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测量系统分析测量系统分析Measurement System Analysis内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析1 1 1 1、什么是测量系统、什么是测量系统、什么是测量系统、什么是测量系统 测量系统：测量系统：是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。设的集合；用来获得测量结果的整个过程。依据定义，一个测量过程可以看成是一个制造过程，依据定义，一个测量过程可以看成是一个制造过程，它产生数值数据作为输出。这样对待测量系统是有它产生数值数据作为输出。这样对待测量系统是有用的，由于这可以使用权我们运用那些早已在统计过程用的，由于这可以使用权我们运用那些早已在统计过程把握领域证明白有效性的全部概念、原理和工具。把握领域证明白有效性的全部概念、原理和工具。2 2 2 2、测量系统的根本要素、测量系统的根本要素、测量系统的根本要素、测量系统的根本要素测量人员Person/Procedure仪器仪器/工具工具Instrument工件工件/零件零件Workpiece测量环境测量环境Environment测量标准测量标准StandardSWIPE影响测量结果的因素有哪些？-测量工具仪器、量具?-测量人员?-被测对象零件、工件?-测量环境温度、湿度?-测量标准方法、软件、操作?思考题内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析1 1、什么是误差、什么是误差 由于测量系统的输出值用于做出关于产品由于测量系统的输出值用于做出关于产品和过程的决策，全部变差源的累积影响通常为和过程的决策，全部变差源的累积影响通常为测量系统误差，或有时称为测量系统误差，或有时称为“误差误差”。测量系统误差可以分成五种类型：偏倚、测量系统误差可以分成五种类型：偏倚、重复性、再现性、稳重复性、再现性、稳 定性和线性。定性和线性。测量系统的波动通过对测量系统的可重复性和可再现性进展分析确定测量系统的波动通过对测量系统的可重复性和可再现性进展分析确定观测的过程误差观测的过程误差过程实际误差过程实际误差测量误差测量误差长期过程误差长期过程误差短期过程误差短期过程误差样本内误差样本内误差测量仪器测量仪器引起的误差引起的误差操作员操作员引起的误差引起的误差准确性准确性线性线性可再现性可再现性稳定性稳定性可重复性可重复性2 2 2 2、测量系统误差的来源、测量系统误差的来源、测量系统误差的来源、测量系统误差的来源我们立刻了解的的测量系统分析方法将供给对总体测量误差、由于测量仪器可重复性引起的误差、由于测量者引起的误差的估量。3 3、如何、如何“减小减小”误差？误差？-屡次测量取平均值避开失误-多人测量取平均值“立场”问题 使用更“高级”的测量设备设备的力气 改进测量方法方法 使用帮助工具方法 向更高级别的标准看齐方法标准 培训人的力气 测量环境的要求环境因素-改进被测工件，便利测量被测对象 4 4、小结、小结 误差是不行避开的，有测量就有误差。误差是不行避开的，有测量就有误差。误差来自测量系统。误差来自测量系统。误差随着测量系统、时间的转变而变误差随着测量系统、时间的转变而变化，从而产生化，从而产生 误差的变异，即测量变异。误差的变异，即测量变异。通过改进测量系统，可以减小误差。通过改进测量系统，可以减小误差。内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析A、GR&R：Gage Repeatability&Reproducibility 量具的重复性和再现性1 1、名词解释、名词解释-GR&R是对测量系统重复性和再现性合成的评估，表达 了测量工具和测量人员两者综合的变异。-GR&R表达了测量系统的力气。-GR&R是帮我们量化、评估工具变异和人员变异大小 在测量系统总变异中所占比例的工具。B B、重复性：、重复性：由一位评价人屡次使用一种测量仪器，测量同一由一位评价人屡次使用一种测量仪器，测量同一 零件的同一特性时获得的测量变差零件的同一特性时获得的测量变差 在固定和规定的测量条件下连续短期试验变差在固定和规定的测量条件下连续短期试验变差 通常指通常指E EEquipment Variant)-Equipment Variant)-设备变差设备变差 仪器量具的力气或潜能仪器量具的力气或潜能 系统内变差系统内变差C C、再现性：、再现性：由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零件的一由不同的评价人使用同一个量具，测量一个零件的一 个特性时产生的测量平均值的变差个特性时产生的测量平均值的变差 对于产品和过程条件，可能是评价人、环境时间对于产品和过程条件，可能是评价人、环境时间 或方法的误差或方法的误差 通常指通常指A A(Appraiser Variant)-(Appraiser Variant)-评价人变差评价人变差 系统间条件变差系统间条件变差 ASTM E456-96 ASTM E456-96 包括重复性、试验室、环境及评价人包括重复性、试验室、环境及评价人 影响影响定定 义义评估方法评估方法反映反映重复性Repeatability针对同一零件之指定特性、同一量具、同一测量者、多次测量所得之变异极差R测量工具的变异再现性Reproducibility针对同一零件之指定特性、同一量具、不同测量者、分别测量所得之测量值之间的变异平均值之变异测量者变异2 2、重复性与再现性的差异、重复性与再现性的差异3 3、造成重复性误差的缘由、造成重复性误差的缘由零件内部抽样样本：外形、位置、外表光度、锥度、样本的全都性仪器内部：修理、磨损、设备或夹具失效、质量或保养不好标准内部：质量、等级、磨损方法内部：作业预备、技巧、归零、固定、夹持、点密度的变差评价人内部：技巧、位置、缺乏阅历、操作技能或培训、意识、疲乏环境内部：对温度、湿度、振动、清洁的小幅度波动错误的假设稳定，适当的操作缺乏稳健的仪器设计或方法，全都性不好量具误用 失真量具或零件、缺乏坚固性应用零件量、位置、观测误差易读性、视差4 4、造成再现性误差的缘由、造成再现性误差的缘由零件之间(抽样样本)：一样的仪器、操作者和方法测量A、B、C零件时的平均差异仪器之间：在一样零件、操作者和环境下A、B、C仪器测量的平均值差异。留意：在这种状况下，再现性误差通常还混有方法和/或操作者的误差。标准之间：在测量过程中，不同的设定标准的平均影响。方法之间：由于转变测量点密度、手动或自动系统、归零、固定或夹紧方法等所造成的平均值差异。评价人操作者之间：评价人A、B、C之间由于培训、技巧、技能和阅历所造成的平均值差异。推举在为产品和过程鉴定和使用手动测量仪器时使用这种争论方法。环境之间：在经过1、2、3等时段所进展的测量，由于环境周期所造成的平均值差异。这种争论常用在使用高度自动化测量系统对产品和过程的鉴定。争论中的假设有误缺乏稳健的仪器设计或方法操作者培训的有效性应用零件数量、位置、观测误差易读性、视差内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析1 1、测量系统的稳定性、测量系统的稳定性稳定性或漂移是测量系统在某一阶段时间内，测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量总变差。时间参考值2 2、系统不稳定性的可能缘由、系统不稳定性的可能缘由仪器校准周期过长，需要削减校准时间间隔 仪器、设备或夹紧装置的磨损 正常老化或退化 维护保养不好：空气、动力、液体、过滤器、腐蚀、尘土、清洁基准的磨损或损坏，基准的误差不适当的校准或使用基准设定仪器质量不好，缺少稳健的设计或方法不同的测量方法：作业设备、载入、夹紧、技巧变形量具或零件环境变化：温度、湿度、振动、清洁错误的假设，应用的常数不对应用：零件数量、位置、操作者技能、疲乏、观测误差易读性、视差内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析1 1、测量不确定度、测量不确定度 不确定度是国际上和来描述一个测量值的质量的术语。本质不确定度是国际上和来描述一个测量值的质量的术语。本质上，不确定度是赋值给测量结果的范围，在规定的置信水平内上，不确定度是赋值给测量结果的范围，在规定的置信水平内描述为预期包含有真测量结果的范围。描述为预期包含有真测量结果的范围。测量的不确定度是在测量时间上测量值可能变化多少的一个测量的不确定度是在测量时间上测量值可能变化多少的一个简洁估量值。要考虑在测量过程中全部重要的测量变差源加上校简洁估量值。要考虑在测量过程中全部重要的测量变差源加上校准、基准、方法、环境及其它前面没有考虑到的因素的重要误差。准、基准、方法、环境及其它前面没有考虑到的因素的重要误差。定期重复评价与测量过程有关的不确定度以确保持续保持所定期重复评价与测量过程有关的不确定度以确保持续保持所估量的准确度是适宜的。估量的准确度是适宜的。2 2、测量不确定度和、测量不确定度和MSAMSA的主要区分：的主要区分：MSA MSA测量的不确定度和测量的不确定度和MSAMSA的重点是了解测量过程，确定的重点是了解测量过程，确定 在测量过程中的误差总量，及评估测量系统分析用于生在测量过程中的误差总量，及评估测量系统分析用于生 产和过程把握中的测量系统的充分性。产和过程把握中的测量系统的充分性。MSA MSA促进了解和改进削减变差。不确定度是测量值的促进了解和改进削减变差。不确定度是测量值的 一个范围，由置信区间来定义，与测量结果有关并希望包括测一个范围，由置信区间来定义，与测量结果有关并希望包括测 量的真值。量的真值。内内 容容一、测量系统的定义二、生疏误差三、GR&R四、稳定性五、不确定度六、测量系统分析1 1、测量系统的类型与分析方法、测量系统的类型与分析方法2 2、初始、初始MSAMSA分析的目标：分析的目标：量具重复性量具重复性GRGR与重复性和再现性与重复性和再现性GRRGRR的的 比照比照 偏倚和偏倚和/或线性的评估或线性的评估 顾客测量的目的的评估顾客测量的目的的评估 3 3、“好的好的”测量系统的根本特性有：测量系统的根本特性有：1 1 足够的区分率和灵敏度。足够的区分率和灵敏度。为了测量的目的，相对于过程变差的标准把握限，测量的增量应当很小。为了测量的目的，相对于过程变差的标准把握限，测量的增量应当很小。2 2 测量系统应当是统计受把握的。测量系统应当是统计受把握的。这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于一般缘由而不是这意味着在可重复条件下，测量系统的变差只能是由于一般缘由而不是 特殊缘由造成。特殊缘由造成。3 3 对于产品把握，测量系统的变异性与公差相比必需小。对于产品把握，测量系统的变异性与公差相比必需小。4 4 对于过程把握，测量系统的变异性应当显示有效的区分率并且与对于过程把握，测量系统的变异性应当显示有效的区分率并且与 制造过程变差相比要小。制造过程变差相比要小。测量系统统计特性可能随被测工程的变化而转变。假设是这样，则测量系统统计特性可能随被测工程的变化而转变。假设是这样，则 测量系统最大的最坏变差应小于过程变差和标准把握限两者中的较测量系统最大的最坏变差应小于过程变差和标准把握限两者中的较 小者。小者。4 4、测量系统的承受标准、测量系统的承受标准 对于以分析过程为目的的测量系统，通常单凭阅历来确定测量对于以分析过程为目的的测量系统，通常单凭阅历来确定测量 系统的可承受性的规章如下：系统的可承受性的规章如下：误差低于误差低于10%10%测量系统是可承受的。测量系统是可承受的。误差在误差在10%10%到到30%30%之间之间 基于应用的重要性、测量装置本钱、基于应用的重要性、测量装置本钱、修理本钱等方面的考虑，可能是可承受的。修理本钱等方面的考虑，可能是可承受的。误差超过误差超过30%30%不行承受的，必需改进测量系统。不行承受的，必需改进测量系统。测量系统的最终可承受性不应当单纯由一组指数来准备。测测量系统的最终可承受性不应当单纯由一组指数来准备。测 量系统的长期表现也应当利用长性能的图形分析得到评审。量系统的长期表现也应当利用长性能的图形分析得到评审。5 5、系统测量中的留意点：、系统测量中的留意点：为最大限度地削减误导结果的可能性，应实行以下步骤：为最大限度地削减误导结果的可能性，应实行以下步骤：1 1 测量应依据随机挨次，以确保整个争论过程中产生的任何漂移或变测量应依据随机挨次，以确保整个争论过程中产生的任何漂移或变 化将随机分布。化将随机分布。评价人不应知道哪个被编号的零件正在被检查，以避开可能的生疏偏倚。评价人不应知道哪个被编号的零件正在被检查，以避开可能的生疏偏倚。但是进展争论的人应知道正在检查哪一零件，并相应登记数据，即评价人但是进展争论的人应知道正在检查哪一零件，并相应登记数据，即评价人A A，零件零件1 1，第一次试验；评价人，第一次试验；评价人B B，零件，零件4 4，其次次试验等。，其次次试验等。2 2 在设备读数中，测量值应记录到仪器区分率的实际限度。在设备读数中，测量值应记录到仪器区分率的实际限度。机械装置必需读到和记录到最小的刻度单位。对于电子读数，测量准备必机械装置必需读到和记录到最小的刻度单位。对于电子读数，测量准备必 须为记录所显示的最右有效数位建立一个通用的原则。模拟装置应记录到最须为记录所显示的最右有效数位建立一个通用的原则。模拟装置应记录到最 小刻度的一半或灵敏度和区分力的极限。对于模拟装置，假设最小刻度为小刻度的一半或灵敏度和区分力的极限。对于模拟装置，假设最小刻度为 0.0001”,0.0001”,则测量结果应记录到则测量结果应记录到0.00005”0.00005”。3 3 争论工作应由了解进展牢靠争论的重要性的人员进展治理和观看。争论工作应由了解进展牢靠争论的重要性的人员进展治理和观看。6 6 6 6、关键概念、关键概念、关键概念、关键概念 测量系统分析测量系统分析测量系统分析测量系统分析l你必需始终验证你的测量系统。l样本必需掩盖测量数据取值的全范围，包括正常取值范围之外的数据点。l测量仪器区分率必需小于测量数据波动范围的10%。l当制定有关过程的决策时，用Gage R&R 的均方差占所调查的均方差的百分比。(过程转变了吗？)l当推断部件是否合格时，用Gage R&R的均方差占公差的百分比l可重复性 设备误差l可再现性 评估员误差lGage R&R 30%，系统需要改进。MSA被广泛应用于评估针对机械特性的测量系统，那么：针对电气特性如本公司产品的BB,RF特性的测量系统BT,FT，是否也一样适用？思考题 1假设让你来评估本公司的一套测量系统板测或终测的自动测试，你会选择以下哪些指标：A.FORB.CpKC.NFFD.GRR思考题 2
