測(cè)量系統(tǒng)分析MSA第I章通用測(cè)量系統(tǒng)指南

第一節(jié)引言、目的和術(shù)語(yǔ)引言：統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管理對(duì)數(shù)據(jù)的使用是極其頻繁和相當(dāng)廣泛的；使用質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)方法的成敗和收益在很大程度上決定于所使用數(shù)據(jù)的質(zhì)量；獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)需要對(duì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)有充分的了解和深入的分析；測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值越“接近”，說(shuō)明測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量越高；測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值越“遠(yuǎn)離”，說(shuō)明測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量越底。數(shù)據(jù)的用途計(jì)量—如提供記錄，直接反應(yīng)發(fā)生了什么事；分析和決策—如在研究?jī)蓚€(gè)或多個(gè)變量之間是否存在某種相關(guān)關(guān)系；如在選擇最佳供應(yīng)商、接收一項(xiàng)設(shè)計(jì)、采取一項(xiàng)技術(shù)革新等活動(dòng)。數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性數(shù)據(jù)應(yīng)能反映事物的真實(shí)情況；數(shù)據(jù)失真或誤差很大會(huì)導(dǎo)致分析失效，決策失敗。數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)定偏倚和方差：偏倚—相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的位置。方差—數(shù)據(jù)的分布。影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的原因數(shù)據(jù)變差大；測(cè)量系統(tǒng)和環(huán)境之間的交互作用；理想的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)量特性的小變化越靈敏越好；如果數(shù)據(jù)的質(zhì)量是不可接受的，則必須改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)完成，而不是改進(jìn)數(shù)據(jù)本身。測(cè)量過(guò)程測(cè)量—賦值給具體事物以表示它們之間關(guān)于特殊特性的關(guān)系；賦值過(guò)程定義為測(cè)量過(guò)程，而賦予的值定義為測(cè)量值。目的介紹選擇各種方法來(lái)評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)質(zhì)量；術(shù)語(yǔ)量具—任何用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的裝置；經(jīng)常用來(lái)特指用在車間的裝置；包括用來(lái)測(cè)量合格/不合格的裝置；測(cè)量系統(tǒng)—用來(lái)對(duì)被測(cè)特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合；用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程。第二節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性理想的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)具有零方差、零偏倚和對(duì)所測(cè)的任何產(chǎn)品錯(cuò)誤分類為零概率的統(tǒng)計(jì)特性；測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量經(jīng)常僅僅用其測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定。其它特性，如成本、使用的容易程度等對(duì)測(cè)量系統(tǒng)總體理想性也很重要，但確定一個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量的正是其測(cè)得的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性。測(cè)量系統(tǒng)必須具有的統(tǒng)計(jì)特性包括：測(cè)量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計(jì)控制中，變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成，具有統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性；測(cè)量系統(tǒng)的變異必須比制造過(guò)程的變異?。蛔儺悜?yīng)小于公差帶；測(cè)量精度應(yīng)高于過(guò)程變異和公差帶兩者中精度較高者，一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量精度是過(guò)程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一；測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)特性可能隨被測(cè)項(xiàng)目的變化而變化，若真如此，則測(cè)量系統(tǒng)最大的變差應(yīng)小于過(guò)程變差和公差帶兩者中的較小者。第三節(jié)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)局（NIST）是美國(guó)主要的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)備著大多數(shù)國(guó)家理化測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，并編寫(xiě)和分發(fā)測(cè)量及標(biāo)定程序，同時(shí)協(xié)調(diào)與其它國(guó)家的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。NIST的主要服務(wù)之一是把測(cè)量從它的標(biāo)準(zhǔn)傳遞到其它的測(cè)量系統(tǒng)；“校準(zhǔn)”程序—用來(lái)傳遞測(cè)量的程序。其旨意是使其它測(cè)量系統(tǒng)與NIST產(chǎn)生的測(cè)量結(jié)果一致。傳遞過(guò)程通常包括一個(gè)傳遞等級(jí)體系，其中的每一等級(jí)依賴與自己的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為最高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)傳遞到下一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稱之為第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)常用來(lái)校準(zhǔn)其它測(cè)量系統(tǒng)；由于第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)日常使用來(lái)說(shuō)太昂貴且易損壞，因此測(cè)量結(jié)果從第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到另一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稱之為第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常為私人、公司同時(shí)擁有，因此它們有時(shí)也被稱為公司標(biāo)準(zhǔn)，公司標(biāo)準(zhǔn)通常只由公司的計(jì)量部門(mén)而不是生產(chǎn)部門(mén)保持和使用；測(cè)量結(jié)果從第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳遞到另一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)稱為工作標(biāo)準(zhǔn)，工作標(biāo)準(zhǔn)通常用來(lái)校準(zhǔn)在生產(chǎn)設(shè)備中建立起來(lái)的測(cè)量系統(tǒng)，工作標(biāo)準(zhǔn)也稱為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)常由生產(chǎn)人員而不是計(jì)量部門(mén)保持；越是遠(yuǎn)離國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，越是耐其環(huán)境的變化，對(duì)其的保持也越便宜和容易。標(biāo)準(zhǔn)的使用對(duì)于精度重要的系統(tǒng)，使用可溯源標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常是正確保證測(cè)量系統(tǒng)在它預(yù)期使用中有足夠精度的唯一辦法?？伤菰礃?biāo)準(zhǔn)的使用特別有助于減少某些生產(chǎn)者和顧客之間的測(cè)量結(jié)果不一致時(shí)而產(chǎn)生的矛盾。第四節(jié)通用指南第一步：驗(yàn)證該系統(tǒng)一直在測(cè)量正確的變量第二步：確定該測(cè)量系統(tǒng)必須具有什么樣的可接受性評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)第一階段測(cè)量系統(tǒng)評(píng)定的兩個(gè)階段第二階段目的：1.確定該測(cè)量系統(tǒng)是否具有可接受的質(zhì)量。2.發(fā)現(xiàn)那種環(huán)境因素對(duì)測(cè)量系統(tǒng)有顯著影響。目的：驗(yàn)證一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)特性。試驗(yàn)程序應(yīng)完全文件化。文件應(yīng)包括：示例；選擇待測(cè)項(xiàng)目和試驗(yàn)程序應(yīng)用環(huán)境的規(guī)范。典型地，這些規(guī)范應(yīng)是采用試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)的形式；如何收集、記錄、分析數(shù)據(jù)的詳細(xì)說(shuō)明；關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)和概念可操作的定義；如果程序需要使用特殊標(biāo)準(zhǔn)，例如從NIST得到的那些標(biāo)準(zhǔn)，那么該試驗(yàn)文件應(yīng)包括這些標(biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)存，維護(hù)和使用的說(shuō)明。第五節(jié)選擇/制定試驗(yàn)程序當(dāng)選擇或制定一個(gè)評(píng)定方法時(shí)，一般應(yīng)考慮的問(wèn)題包括：試驗(yàn)中是否應(yīng)使用諸如那些可溯源至NIST的標(biāo)準(zhǔn)？如果是，什么等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)是合適的？對(duì)于所進(jìn)行的試驗(yàn)，應(yīng)考慮使用盲測(cè)。盲測(cè)—在實(shí)際測(cè)量環(huán)境下，在操作者事先不知正在對(duì)該測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定的條件下，獲得的測(cè)量結(jié)果，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓芾?，根?jù)盲測(cè)得到的試驗(yàn)結(jié)果通常不受霍桑效應(yīng)所干擾。試驗(yàn)成本；試驗(yàn)所需要的時(shí)間；任何其定義沒(méi)有被普遍接受的術(shù)語(yǔ)應(yīng)作出可操作的定義。這些術(shù)語(yǔ)如準(zhǔn)確度、精密度、重復(fù)性和再現(xiàn)性等；是否由這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)取得的測(cè)量結(jié)果要與另外一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)得到的測(cè)量結(jié)果對(duì)比？如果對(duì)比，應(yīng)考慮使用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。如果不用標(biāo)準(zhǔn)，仍有可能確定兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)是否可以同時(shí)正常工作。但當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)一起工作不正常，如果不用標(biāo)準(zhǔn)，就不可能確定哪個(gè)系統(tǒng)需要改進(jìn)；第二階段試驗(yàn)應(yīng)每隔多久進(jìn)行一次？由單個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性及其對(duì)該設(shè)備影響和使用該設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)的顧客決定；事實(shí)上該生產(chǎn)過(guò)程由于一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有正常工作而未受監(jiān)控第II章評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)的程序

第一節(jié)引言本章介紹的程序廣泛用于整個(gè)汽車工業(yè)，以評(píng)價(jià)用于生產(chǎn)環(huán)境中的測(cè)量系統(tǒng)，特別是對(duì)重復(fù)性、再現(xiàn)性、偏倚、穩(wěn)定性和線性的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。盲測(cè)—試驗(yàn)中使用測(cè)量系統(tǒng)的方式就象實(shí)際正常使用期間一樣。進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)變差研究和分析的意義：1.接受新測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)則；2.一種測(cè)量設(shè)備與另一種的比較；3.評(píng)價(jià)懷疑有缺陷的量具的根據(jù)；4.維修前后測(cè)量設(shè)備的比較；5.計(jì)算過(guò)程變差，以及生產(chǎn)過(guò)程可接受水平；6.做出量具特性曲線（GPC）的必要信息。GPC指示接受某一真值的概率。測(cè)量有關(guān)的問(wèn)題評(píng)價(jià)一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)需要確定的三個(gè)問(wèn)題：1.測(cè)量系統(tǒng)是否具有足夠的分辨率；2.測(cè)量系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)是否在統(tǒng)計(jì)上保持一致；3.統(tǒng)計(jì)性能在預(yù)期范圍內(nèi)是否一致，并且用于過(guò)程分析或控制是否可接受。測(cè)量系統(tǒng)變差的類型偏倚—是測(cè)量結(jié)果的觀測(cè)平均值與基準(zhǔn)值的差值?；鶞?zhǔn)值—通過(guò)采用更高級(jí)別的測(cè)量設(shè)備（例如：計(jì)量實(shí)驗(yàn)室或全尺寸檢驗(yàn)設(shè)備）進(jìn)行多次測(cè)量。取其平均值來(lái)確定。（如圖1）基準(zhǔn)值

偏倚觀測(cè)的平均值重復(fù)性—由同一個(gè)評(píng)價(jià)人，采用同一種測(cè)量?jī)x器，多次測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)獲得的測(cè)量值變差。（如圖2）

重復(fù)性再現(xiàn)性—由不同的評(píng)價(jià)人，采用相同的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)測(cè)量平均值的變差。（如圖3）

操作者B

操作者C

操作者A

再現(xiàn)性穩(wěn)定性—是測(cè)量系統(tǒng)在某持續(xù)時(shí)間內(nèi)測(cè)量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時(shí)獲得的測(cè)量值總變差。（如圖4）

穩(wěn)定性

時(shí)間2時(shí)間1線性—是在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，偏倚值的變差。（圖5）

基準(zhǔn)值基準(zhǔn)值

偏倚較小偏倚較大觀測(cè)的平均值觀測(cè)的平均值范圍的較低部分范圍的較高部分

觀測(cè)的平均值無(wú)偏倚基準(zhǔn)值有偏倚圖5b線性（變化的線性偏倚）第二節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的分析目的：更好地了解變差的來(lái)源，這些來(lái)源可以影響系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果。定量地表示和傳遞特定的測(cè)量系統(tǒng)的局限性。如何描述測(cè)量系統(tǒng)變差的分布：1.位置（準(zhǔn)確度）穩(wěn)定性偏倚線性2.寬度或范圍（精確度）重復(fù)性再現(xiàn)性測(cè)量系統(tǒng)的分辨力測(cè)量系統(tǒng)的分辨能力—測(cè)量系統(tǒng)檢出并如實(shí)指示被測(cè)特性中極小變化的能力。（也稱分辨率）測(cè)量系統(tǒng)如不能測(cè)定出過(guò)程的變差，則不可用于分析；測(cè)量系統(tǒng)如不能測(cè)定出特殊原因的變差，則不可用于控制。測(cè)量系統(tǒng)的分辨率研究

1個(gè)數(shù)據(jù)分級(jí)2-4個(gè)數(shù)據(jù)分級(jí)5個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)分級(jí)控制只有下列條件下才可用于控制：與規(guī)范相比過(guò)程變差較小預(yù)期過(guò)程變差上的損失函數(shù)很平緩過(guò)程變差的主要原因?qū)е戮灯埔罁?jù)過(guò)程分布可用半計(jì)量控制技術(shù)可產(chǎn)生不敏感的計(jì)量控制圖可用于計(jì)量控制圖分析對(duì)過(guò)程參數(shù)及指數(shù)估計(jì)不可接受只能表明過(guò)程是否正在產(chǎn)生合格零件一般來(lái)講將過(guò)程參數(shù)及指數(shù)的估計(jì)不可接受只提供粗劣的估計(jì)建議使用0.1440.1400.1360.0200.010

00.1440.140

0.1360.020.01R0第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)研究的準(zhǔn)備1）計(jì)劃將要使用的方法2）評(píng)價(jià)人的數(shù)量，樣品數(shù)量及重復(fù)讀數(shù)次數(shù)應(yīng)預(yù)先確定。應(yīng)考慮以下因素：尺寸的關(guān)鍵性---關(guān)鍵尺寸需要更多的零件和/或試驗(yàn)。零件結(jié)構(gòu)---大或重的零件可規(guī)定較少樣品和較多試驗(yàn)。3）評(píng)價(jià)人的選折應(yīng)從日常操作該儀器的人中挑選；4）樣品必須從過(guò)程中選取并代表其整個(gè)工作范圍。必須對(duì)每一零件進(jìn)行編號(hào)以便于識(shí)別。5）儀器的分辨力應(yīng)允許至少直接讀取特性的預(yù)期過(guò)程變差的1/10。6）確保測(cè)量方法（即評(píng)價(jià)人和儀器）在按照規(guī)定的測(cè)量步驟測(cè)量特征尺寸。研究過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1）測(cè)量應(yīng)按照隨機(jī)順序，以確保整個(gè)研究過(guò)程中產(chǎn)生的任何漂移或變化將隨機(jī)分布。評(píng)價(jià)人不應(yīng)知道正在檢查零件的編號(hào)，以避免可能的偏倚。但是研究人（記錄人）應(yīng)知道正在檢查哪一零件。2）在設(shè)備讀數(shù)中，讀數(shù)應(yīng)估計(jì)到可得到的最接近的數(shù)字。如果可能，讀數(shù)應(yīng)取自最小刻度的一半。3）研究工作應(yīng)由知其重要性且仔細(xì)認(rèn)真的人員進(jìn)行。4）每一位評(píng)價(jià)人應(yīng)采用相同的方法----包括所有步驟---來(lái)獲得讀數(shù)。第四節(jié)計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)研究指南確定穩(wěn)定性指南1）獲取一樣本并確定其相對(duì)于可追溯標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值。如果不能得到，則選擇一個(gè)落在產(chǎn)品測(cè)量中程數(shù)的產(chǎn)品零件，并指定它作為標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行穩(wěn)定性分析；2）定期（天，周）測(cè)量基準(zhǔn)樣品3至5次；3）在X&R或X&s控制圖中標(biāo)繪數(shù)據(jù)；4）確定每個(gè)曲線的控制限并按標(biāo)準(zhǔn)曲線圖判斷失控或不穩(wěn)定狀態(tài)；5）計(jì)算測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差并與測(cè)量過(guò)程偏差相比較，確定測(cè)量系統(tǒng)是否適用。確定偏倚用指南1）獲取一樣本并確定其相對(duì)可追溯標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值。如果不能得到，則選擇一個(gè)落在產(chǎn)品測(cè)量中程數(shù)的產(chǎn)品零件，并指定它作為標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行偏倚分析。在工具間測(cè)量該零件10次，并計(jì)算這10次讀數(shù)的平均值。把這個(gè)平均值作為“基準(zhǔn)值”；2）讓一位評(píng)價(jià)人以通常的方法測(cè)量該零件10次；3）計(jì)算這10次讀數(shù)的平均值；4）通過(guò)該平均值減去基準(zhǔn)值來(lái)計(jì)算偏倚：偏倚=觀測(cè)平均值—基準(zhǔn)值過(guò)程變差=6ó極差偏倚%=偏倚/過(guò)程變差分析：如果偏倚較大，查找以下可能的原因：1）標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)值誤差，檢驗(yàn)校準(zhǔn)程序；2）儀器磨損。主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性分析上，應(yīng)制定維護(hù)或重新修理的計(jì)劃；3）制造的一起尺寸不對(duì)；4）儀器測(cè)量了錯(cuò)誤的特性；5）儀器校準(zhǔn)不正確。復(fù)查校準(zhǔn)方法；6）評(píng)價(jià)人操作設(shè)備不當(dāng)。復(fù)查檢驗(yàn)說(shuō)明書(shū)；7）儀器修正計(jì)算不正確。MSA偏倚分析報(bào)告確定線性用指南1）選擇5個(gè)零件，由于過(guò)程變差，這些零件的測(cè)量值要覆蓋量具工作范圍；2）用全尺寸檢驗(yàn)設(shè)備測(cè)量每個(gè)零件，以便確定其基準(zhǔn)值和確認(rèn)包含了被檢量具的工作范圍；3）讓通常情況下使用該量具的操作人之一用該量具測(cè)量每一個(gè)零件12次；（隨機(jī)測(cè)量）4）計(jì)算每個(gè)零件的平均值和偏倚平均值；5）在坐標(biāo)圖上畫(huà)出偏倚平均值和基準(zhǔn)值；6）計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)。分析擬合優(yōu)度可用來(lái)推斷偏倚與基準(zhǔn)值之間的線性關(guān)系。線性是由最佳擬合直線的斜率而不是擬合優(yōu)度的值確定的。一般地，斜率越低，量具線性越好；相反斜率越大，量具線性越差。線性圖0.020.010.00

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