测量系统分析(全集)14853.docx

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1、 MSA讲义测量系统分析（MMSA）目录通用测量系统指指南- 引言、目的的和术语- 测量系统的的统计特性评价测量系统的的程序- 测量系统统变差的类型型：偏倚、重重复性、再现现性、稳定性性和线性- 测量系统统的分析- 测量系统统研究的准备备- 计量型测测量系统分析析：1. 稳定性分析方法法2. 重复性和再现性性分析方法3. 线性分析析方法- 量具特性曲曲线- 计数型量具具研究Measureement Systeem Anaalysiss MSSA测量系统分析测量系统的特性性 测量：- 通过把零件与已已定的标准进进行比较，确确定出该零件件有多少单位位的过程。- 有数值与标准测测量单位- 是测量过程

2、的结结果测量数据的质量量 基准值- 确定比较的基准准- 对于理解“测量量的准确性”很重要- 可以在实验条件件下，使用更更准确的仪器器以建立准确确的测量来获获得测量数据的质量量 高质量- 对于某特性，测测量接近基准准值 低质量- 对于某特性，测测量远离基准准值使用统计方法进行准确测量 过程 过过程的声音 人 产品或服务我们工作的方法/资源配合 装装置 材材料 方方法 环环境确定改进的机会 输输入 过过程/系统过过程模式质量循环中的测测量系统 管理者责任4.1测量4.10实 施改 善质量策划4.2客户的特殊要求4.3测量系统必须具具有的性能 测量系统必须处处于统计控制制中 测量系统的变差差小于制造

3、过过程的变差 测量系统的变差差小于规定极极限或允许的的公差 测量变差小于过过程变差或公公差带中较小小者 测量最大(最坏坏)变差小于于过程变差或或公差带中较较小者定义 量具- 用来获取测量的的任何设备 测量系统- 用来给被测测特性赋值的的操作、程序序、量具及其其他设备、软软件和操作人人员的集合 公差- 零件特性允许的的变差 受控 - 变变差在过程中中表现稳定且且可预测 不受控- 所有特殊原因的的变差都不能能消除- 有点超出控制图图的控制限，或或点在控制限限内呈非随机机分布形状 受控过程+1=68%+2=95%+3=99.7%定义 分辨率- 测量设备能将测测量的标准件件分细的程序序- 测量设备所能

4、指指示的最小的的刻度 分辨能力- 测量设备检检测被测参数数的变差的能能力测量系统的变差差类型 重复性- 一个操作者，用用一种量具，对对同样零件的同同一特性进行行多次测量，所所获得的测量量值的变差。 再现性- 不同的操作者，用用同样的量具具，对同样零件件的同一特性性进行测量，所所获得的测量量平均值的变变差。 偏倚- 所见测量结结果的平均值值与基准值之差。 线性- 量具在预期工作作范围内，偏偏移值的差值值。 稳定性- 测量系统在某延延续时间内测测量相同零件件的单个特性性所得测量总总变差。 分布能由以下特特性进行描绘绘：位置 偏倚倚、线性、稳稳定性宽度或范围重重复性、再现现性重复性基准值 观测平均值

5、值图1 偏倚倚 图图2 重重复性 稳稳定性操作者B时间2操作者C时间1操作者A 再现性性 图3 再现性 图 44 稳定性性线 性 线性是在在量具预期的的工作范围内内，偏倚值的的差值。 基准值 基准值 偏倚较小 观测的平均值 观测的平均值 范围的较低部分 范围的较高部分 图 5 a 线 性 观测的平均值 无偏倚 基准值 图5b 线性（变化的线性偏倚）有偏倚线性（变化的线线性偏倚）评价方法 可变量具（利用用量具的重复复性与再现性性报告进行长长期研究的方方法） 量具R&R可接受的的指导原则:- 30%：需需要改进，尽尽一切努力确确定问题所在在并将之改正正。 可变量具研究（图图形方法）- 误差图- 极

6、差图- 均值 / 键图图- 归一化的单值图图- 振荡图- X Y均值值 基准图- X Y比较较图- 散点图 极差法：只提供供整个测量系系统的总体情情形； 均值极差法（XX&R）：允允许将测量系系统分解成重重复性和再现现性而不是它它们的交互作作用； ANOVA法：能用来确定定这种量具与与评价人员之之间的交互作作用。极差图可帮助确确定：. 关于重复性性的统计控制制；. 评价人对每每个零件测量量过程的一致致性。 极差UCLR 55 44 33 .RCLR 22 . . . . . . . . . . . . . 11 00 。 A B CC A B C A BB C A B C A BB C 评评价

7、人1 2 3 4 5 零件 图13a11 极差图 极差UCLR 55 44 33 .R 22 . . . . . . . . . . . . . 11 00 。1 2 33 4 5 1 2 3 4 55 1 2 3 4 55 零件A B CC 评价人人图13a2 极极差图误差图（图133b）测量系统的数据据分析可采用用根据已接受受的基准值得得到的单值偏偏差的“误差图”来进行。每每个零件的单单值偏差或误误差计算取决决于是否可得得到被测数据据的基准值来来选择如下二二公式之一： 误差差 = 观测测值 基准值 或 误差 = 观测值值 零件平均均测量值在任何其它统计计分析之前应应系统地分离离明显原因造造

8、成的系统偏偏差。从画出出的数据分析析中可以得出出多个有用解解释。例如，从从图13b中中可以看出一一些现象：1）评价人B的的第二个读数数有规律地高高于其第一个个读数；2）评价人B的的平均值高于于其他评价人人的测量平均均值；3）10号零件件很难测量一一致我们应确确定其原因。 零件件1 零件22 零件33 零件44 零件55 20 B误差 10 C B CC C B-B BB B C B B A A C 0 A A A C AA B C C C A BB C A A AA -10 -20 零件6 零件7 零件8 零件9 零件10 20误差 B 100 B B BB C BB B BB A 00 A

9、A B C A C C A A A B B A A C CC CC C A -100 C -200 CC 图13b 误误差图偏 倚为了在过程范围围内指定的位位置确定测量量系统的偏倚倚，得到一个个零件可接受受的基准值是是必要的。通通常可在工具具室或全尺寸寸检验设备上上完成。基准准值从这些读读数中获得，然然后这些读数数要与量具RRR研究中中的评价人的的观察平均值值(定为XAA,XB,XC) 进行比比较。如果不可能按这这种方法对所所有样件进行行测量，可采采用下列替代代的方法：1）在工具室或或全尺寸检验验设备上对一一个基准件进进行精密测量量；2）让一位评价价人用正被评评价的量具测测量同一零件件至少10

10、次次；3）计算读数的的平均值。基基准值与平均均值之间的差差值表示测量量系统的偏倚倚（见线性一一节）。如果需要一个指指数，把偏倚倚乘以1000再除以过程程变差（或公公差），就把把偏倚转化为为过程变差（公公差）的百分分比。如果偏倚相对比比较大，查看看这些可能的的原因：1）基准的误差差；2）磨损的零件件；3）制造的仪器器尺寸不对；4）仪器测量了了错误的特性性；5）仪器校准不不当；6）评价人员使使用仪器不当当。偏倚示例偏倚由基准值与与测量观测平平均值之间的的差值确定。为为此，一位评评价人对一个个样件测量110次。100次测量值如如下所示。由由全尺寸检验验设备确定的的基准值为00.80mmm,该零件的的

11、过程变差为为0.70mmm.。X1 = 0.75 X6 = 0.880X2 = 0.75 X7 = 0.775X3 = 0.80 X8 = 0.775X4 = 0.80 X9 = 0.775X5 = 0.65 X100 = 0.70观测平均值为测测量结果总和和除以10=0.75=X = X 7.5 110 110 如图9所示，偏偏倚是基准与与观察平均值值间的差值. 基准值 00.80 X = 0.75 图9 偏倚示例例偏倚 = 观察察平均值 基准值偏倚 = 0.75 0.800 = - 0.05偏倚占过程变差差的百分比计计算如下:偏倚% = 1100| 偏倚|/过过程变差偏倚% = 11000

12、.05/0.70 = 7.1%偏倚占公差百分分比采用同样样方法计算，式式中用公差代代替过程变差差。因此,在量具RR&R研究中中使用的厚度度仪的偏倚为为-0.055mm。这意意味着测量观观测值平均比比值小 0.05mm,是过程变差差的7.1%。重复性测量过程的重复复性意味着系系统自身的变变异是一致的的。由于仪器自身身以及零件在仪器中中位置变化导导致的测量变变差是重复性性误差的两个个一般原因。由由于子组重复复测量的极差差代表了这两两种变差，极极差图将显示示测量过程的的一致性。如如果极差图失失控，通常测测量过程的一一致性有问题题。应调查识识别为失控的的点的不一致致性原因加以以纠正。唯一一的例外是前前

13、面讨论过的的当测量系统统分辨力不足足时出现的情情况。如果极差图受控控，则仪器及及测量过程在在研究期间是是一致的。重重复性标准偏偏差或仪器变变差（e）的估计为为R / dd2 ,式中R为为重复测量的的平均极差.仪器变差或或重复性(假假定为两次重重复测量,评评价人数乘以以零件数量大大于15)将将为 5.115R/d22或4.655R, 代表表正态分布测测量结果为999%。d22 #等于1.128，可可从表2中查查出。重复性示例从生产过程选取取5年样品。选选择两名经常常进行该测量量的评价人参参与研究。每每一位评价人人对每个零件件测量三次，测测量结果记录录在数据表格格上（见表11）。评价人1 评价人2

14、2零件 1 2 3 4 55 1 2 3 4 55试验 1 217 2200 2117 2214 216 2216 216 2116 2216 220 2 216 2166 2116 2212 219 2219 216 2115 2212 220 3 216 2188 2116 2212 220 2220 220 2116 2212 220均值 2116.3 218.00 2166.3 2212.7 218.3 2116.3 218.33 2177.3 2215.7 213.3 2220.0 216.99极差 11.0 4.0 1.0 2.0 4.00 4.0 4.0 1.0 4.0 0.0表

15、1 数据表通过计算每个子子组的均值( X )及及极差（R）来来分析数据。极极差值标绘在在极差控制图图上（见图110）并计算算平均极差（RR）。根据试试验次数（33）得出的DD3及 D44因子（见表表3）用来计计算极差图的的控制限值。画画出控制限值值来确定所有有数值是否受受控。如同这这里显示的如如果所有极差差都受控，则则所有评价人人看起来“相同”。如果一名名评价人失控控，那么他的的方法与其他他人的不同。如如果所有评价价人都有一些些失控的极差差，则测量系系统对评价人人的技术是敏敏感的，需要要改进以获得得有用数据。 重复性性极差控制图图2名评价人3次次试验5个零零件 评价人1 评评价2 6.4 .

16、. . . 2.5 . . . . 00.0 . 1 2 3 4 5 11 2 3 4 5 极差差受控一测量量过程是一致致的R = 25/10 = 2.5R图控制限 DD3 = 0.000 D4 = 2.575(见见表 3)UCLR = R D4 =2.55 2.5775 = 66.4LCLR = R D3 = 0.0000重复性或量具变变差的估计:= = 1.45e = R 22.5 d2 1.72式中d2# 从从表2中查得得,它是依赖赖于试验次数数(m = 3)及零件件数量乘以评评价人数量(g = 55 2 = 10)。本次研究得出的的重复性计算算为5.155e= 5.115 1.455

17、=7.55 ,式中55.15代表表正态分布的的99%测量量结果。 m 2 3 4 55 6 7 8 9 110 11 12 113 14 1512345678g9101112131415151.41 11.91 2.24 2.448 22.67 2.83 2.996 3.08 3.18 3.227 33.35 3.422 3.49 3.551.28 11.81 2.15 2.440 22.60 2.77 2.991 3.02 3.13 3.222 33.30 3.388 3.45 3.511.23 11.77 2.12 2.338 22.58 2.75 2.889 3.01 3.11 3.22

18、1 33.29 3.377 3.43 3.501.21 11.75 2.11 2.337 22.57 2.74 2.888 3.00 3.10 3.220 33.28 3.366 3.43 3.491.19 11.74 2.10 2.336 22.56 2.73 2.887 2.99 3.10 3.119 33.28 3.355 3.42 3.491.18 11.73 2.09 2.335 22.56 2.73 2.887 2.99 3.10 3.119 33.27 3.355 3.42 3.481.17 11.73 2.09 2.335 22.55 2.72 2.887 2.98 3.09

19、3.119 33.27 3.355 3.42 3.481.17 11.72 2.08 2.335 22.55 2.72 2.887 2.98 3.09 3.119 33.27 3.355 3.42 3.481.16 11.72 2.08 2.334 22.55 2.72 2.886 2.98 3.09 3.118 33.27 3.355 3.42 3.481.16 11.72 2.08 2.334 22.55 2.72 2.886 2.98 3.09 3.118 33.27 3.344 3.42 3.481.16 11.71 2.08 2.334 22.55 2.72 2.886 2.98 3

20、.09 3.118 33.27 3.344 3.41 3.481.15 11.71 2.07 2.334 22.55 2.72 2.885 2.98 3.09 3.118 33.27 3.344 3.41 3.481.15 11.71 2.07 2.334 22.55 2.71 2.885 2.98 3.09 3.118 33.27 3.344 3.41 3.481.15 11.71 2.07 2.334 22.54 2.71 2.885 2.98 3.08 3.118 33.27 3.344 3.41 3.481.15 11.71 2.07 2.334 22.54 2.71 2.885 2.

21、98 3.08 3.118 33.26 3.344 3.41 3.481.128 2.059 2.5534 2.8477 3.0078 3.2558 33.407 1.6693 2.3266 2.704 2.9077 33.173 3.3336 3.4772 g：对重复复性，为零件件数x评价人人数对现性，为为极差数（=1）表2 平均极极差分布的dd2值(d2# 值 g 15)的子组内观察次数A2 DD3 D42 34567891011121314151.880 0 3.22671.023 0 2.55750.729 0 2.22820.577 0 2.11150.483 0 2.00040.4

22、19 0.0076 1.9240.373 0.1136 1.8640.337 0.1184 1.8160.308 0.2223 1.7770.285 0.2256 1.7440.266 0.2284 1.7160.249 0.3308 1.6920.235 0.3329 1.6710.223 0.3348 1.652表3 控制制图常数再现性测量过程的再现现性表明评价价人的变异性性是一致的。考考虑评价人变变异性的一种种方法是认为为变异性是一一致的。考虑虑评价人变异异性的一种方方法是认为变变异性代表每每位评价人造造成的递增偏偏倚。如果这这种偏倚或评评价人的变异异性真正存在在，每位评价价人的所有平平

23、均值将会不不同，这可以以通过比较评评价人对每个个零件的平均均值，在均值值控制图上看看出。评价人的变异性性或再现性可可通过每一评评价人所有平平均值，然后后从评价人最最大平均值减减去最小的得得到极差（RR0）来估计。再再现性的标准准偏差（0）估计为RR0/d2。再现性（假假定2名评价价人）为5.15 R00/d2或3.655R。代表正正态分布测量量结果的999%.d2 #等于1.41(见表表2).再现性示例根据表1所示数数据，通过平平均每位评价价人获得的所所有样品值来来计算各位评评价人平均值值，确定评价价人平均值的的极差（R00）由最大减减去最小值得得出。 RR0 = 2116.9 216.3 =

24、 00.6估计的评价人标标准偏差 。= R0/ d2 # = 00.6/1.41 = 0.4式中d2 #从从表2查出，它它取决于评价价人的人数（mm = 2）和和g，这里gg为1，因为为只有1个极极差计算。 再现性5.15。= 5.15R0/ d2 # = 2.22由于量具变差影影响了该估计计值,必须通通过减去重复复性部分来校校正.校正过的再现性 =5.15 R (5.115e)2 d2 nr = 2.2 2 - 7.522 53 = 1.0式中：n = 零件数量，rr = 试验验次数校正的评价人标标准偏差 。 = 11.0 /55.15 =0.19线 性测量仪器的工作作范围内选择择一些零件可

25、可确定线性.这些被选零零件的偏倚由由基准值与测测量观察平均均值之间的差差值确定.最最佳拟合偏倚倚平均值与基基准值的直线线的斜率乘以以零件的过程程变差(或公公差)是代表表量具线性的的指数。为把把量具线性转转换成过程变变差（或公差差）的百分率率，可将线性性乘以1000然后除以过过程变差（或或公差）。至至于稳定性，建建议分析技术术可采用图形形，即带最佳佳拟合直线的的散点图。正如在偏倚研究究中一样，零零件的基准值值可由工具室室或全尺寸检检验设备确定定。在操作范范围内选取的的那些零件由由一个或多个个评价人测量量，确定每一一零件的观察察平均值，基基准值与观察察平均值之间间的差值为偏偏倚，要确定定各个被选零

26、零件的偏倚。线线性图就是在在整个工作范范围内的这些些偏倚与基准准值之间描绘绘的。如果线线性图显示可可用一根直线线表示这些标标绘点，则偏偏倚与基准值值之间的最佳佳线性回归直直线表示这两两上参数之间间的线性。线线性回归直线线的拟合优度度（R2）确定偏倚倚与基准值是是否有良好的的线性关系。系系统的线性及及线性百分率率由回归线斜斜率及零件过过程变差（或或公差）计算算得出。如果果回归线有很很好的线性拟拟合那么可以以评价线性幅幅度及线度百百分率来确定定线性是否是是可接受的。如如果回归线没没有很好的线线性拟合，那那么可能偏倚倚平均值与基基准值有非线线性关系。这这需要进一步步分析以判定定测量系统的的线性是否可

27、可接受。如果测量系统为为非线性，查查找这些可能能原因：1）在工作范围围上限和下限限内仪器没有有正确校准；2）最小或最大大值校准量具具的误差；3）磨损的仪器器；4）仪器固有的的设计特性。线性示例 某工厂领领班对确定某某测量系统的的线性兴趣。基基于该过程变变差，在测量量系统工作范范围内选定五五个零件。通通过全尺寸检检验设备测量量每个零件以以确定它们的的基准值。然然后一位评价价人对每个零零件测量122次。零件随随机抽取，每每个零件平均均值与偏倚值值的计算如表表5所示。零零件偏倚由零零件平均值减减去零件基准准值计算得出出。零件 1 2 3 4 5基准值 2.00 4.00 6.00 8.00 110.00试验次数1 2.700 5.100 5.800 7.600 9.102 2.5