測(cè)量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識(shí)

1、第 片1第 片2課程目標(biāo) 到本課程結(jié)束時(shí)，學(xué)員應(yīng)能： 識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)分析是由哪些部分組成的； 完成并理解所有類型的測(cè)量系統(tǒng)分析。 第 片第一章第一章測(cè)量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識(shí)第 片測(cè)量測(cè)量的重要性的重要性 如果測(cè)量出現(xiàn)問題，那么合格的產(chǎn)品可能被判為不合格，不合格的產(chǎn)品可能被判為合格，此時(shí)便不能得到真正的產(chǎn)品或過程特性。 因此，要保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。PROCESS原料人機(jī) 法環(huán)料測(cè)量測(cè)量結(jié)果合格不合格測(cè)量測(cè)量第 片測(cè)量誤差測(cè)量誤差Y = x + 測(cè)量值 = 真值(True Value)+測(cè)量誤差戴明戴明說沒說沒有真有真值的存在值的存在一一直存在直存在第 片6測(cè)量系統(tǒng)分析

2、測(cè)量系統(tǒng)分析TS16949 要求必須對(duì)控制計(jì)劃中指示的所有檢驗(yàn)、測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析。第 片7測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 什么是測(cè)量系統(tǒng)分析什么是測(cè)量系統(tǒng)分析 (MSA)? 測(cè)量系統(tǒng)：是用來(lái)對(duì)被測(cè)特性定量測(cè)量或定性評(píng)價(jià)的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作方法、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)的集合；用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過程。 測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）是用于確定測(cè)量設(shè)備與公差相比的誤差。第 片測(cè)量系統(tǒng)的組成測(cè)量系統(tǒng)的組成 測(cè)量系統(tǒng)人機(jī)料法環(huán)操作人員量具/測(cè)量設(shè)備/工裝被測(cè)的材料/樣品/特性操作方法、操作程序工作的環(huán)境第 片測(cè)量系統(tǒng)分析的目的測(cè)量系統(tǒng)分析的目的 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，確定測(cè)量系統(tǒng)測(cè)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析

3、方法，確定測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的變差（測(cè)量誤差），了解變量結(jié)果的變差（測(cè)量誤差），了解變差的來(lái)源。差的來(lái)源。 從而確定一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)從而確定一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量，并且為測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)提供的質(zhì)量，并且為測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)提供信息。信息。 保證所用統(tǒng)計(jì)分析方法及判定準(zhǔn)則的保證所用統(tǒng)計(jì)分析方法及判定準(zhǔn)則的一致性。一致性。第 片測(cè)量誤差的來(lái)源測(cè)量誤差的來(lái)源 nDiscrimination 分辨能力nPrecision 精密度 (Repeatability 重復(fù)性)nAccuracy 準(zhǔn)確度 (Bias偏差)nDamage 損壞nDifferences among instruments and fixtures

4、(不同儀器和夾具間的差異)nDifference in use by inspector 不同使用人員的差異(Reproducibility再現(xiàn)性)nDifferences among methods of use (使用不同的方法所造成差異)nDifferences due to environment (不同環(huán)境所造成的差異) 第 片11測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 測(cè)量系統(tǒng)分析 (MSA) 時(shí)機(jī)? 生產(chǎn)階段，凡控制計(jì)劃中規(guī)定的或顧客要求的所有檢測(cè)設(shè)備均需進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析。同時(shí)包括： 1） 新購(gòu)和更新的檢驗(yàn)、測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備用于控制計(jì)劃中的量具。2）用于控制計(jì)劃中的檢驗(yàn)、測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備的位置移動(dòng)

5、，并經(jīng)重新校準(zhǔn)3）用于控制計(jì)劃中的檢驗(yàn)、測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備經(jīng)周期檢定不合格，通過修理并經(jīng)重新校準(zhǔn)合格的量具。第 片12測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 測(cè)量系統(tǒng)分析 (MSA)頻率? 由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)檢測(cè)設(shè)備的使用頻率和其精度來(lái)確定進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析的頻率。 （制訂分析計(jì)劃）第 片第二章第二章測(cè)量系統(tǒng)的分析方法測(cè)量系統(tǒng)的分析方法第 片14測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 測(cè)量系統(tǒng)分析變差類型： 計(jì)量型： 重復(fù)性 再現(xiàn)性 偏倚 線性 穩(wěn)定性 計(jì)數(shù)型： 風(fēng)險(xiǎn)分析法第 片測(cè)量系統(tǒng)的分析測(cè)量系統(tǒng)的分析 測(cè)量系統(tǒng)特性可用下列方式來(lái)描述測(cè)量系統(tǒng)特性可用下列方式來(lái)描述 ： 位置：穩(wěn)定性、偏倚、線性。位置：穩(wěn)定性、偏倚、線性。 寬度或

6、范圍：重復(fù)性、再現(xiàn)性。寬度或范圍：重復(fù)性、再現(xiàn)性。 第 片位置和寬度位置和寬度 位置寬度位置寬度標(biāo)準(zhǔn)值第 片理想的測(cè)量系統(tǒng)理想的測(cè)量系統(tǒng) 理想的測(cè)量系統(tǒng)在每次使用時(shí)：應(yīng)只產(chǎn)生理想的測(cè)量系統(tǒng)在每次使用時(shí)：應(yīng)只產(chǎn)生“正確正確”的測(cè)量結(jié)果。每次測(cè)量結(jié)果總應(yīng)該與一個(gè)的測(cè)量結(jié)果。每次測(cè)量結(jié)果總應(yīng)該與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值相符。一個(gè)能產(chǎn)生理想測(cè)量結(jié)果的測(cè)量系標(biāo)準(zhǔn)值相符。一個(gè)能產(chǎn)生理想測(cè)量結(jié)果的測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)具有統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚零方差、零偏倚和所測(cè)的任何產(chǎn)品和所測(cè)的任何產(chǎn)品錯(cuò)錯(cuò)誤分類為零概率誤分類為零概率的統(tǒng)計(jì)特性。的統(tǒng)計(jì)特性。 真值真值第 片重復(fù)性和再現(xiàn)性分析重復(fù)性和再現(xiàn)性分析均值均值- -極差法極差法 均值極

7、差法(Xbar&R)是一種可提供測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性兩個(gè)特性作估計(jì)評(píng)價(jià)的方法。 這種方法可以將測(cè)量系統(tǒng)的變差分成兩個(gè)部分重復(fù)性和再現(xiàn)性。第 片19測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (均值和極差法)量具雙性（量具雙性（R&R）是量具）是量具重復(fù)性重復(fù)性 和和再現(xiàn)性再現(xiàn)性的首字母縮寫。的首字母縮寫。 第 片重復(fù)性(Repeatability)重復(fù)性重復(fù)性重復(fù)性是由是由一個(gè)一個(gè)評(píng)價(jià)人，采用評(píng)價(jià)人，采用一件一件測(cè)量?jī)x器，測(cè)量?jī)x器，多次多次測(cè)量測(cè)量同一同一零件的零件的同一同一特性時(shí)獲得的測(cè)量特性時(shí)獲得的測(cè)量值變差。值變差。 重復(fù)性設(shè)備的變差重復(fù)性設(shè)備的變差第 片

8、再現(xiàn)性再現(xiàn)性( (Reproducibility)Reproducibility)再現(xiàn)性再現(xiàn)性是由是由不同不同的評(píng)價(jià)人，采的評(píng)價(jià)人，采用用相同相同的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量同一同一零件的零件的同一同一特性時(shí)測(cè)量平均值特性時(shí)測(cè)量平均值的變差。的變差。 再再現(xiàn)現(xiàn)性性操作者操作者B B操作者操作者C C操作者操作者A再現(xiàn)性再現(xiàn)性 = 操作員變差操作員變差第 片22測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - (均值極差法) 第1步 在下表中記錄所有的初始信息。第 片測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第2步 選擇3個(gè)操作員并讓每個(gè)操作員隨機(jī)測(cè)量10個(gè)零件3次并將

9、結(jié)果填入表中。第 片24測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第3步 計(jì)算三個(gè)評(píng)價(jià)人的均值和極差的均值 計(jì)算零件總均值和零件均值的極差第 片25測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第4步 計(jì)算三個(gè)評(píng)價(jià)人平均極差的平均值，均值的極差：第 片26測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第5步 計(jì)算 UCLR 并放棄或重復(fù)其值大于UCLR 的讀數(shù)。 *D4=3.27(兩次試驗(yàn))，D4=2.58(三次試驗(yàn))， D3=0(不大于7次試驗(yàn))。 既然極差已沒有大于0.0129的值，那么繼續(xù)進(jìn)行。測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系

10、統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法)第 片27測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第6步 用以下公式計(jì)算設(shè)備變差 ：重復(fù)性設(shè)備變差（EV）第 片28測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第7步 用以下公式計(jì)算操作員變差：重復(fù)性操作員變差（A.V）第 片29測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第8步 用以下公式計(jì)算重復(fù)性和再現(xiàn)性及分辨率：重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）分辨率（ndc）ndc=1.41*(PV / RR )=1.41*0.019/0.003=9第 片30測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量

11、系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 - 大樣法大樣法 (極差法) 第9步 對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋： 量具 結(jié)果10% %R&R 30，因此驗(yàn)收有條件接受 。 操作員變差較小，設(shè)備變差為主要變差，要達(dá)到可接受的量具R&R，必須把重點(diǎn)放在設(shè)備上。第 片31測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 計(jì)量型計(jì)量型 重復(fù)性再現(xiàn)性重復(fù)性再現(xiàn)性(GR&R)判定原則為判定原則為: %RR10%，測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)可以可以接受！接受！ 10%RR30%，測(cè)量系統(tǒng)尚可接受！，測(cè)量系統(tǒng)尚可接受！ %RR30%，測(cè)量系統(tǒng)不可以接受！，測(cè)量系統(tǒng)不可以接受！ 此外，此外，ndc(有效分辨率有效分辨率)取整整，且應(yīng)該大于取整整，且應(yīng)該

12、大于等于等于5。 第 片雙性比較 重復(fù)性比再現(xiàn)性大時(shí)原因可能：1 設(shè)備需要維護(hù)2 量具需重新設(shè)計(jì)3 測(cè)量的夾緊定位需改進(jìn)4 零件變差過大再現(xiàn)性比重復(fù)性大時(shí)原因可能：1 評(píng)價(jià)人要更好的進(jìn)行培訓(xùn)2 量具刻度不請(qǐng)晰第 片33測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 偏倚偏倚偏倚的定義偏倚的定義 測(cè)量值的平均值測(cè)量值的平均值 與實(shí)際值實(shí)際值之間的差值。第 片34測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 偏倚偏倚 偏倚與準(zhǔn)確度有關(guān)，因?yàn)槿绻麥y(cè)量值的平均值相同或近似于相同，就可以說是零偏倚。這樣的話，所用的量具便是“準(zhǔn)確的”。第 片35第 片36第 片偏倚計(jì)算方法計(jì)算方法XBias=-refXBias觀測(cè)平均值與基準(zhǔn)值的差 第 片存在較

13、大偏倚的原因存在較大偏倚的原因:它引起總誤差的原因是在重復(fù)采用同樣的測(cè)量過程進(jìn)行測(cè)量時(shí)，總是趨向于使所有它引起總誤差的原因是在重復(fù)采用同樣的測(cè)量過程進(jìn)行測(cè)量時(shí)，總是趨向于使所有的測(cè)量結(jié)果發(fā)生持續(xù)及可預(yù)測(cè)的偏移的測(cè)量結(jié)果發(fā)生持續(xù)及可預(yù)測(cè)的偏移 儀器需要校準(zhǔn)儀器、設(shè)備或夾緊裝置的磨損校準(zhǔn)不當(dāng)或調(diào)整基準(zhǔn)的使用不當(dāng)儀器質(zhì)量差設(shè)計(jì)或一致性不好應(yīng)用錯(cuò)誤的量具不同的測(cè)量方法設(shè)置、安裝、夾緊、技術(shù)測(cè)量錯(cuò)誤的特性（量具或零件）變形環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)、清潔的影響違背假定、在應(yīng)用常量上出錯(cuò)應(yīng)用零件尺寸、位置、操作者技能、疲勞、觀察錯(cuò)誤（易讀性、視差） 第 片39穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性定義穩(wěn)定性定義穩(wěn)定性被定義為在某

14、時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定性被定義為在某時(shí)間段內(nèi)過程變差的差值。過程變差的差值。第 片40測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析穩(wěn)定性穩(wěn)定性 用以下步驟計(jì)算穩(wěn)定性： 第1步 取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品并確定其基準(zhǔn)值。取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品并確定其基準(zhǔn)值。 第2步 按固定周期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行按固定周期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行5次測(cè)量。次測(cè)量。第 片41測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析穩(wěn)定性穩(wěn)定性 第3步 在在 R圖上標(biāo)繪數(shù)據(jù)。圖上標(biāo)繪數(shù)據(jù)。 第4步 計(jì)算控制極限值并評(píng)估任何超出控制范圍的情計(jì)算控制極限值并評(píng)估任何超出控制范圍的情況。況。 第5步 如果存在超出控制范圍的情況，則說明測(cè)量系如果存在超出控制范圍的情況，則說明測(cè)量系統(tǒng)不穩(wěn)定。統(tǒng)不穩(wěn)定。X第 片42測(cè)量系

15、統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 線性線性 線性的定義線性的定義線性被定義為線性被定義為在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，在量具預(yù)期的工作范圍內(nèi)，量具偏倚值間的差值。量具偏倚值間的差值。第 片43測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例 線性示例:一位工程師很想確定某測(cè)量系統(tǒng)的線一位工程師很想確定某測(cè)量系統(tǒng)的線性。量具的工作范圍是性。量具的工作范圍是2.0 毫米至毫米至 10.0 毫米。毫米。第 片44測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例 第1步 選擇至少5個(gè)零件用于進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)零件至少測(cè)量10次。在本例中，我們將選擇5個(gè)零件，每個(gè)零件測(cè)量12次。 參閱下一頁(yè)中的數(shù)據(jù)。第

16、 片45測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例 零 件 1零 件 2零 件 3零 件4零 件 5基 準(zhǔn) 值2.004.006.008.0010.00第 一 次 測(cè) 量2.705.105.807.609.10第 二 次 測(cè) 量2.503.905.707.709.30第 三 次 測(cè) 量2.404.205.907.809.50第 四 次 測(cè) 量2.505.005.907.709.30第 五 次 測(cè) 量2.703.806.007.809.40第 六 次 測(cè) 量2.303.906.107.809.50第 七 次 測(cè) 量2.503.906.007.809.50第 八 次 測(cè) 量2.5

17、03.906.107.709.50第 九 次 測(cè) 量2.403.906.407.809.60第 十 次 測(cè) 量2.404.006.307.509.20第 十 一 次 測(cè) 量 2.604.106.007.609.30第 十 二 次 測(cè) 量 2.403.806.107.709.40第 片46測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析 線性線性 第2步 計(jì)算零件平均值零件平均值偏倚偏倚極差極差請(qǐng)參閱下一頁(yè)。請(qǐng)參閱下一頁(yè)。第 片47測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例零件 1零件 2零件 3零件 4零件 5基準(zhǔn)值2.004.006.008.0010.00第一次測(cè)量2.705.105.807.60

18、9.10第二次測(cè)量2.503.905.707.709.30第三次測(cè)量2.404.205.907.809.50第四次測(cè)量2.505.005.907.709.30第五次測(cè)量2.703.806.007.809.40第六次測(cè)量2.303.906.107.809.50第七次測(cè)量2.503.906.007.809.50第八次測(cè)量2.503.906.107.709.50經(jīng)九次測(cè)量2.403.906.407.809.60第十次測(cè)量2.404.006.307.509.20第十一次測(cè)量2.604.106.007.609.30第十二次測(cè)量2.403.806.107.709.40均值2.494.136.037.719

19、.38偏倚+0.49+0.13+0.03-0.29-0.62極差0.41.30.70.30.5第 片48測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例 第3步 對(duì)照基準(zhǔn)值描繪偏倚。對(duì)照基準(zhǔn)值描繪偏倚。 參閱下一頁(yè)。參閱下一頁(yè)。第 片49測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例線性標(biāo)圖線性標(biāo)圖-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6246810基準(zhǔn)值基準(zhǔn)值Bias第 片50測(cè)量系統(tǒng)分析測(cè)量系統(tǒng)分析如何確定線性的示例如何確定線性的示例 第4步用以下公式計(jì)算線性。%17.13100 %0.79 6.000.1317 98. 0 7367. 0ny b 0.1317- 1, ;22222222過程變差線性線性過程變差傾斜度線性擬合優(yōu)度傾斜度基準(zhǔn)值傾斜度偏倚其中nyynxxnyxxyRnxaxnxnyxxyaxayaxby第 片擬和優(yōu)度：如果R2 0.6,線性方程成立線性方程成立nyynxxnyxxyR222222線線 性性置信區(qū)間置信區(qū)間低值：低值：b+ax0- tn-2,1-a/2? 1/n+(X0- ) / (Xi- )2 ? 1/2 s 高值：高值：b+ax0- tn-2,1-a/2 ? 1/n+(X0- ) / (Xi- )2 ? 1/2 s 如如”偏倚偏倚=0”線完全在擬合置信帶內(nèi)則線性可接受線完全在擬合置信帶內(nèi)則線性可接受X