获得测量系统与环境交互作用时，该测量系统有关测量变差量和类型的信息。

五、进行测量系统分析的基本要求。

1、拟执行分析的量具必须经过计量确认合格，同时其分辨力应至少能直接读取被测特性预期变差的十分之一。

2、评价人：执行测量作业的人员，均应经过必要的量具使用、维护训练，不至于出现因人员操作问题所造成的测量误差。

3、编制测量系统分析计划：在计划中明确所要进行分析的量具、工序、控制参数、评价人、开始日期和预计完成日期等。

4、测量过程为盲测：最大可能地减少评价人在测量过程中的主观影响。

5、测量系统分析总结改进。

六、测量系统分析的评定背景

测量系统分析的评定通常分为两个阶段：

第一阶段，验证测量系统是否满足其设计规范要求。主要有两个目的：A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。B发现哪种环境因素对测量系统有显著影响，如温度、湿度等，以决定其使用的空间及环境。

第二阶段，对变差的主要原因提供持续的监控，从而验证测量系统的持续可信的统计特性。通常“量具GRR”是其中一种重要的判定形