韓之俊教授課件---測量系統(tǒng)分析

1、1第第5 5章章測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)分析2主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容1.1. 確認(rèn)并理解測量誤差的組成因素。確認(rèn)并理解測量誤差的組成因素。2.2. 借助借助Minitab，運(yùn)用方差分析法運(yùn)用方差分析法(ANOVA)3.3. 進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)的進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)的Gage R&R分析。分析。4.4. 3. 3. 借助借助Minitab進(jìn)行離散數(shù)據(jù)的進(jìn)行離散數(shù)據(jù)的Gage R&R分析。分析。4 4. . 確定測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確性。確定測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精確性。3在在6 6項(xiàng)目中，項(xiàng)目中，測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)分析的主要目分析的主要目的是確定項(xiàng)目中所使用的數(shù)據(jù)是否可靠。的是確定項(xiàng)目中所使用的數(shù)據(jù)是否

2、可靠。測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)分析的目的分析的目的 評(píng)估新的測量儀器。評(píng)估新的測量儀器。 將兩種不同的測量方法進(jìn)行比較。將兩種不同的測量方法進(jìn)行比較。 對可能存在問題的測量方法進(jìn)行評(píng)估。對可能存在問題的測量方法進(jìn)行評(píng)估。 確定并解決測量系統(tǒng)誤差問題。確定并解決測量系統(tǒng)誤差問題。測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)分析還可以：還可以：46 6方法建立在這樣一種思想上：方法建立在這樣一種思想上：基于數(shù)據(jù)的決策?；跀?shù)據(jù)的決策。用于用于決策過程的數(shù)據(jù)必須是可靠的?；诓豢煽繑?shù)據(jù)的決策決策過程的數(shù)據(jù)必須是可靠的?；诓豢煽繑?shù)據(jù)的決策與無數(shù)據(jù)支持的決策沒有什么差別。與無數(shù)據(jù)支持的決策沒有什么差別。您的測量系統(tǒng)是否好得足以讓您放

3、心收集數(shù)據(jù)？您的測量系統(tǒng)是否好得足以讓您放心收集數(shù)據(jù)？Gage R&R 分析給您答案。分析給您答案。Gage R&R 分析使您能夠：分析使您能夠：確定測量誤差是否很小，相對產(chǎn)品規(guī)范或過程誤差來說是否可以接受確定測量誤差是否很小，相對產(chǎn)品規(guī)范或過程誤差來說是否可以接受確定您是否對數(shù)據(jù)的確定您是否對數(shù)據(jù)的“質(zhì)量質(zhì)量”充滿信心充滿信心分析測量儀器是否具有適當(dāng)?shù)姆直媛史治鰷y量儀器是否具有適當(dāng)?shù)姆直媛嗜绻麥y量誤差不可接受，將注意力重點(diǎn)放在需要改進(jìn)的方面如果測量誤差不可接受，將注意力重點(diǎn)放在需要改進(jìn)的方面測量是任何測量是任何6 6項(xiàng)目的基礎(chǔ)項(xiàng)目的基礎(chǔ)5有關(guān)測量數(shù)據(jù)的常見問題有關(guān)測量數(shù)據(jù)的常

4、見問題什么是測量？什么是測量？- 將一個(gè)未知量與一個(gè)已知的或已經(jīng)接受的參照值進(jìn)行的比較為什么我們需要測量數(shù)據(jù)？為什么我們需要測量數(shù)據(jù)？- 我們使用測量數(shù)據(jù)來判斷產(chǎn)品是否合格，制定有關(guān)過程管理的決策。 我接受這件產(chǎn)品嗎？過程是很好，還是需要進(jìn)行調(diào)整？我們對測量數(shù)據(jù)有什么期望？我們對測量數(shù)據(jù)有什么期望？- 準(zhǔn)確性 數(shù)據(jù)必須告訴我們真相！- 重復(fù)性 重復(fù)測量必須產(chǎn)生同樣的結(jié)果！- 再現(xiàn)性 結(jié)果不應(yīng)該受檢驗(yàn)員的影響什么是測量儀器？什么是測量儀器？- 用來進(jìn)行測量的任何儀器什么是檢驗(yàn)員什么是檢驗(yàn)員(或者鑒定人或者鑒定人)？- 使用測量儀器進(jìn)行測量的個(gè)人或裝置6收收 集集 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)的的 能能 力力 !

5、! 2 = 2 + 2 總的觀察方差總的觀察方差 過程方差過程方差 測量系統(tǒng)方差測量系統(tǒng)方差 測量系統(tǒng)包括測量系統(tǒng)包括: 人（及其培訓(xùn)）、過程人（及其培訓(xùn)）、過程 （測量程序）、設(shè)備（測量程序）、設(shè)備（量具或測量工具）、系統(tǒng)的控制點(diǎn)、及所有這些因素的相互作用。（量具或測量工具）、系統(tǒng)的控制點(diǎn)、及所有這些因素的相互作用。 測量總方差測量總方差: 有關(guān)測量數(shù)據(jù)的常見問題有關(guān)測量數(shù)據(jù)的常見問題測量系統(tǒng)：不僅指量具。測量系統(tǒng)：不僅指量具。71. Gage R&R 1. Gage R&R 分析是用來分析測量系統(tǒng)的方法，目分析是用來分析測量系統(tǒng)的方法，目的是確定測量某種東西時(shí)出現(xiàn)的波動(dòng)的是

6、確定測量某種東西時(shí)出現(xiàn)的波動(dòng)( (誤差誤差) )的大的大小和類型。小和類型。2. 將將“測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)”看作是會(huì)給測量數(shù)據(jù)帶來額外誤看作是會(huì)給測量數(shù)據(jù)帶來額外誤差差 的子過程，其目的就是使用誤差盡可能小的測的子過程，其目的就是使用誤差盡可能小的測量過程。量過程。3. 任何觀測數(shù)據(jù)的誤差，都是部件的實(shí)際誤差和測任何觀測數(shù)據(jù)的誤差，都是部件的實(shí)際誤差和測量系統(tǒng)誤差的總和。量系統(tǒng)誤差的總和。有關(guān)測量數(shù)據(jù)的常見問題有關(guān)測量數(shù)據(jù)的常見問題8測量系統(tǒng)分析計(jì)劃測量系統(tǒng)分析計(jì)劃1. 1. 確定數(shù)據(jù)的類型確定數(shù)據(jù)的類型2. 2. 確定誤差的來源確定誤差的來源3.3. 樣本選擇樣本選擇4.4. 數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)收集

7、5.5. 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析9分分 辨辨 率率? ?“精確性精確性” (” (R&R)R&R)( (離散性離散性-方差方差) ) 校校 準(zhǔn)準(zhǔn)? ?穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性? ?線線 性性? ?偏偏 移移? ?“準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性”( (居中性居中性-均值均值) )OKOKOKOK連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析10 1 2 3 1 2 3 部件 A部件 B因?yàn)樯厦婵潭鹊姆直媛时葍蓚€(gè)部件之間的差異要大，兩個(gè)部件將出現(xiàn)相同的測量結(jié)果。第二個(gè)刻度的分辨率比兩個(gè)部件之間的差異要小，部件將產(chǎn)生不同的測量結(jié)果。A = 2.25B = 2.00測量儀器分辨率測量儀器分辨率測量儀器分辨率測量儀器分辨率

8、 可定義為測量儀器能夠讀取的最小測量單位?？纯聪旅娴牟考嗀和部件B，它們的長度非常相似。測量分辨率描述了測量儀器分辨兩個(gè)部件的測量值之間的差異的能力。測量儀器的分辨率必須小于或等于規(guī)范或過程誤差的測量儀器的分辨率必須小于或等于規(guī)范或過程誤差的10%。A = 2.0B = 2.0部件 A部件 B11 測量系統(tǒng)的精度測量系統(tǒng)的精度( (分辨率分辨率) )須比被測量要求精度須比被測量要求精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)，即如果要求高一個(gè)數(shù)量級(jí)，即如果要求被被測量精度是測量精度是0.0010.001，測，測量儀器的精度要求須是量儀器的精度要求須是0.00010.0001。亦即測量系統(tǒng)應(yīng)該。亦即測量系統(tǒng)應(yīng)該至少能測出上

9、下規(guī)格限間距的至少能測出上下規(guī)格限間距的1/101/10 。 例如例如LSLLSL是是5 5mmmm，USLUSL是是1010mmmm，極差是極差是5 5mmmm，測量測量設(shè)備應(yīng)至少設(shè)備應(yīng)至少0.50.5mmmm的刻度。的刻度。測量系統(tǒng)分辨率測量系統(tǒng)分辨率(精度精度): -測得最小變化范圍的能力。測量系統(tǒng)分辨率測量系統(tǒng)分辨率最高原則最高原則12測量的準(zhǔn)確性是測量所得的平均值與真實(shí)值的差別。測量的準(zhǔn)確性是測量所得的平均值與真實(shí)值的差別。真實(shí)值真實(shí)值參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)平均值平均值真實(shí)值真實(shí)值偏偏 移移觀察的平均觀察的平均值值系統(tǒng)誤差或偏移系統(tǒng)誤差或偏移準(zhǔn)準(zhǔn) 確確 性性13測得的溫度測得的溫度實(shí)得溫度

10、實(shí)得溫度 線性線性非線性非線性非線性非線性20201010303040401010202030304040 例例 2: 2: 例例 1: 1:在測量設(shè)備范圍內(nèi)，測量值大小不一樣。在測量設(shè)備范圍內(nèi)，測量值大小不一樣。綠帶課程總效果綠帶課程總效果10-10-最好最好! ! 9 - 9 -好極好極! ! 8 - 8 -特別好特別好! ! 7 - 7 -極好極好! ! 6 - 6 -很好很好! ! 5 - 5 -較好較好 4 - 4 -好好 3 - 3 -一般一般 2 - 2 -較差較差 1 - 1 -很差很差線線 性性14(測量系統(tǒng)的分布測量系統(tǒng)的分布( and 2) 長期應(yīng)該保持穩(wěn)定。長期應(yīng)該保持

11、穩(wěn)定。 (沒有漂移，突然偏移循環(huán)等。沒有漂移，突然偏移循環(huán)等。(利用控制圖進(jìn)行評(píng)估。利用控制圖進(jìn)行評(píng)估。采用長期的測量設(shè)備計(jì)劃以維持穩(wěn)定性采用長期的測量設(shè)備計(jì)劃以維持穩(wěn)定性.穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性15所有的測量系統(tǒng)需要校準(zhǔn)所有的測量系統(tǒng)需要校準(zhǔn):1. 校準(zhǔn)時(shí)可參考量具制造者的建議。校準(zhǔn)時(shí)可參考量具制造者的建議。2. 定期對操作員培訓(xùn)考核。定期對操作員培訓(xùn)考核。3. 相關(guān)軟件。相關(guān)軟件。對比一個(gè)已知的真實(shí)值檢查測量系統(tǒng)對比一個(gè)已知的真實(shí)值檢查測量系統(tǒng);或或相對于一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整量具以至讀數(shù)相對于一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整量具以至讀數(shù)正確。正確。校校 準(zhǔn)準(zhǔn)16精精 確確 性性(精精 確確 性描述了測量系統(tǒng)的誤

12、性描述了測量系統(tǒng)的誤 差：差：( 可重復(fù)性可重復(fù)性 偏差由量具本身造成；偏差由量具本身造成；( 可再現(xiàn)性可再現(xiàn)性 偏差由測量者的技巧造成。偏差由測量者的技巧造成。RRpeatabilityproducibilityMeas System&ReRe(.)222 兩兩 個(gè)個(gè) 組組 成成 部部 分分測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)重復(fù)性重復(fù)性再現(xiàn)性再現(xiàn)性( (重復(fù)性和再現(xiàn)性重復(fù)性和再現(xiàn)性) )17(在相同條件下，重復(fù)檢查同一物體，產(chǎn)在相同條件下，重復(fù)檢查同一物體，產(chǎn)生相同結(jié)果的量具的能力。生相同結(jié)果的量具的能力。或或 者者.(在相同條件下，對同一物體進(jìn)行重復(fù)測在相同條件下，對同一物體進(jìn)行重復(fù)測量所得的誤差。

13、量所得的誤差。$同一測量者同一測量者$同樣的設(shè)備同樣的設(shè)備$同樣的工件同樣的工件$同樣的環(huán)境的條件同樣的環(huán)境的條件精精 確確 性性重重 復(fù)復(fù) 性性18(在不同的在不同的測量人員測量人員下測量同一物體得到相同下測量同一物體得到相同結(jié)果的能力。結(jié)果的能力。或或 者者(不同條件下測量結(jié)果的誤差。不同條件下測量結(jié)果的誤差。$不同的測量人員不同的測量人員$相相同的設(shè)備同的設(shè)備$相相同的測量工件同的測量工件$相相同的環(huán)境條件同的環(huán)境條件Re*producibilityOperatorOperator PartInteracton222再再 現(xiàn)現(xiàn) 性性 也也 有有 兩兩 個(gè)個(gè) 組組 成成 部部 分分精精 確

14、確 性性再再 現(xiàn)現(xiàn) 性性19測量者與工件的關(guān)系測量者與工件的關(guān)系對某一工件，不同的測量者可能有相對某一工件，不同的測量者可能有相似的測量值（工件似的測量值（工件2 2）對另一工件（工件對另一工件（工件3 3）不同的測量者）不同的測量者的測量值有顯著的差別。的測量值有顯著的差別。part 1part 1 part 2part 2 part 3part 3Overall LengthOverall Length 對所有工件，不同的測量者都會(huì)產(chǎn)生差異；對所有工件，不同的測量者都會(huì)產(chǎn)生差異；測量者的差異根據(jù)測量工件的不同而不同。測量者的差異根據(jù)測量工件的不同而不同。1 13 32 21 11 13 3

15、3 32 22 220211. 23個(gè)測量者。個(gè)測量者。2. 10個(gè)待測工件。個(gè)待測工件。3. 每一個(gè)測量者應(yīng)測量所有工件每一個(gè)測量者應(yīng)測量所有工件2-3次。次。4. 使用代表整個(gè)過程誤差的工件。使用代表整個(gè)過程誤差的工件。5. 隨機(jī)取樣是非常重要的。隨機(jī)取樣是非常重要的。連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析22Tolerance*.T/Pmeas155重復(fù)性和再現(xiàn)性與重復(fù)性和再現(xiàn)性與公公差差的百分比的百分比1 1Precision to Tolerance Precision to Tolerance Ratio-P/TRatio-P/T重復(fù)性和再現(xiàn)性與總過程重復(fù)性和再現(xiàn)性與總過程偏差的

16、百分比偏差的百分比2 2Precision to TotalPrecision to TotalVariation Ratio-P/TVVariation Ratio-P/TV3 3% %ContributionContribution量具相對于規(guī)范的測量能力；量具相對于規(guī)范的測量能力； 量具相對于過程偏差的測量能力量具相對于過程偏差的測量能力測量系統(tǒng)的能力測量系統(tǒng)的能力-3 3個(gè)重要指數(shù)個(gè)重要指數(shù)100&%TotalmeasRR22totalMSonContributi測量系統(tǒng)的方差與總測量系統(tǒng)的方差與總過程方差的百分比過程方差的百分比% %Study Study VarVar% %

17、ToleranceTolerance% %ContributionContributionMinitabMinitab顯示顯示: : 連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析公差公差百分比百分比調(diào)查百分比調(diào)查百分比貢獻(xiàn)百分比貢獻(xiàn)百分比23計(jì)算連續(xù)數(shù)據(jù)的計(jì)算連續(xù)數(shù)據(jù)的% %GR&RGR&R%GR&R = -x 100 % 5.15 gage Tolerance gage = 測量誤差測量誤差公差公差 = USL - LSL USL = 規(guī)范上限規(guī)范上限LSL = 規(guī)范下限規(guī)范下限對于單邊限制對于單邊限制在分子中使用在分子中使用2.575 gage (即即5.15/2 =

18、2.575) 公差公差= USL 平均值平均值 或或 平均值平均值 - LSL 總是總是使用使用歷史歷史 平均值平均值Gage R&R占公差的百分比占公差的百分比(%GR&R) 的的5.15 標(biāo)準(zhǔn)誤差包含了正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差包含了正態(tài)分布的99%。5.15 +2.575-2.57599%在這里：在這里：24 你你 被被 指指 定定 為為 * * * 公公 司司 的的 檢檢 驗(yàn)驗(yàn) 員，你員，你 的的 第第 一一 個(gè)個(gè) 工工 作作 是是 確確 定定 某某 物物 料料 的的 長長 度度 在在 規(guī)規(guī) 范范 限限 內(nèi)。為內(nèi)。為 此此 , ,你你 必必 須須 完完 成成 GR&R

19、GR&R 研研 究究 以以 確確 信信 你你 的的 量量 具具 可可 用用 于于 需需 要要 的的 測測 量量 。 某物料長度的規(guī)范是：某物料長度的規(guī)范是：45 45 5 5 mm.mm. 用用 記記 錄錄 表表 及及 提提 供供 的的 測測 量量 工工 具具, 2-3 , 2-3 個(gè)個(gè)Z Z檢檢 驗(yàn)驗(yàn) 員員 測測 量量 每每 個(gè)個(gè) 樣樣 品品 2 2 次次 ( (隨隨 機(jī)機(jī) 次次 序序 ) )并并 且且 記記 錄錄 結(jié)結(jié) 果果 , ,然然 后后 在在MinitabMinitab中中 做做 GR&RGR&R。 準(zhǔn)準(zhǔn) 備備 與與 你你 的的 同同 學(xué)學(xué) 共共 享享 結(jié)結(jié)

20、果果 ! !連續(xù)變量連續(xù)變量Gage R&R練習(xí)練習(xí) 25連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析26Minitab要求數(shù)據(jù)排成要求數(shù)據(jù)排成3 3列列.堆積數(shù)據(jù)：把所有工件放在堆積數(shù)據(jù)：把所有工件放在1 1列，列，所有測量者放在第所有測量者放在第2 2列，測量結(jié)列，測量結(jié)果放在第果放在第3 3列。列。這意味著如果有這意味著如果有: : 1010個(gè)個(gè)工件工件 3 3個(gè)測量者個(gè)測量者 2 2次重復(fù)測量次重復(fù)測量則每個(gè)工件編號(hào)將重復(fù)則每個(gè)工件編號(hào)將重復(fù)6 6次。次。Part #OperLength111121213131414151516161717181819191101101121222

21、22etc.etc.27連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析Minitab: Stat Quality Tools Gage R&R Study(Crossed) 28采采 用用 ANOVA 法法見見 下下 頁頁輸入輸入：部件序數(shù)列部件序數(shù)列操作員數(shù)據(jù)列操作員數(shù)據(jù)列測量數(shù)據(jù)列測量數(shù)據(jù)列連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析29連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析30Gage R&R Study - ANOVA MethodGage R&R for MeasureTwo-Way ANOVA Table With InteractionSource DF SS M

22、S F P PartID 9 2.05871 0.228745 39.7178 0.00000Operator 2 0.04800 0.024000 4.1672 0.03256Operator*PartID 18 0.10367 0.005759 4.4588 0.00016Repeatability 30 0.03875 0.001292 Total 59 2.24912 連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析結(jié)果顯示結(jié)果顯示1：31連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析結(jié)果顯示結(jié)果顯示2：Gage R&R %ContributionSource VarComp (of Var

23、Comp) Total Gage R&R 0.004437 10.67 Repeatability 0.001292 3.10 Reproducibility 0.003146 7.56 Operator 0.000912 2.19 Operator*PartID 0.002234 5.37 Part-To-Part 0.037164 89.33 Total Variation 0.041602 100.00 貢獻(xiàn)百分比：貢獻(xiàn)百分比：1可接受；10不可接受。32連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析結(jié)果顯示結(jié)果顯示3： StdDev Study Var %Study Var %Tol

24、eranceSource (SD) (5.15*SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 22.87 Repeatability 0.035940 0.18509 17.62 12.34 Reproducibility 0.056088 0.28885 27.50 19.26 Operator 0.030200 0.15553 14.81 10.37 Operator*PartID 0.047263 0.24340 23.17 16.23 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52

25、66.19 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 70.03 Number of Distinct Categories = 4公差公差百分比：百分比：10理想值；20可接受；30不可接受。差別類數(shù)目：差別類數(shù)目： 5 5可接受可接受33連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析連續(xù)變量測量系統(tǒng)分析結(jié)果顯示結(jié)果顯示3： StdDev Study Var %Study Var %ToleranceSource (SD) (5.15*SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 22.87 Repe

26、atability 0.035940 0.18509 17.62 12.34 Reproducibility 0.056088 0.28885 27.50 19.26 Operator 0.030200 0.15553 14.81 10.37 Operator*PartID 0.047263 0.24340 23.17 16.23 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52 66.19 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 70.03 Number of Distinct Categories = 4調(diào)查百分比：調(diào)查百分比：15%可以接受；30%不可接受。34計(jì)算和解釋：計(jì)算和解釋：差別類數(shù)目差別類數(shù)目指的是測量系統(tǒng)可以識(shí)別出的過程數(shù)據(jù)中的非重疊組的數(shù)目。差別類數(shù)目 = x 1.41 part-to-partgage 差別類數(shù)目決策 / 值 Quality Tools Attribute Gage R&R Study離散變量測量系統(tǒng)分析離散變量測量系統(tǒng)分析39離散變量測量系統(tǒng)分析