測量系統分析MeasurementSystemAnalysis1有關測量數據的常見問題在質量管理中，數據的使用是極其頻繁和相當廣泛的。數據質量的好壞很大程度上取決于測量系統，必須對測量系統進行分析。什么是測量？將一個未知量與一個已知的或已經接受的參照值進行的比較。為什么我們需要測量數據？我們使用測量數據來判斷產品是否合格，制定有關過程管理的決策。2有關測量數據的常見問題－－我接受這件產品嗎？－－過程是很好，還是需要進行調整？我們對測量數據有什么期望？準確性：數據必須告訴我們真相！重復性：重復測量必須產生同樣的結果！再現性：結果不應該受檢驗員的影響。3什么是測量系統？測量系統是對被測的特性賦值的操作者、設備（包括量具）、軟件、操作程序、測量環境的集合，用來獲得測量結果的整個過程稱為測量過程或測量系統。賦值數據（測量結果）操作者設備軟件被測事物操作程序測量環境測量系統分析示意圖4測量系統的基本要求（一）測量系統要有足夠的分辨力１）分辨率：可定義為測量儀器能夠讀取的最小測量單位。２）足夠的分辨力是指：所用測量器具的分辨力必須小于或等于被測參數允許誤差的10%。5測量系統分辨率

看看下面的部件A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部件的測量值之間的差異的能力。部件A部件B部件A部件BA=2.0B=2.0A=2.25B=2.00因為上面刻度的分辨率比兩個部件之間的差異要大，兩個部件將出現相同的測量結果。第二個刻度的分辨率比兩個部件之間的差異要小，部件將產生不同的測量結果。6測量系統的有效分辨率極差控制圖可顯示分辨率是否足夠，應看控制限內有多少個數據分級，一般要求它大于5才可接受。在過程變差的SPC極差圖上可看出：7分辨率不足的表現當極差圖中只有一、二或三種可能的極差值在控制界限內時。如果極差圖顯示有四種可能的極差值在控制界限內，且超過1/4以上的極差值為零。8測量系統的基本要求（二）測量系統在規定的時間內要保持統計穩定性研究穩定性時，應明確：1）測量系統的外部條件是什么？2）在測量系統達到穩定性狀態時，還要保證系統標準差或過程變差不要過大。3）測量系統的穩定性能保持的時間，到時間要對測量系統進行校正，即定期對測量系統進行校準。9測量系統要具具有良好的線線性特性測量系統的線線性特征是指指在其量程范范圍內，偏倚倚應是基準值值的函數。此此時：1）在量程較較低的部位，，偏倚要小；；2）在量程較較高的部位，，偏倚可以大大些。測量系統的基基本要求（三三）10描述測量數據據質量的統計計特性通常用來描述述測量數據質質量的統計特特性是某測量量系統的偏倚倚（Bias）和變差（（variance）。。被稱為偏倚的的統計特性指指的是數據值值相對于參考考（基準）值值的位置。被稱為變差的的特性指的是是數據的分布布寬度。11測量系統變差差測量系統變差差是指多次測測量結果的變變異程度。位置變差：準確度（偏移移）穩定性線性寬度變差：重復性再現性位置寬度12過程變差剖析析長期過程變差短期抽樣產生的變變差實際過程變差差穩定性線性重復性準確度量具變差操作員造成的的變差測量誤差過程變差觀測測值“重復性”和和“再現現性”是測測量誤差的主主要來源再現性過程變差13準確度與精密密度準確度-測量結果與被測真值之間的一致程度精密度-在規定條件下獲得的各獨立測量值之間的一致程度

++++準而不精精而不準不精不準既精又準14測量系統對產產品決策的影影響圖中:I不好的零件件永遠被視為為不好的零件件；II可能做出出潛在的錯誤誤決定；III好零件件永遠被視為為好零件。15測量系統對產產品決策的影影響由于我們的目目標是盡可能能地對產品狀狀態做出正確確的決定，所所以會做出以以下選擇：1）改進生產產過程：減少少過程變差，，不會生產出出落在區域Ⅱ的產品。2）改進測量量系統：減少少測量系統誤誤差以減少區區域Ⅱ的大小小，這樣，生生產出的所有有的產品將全全部落在區域域Ⅲ內，這就就能減少做出出錯誤的風險險。16測量系統對過過程決策的影影響為什么我們己己經測量為““好的”零件件,卻不能在在顧客生產過過程中被正常常使用?為什么我們已已經測量為““不好的”零零件,卻可以以在顧客生產產過程中被正正常使用?17測量系統分析析的目的測量系統分析析的目的是確確定所使用的的數據是否可可靠測量系統分析析還可以：評估新的測量量儀器將兩種不同的的測量方法進進行比較對可能存在問問題的測量方方法進行評估估確定并解決測測量系統誤差差問題18測量系統分析析的時機初次分析應在在試生產中且且在正式提交交PPAP之之前進行。一般情況下每每年度進行一一次測量系統統分析。出現以下情況況時，應當增增加分析頻次次和重新分析析：１）量具進行行了較大的維維修；２）量具失準準時；３）顧客需要要時；４）重新提交交PPAP時時；５）測量系統統發生變化時時。19測量系統分析析的準備工作作確定要測量的的對象確定評價人的的人數，抽樣樣零件的數量量重復測量的次次數評價人的選擇擇樣件的選擇儀器有足夠的的分辨率確定測量程序序20測量系統分析析的準備與注注意事項測量系統計劃劃的制定在進行測量系系統分析之前前，要制定測測量系統分析析計劃。計劃劃內容包括：：１）確定需分分析的測量系系統。２）確定用于于分析的待測測參數/尺寸寸或質量特性性。３）確定分析析方法：４）確定測試試環境；５）確定分析析人員和測量量人員。６）確定樣品品數量和重復復計數的次數數。21測量系統分析析的準備與注注意事項量具的準備1）應針對具具體尺寸/特特性選擇有關關控制計劃指指定的量具。。2）確保要分分析的量具是是經過檢定/校準且是合合格的。3）量具的分分辨力一般應應小于被測參參數允許差的的1/10,在量具計數數中，如有可可能該數應取取至最小刻度度的一半。22測量系統分析析的準備與注注意事項測試操作人員員和分析人員員的選擇１）在測量系系統分析時，，測試人員和和分析人員不不能是同一個個人。２）應應優先先選擇擇通常常情況況下實實際使使用所所選定定量具具實施施測量量的操操作工工/檢檢驗人人員為為測量量操作作人員員，以以確保保測試試方法法和測測量結結果與與日后后的正正式生生產或或過程程更改改的實實際情情況相相符。。３）應應選擇擇熟悉悉測量量系統統分析析方法法的人人員作作為分分析人人員。。23測量系系統分分析的的準備備與注注意事事項分析樣樣本的的選擇擇1）樣樣本應應從實實際生生產或或檢驗驗過程程中選選擇，，并考考慮盡盡可能能代表表實際際生產產中存存在的的所有有變差差。2）如如果一一個量量具適適用于于多個個規格格產品品的尺尺寸/特性性測量量，在在作該該量具具測量量系統統分析析時，，應選選擇其其中一一個過過程變變差最最小規規格的的產品品作樣樣本，，以避避免過過大的的零件件變差差造成成分析析結果果不準準確。。3）給給每一一個樣樣本編編號并并貼上上標簽簽，但但要避避免測測試操操作人人員事事先知知道編編號，，并確確保按按隨機機順序序進行行測量量。24穩定性性（Stability）量值在一段段時間間內，，測量量結果果的分分布無無論是是均值值還是是標準準偏差差都保保持不不變和和可預預測的的通過較較長時時間內內，用用被監監視的的量具具對相相同的的標準準或標標準準件的的同一一特性性進行行測量量的總總變異異來監監視可用時時間走走勢圖圖進行行分析析25穩定性性研究究1）選選取一一個樣樣件,并并建立立其可可追溯溯到相相關標標準的的參考考值,如如果無無法取取得這這樣的的樣件件，則則可從從生產產線中中取一一個落落在生生產測測量范范圍中中間的的生產產零件件,指指定它它為基基準樣樣件以以進行行穩定定性分分析,且且應針針對預預期測測試值值的最最低值值，最最高值值及中中程數數的標標準各各取得得樣件件或標標準件件,并并對對每個個樣本本或標標準件件單獨獨測量量并繪繪制控控制圖圖。26穩定性性分析析2）以以一定定的周周期基基礎(每天天、每每周)對標標準件件或樣樣本測測量3～5次。。抽樣樣的數數量和和頻次次應取取決于于對測測量系系統的的認識識：可可能考考慮的的因素素包括括要求求校準準或維維修的的頻次次如何何、使使用測測量系系統統的頻頻率，，以及及操作作條件件的重重要性性等。。3）將將測量量(數數據)按時時間順順序畫畫在Xbar-R圖圖或Xbar-S圖圖上。。4）建建立控控制限限,使使用用控制制圖分分析法法來評評價是是否有有不受受控或或不穩穩定的的情況況。27穩定性性分析析選擇生生產過過程輸輸出范范圍中中接近近中間間值的的一個個零件件，該該零件件送到到實驗驗室，，經測測量其其參考考值確確定參參考值值32,小小組每每班測測量該該零件件5次次，共共測了了四周周收集集所有有數據據后，，畫出出Xbar-R控制制圖控制制圖圖分分析析表表明明該該測測量量過過程程處處于于穩穩定定狀狀態態，，因因此此沒沒有有明明顯顯可可見見的的特特殊殊原原因因結結果果發發生生，，則則判判定定穩穩定定性性合合格格。28造成不穩穩定的可可能因素素（一））儀器需要要校準，，縮短校校準周期期儀器、設設備或夾夾具的磨磨損正常的老老化或損損壞維護保養養不好：：空氣、、動力、、液體、、過濾器器、腐蝕蝕、塵土土、清潔潔基準的磨磨損或損損壞，基基準的誤誤差不適當的的校準或或使用基基準設定定29造成不穩穩定的可可能因素素（二））儀器質量量不好——設計或或符合性性儀器缺少少穩健的的設計或或方法不同的測測量方法法—作業業準備、、載入、、夾緊、、技巧變形（量量具或零零件）環境變化化—溫度度、濕度度、振動動、清潔潔錯誤的假假設，應應用的常常數不對對應用—零零件數量量、位置置、操作作者技能能、疲勞勞、觀測測誤差（（易讀性性、視差差）30準確度(Accuracy)準確度(Accuracy)—測測量的的平均值值是否與與真值吻吻合?真值（Truevalue)1)某一一物品的的真實數數值2)不可可知且無無法知道道偏倚（Bias)1)測量量值的均均值與真真值的距距離2)測量量系統持持續地偏偏離目標標3)系統統錯誤31測量結果果的平均均值與參參考值的的差異。。在所有分分析中，，參考值值被作為為真值的的最佳近近似值。。觀測平均均值參考值偏倚（BIAS）32參考值與與真值參考值：：也被稱稱為可接接受的參參考值或或基準值值，它是是一個被被同意用用作參考考比較的的一個物物品或整整體的值值。可接接受的參參考值取取決于以以下方面面：1）用高高一級的的測量設設備多次次測量的的平均值值來確定定；2）法定定值：由由法律定定義并強強制執行行的。3）理論論值：以以科學理理論為基基礎。4）協議議值：由由受影響響的各團團體所協協調是到到的值。。真值：是是被測零零件的““實際值值”。盡盡管該值值不被知知道且無無法知道道，但它它是測量量系統的的目標，，所有個個別的真真值都要要盡可能能地（經經濟地））與該值值接近。。33偏倚（BIAS）分析析置信度區區間：預預期的包包括了某某一參數數的真值值的數值值范圍。。同一操作作者對同同一工件件測量15次通過使用用統計軟軟件得到到直方圖圖和數據據表對所得的的圖形和和數據進進行分析析34偏倚（BIAS）分析析如果偏倚倚在統計計上不等等于0，，檢查是是否存在在以下原原因：基準件或或參考值值有誤——檢查確確定標準準件的程程序儀器磨損損—維修修儀器所測測量的特特性有誤誤儀器沒有有經過適適當的校校準—對對校準程程序進行行評審評價者使使用儀器器的方法法不正確確—對測測量指導導書進行行評審儀器糾正正的指令令錯誤。。35線性在量具預預期的工工作量程程內，偏偏倚值的的差異。。線性可可被視為為偏移對對于量程程大小不不同所發發生的變變化。多個獨立立的偏倚倚誤差在在量具工工作量程程內的關關系是測量系系統的系系統誤差差構成36線性37線性分析析選擇g≥≥5個零零件，使使這些測測量涵蓋蓋這量具具的整個個工作量量程。對每個零零件進行行全尺寸寸測量，，從而確確定其參參考值，，并確定定涵蓋了了這量具具的工作作量程。。讓經常使使用該量量具的操操作者測測量每個個零件m≥10次。要隨機的的選擇零零件，從從而減少少評價人人對測量量中偏倚倚的“記記憶”。。38線性分析析某工廠檢檢驗員對對某過程程引進了了一套新新的測量量系統，，作為PPAP的一部部分，需需要對測測量系統統的線性性進行評評價。根據已文文件化的的過程變變差描述述，在測測量系統統的全部部工作量量程范圍圍內選取取了五個個零件。。通過對對每個零零件進行行全尺寸寸檢驗從從而確定定它們的的參考值值，然后后由主要要操作者者對每個個零件測測量12次。在在分析中中，這些些零件是是隨機抽抽取的。。使用散布布圖和統統計軟件件，檢查查員畫出出了線性性圖。39線性誤差差的原因因造成線性性誤差的的可能原原因如下下：儀器需要要校準，，縮短校校準周期期儀器、設設備或夾夾具的磨磨損維護保養養不好——空氣、、動力、、液體、、過濾器器、腐蝕蝕、塵土土、清潔潔基準的磨磨損或損損壞，基基準的誤誤差—最最小/最最大不適當的的校準或或使用基基準設定定儀器質量量不好——設計計或符合合性40線性誤差差的原因因造成線性性誤差的的可能原原因如下下：缺乏穩健健的儀器器設計和和方法應用了錯錯誤的量量具不同的測測量方法法－－作作業準備備、載入入、夾緊緊、技巧巧隨著測量量尺寸不不同，（（量具或或零件））的變形形量不同同環境－溫溫度、濕濕度、振振動、清清潔錯誤的假假設，應應用的常常數不對對應用－零零件的數數量、位位置、操操作者技技能、疲疲勞、觀觀測誤差差41精密度（（重復性性和再現現性）精密度——描述了了測量系系統的偏偏差重復性：：在相同同的條件件下，對對同一被被測量進進行連續續多次測測量所得得結果之之間的一一致性。。即：偏偏差由量量具本身身造成；；（測量量系統內內部變差差）再現性：在在改變了測測量條件下下，同一被被測量結果果之間的一一致性。即即：偏差由由測量者的的技巧造成成；（測量量系統之間間或條件之之間的變差差）測量系統=重復性+再現性42測量系統內內在的變異異性基于重復測測量的數據據，用分組組后組內的的標準偏差差來估算小于測量系系統的總變變差

重復性指同一人使用同一測量工具對同一對象（產品）的同一特性進行多次測量中產生的變差，用于估計短期的變差MasterValue精密度：重重復性43造成重復性性的可能原原因零件內部（（抽樣樣本本）：形狀狀、位置、、表面光度度、錐度、、樣本的一一致性儀器內部：：維修、磨磨損、設備備或夾具的的失效、質質量或保養養不好標準內部：：質量、等等級、磨損損方法內部：：作業準備備、技巧、、歸零、固固定、夾持持、點密度度的變差評價人內部部：技巧、、位置、缺缺乏經驗、、操作技能能或培訓、、意識、疲疲勞44造成重復性性的可能原原因（續））環境內部：：對溫度、、濕度、振振動、清潔潔的小幅度度波動錯誤的假設設—穩定，，適當的操操作缺乏穩健的的儀器設計計或方法，，一致性不不好量具誤用失真（量具具或零件））、缺乏堅堅固性應用—零件件數量、位位置、觀測測誤差（易易讀性、視視差）45精密度：再再現性測量系統中中操作員產產生的變異異基于不同操操作者的測測量數據，，按操作員員分組，通通過組平均均值的差來來評估。應扣除量具具的因素（（組內變差差）比測量系統統總變差小小InspectorAMasterValueInspectorBInspectorCInspectorAInspectorBInspectorC再現性指不同的人在對同種特性進行測量時產生的變差46造成再現性性誤差的潛潛在原因零件之間（（抽樣樣本本）：使用用相同的儀儀器、操作作者和方法法測量A、、B、C零零件類型時時的平均差差異儀器之間：：在相同零零件、操作作者和環境境下使用A、B、C儀器測量量的平均值值差異。注注意：在這這種情況下下，再現性性誤差通常常還混有方方法和/或或操作者的的誤差。標準之間：：在測量過過程中，不不同的設定定標準的平平均影響。。47造成再現性性誤差的潛潛在原因（（續）方法之間：：由于改變變測量點密密度、手動動或自動系系統、歸零零、固定或或夾緊方法法等所造成成的平均值值差異。評價人（操操作者）之之間：評價價人A、B、C之間間由于培訓訓、技巧、、技能和經經驗所造成成的平均值值差異。推推薦在為產產品和過程程鑒定和使使用手動測測量儀器時時使用這種種研究方法法。48造成再現性性誤差的潛潛在原因（（續）環境之間：：在經過1、2、3等時段所所進行的測測量，由于于環境周期期所造成的的平均值差差異。這種種研究常用用在使用高高度自動化化測量系統統對產品和和過程的鑒鑒定。研究中的假假設有誤缺乏穩健的的儀器設計計或方法。。操作者培訓訓的有效性性。應用—零件件數量、位位置、觀測測誤差（易易讀性、視視差）49GageR&R判判斷原則則%R&R可接受性的準則＜10%好的，可接受的測量系統10%～30%根據應用的重要性、測量裝置的成本、維修費用等，可能是可接受的。＞30%不可接受，需要改進50如果重復性性大于再現現性，原因因可能是：：儀器需要維維修可能需要對對量具進行行重新設計計，以獲得得更好的嚴嚴格度需要對量具具的夾緊或或固定裝置置進行改進進零件內變差差太大51如果再現性性大于重復復性，原因因可能是：：需要更