测量系统分析方法

1范围

本方法适用于各类测量系统的影响测量结果的变异来源及其分布的分析方法。主要包括：分辨力、偏差、线性、稳定性、重复性和再现性、假设试验分析等。分辨力、偏差、线性、稳定性、重复性和再现性的分析方法适用于计量型测量系统的研究，假设试验分析法适用于计数型测量系统的分析，不可重复的测量系统可选用控制图法分析。

2术语

2.1测量系统：

是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。

2.2测量系统分析：

是指检测测量系统以便更好地了解影响测量结果的变异来源及其分布的一种方法。

2.3分辨力

指一测量仪器能够检测并忠实地显示相对于参考值的变化量。

2.4偏差

是指测量结果的观测平均值与基准值的差值。

2.5稳定性（或称飘移）

是指测量系统在某持续时间内测量同一基准或样本的单一特性时获得的测量值总变差。

2.6线性

是指在测量设备预期的工作范围内，偏差值的差值。

2.7重复性

即设备变差：是指由一个评价人，采用同一测量设备，多次测量同一样本的同一特性时获得的测量值变差。

2.8 再现性

即评价人变差：是指由不同的评价人，采用同一测量设备，测量同一样本的同一特性时获得的测量平均值变差。

2.9 计数型测量系统

测量数值为一有限的分类数量的测量系统。

2.10计量型测量系统

能获得一连串数值结果的测量系统。

3 准备工作

3.1 应该事先决定好测量员数量，测量样本的数量及重复测量的次数。

3.2 测量员应该从那些平时经常操作测量设备的人中选出。

3.3 测试的样本必须从流程测量中选出，并代表该流程的控制范围，每个样本应被看作代表产品偏差的整个范围来进行分析的，每个样本将会进行多次测量，为了便于认别每个样本，必须对它们进行编号。

3.4 按照指定的测量程序，确保测量方式正确。

3.5 所有的分析方法都应确保每次读数的统计独立性，为了减少可能得出的错误的结果，应该采取下列步骤：

a) 测量必须是随机进行，以确保在分析研究中任何测出的偏差或改变随机分布。测量员应该不知被测量

的是哪一个样本，以便避免任何已知的可能偏差。但对于进行分析研究的人必须知道被测量样本的号码，并记下相应的测量数据。

b) 在读数时，应当读取最小的读数，如果可能的话，读数应当是设备的最小刻度的一半，如果最小的刻

度是0.001，则进行统计的最小刻度应当在0.0005 之间变动。

c) 每个测量员必须使用相同的程序，包括所有相同的步骤来获取读数。

4 分辨力分析

4.1 如果测量系统的分辨力不足，则不是一个合适的系统来识别过程的变差。

4.2 如果不能检测到过程的变差，则该分辨力用于分析是不可接受的；如果不能检测出特殊原因的变差，用于控制是不可接受的。

4.3从R图可以分析测量系统的分辨力是否足够，判断准则如下：

A、如果极差图中只有3种以下(包括3种)的极差值在控制限值内时，则该分辨力不足。

B、如果极差图只有4种的极差值在控制限值内且超过1/4以上的极差值为0,则该分辨力不足。

C平均值Xbar图中，如有少于一半平均值点落在控制限之外，则该分辨力不足。”

4.4 分辨力分析数据来源于重复性和再现性分析方法所收集的数据。

5 偏差分析

5.1 独立样本法：

a) 选取一样本并确定其相对可追溯标准的基准值,如果没有这样的样本,则选择一个处于产品测量中值的

生产样本作为偏差分析的标准样本。可在实验室里精确测量该样本10 次读数的平均值作为参照真

值,如果需要分析测量范围的低端、高端和中值的标准样本,应分别作分析。

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b）由一个操作员按一般操作测量样本10次。

c）计算10次读数的平均值。

d）判断准则：

如果0落在偏差值附近的1-a置信区间内，则偏差在这a水准上是可接受的（a—般定为5%, 即偏差-人（如』/2）k0W偏差+^b（t v2/2）1,其中.一 - 厂n, n为测量次数。

e）分析评估：

如偏差不可接受，可寻找消除下面的可能原因后重做分析：

1）标准样本或参照真值有误差，检查确立标准样本或参照真值的程序。

2）仪器磨损退化，主要表现在稳定性分析上，应制定维护或重新修理的计划。

3）制造设备尺寸不对。

4）测错特性。

5）仪器未经校准或校准不正确，复查是否校准及校准方法。

6）操作员使用仪器不当，复查操作程序。

7）仪器修正计算不正确。

6线性分析6.1选择5个样本左右，按照流程偏差，其测量覆盖仪器的使用范围，每个测量的样本要有确定的参照真值, 并在仪器的使用范围内。

6.2由一个经常使用该仪器的操作员用该仪器测量每个样本10次左右，随机测量。

6.3计算每个样本的样本平均值，样本平均值减去样本参照值计算出样本偏差值。

6.4 根据公式Y=ax+b(x=^照真值(referenee value) , y=偏差(bias) , a=斜率(slope))。

符合下面准则可接受：当a=0,则t a a 孑丄

-t gm -2,1 -a /2 ；当b=0 ,则

y ：—b' y i — a^X i y

gm -2

6.5如果线性不可接受，则可能是偏差平均值与基准值具有非线性关系，可寻找下述原因:

（a ）

仪器在使用范围的上限和下限没有正确校准。

（b

）

最大或最小值校准设备的误差。

（c

）

仪器有磨损。

（d

）

仪器固有的设计特殊。

7稳定性分析

7.1取得一样件并建立其可追溯到相关标准的参考值。如果没有这样的样本，则选择一个处于产品测量中值的生产样本作为稳定性分析的主样本，对追踪测量系统的稳定性不需要一已知基准值（可能需要分析测量范围的低端、高端及中值，应分开作测量并作控制图）。

7.2定期（如每天或每周）测量主样本3到5次。样本的大小和取样频率应取决于对测量系统的了解，因素包括已执行的次数或修理的次数、测量系统被使用的频率、承受的操作情况怎么样，应在不同的时间进行读数以代表测量系统的实际应用情况，这些还包括预热、环境或其它可能变化的因素。

7.3把数据记录在X & R控制图上。

7.4建立控制限并评估超出点或不稳定情况：（A2, D3及D4可从附表A中查出）

UCL X二X R A LCL X二X - R A?

UCLR 二R D4 LCLR 二R D3

注：为了简化，此处采用X和R作为X和R来计算控制限。

7.5使用控制图时，不能仅仅只看落在控制限之外的点，而且要注意其他特殊的原因引起的信号，如趋势和中心线，这些信号的出现和超出控制限的一个点或多个点都表明超出控制或不稳定。

7.6 R图中的超控状态表明测量系统有不稳定的重复性（可能某些地方松动了，通气管道部分堵塞了，电压变动等）。

7.7 X图中的超控表明测量系统没有较好的测量准确性（偏倚已经改变），需确定变化的原因并修正，如果是磨损的原因，需重新校准。

8重复性与再现性分析

8.1平均值和极差值分析法

8.1.1取样方法

a ）选取包含10个左右样本的样品，这些样本可真正代表流程测量偏差的变动范围。

b ）二到三个测量员分别用A B C表示，将测量样本从1开始编号。

c ）如按常规的测量程序需进行校准，则对此设备进行校准。

d ）使测量员A随机测量此10个样本，并且让他人做记录。测量员B C按同样的测量方法随机测量，测量员不能参看彼此的测量数据，将测量的结果分别记录在1、6、11行中。

e ）重复（c）（d）步骤，随机测量样本，将测量结果记录在2、7、12行中并且每次测量相应编号的样本b - t gm 21 _a/2