专业MSA手册_(第四版).pdf

1 测量系统分析测量系统分析 3 目目 录录 第一章第一章 测量系统总指南测量系统总指南 第第 A 节节 引言、目的及术语 引言 目的 术语 第第 B 节节 测量过程 测量系统 测量系统变差的影响 第第 C 节节 测量策划和计划 第第 D 节节 测量资源的开发 量具资源选择过程 第第 E 节节 测量问题 第第 F 节节 测量不确定度 第第 G 节节 测量问题分析 第二章第二章 用于评估测量系统的基本概念用于评估测量系统的基本概念 第第 A 节节 背景 第第 B 节节 选择/开发试验程序 第第 C 节节 测量系统研究的准备 第第 D 节节 结果分析 第三章第三章 对可重复测量系统推荐的实施方法对可重复测量系统推荐的实施方法 第第 A 节节 试验程序范例 第第 B 节节 计量型测量系统研究-指南 用于确定稳定性的指南 确定偏倚的指南-独立样本法 确定偏倚的指南-控制图法 确定性的指南 确定重复性和再现性的指南 极差法 平均值和极差法 方差分析法（ANOVA）第第 C 节节 计数型测量系统研究 风险分析法 信号检查（signal detection）方法 分析方法 第四章第四章 其他测量概念和实践其他测量概念和实践 第第 A 节节 不可重复的测量系统的实践 第第 B 节节 稳定性研究 第第 C 节节 变差研究 第第 D 节节 识别过大的零件内部变差的影响 4 第第 E 节节 平均值和极差法额外的处理 第第 F 节节 量具性能曲线 第第 G 节节 通过多次读值减少变差 第第 H 节节 聚焦标准差法计算 GRR 附录附录 附录附录 A 方差分析的概念 附录附录 B GRR 对能力指数 Cp 的影响 公式 分析 图形分析 附录附录 C 附录附录 D 量具 R 研究 附录附录 E 用误差修正术语替代 PV 计算 附录附录 F PISMOEA 误差模型 术语术语 参考文献参考文献 范例表格范例表格 索引索引 4 第一章第一章 测量系统测量系统总总指南指南 第一章第一章-第第 A 节节 引言、目的及术语引言、目的及术语 引言引言 测量数据的使用比以前更多更广泛了。例如，现在是否对制造过程进行调整的决定通常以测量数据为基础，将测量数据或一些从它们所计算出的统计值，与这一过程的统计控制限（statistical control limits）相比较，如果该比较过程已超出统计控制，则进行某种调整，否则，该过程将被允许在没有调整的状态下运行。测量数据的另一个用处是确定在两个或更多变量之间是否存在显著的相互关系。例如，如果怀疑一个模塑零件上的一个关键尺寸和注射材料的温度有关。这种可能的关系可以通过采用所谓回归分析的统计方法来研究，即比较关键尺寸的测量值和注射材料的温度测量值 进行这种举例我互相关系探测研究，被戴明博士称为分析研究法。通常，分析研究法是不断增加对影响过程系统原因知识的一种分析研究。分析研究是测量数据和最重要应用之一，因为应用它们能使得对过程有更好的理解。使用以数据为基础的程序的最大益处取决于所使用的测量数据的质量。如果测量数据质量低，程序的益处可能会较低。同样的，测量数据质量高，收益也可能较高。为了确保应用测量数据所得到的收益大到足以承担获得这些数据的成本，数据的质量需要特别的注意。测量数据的质量测量数据的质量 数据的质量取决于从处于稳定条件过户进行操作的测量系统中，多次测量的统计特性。例如，假定使用某一在稳定条件下操作的测量系统对某一特定特性进行了几次测量。如果这些测量值均与该特性的参考值“接近”，那么可以说这些测量数据的质量“高”，同样，如果部分或所有的测量值与参考值相差“很远”，则称数据的质量“低”。表征数据质量最通用的统计特性是测量系统的偏倚和方差。所谓偏倚的特性，是指数据相对参考（基准）值的位置，而被称为变差的特性是指数据的分布宽度。低质量数据最普通的原因之一是变差太大。一组数据中的变差多是由于测量系统及其环境相 5 互作用造成的。例如，一个用来测量一罐液体容积的测量系统，可能对该测量系统所处的环境中的大气温度较敏感。在这种情况下，数据的变差可能是因为环境温度变化造成的。因此，对测量的数据很难解释，因此，该测量系统不尽理想。如果交互作用产生变差过大，那么数据的质量会很低，从而造成测量数据无法利用。例如，一个具有大量变差的测量系统，在分析制造过程中使用是不适合的，因为测量系统变差可能会掩盖制造过程的变差。管理一个测量系统的许多工作是监视和控制变差。其它的还需要把重点集中在了解测量系统与其环境有什么样的相互作用，以便获得可接受质量的数据。目的目的 本手册的目的是为评定测量系统的质量提供指南。尽管这些指南足以用于任何测量系统，但主要用于工业界的测量系统。本手册不打算作为所有测量系统的一种分析总览，而是主要用于那些注每个零件能重复读数的测量系统。许多分析对于其它形式的测量系统也是很有用的，并且该手册的确包含了参考意见和建议，但对更复杂的或不常用的方法在此没有讨论，建议使用者参考适宜的统计资源。本手册也不涵盖顾客对测量系统分析方法所要求的批准。术语术语 如果不建立一套术语来引述共同的统计特征和相关的测量系统要项，那么讨论测量系统的分析可能会造成混淆和误解。本节将用于本手册的术语汇总如下。在本手册中使用了以下术语：测量被定义为“对某具体事物赋予数字（或数值），以表示它们对于特定特性之间的关系。这个定义由Eisenhart（1963）首次提出。赋予数字的过程被定义为测量过程，而数值的指定被定义为测量值。量具：是指任何用来获得测量的装置，特别是经常用在工厂现场的装置，包括通过/止规。测量系统：是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。由以上这些定义，可以将测量过程看成是一个制造过程，其产生的输出就是数值（数据）。这样看待一个测量系统是有用的，因为这样让我们明白已经说明的所有的概念、原理和工具，这在统计过程控制中早已被证实他们的作用。术语术语汇总汇总1 标准标准（standard）用于比较的可接受偏倚 验收标准 一已知的值，在不确定度（uncertainty）的指南范围内,被接受而为一真值（true value）参考值（referencr value）6 标准应该是一个可操作的定义：该定义在由供方或顾客 应用时，将会产出产生同样的结果，并且在过去、今天、将来都有同样的含义。基本的设备基本的设备(basic equipment)分辨力分辨力(discrimination)、可读性、可读性(readability)、解解析度（析度（resolution）别名：最小可读单位、测量解析度、最小刻度极限、或探测的最小极限 由设计所确定的固有特性 一个测量仪器或输出的最小刻度单位 通常被显示为测量单位 10：1 的比例法则 有效有效解析度（解析度（effective resolution）特定应用条件下，一个测量系统对过程变差的 灵敏度 可以导致测量有用的输出信号的最小输入 通常被描述为一种测量单元 参考参考值值（reference value）某一个物品的可接受数的值 需要一个可操作的定义 常被用来替代真值使用 真值真值（true value）某一物品的真实数值 不可知且无法知道的 1见第一章第五节术语定义和讨论 5 位置变差位置变差（location variation）准确度准确度(accuracy)与真值或可接受的参考值“接近”的程度 在 ASTM 包括了位置及宽度误差的影响 偏倚偏倚（bias）观测到测量的平均值与参考值之间的差值 是测量系统的系统误差所构成 稳定性稳定性（stability）随时间变化的偏倚值 一个稳定的测量过程在位置方面是处于统计上受控状态 别名：漂移（drift）线性线性（linearity）在量具正常工作量程内的偏倚变化量 多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的关系 是测量系统的系统误差所构成 宽度变差宽度变差(width variation)精密度精密度2(precision)每个重复读数之间的“接近”程度 是测量系统的随机误差所构成 重复性重复性 一个评价人多次使用一件测量仪器，对同 一零件的某一特性进行多次测量下的变差 是在固定和已定义的测量条件下，连续（短期）多次测量中的变差 通常指 E -设备变差（equipment variation）设备（量具）能力或潜能 系统内部变差 2在 ASTM 文件中，没有测量系统的精密度这样的说法；也就是说，精密度不能用单一数值表述。6 再现性再现性 由不同的评价人使用相同的量具，测量一个零 件的一个特性的测量平均值的变差。在对产品和过程进行鉴定时，误差可能是评价人、环境（时间）或方法 通常指 A-评价人变差（appraiser variation）系统间（条件）误差 在 ASTM E456-96 包括：重复性、实验室、环境及评价人影响 GRR 或量具或量具的重复性和再现性（的重复性和再现性（gage R）量具的重复性和再现性；测量系统重复性和再现性联合估计值 测量系统能力；取决于所用的方法，可能包括或不包括时间影响 测量系统测量系统性能性能(measurement system performance)测量系统变差的短期估计值（例：“GRR”，也包括图表法）灵敏度灵敏度（sensitivity）能导致可探测到的输出信号的最小输入 测量系统对被测特性变化的感应度 取决于量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）使用期间的维修，以及测量仪器与标准的操作情况 通常被描述为测量单元 一致性一致性（consistency）随时间重复性变化的程度 一致的测量过程是在宽度（变差）方面处于统计上受控状态 均一性均一性 整个正常操作范围内重复性的变化 重复性的同义词 7 系统变差系统变差（system variation）测量系统变差可以分类为：能力能力（capability）短期获取读数的变异性 性能性能(performance)长期读数的变化量 以总变差（total variation）为基础 不确定度不确定度(uncertainty)有关被测值的数值估计范围，相信真值包括 在此范围内 测量系统总变差的所有特性均假设系统是稳定和 一致的。例如，变差分量可以包括第 14 页图 2 报示的各 项的合成。标准和可追溯性 国家标准和技术协会（National Institute of Standards and technology,NIST）是美国的主要的国家测量协会（National measurements institute,NMI）,它属于美国商业部（U.S.department of commerce）,NIST 的前身是国家标准局（NBS），是美国度量衡的最高 权力机构。NIST 的主要责任是提供测量服务以及保存测量 标准，帮助美国工业界建立可溯源的测量，最终能为产品 和服务的贸易提供帮助。NIST 直接对许多类型的工业提供 服务，但主要是那些需要高准确度产品以及在过程中结合目前测量科技进步水准的行业提供服务。世界上许多工业化国家维持了他们与NIST相似的NMI，也为他们的相关行业提供高水平的度量衡或测量服务。NIST 与其他国家的 NMI 合作研究，从而 确保在一个国家进行的测量不会与另一个国家不同。该项工作通过各个 NMI 之间的互相认可协定（mutual recognition arrangements,MRAs）,并进行互相实验比较来完成。有一点要注意，这些各国的 NMI 的能力有差别，并且不是所有类型的测量均在一个共同目标的基础上进行比较，所以存在着差别。这就是为什么要了解追溯到是谁的测量，以及是如何进行追溯的重要性。可追溯可追溯性性（Traceability）对商品和服务的贸易中溯源性是一个非常重要概念。测 量可以追溯到相同或类似的标准，比不能追溯的测量更将 容易达成互相承认。可追溯的测量还可帮助减少重新试验 的要求，以及好产品的拒收与坏产品的接收。国家测量协会国家测量协会（NMI）测量系统必须稳定和一致 8 可追溯性在 ISO国际基本和通用的度量衡术语词汇（ISO International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology,VIM）中的定义为：“通过一个完整的比较链追溯到规定的参考标准（通常为 家或国际标准）的测量特性或标准值，都具有一定的不确定度。”建立一个测量的可追溯性一般可以通过一条比较链追溯到 NMI。但是在工业界的许多情况下，测量的可追溯性可能追溯到顾客和供方同意的参考值或“一致的标准”。这些达成一致的标准和 NMI 之间的可追溯性也许不是总能清晰地被理解的，所以，最关键的是测量能追溯到满足顾客需求的程度。随着测量系统在工业界中的测量技术提升和目前科技进步水准，测量追溯到哪里和如何追溯的定义将成为一个不断进化的概念。波长的标准 互相标准的比较 测定仪 三坐标测量仪 块规 国家标准 参考标准 工作标准 生产量具 激光测量仪 引用量具块/比例 固定量具 千分尺 图 1：长度测量溯源性链的示例 NMI 与不同的国家实验室、量具供方、科技开发制造商等密切合作，从而确保他们的参考标准，这些政府和私人工业机构然后可以使用他们的标准，来为他们的客户的度量衡或量具实验室、校准工作或其他的初级标准提供校准和测量服务。这些情况的连接或链将应用在工厂的现场，并提供基本的测量可追溯性。这个可以通过这种完整的测量链回溯到 NIST 的测量被称为可追溯到 NIST.不是所有组织都有自己的内部计量或量具实验室，因此，他们必须依靠外部的商业/独立实验室提供可追溯性的校准或测量服务。如果商业/独立实验室的能力已通过实验室认可来保证，以上方法是获得可追溯到 NIST 的可接受和适应的方法。9 校准系统指在特定环境下以建立测量设备与已知的参考价值和不确定值的可追溯标准之间关系的一套操作系统。校准系统同时也包括通过对与测量设备精度的误差调整来检测校准系统通过利用校准方法及标准来确定测量系统的测量的可追溯。可追溯性是一个可以溯源到适当计量能力和测量不确定度的校准标准的一个校准链接事件。每个校准项目都由必备部分构成，包括校准标准、验证的测量和测试设备、校准方法及步骤、校准记录及合格工作人员。单位应有拥有内部校准实验室或拥有能控制及维护校准项目的所有组成部分的部门。其这些内部实验室应拥有实验室范围内所列之具体的能进行校准的设施及设备及能用于操作校准的方法及程序。校准系统是部门质量管理系统的一个组成部分。因此，所有内部审计要求应包括校准系统在内。测量保证方案（MAPs）能检验在整个校准系统中的测量流程的可接受性。测量保证方案一般包括通过对相同特性或参数的二次测量过程中的可追溯性是来源于校准过程中在进行初始量测的一个单独的校准环节。测量保证方案同时还包括利用统计程序控制系统（SPC）追踪测量过程中的长期稳定性。注：ANSI/NCSL Z540.3 及 ISO10012 均能提供校准系统许多部件的型号。外部、商业性质的独立校准服务供应商在进行校准项目时，其校准系统必须通过 ISO/IEC 17025 认证的验证。在无合格的实验室情况下，对于有些设备校准服务，由设备制造者承担。测量过程的目标是零件的“真”值，希望任何个别的读值能尽可能的（经济的）与真值接近。遗憾的是真值 永远不能确切地得到。然而基于作业上完善地 定义一个特征的参考值，以及使用具有产生更高解析度并可追溯到 NIST 的测量系统，能够使这种不确定度减到最低。因为参考值常被用于对真值的替代，这些术语通常被互换使用；但不建议这种互换使用。真值真值 校准系统校准系统 10 第一章第一章-第第 B 节节 测量过程测量过程3 为了有效地管理任何过程的变差，需要以下知识：过程应该做什么 会出什么错 过程正在做什么 规范和工程要求决定过程应该做什么。过程失效模式及后果分析 4（PFMEA）是用来确定与潜在过程失效相关的风险，并在这些失效出现前提出纠正措施。PFMEA 的结果转移至控制计划。通过评价过程结果或参数，可以获得过程正在做什么的知识。这种活动，通常称为检验，是用适当的标准和测量装置，检查过程参数，过程中零件，已装配的子系统，或者是已完成的成品活动。这种活动能使观测者确定或否认过程是以稳定的方式操作并具有对顾客规定的目标而言可接受的变差这一前提。这种检查行为本身就是过程。一般一般过程过程 输入输入 输出输出 被管理被管理 的过程的过程 不幸的是，工业界传统上视测量和分析活动为“黑箱作业”。设备是主要关注点 特性越“重要”，量具越昂贵。很少顾虑仪器的适用性。因此这些量具通常没有得到适当的使用或简单地不去用它。测量和分析活动是一个过程 测量过程。所有的过程控制管理，统计或逻辑技术均能应用。这就意味着必须首先确定顾客和他们的需要。顾客，过程的拥有者，希望用最小的努力做出正确的决定。管理者必须提供资源以采购必要的和足够的设备来完成工作，但是采购最好的或最新的测量技术未必能保证做出正确的生产过程控制决定。3本章的部分内容经允许采用了测量系统分析-指南,由 G.F.ruska 和 M.S.Heaphy 编写,第三代,1987,1988。4参见潜在的失效模式及后果分析（FMEA）参考手册-第 3 版 操操 作作 测量过程 数值 测量测量 分析分析 决定决定 11 设备只是测量过程的一部分，过程的拥有者必须了解如何正确使用这些设备及如何分析和解释结果。因此管理者也必须提供清晰明了的操作规定和标准以及培训和支持。接下来，过程的拥有者有义务监控和控制测量过程，以确保获得稳定和正确的结果，包括整个测量系统分析方法 对量具、程序、使用者及环境的研究，例如，正常操作条件的研究。测量系统的统计特性测量系统的统计特性 一个理想的测量系统在每次使用时均能产生“正确”的测量结果。每个测量都会遵循某个标准5。能产生这样的测量结果的测量系统被称为具有如下的统计特性：零方差、零偏倚和对所测的任何产品被错误分析的可能性为零。遗憾的是，具有这样理想统计特性的测量系统很少存在，因此过程管理者被迫使用统计特性不太理想的测量系统。测量系统的质量通常仅仅取决于经过一段时间后产生数据的统计特性。当他们要促成一整体上令人满意的测量系统时，其它因素如成本，易于操作等也同样重要。但是这是所产生数据的统计特性，是测量系统质量的决定因素。对某种使用情况下非常重要的统计特性，其不一定是另一种使用情况下非常重要的统计特性。例如：在某些情况下使用三坐标测量仪（CMM），最重要的统计特性是“小”的偏倚和方差。具有这样统计特性的 CMM 将产生接近可追溯标准的公认值的测量结果。用这样仪器上所得到的数据对分析一个制造过程可能是十分有用的。但是，不管其偏倚和方差多么“小”，使用 CMM 这样的测量系统可能不能够用来分辨好产品或坏产品的接受工作，由于测量系统中其他因素会产生额外的变差来源。5有关标准问题的完整讨论见走出危机，WEdwards Deming,1982,1986,P279-281.12 管理者有责任为最佳的数据应用，识别最为重要的统计特征；管理者也有责任确保使用这些特征作为选择测量系统的依据。为了达成以上目的，需要有关统计特性的具体定义，并且规定测量它们的可接受的方法。尽管每一个测量系统可能被要求有不同的统计特性，但有一些基本特性用于定义“好的”测量系统。包括：1）足够的分辨率和灵敏度。测量的增量应该小于测量的目的相应的过程变差或规范限值。通常被称为 10 比 1 规则，也就是说仪器的分辨力应把公差（或过程变差）划分成 10 等份或更多。这比例规则的意图是作为选择量具时的一个实际最先遵守的原则。2）测量系统应该是统计受控制状态6。这意味着在重复测量条件下，测量系统中的变差只能是由普通原因造成，而不能由特殊原因造成。这种情况可称之为具有统计的稳定性且可以通过控制图法最佳地进行评价。3）为了产品控制，测量系统的变异性与公差相比必须小。依据特性的公差评价测量系统。对于过程控制，测量系统的变差必须小于规范限值。以特性的公差来评估测量系统。4）为了过程控制，测量系统的变差应该能证明具有有效的解析度，并且小于制造过程的变差。6 过程变差和/或 MSA 研究中的总变差可用来评估测量系统。测量系统的统计特性随着被测量的项目不同可能会发生变化。如果这样，测量系统的最大（最坏）的变差必须小于过程变差或规范限值。与所有过程类似，测量系统受到变差的随机原因和系统 上变差的影响。这些变差来源由普通原因和特殊原因造成 的。为了控制测量系统变差：1)识别潜在的变差源 2)消除（如有可能的话）或监控这些变差的来源 尽管特殊原因取决于不同情况，但一些典型的变差源是可以被识别。有多种不同的方法来呈现与分类这些变差的来源，例如因果图、失效树等，但本指南将关注的是测量系统的主要要素。缩写S.7用来表示一个普遍化的测量系统为了达成被要求的目标，有六个必要因素。S.分别代表标准、工作件、仪器、人和程序及环境。可以考虑作为整个测量系统的一个误差模型8。7这些缩写由度量衡专家 Ms.Mary 与 Honeywell,Eli Whitney Metrology Laband the Bendixcorporationg 首创提出 8另一个供选择的误差模型见附件 F,P.I.S.M.O.E.A 变差的来源变差的来源 S 标准 W 工作件(即零件)I 仪器 P 人/程序 E 环境 13 需要理解影响那六个区域的因素，以便能够控制或消除它们。图 2 显示了一张潜在的变差源的因果图。由于影响一个特定的测量系统的实际变差来源对该系统将是唯一的，所以，这图图可作为可作为开发一个开发一个测量系统变差测量系统变差来来源的一个思考源的一个思考启动器启动器。14 偏移 限制 零件 测量系统变差 仪器(量具)工件(零件)人员 环境 设计 重复性 再现性 一致性 敏感性 单一性 变形后果 接触几何 扩大 线 性稳定性 坚固性 使用假设 维护 预防性维护 标准 建立 建立公差 建立的变差 设计变差-夹持-位置-测量点-探测头 工作的定义 适当的数据 清洁 相互关联的特性 可追溯性 隐藏的 几何 弹性变形 物质 支持特性 弹性特性 稳定性 校准 热扩散系数 弹性特征 标准 教育的 身体的 经验 培训 经验 培训 理解 工作的规定 目视标准 程序 工作态度 人机工程 压力 照明 振动 空气污染 几何相容性 光线 阳光 人工的 人 空气流通 热的系数 稳定-系统部件 温度 标准与环境的关系 周期 图 2：测量系统变差的 因果图 技能 15 测量系统变差测量系统变差的影响的影响 由于测量系统会被不同的变差来源影响，相同零件的重复读值不会有相同的产出与结果，每个读值之间不同是因为普通和特殊原因变差造成的。重复读数也不产生相同或同样的结果。读数之间不相同是由于 普通和特殊原因造成。对测量系统变差的不同变差来源影响应该进行经过短期和长期评价。测量系统的能力是测量系统在短期间的（随机）误差。它是由线性、均一性与再现性结合的误差量。测量系统性能，像过程性能一样，是所有变差来源在长期的影响。这是经由确定了我们的过程是否处于统计受控状态（如，稳定并一致；仅有普通原因的变差），对中性（无偏倚），以及具有期望结果在一定范围内的可接受变差，（量具重复性和再现性（GRR）的实现，这是在测量系统能力上增加了稳定性和一致性。由于我是是用测量系统的输出来对某产品和过程做出决策，这所有变差来源的累积后果通常被称为测量系统误差，或有时简单地称为“误差”。测量一个零件后，可以对零件状态的确定采取一个行动措施。一般来说，可以用来确定该零件是否可接受（在规范内）或不可接受（超出规范）。另一个常用的情况是将零件分类为特定的类别（例如：活塞的尺寸）以一个范例作为接下来的讨论，有两种分类将被使用：超出规范“坏”和在规范内“好”；这并不为其它类别活动的讨论做出限制。进一步的分类可能是可返工的、可补救的或报废。按照产品控制理论（product control philosophy），这样分类活动是测量一个零件的主要原因。但是，在过程控制理论下，集中的关注是零件的变差是否由过程中的普通原因还是特殊原因造成的。表表 1：控制理论和驱使的关注：控制理论和驱使的关注点点 原理 关注点 产品控制 零件是否在指定范围内？过程控制 过程变差是否稳定并可接受？下一部分将针对测量误差对产品决策的影响。接下来再讨论它对过程决策的影响对决策的影响对决策的影响 16 对产品决策的影响对产品决策的影响 为了更好地理解测量系统误差对产品决策的影响，考虑的案例是假设对某一个单一零件的多次读值的所有变差是由于量具的重复性和再现性引起的。也就是说，测量过程处于统计受控状态，要考虑单个零件重复读数所有变差由量具的重复性和再现性影响。那就是测量过程是统计受控状态，并且是零偏倚。无论何时任何零件的测量分布区域与规范限值重迭时，有时可能会做出错误的决定。例如，如果出现以下情况，一个好的零件有时会被判为“坏”的（第 I 类误差，制造者风险或错误警告）或者 然后，如果出现以下情况，一个坏的零件有时会被判为“好”的（第 II 类误差，顾客的风险或过失比率），如果：或者 备注：错误警告比率+过失比率误差比率 存在风险是作决策的机会，也可能会作出对个人或进程不利的决策。也就是说，考虑到规范限值，只要当测量系统误差与规范限值相交时，就可能发生对零件做出潜在的错误决定。以下提出三个明显的区域。下限下限 上限上限 I III I 目标目标 II II 17 图中，第 I 类区 坏零件永远被称为坏零件 第 II 类区 可能做出潜在的错误决定 第 III 类区 好零件永远被称为好零件 对于产品状况，目标是最大限度地做出正确决定，有以下两种选择：1）改进生产过程：减少过程的变差，没有零件产生在 II 区域。2）改进测量系统：减少测量系统误差从而减小 II 区域的面积，因此生产的所有零件将在 III区域，这样就能减少做出错误决定的风险。上述讨论假定测量过程是统计受控并且是对准目标。如果以上两个假设中的任何一个不成立，那么很难相信任何观测值能带来正确的决定。对过程决策的影响对过程决策的影响 对于过程控制，以下需求要被建立：统计的控制 对准目标 具有可接受的变差 正如上一部分的解释，测量误差可能造成对产品的错误决定。测量误差对过程决策的影响如下：把普通原因识别为特殊原因 把特殊原因识别为普通原因 测量系统变异性可能影响过程的稳定性、目标以及变差的决定。实际和观测的过程变差之间的基本相互关系是：2观=2实+2测 式中，2观 =观测到的过程变差值 2实 =实际过程变差 2测 =测量系统的变差 能力指数9Cp 定义为 Cp=9 虽然此处讨论使用 Cp，也可能用性能指数 Pp 来计算。公差范围 6 18 将上面的公式进行替代可以得出观测过程指数与实际过程指数之间的关系：（Cp）2 观=（Cp）2实+（Cp）2测 假定该测量系统处于统计受控状态而且对正目标，实际过程 Cp 可以与观测 Cp 的图形上比较大致相等10。因此，观测的过程能力结合了实际过程能力加上测量过程造成的误差。要想达到某一特定的过程能力目标，需要考虑测量变差中的因素。举例说明，如果测量系统 Cp 值是 2，实际过程 Cp 必须大于或等于 1.79，才能得到 1.33的计算值（观测值）。如果测量系统 Cp 值本身只有 1.33，则该过程需要没有任何变差才能使观测到的过程能力达到 1.33显而易见，这是一个不可能存在的情况。新过程的接受新过程的接受 当一个新的过程中购买了如机械、制造、冲压、材料处理、热处理或装配，通常会有作为采购验收活动的一系列步骤需要完成；一般会在供方的场所进行设备研究，然后在顾客的场所进行研究。在正常条件下使用时，如果测量系统在某个地方使用与在另一地方使用不一致时，可能会产生混淆。使用不同的测量仪器最常见情况是，在供方使用的仪器分辨力高过生产场地使用的仪器（量具）。例如，在采购验收期间使用坐标仪来测量零件，然后在生产期间用高度规测量；再如，在采购验收用一电子天平或实验室里的机械式天平作测量（称重），但在生产期间用简单的机械式天平作测量。在这案例，当（较高分辨力）测量系统被使用在验收期间，其 GRR 为 10%，且实际过程 Cp 为 2.0，那么在验收期间观测到的过程 Cp 值将为 1.9611。当这过程是在生产场地使用生产用的量具来研究时，会观测到更大的变差（也就是说一个较小的 Cp 值）。例如，如果生产量具的 GRR 为 30%，而实际过程能力 Cp 值还是 2.0,则观测到的过程能力 Cp 值将为 1.71.最坏的情况是使用了不合格的生产用量具。如果测量系统的 GRR 是 60%（但是并不知道这一事实），那么观测到的 Cp 值将是 1.28.观测到的 Cp 值由 1.96 到 1.28 之间的区别就是由测量系统的不同所造成的。如果不能了解这情况，可能要努力地寻找新的过程在什么地方出错了，当然这些努力是白费的。10附录 B-公式和图表。11对这个问题的讨论，假设没有样件的变差。事实上 1.96 是一个期望值，实际的结果会在其周围变化。*译者注：该公式为原文的，估计有误。19 过程作业准备过程作业准备/控制（漏斗试验）控制（漏斗试验）通常在制造场所会用每天开始工作时的第一个零件来验证过程是否对准目标值。如果被测零件没有对准目标值，则对过程进行调整；接下来，在某情形下另一个零件被测量，并且过程再度被调整。戴明博士将这种测量和做决定的方式称为“擅改（tampering）”让我们思考一种情况：在某零件表面镀上一种贵重金属的重量被控制在目标值5.00克。假设不知道用来测量重量的天平偏离了0.20 克，因为从来没有对测量系统进行过分析，所以人们不知道这一事实。作业指导书要求操作者在作业准备时和每间隔 1 小时用一件产品进行重量验证。如果结果超过了 4.90 至 5.10 的范围，则操作者重新进行过程的作业准备。在进行作业准备时，该过程在 4.95 克下运行，但由于测量误差操作者观测为 4.85 克。按照作业指导书的规定操作者设法将过程上调 0.15 克，目前这过程在目标值为 5.10 克的情况下生产。当操作者在下个时间进行作业准备验证时，他观测到 5.08 克，于是过程被允许生产，可是这过程已经是被加上变差的过度调整（over-adjustment）,并将会继续下去。这是漏斗试验（funnel experiment）的一个例子，戴明博士称为为擅改12影响的结果。测量误差加重了这种问题。漏斗试验有以下四个规则：规则 1：除非过程不稳定，否则不要进行调整或采取措施。规则 2：从过程上一次被测量偏向的相反方向，对过程调整一个相等的量。规则 3：将过程重新设置到目标值，然后从目标值往相反方向调整一个相等的量。规则 4：将过程调整到上一次测量的位置。为贵重金属渡层过程的作业准备指导书是规则 3 的一个范例。规则 2、3 和 4 将累进的增加更多变差。规则 1 是产生最小变差的最佳选择 漏斗试验的其它范例如下：武断的以一个界限为基础来校准量具也就是说界限值不能反映测量系统的变差（规则 3）武断的使用没有任何指标或来历的一项变更（特殊原因）的数值之后，设置（重新设置过程控制的测量系统的基础（规则 3）以上一次生产的产品为基础，通过自动补偿的方法来调整过程（规则 2）在进行工作培训时，由工人 A 训练工人 B，再由工人 B 培训工人 C，没有一个标准的培训材料。类似“邮局”的游戏。（规则 4）测量了零件，并已发现偏离目标，但在控制图上的图形显示过程是受控的因此不采取措施（规则 1）12WEdwards Deming,走出危机麻省理工学院，1982 20 第一章第一章 第第 C 节节 测量测量的策略和计的策略和计划划 引言引言 在设计和采购测量仪器或系统之前，进行计划是很关键的。在计划阶段所做的许多决定会影响测量设备的倾向和选择。测量的目的是什么？测量结果如何使用？计划阶段将解决这些问题并且对测量过程的操作产生显著的影响，同时可以减少可能出现的问题以及以后的测量误差。有些情况下，由于被测量零部件所涉及的风险或因为测量装置的成本和复杂性，（OEM）顾客可能要求使用 APQP 过程和承诺以决定对供方的测量策略。不是所有产品和过程特性都要求用如此复杂的方法来开发测量系统。诸如千分尺或游标卡之类的简单标准测量工具可能不需要如此深奥的策略和计划。一个基本的原则是这零部件或次总成系统的被测特性是否已在控制计划中注明，或者是否是对产品或过程的接受决定的一个重要特性。另外，还可根据对某特定尺寸的指定公差等级来决定。在任何情况下，常识就是指导方针。复杂复杂程度程度 一测量系统的类型、复杂程度和目的可能驱使不同程度的项目管理、策略计划、测量系统分析，或其他测量系统选择、评估和控制的其它特殊考虑。简单的测量工具和装置（例如，天平、卷尺、固定限制或计数型量具）也许不需要更复杂的或重要的测量系统所要求的管理、计划或分析等级（例如：基准或参考标准、CMM、试验标准、自动化的线上量具等）。任何测量系统需要进行更多或少的策略计划和详细程度，取决于产品和过程情况，适当程度的决定必须由指派对测量过程和顾客负责的 APQP 小组来确定。以后续许多活动中涉及或实施的实际程度，应该由特定的测量系统、支持量具控制和校准系统的考虑、对过程深切地了解和常识来决定。识别测量过程的目的识别测量过程的目的 第一步是要建立测量的目的和如何应用测量。为了完成这工作，关键的是在测量过程开发之前组织一个跨功能的小组，在审核、过程控制、产品和过程开发与“测量生命周期”分析有关的特别的考量。测量生命周期“测量生命周期（measurement life cycle）”这一概念是指随着时间的不同，对过程的了解以及过程的改进，测量方法的可能改变。例如，为了建立稳定和有能力的过程，可能开始对一个产品的特性进行测量；通过测量了解了对直接影响产品特性的关键过程控制特性。这了解意味着对产品特性信息的依靠减少了，并且可能减少抽样计划（从 5 件/小时，减少到 1件/每班）；同时，测量的方法也可以从 CMM 测量变为某种计数型量具测量。最后可能发现可能只需要监测极少数的零件，只要过程被维护或测量和监控这维护和工装，也许就是所有必要的工作了。测量的程度是依赖着对过程理解的程度。对供方进料，大部分的测量和监控最终可能会取消。经过相当长的时间后，在过程的同一区 21 域对相同的特性进行同一测量，这是对测量过程缺乏学习或停滞的证据 测量过程设计的选用准则测量过程设计的选用准则 在采购一个测量系统之前，一个详细的测量过程的工程概念要被建立。利用上述所开发的目的，为了符合设计要求，各个跨功能小组将开发测量系统的计划与概念。下面是一些指南：小组需要评价子系统或零件的设计并识别重要特性。重要特性的识别应以顾客的要求和子系统或零件在整个系统中的功能为基础。如果重要的尺寸早已被识别，则评估测量该特性的能力；例如，如果一个塑料射出零件的重要特性是它的分模线，对这尺寸的检查会很困难，测量的变差也会很高。可用 FMEA 过程来解决上述类似的问题，即从测量零件的能力以及量具的功能两方面来分析量具设计的风险区域（设计和过程 FMEA）。这种方法同样可以用来帮助开发维护保养和校准计划。画出过程流程图，以标示出零件或子系统的制造或装配过程中的关键过程步骤，识别该过程每个步骤中关键的输入和输出；这样有助于开发那些受过程场所影响的测量设备准则和要求。通过这样的调查，13可以得到测量计划及测量类型的清单。对于复杂的测量系统，要作成测量过程的流程图；包括被测零件或子系统的交付、测量本身，以及退回零件或子系统到过程。接下来使用一些头脑风暴法来开发用于每个测量所要求的共通准则。使用因果图是一种简单的方法。14参见图 2 的范例以作为思考的开始。与测量与测量计划有计划有关关的几个需的几个需要考虑的要考虑的其它其它问题：问题：谁应加入“需求”分析中？流程图和最初的讨论将有 助于关键项目的识别。为什么要采取测量？及其如何被使用？数