計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)研究綜述

計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)研究綜述計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)研究綜述摘要：本文以質(zhì)量管理中的常用工具為研究內(nèi)容，首先介紹了測量系統(tǒng)的基本概念與發(fā)展研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上對計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)進(jìn)行了深入介紹與分析。關(guān)鍵詞：質(zhì)量管理；測量系統(tǒng)；計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)分析1.1基本概念參照標(biāo)準(zhǔn)測量儀器參照標(biāo)準(zhǔn)測量儀器測量方法測量者被測對象被測對象測量結(jié)果測量系統(tǒng)基本要素常包括偏倚（Bias）、穩(wěn)定性（Stability）、線性（Linearity）、以及重復(fù)性和再現(xiàn)性（Repeatability&Reproducibility，簡稱R&R）。在測量系統(tǒng)分析的實(shí)際運(yùn)作中可同時(shí)進(jìn)行，亦可選項(xiàng)進(jìn)行，根據(jù)具體使用情況確定?！坝?jì)數(shù)型”測量系統(tǒng)分析通常利用屬性一致性分析法來進(jìn)行判定。⑷基準(zhǔn)（Master）：都承認(rèn)的一個(gè)被測體的數(shù)值，作為一致同意的用于進(jìn)行比較的參考標(biāo)準(zhǔn)，也可被描述為參考或校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。一般來說基準(zhǔn)是一個(gè)基于科學(xué)原理的理論值或確定值，或是基于某國家或國際組織的指定值，或是一個(gè)基于某科學(xué)或工程組織主持的合作試驗(yàn)工作產(chǎn)生的一致同意值；對于具體用途來說，基準(zhǔn)是采用接受的參考方法獲得的一個(gè)同意值。⑸過程分布的分組數(shù)量（numbersofdistinctcategories,ndc）：即可區(qū)分類別數(shù)?？紤]整個(gè)測量系統(tǒng)變差時(shí)，數(shù)據(jù)分級大小也叫有效分辨率。基于測量系統(tǒng)變差的置信區(qū)間長度來確定該等級的大小。通過把該數(shù)據(jù)大小劃分為預(yù)期的過程分布范圍能確定數(shù)據(jù)分級數(shù)ndc。1.2測量系統(tǒng)國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀關(guān)于測量系統(tǒng)分析的研究，最早起源于20世紀(jì)中期一些質(zhì)量學(xué)者從統(tǒng)計(jì)角度考慮對測量誤差的研究。1972年，MnadelJ首次提出了重復(fù)性和再現(xiàn)性的原理和算法。到了20世紀(jì)90年代，測量系統(tǒng)分析的研究和應(yīng)用在學(xué)術(shù)界和企業(yè)界都得到了極大的發(fā)展，尤其是在汽車行業(yè)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。過去，美國三大汽車公司：戴姆勒克萊斯勒、福特和通用都有各自用于保證供方一致性的指導(dǎo)文件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但是這些文件和標(biāo)準(zhǔn)的差異導(dǎo)致了對供方資源的額外要求。為此，三大汽車公司組織了特別工作組對各自使用的參考手冊、程序、報(bào)告格式以及技術(shù)術(shù)語進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，希望改善這種狀況。按照ISO9000質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)對測量管理體系的要求，統(tǒng)一供方的測量能力，保證供方產(chǎn)品一致性。因此，戴姆勒克萊斯勒、福特和通用汽車公司在1990年共同組織編寫了MSA手冊，并通過汽車工業(yè)行動集團(tuán)（AIAG）發(fā)行。第一版發(fā)行使用后，效果十分顯著，供方普遍反映良好，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，提出了一些修改建議，這些建議相繼被納入之后的第二版和第三版，乃至最新的第四版。MSA手冊詳細(xì)介紹了測量系統(tǒng)分析的理論基礎(chǔ)及開展各類型測量系統(tǒng)分析的依據(jù)和方法，諸多的說明和范例方便讀者閱讀，具有極高的實(shí)效性和可操作性。目前測量系統(tǒng)分析除了在汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)和汽車整車廠有效實(shí)施外，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)。由于技術(shù)發(fā)展的不平衡，世界上許多國家對測量系統(tǒng)控制的認(rèn)識不足。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在1992年編制了測量系統(tǒng)管理的標(biāo)準(zhǔn)《測量設(shè)備的計(jì)量確認(rèn)體系》，當(dāng)時(shí)的計(jì)量工作更多關(guān)注測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，但是缺少對測量系統(tǒng)的其它特性的分析和認(rèn)識。1997年，ISO在原來的研究成果基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善，發(fā)布了《ISO10012-2:1997測量過程控制指南》，在2003年再次更新調(diào)整為《ISO10012:2003測量管理體系測量過程和測量設(shè)備的要求》。新標(biāo)準(zhǔn)指出了測量管理體系的目的是控制測量設(shè)備和測量過程可能的誤差影響產(chǎn)品質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)調(diào)在完成測量設(shè)備計(jì)量管理的同時(shí)，還應(yīng)該持續(xù)控制影響測量過程的因素。但是對如何在生產(chǎn)過程中動態(tài)開展測量系統(tǒng)分析、評價(jià)測量系統(tǒng)的特性指標(biāo)和具體實(shí)施辦法描述較少，實(shí)際操作的指導(dǎo)性不強(qiáng)。同時(shí)受限于傳統(tǒng)管理方式的延續(xù)性，新標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)中的要求還相距甚遠(yuǎn)。在國內(nèi)，雖然是近幾年才開始對測量系統(tǒng)分析理論的應(yīng)用和推廣，但是其發(fā)展十分迅速。近年來，越來越多跨國公司進(jìn)入中國市場并在國內(nèi)投資建廠，為了降低成本，它們都在制造、研發(fā)和采購等方面加速了本地化進(jìn)程。很多跨國公司在考察供應(yīng)商時(shí)，都很注重審查供應(yīng)商的質(zhì)量管理體系，其中衡量供應(yīng)商的質(zhì)量保證能力的一個(gè)重要參考指標(biāo)就是測量系統(tǒng)分析的應(yīng)用情況。企業(yè)想要參與全球化的市場競爭，就必須施行國際統(tǒng)一的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)和方法。為適應(yīng)與國外企業(yè)的合作與交流，很多國內(nèi)企業(yè)開始按客戶的要求開展MSA工作，比如對國內(nèi)汽車零部件行業(yè)來說，開展MSA已經(jīng)成為汽車配套行業(yè)的準(zhǔn)入條件，這在客觀上推動了MSA的普及和應(yīng)用。另一方面，這些企業(yè)的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也證明了測量系統(tǒng)分析的實(shí)施是企業(yè)質(zhì)量管理體系有效運(yùn)行的保障，是保證企業(yè)產(chǎn)品達(dá)到一致的有效措施。目前已有越來越多的企業(yè)開始采用MSA這一有力的質(zhì)量管理工具來進(jìn)行質(zhì)量管理，并很快取得了明顯成效，過程測量更加合理、測量數(shù)據(jù)更加可靠、產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升。同時(shí)一些企業(yè)也開始要求其供應(yīng)商也采用MSA，控制原材料的一致性。測量系統(tǒng)分析正以其顯而易見的功效得到企業(yè)的普遍認(rèn)可。2.計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)也是按照測量結(jié)果的數(shù)據(jù)屬性而定義的，即計(jì)數(shù)型測量得到的數(shù)據(jù)是計(jì)數(shù)型的數(shù)據(jù)。對于離散（或非連續(xù)）型的數(shù)據(jù)，通常也稱為計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)，如合格/不合格、通過/不通過、是/否、好/壞等都具有分明界限的測量的表示。這類數(shù)據(jù)不如計(jì)量型數(shù)據(jù)包含的信息那樣敏感豐富，在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，所需樣本量往往比較大。但其對測量手段和成本的要求不高。隨著現(xiàn)在對計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法的不斷應(yīng)用，計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)越來越受重視。2.1計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)是一種測量值為有限分類數(shù)的測量系統(tǒng)，它與能獲得一系列連續(xù)數(shù)據(jù)的計(jì)量型測量系統(tǒng)是截然不同的。從數(shù)據(jù)的測量尺度來說，計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的輸出屬于定類尺度或者定序尺度數(shù)據(jù)。例如，根據(jù)火焰顏色的變化檢測溫度的儀器可能會有三個(gè)分類：高、中、低。對于這類的系統(tǒng)使用計(jì)量型測量系統(tǒng)的評價(jià)方法是行不通的。計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)分析評價(jià)的數(shù)據(jù)分為定類數(shù)據(jù)和定序數(shù)據(jù)兩種。定類數(shù)據(jù)是一系列以文字描述或以數(shù)字形式表示的名義值，但只起到標(biāo)簽的作用；這類數(shù)據(jù)可以指示所屬的類別，沒有高低、大小和優(yōu)劣之分。定序數(shù)據(jù)是按現(xiàn)象的順序差異進(jìn)行辨別與分類的一系列以文字表述或數(shù)字形式表示的名義值，也是只起到標(biāo)簽的作用，定序數(shù)據(jù)是使用計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)給一些項(xiàng)目排序得到的一類屬性數(shù)據(jù)。定類數(shù)據(jù)要求至少有兩個(gè)分類水平，定序數(shù)據(jù)至少要3個(gè)水平。對于計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)通常有兩種評價(jià)方法：第一種為解析法，即對計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的偏倚和重復(fù)性進(jìn)行評價(jià)；第二種為屬性一致性分析。解析法的目的是通過規(guī)定的樣本數(shù)據(jù)評估測量系統(tǒng)的重復(fù)性和偏倚，通過得到的重復(fù)性和偏倚值，對測量系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)，并對測量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，評價(jià)的對象主要為量具。而屬性一致性分析則通過對各評估對象的一致性和相關(guān)性分析，評估評估者的有效性和量具的有效性，評估的對象為評估者和量具，通過對評估者有效性分析，對評估者的水平進(jìn)行對比分析，找出評估水平較弱的評估者，對其采取相應(yīng)的措施。可以說，解析法是屬性一致性分析的基礎(chǔ)和準(zhǔn)備階段，通過解析法對計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)中的量具進(jìn)行判斷后，進(jìn)而通過屬性一致性分析對該計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)中的檢驗(yàn)員進(jìn)行分析，通過這兩種方法可以有效的找出計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)。解析法解析法（屬性量具分析）是通過量具性能曲線（GagePerformanceCurve,GPC）來對計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)進(jìn)行偏倚和重復(fù)性評價(jià)的一種研究方法。這種分析方法適用于具有單邊限值和雙邊限值的測量系統(tǒng)，由于量具性能曲線的對稱性，所有可以只用一側(cè)的單邊限值進(jìn)行檢驗(yàn)。建立量具性能曲線時(shí)有一個(gè)重要假設(shè)，即假設(shè)測量系統(tǒng)變差主要由重復(fù)性、再現(xiàn)性和偏倚組成，且重復(fù)性和再現(xiàn)性服從正態(tài)分布N（1）樣本數(shù)據(jù)要求解析法有兩種試驗(yàn)方法，一種為AIAG法，另一種為回歸法。AIAG法要求在選擇零件時(shí)應(yīng)已知零件的參考值（XT），而且應(yīng)該盡量在最小參考值到最大參考值之間等間隔地選取。規(guī)定零件數(shù)量為8個(gè)，規(guī)定測量次數(shù)m=20次。最小的零件的接受次數(shù)必須為0，記零件被接受的數(shù)量為a，則a=20；最大的零件必須全部被接受，即a=20，其它6個(gè)零件的接受次數(shù)大于0且小于20。2）評價(jià)參數(shù)的定量表征eq\o\ac(○,1)樣本的接受概率Pa‘=當(dāng)a=0時(shí)，對應(yīng)最大參考值，因此Pa‘=0.025;當(dāng)a=20時(shí),對應(yīng)最小參考值，因此eq\o\ac(○,2)求回歸系數(shù)和回歸方程以參考值XT為自變量（設(shè)為x），以?-1ba計(jì)算決策系數(shù)為：Req\o\ac(○,3)計(jì)算偏倚和重復(fù)性與計(jì)量型測量系統(tǒng)不同，計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)是通過在正態(tài)概率圖上找到Pa‘=0.5;對應(yīng)的XTb其中LL表示下規(guī)范限，XT(Pa'從計(jì)數(shù)型量具性能曲線求重復(fù)性時(shí)，除了要計(jì)算修正前的重復(fù)性，還要考慮除以一個(gè)常數(shù)1.08（調(diào)整因子）來進(jìn)行調(diào)整，得修正后的重復(fù)性。當(dāng)選定變差范圍覆蓋99.5%的分布范圍時(shí)：調(diào)整前的重復(fù)性為：GRR調(diào)整后的重復(fù)性為：Re(2)屬性一致性分析屬性一致性分析就是對屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性和一致性的研究。用屬性一致性分析對多個(gè)檢驗(yàn)員給出的名義或順序評級的一致性進(jìn)行評估，用以判斷檢驗(yàn)員的一致性水平。屬性一致性分析是在屬性量具分析（解析法）的基礎(chǔ)上對計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)的主要組成部分之一即檢驗(yàn)員的一致性水平進(jìn)行評價(jià)的主要方法。進(jìn)行計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)分析一般通過以下幾個(gè)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行：一致性比率，Kappa系數(shù)，Kendall一致性系數(shù)，Kendall相關(guān)系數(shù)。一致性比率是單個(gè)操作者多次測量或多個(gè)操作者多次測量之間的一致性的程度，可由匹配數(shù)和觀察數(shù)得到一致性比率及其95%的置信區(qū)間。一致性比率越接近于1越好。Kappa統(tǒng)計(jì)量描述的是評價(jià)人的評估等級之間的絕對一致性的度量，當(dāng)數(shù)據(jù)是名義上的（定類）并具有兩個(gè)或以上無自然順序的分類水平時(shí)可使用Kappa統(tǒng)計(jì)量。Kappa統(tǒng)計(jì)量的取值從0到1，Kappa值越接近1表示絕對一致性越強(qiáng)，越接近0表示絕對一致性越弱。Kendall統(tǒng)計(jì)量是評價(jià)人的評估等級之間關(guān)聯(lián)的度量，當(dāng)數(shù)據(jù)是有序的（定序）且具有三個(gè)或三個(gè)以上有自然順序的可能分類水平時(shí)才能使用Kendall統(tǒng)計(jì)量。如果被測對象或?qū)傩缘幕鶞?zhǔn)未知且數(shù)據(jù)有序，則可計(jì)算Kendall一致性系數(shù)，取值范圍為0到1，且系數(shù)值越高，關(guān)聯(lián)程度越強(qiáng)。如果被測對象或?qū)傩缘幕鶞?zhǔn)已知且數(shù)據(jù)有序，則可計(jì)算Kendall相關(guān)系數(shù)，取值從-1到1，正值表明正相關(guān)，負(fù)值表明負(fù)相關(guān)，絕對值越大，相關(guān)性越強(qiáng)。3．總結(jié)計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)因?yàn)楸旧砭哂屑庸ぶ谱魅菀?、使用方便、快捷、?zhǔn)確度高、易操作等特點(diǎn),所以在工廠企業(yè)中得到了普遍應(yīng)用,而對其進(jìn)行評價(jià)分析是MSA工作的重要組成部分,既滿足QS9000(或ISO/TS16949等)汽車質(zhì)量體系的強(qiáng)制性要求,同時(shí)又可以對“定性檢測過程”進(jìn)行正確分析與量化評價(jià),從而達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量、保持生產(chǎn)過程穩(wěn)定的目的,切實(shí)避免可能存在的潛在零件質(zhì)量問題及其造成的產(chǎn)品可能被召回的風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)分析時(shí),應(yīng)注意正確理解和掌握測量系統(tǒng)分析的理論知識,并結(jié)合本企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐,才能正確有效地實(shí)施MSA,提高在實(shí)際工作中解決問題的能力,使MSA真正服務(wù)于生產(chǎn)過程。參考文獻(xiàn)[1]趙會珍,趙秀栩,賴?yán)罾?測量系統(tǒng)分析在統(tǒng)計(jì)過程控制中的應(yīng)用[J].機(jī)械制造.2008,46（3）.62-64.[2]徐蘭.測量系統(tǒng)誤差分析研究[D].南京理工大學(xué)碩士論文.2006,12-18.[3]AutomotiveIndustryActionGroup(AIAG).Measuremen