MSA测量系统培训教材

29 October 2019
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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。
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测量系统的统计特性
计量型测量系统的分析方法 1）偏倚 2）稳定性 3）线性 4）重复性和再现性（R&R
） 计数型测量系统的分析方法
1）小样法 2）大样法
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人 测机 量法 的环 测重量要性
合格
原料
PROCESS
测量 结果
测量
不合格
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。
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稳定性 Stability
稳定性 Stability：对同一零件的测量值在不 同时间上的漂移。
偏倚
时间
偏倚
基准值
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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。
的变差
的变差
互作用变差
过程长期的 过程短期的
变差
变差
月复一月，土 即使一个藤上
豆在发生着变 的土豆的重量
异
也是不一样的
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重复性
校准
稳定性
线性
同一个人用 称对公称的差 随着岁月流逝， 称一斤准，称
同一个秤对 异
秤还称得准吗？ 五斤准吗？
同一个土豆
称重的差异
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计量型数据测量系统的分析
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
稳定性
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。
σb= σr/ n
t=偏倚/σb
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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。
偏倚- ［ d2 σb /d2*(tr,1-a/2］ ≤0≤偏倚- ［ d2 σb /d2*(tr,1-a/2］
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。
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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。
结果分析—数据法
4）计算n个读数的均值。X= Σ(X1+X2+\\\+Xn)/n
软件以及操作人员的集合。
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测量系统的概念
所有对正确反映所测量的对象特性有影响的因素都属 于测量系统一部分
方法/程序
时间
人 软件 量具
环境
夹具
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测量 系统
测量系统的组成
人
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
保证所用统计分析方法及判定准则的一致性。
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测量的概念
基本术语
测量：赋值(或数)给具体的事物,以表示它们之间在某一特性上
的关系.
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、
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 。
0.0 0.1 0.0 0.1 0.4 0.3 0.0 0.1 0.2 -0.4 0.0
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再现(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
操作者B
再現性
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一个好的测量系统的特性
测量正确的特性 准确性 精确性
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确定偏倚----作图法
偏倚 Bias
样本 测量值 1 5.8 2 5.7 3 5.9 4 5.9 5 6.0 6 6.1 7 6.0 8 6.1 9 6.4
10 6.3 11 6.0 12 6.1 13 6.2 14 5.6 15 6.0
基准=6.0
偏倚 -0.2 -0.3 -0.1 -0.1
互作用变差
过程长期的 过程短期的
变差
变差
重复性
校准
稳定性
线性
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数据变差的来源
称菜的过程
测量到的过程变差
没有两个土豆 过程实际的 的重量是一样 变差
的
不同的人用 同一个秤对 同一个土豆 称重的差异
测量的变差
为什么卖家 和买家秤的 结果会不同？
样本间的变 差
测量人自身 量具的变差 测量人之间 人与零件交
因此，要保证测量结果的准确性和可信度。
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测量误差
Y = x +εHale Waihona Puke Baidu

測量值 = 真值(True Value)+測量誤差
戴明說沒有真 值的存在
一致
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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。
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。
环
工作的环境
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测量系统分析
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数据变差的来源
一个典型的过程
输入
过程
零件 输出
输入
测量过程 Process
输出
测量到的过程变差
• 测量值 • •
过程实际的 变差
样本间的变 差
测量的变差
测量人自身 量具的变差 测量人之间 人与零件交
的变差
的变差
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。
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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 。
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
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。
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稳定性 Stability
分析均值-极差控制图，并可由此制定校准周期 。评估稳定性， 必需考虑磨损、腐蚀、温度波动等因素的影响。
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。
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计量型测量系统研究 -指南
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测量系统分析
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概要
测量系统分析的意义和目的；
测量系统分析的定义：
测量系统、量具、测量、测量 过程；
测量系统分析的基础知识：
1）、测量系统的统计特性： 偏倚、重复性、再现性、稳定 性、线性、分辨力
2）、理想的测量系统 3）、测量系统的共同特性 4）、测量系统的评定步骤和 准备
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
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基准值 偏倚
偏倚(Bias)：
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。
观测平均值
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准确性： 偏倚 稳定性 线性
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如何保证准确性
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精确性： 重复性 再现性
如何保证精确性
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测量系统的分析
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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5）计算可重复性标准偏差（参考量具研究，极差 法， 如下）：
重复性σ （标准偏差）=（最大值-最小值）/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。
确定偏倚的t统计量：
偏倚=观测测量平均值-基准值
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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。
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T
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稳定性(Stability)：
稳定性 时间2
稳定性：是测量系统在某
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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
量程
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线性(Linearity)：
观测的平均值
有偏倚 无偏倚
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基准值
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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。
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”。
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。
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位置和宽度
标准值
位置
位置
寬度
寬度
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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；
评估稳定性非常重要，因为大多数测量系统都是长期使用的 如果意识不到稳定性的存在，会导致以为过程发生了浮动，从
而对过程进行错误的调整。
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偏倚 Bias
偏倚 是测量值与真值之间的差异。
测量值
偏倚
测量值
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真值
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确定偏倚指南—独立样本法