测量系统的定义及计量17629.pptx

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1、n测量系统分析测量系统分析Measurement System Analysis“测量”的定义n赋值给具体事物，以表示它们之间关于特殊特性的关系。(1963)give by C.Eisenhartn注：赋值过程：测量过程“测量系统”的定义n用来对被测特性，设定数值的操作、程序、量具、设备、软件及操作人员的集合，用来获得量测结果的整个过程。“量具”的定义n任何用来获得测量结果的装置，通常用来特指用于生产车间的装置。顧顧顧顧客客客客顧顧顧顧客客客客管理管理職責職責資源管理資源管理輸輸入入 實現產品實現產品 輸出輸出測量在質量測量在質量管理体系中的地位管理体系中的地位量度、分析、量度、分析、改進改進

2、持續改善質量管理體系持續改善質量管理體系持續改善質量管理體系持續改善質量管理體系滿滿滿滿 意意意意要求要求要求要求產品產品測量在質量測量在質量管理体系中的地位管理体系中的地位制程控制测量系统的使用测量系统的使用在您的组织中，需要测量哪些加工和/或产品特性？列出这些测量数据在您的组织中应用的地方及应用目的：测量系统的质量测量系统的质量一个好的或高品质的测量具备哪些特性？一个差的或低品质的测量具备哪些特性？u u 范围本课程对测量系统的分析研究范围局限于可重复读数的测量系统.评价测量系统三个基本问题n此测量系统有足够的分辨力吗？n此测量系统在一定时间内是否保持统计上之一致？n统计特性在一定的范围内

3、是否一致？常用定义n分辨率：指量测装置对一个标准量测单位可再细分的程度。它是一个量测装置可指示的最小刻度n一般的(ISO9000)要求是:分辨率需達到公差帶的十分之一到三分之一量具分辨率与数据分布图控制下列狀況才可使用：1.與規格相比製程變異較小2.製程變異的損失函數很平緩3.製程變異的主要原因導致均值偏移分析1.不可用於製程參數及指 數2.只能表明製程是否正 在生產合格產品可產生不敏感的計量管制圖1.只提供粗略估計2.不可用於製程參數及指數可用於計量管制圖1.建議使用1個數據分級3個數據分級6個數據分級测量系统分辨率要求:识别产品的好坏识别制程的变差,不断改善是过程变差的十分之一考虑一个产品

4、,其规格为100.5,而产品测量使用直尺,其读数为10,10,10,.,这样的测量系统有问题吗?准确:數據的中心与標准值相近.精确:數据的變差小,集中于某點附近.測量數据測量數据好的測量數据:零變差零偏倚零錯誤分類率测量数据的品质n稳定条件下nBias：数据相对于标准值的位置n标准差：数据的分布状态n变异：量测系统与环境间之交互作用量测系统应具备的特性n量测系统必须处于统计管制状态，表示量测系统内的变异只是由于普通原因产生，而不是特殊原因n量测系统变异性要小于制造过程的变异性n变异性要小于允许公差范围n量测的精度必须高于制程变异性或是公差范围中精度较高者，（十分之一）n当被量测项目改变时，量测

5、系统的统计特性也可能改变；量测系统变异小于制程变异和公差范围两者中的较小者測量系統統計控制示意Length product A 理想的品质特性分布理想的品质特性分布对过程能力非常高的品质特性进行测量，如果没有任何对过程能力非常高的品质特性进行测量，如果没有任何偏差，则如下图所示：偏差，则如下图所示：Cp=USL-LSL6 sigmaCpk=min(USL-),(-LSL)3 sigma 测量系统与过程能力测量系统与过程能力Gage R&R +Gage R&R +标准偏差标准偏差 CP CP 平均值的偏移平均值的偏移 Cpk Cpk 测量系统本身测量系统本身 外来环境的影响外来环境的影响 引起测

6、量系统偏差的原因引起测量系统偏差的原因影响测量结果的因素影响测量结果的因素 数据偏差的来源数据偏差的来源量具量具操作员操作员零件零件测量系统测量系统温度温度湿度湿度振动振动对策：保持环境的稳定与安静噪音噪音 环境因素环境因素其它其它脏污脏污 测量系统的因素测量系统的因素测量系统的测量系统的因素因素再现性再现性重复性重复性偏倚偏倚稳定性稳定性线性线性量具呈现偏大或偏小的差值随着测量时间的推移，量具呈现不稳定的状态量具的测量最小刻度值不能精确测量特性由不同的操作员引起的偏差量具在测量时对特性产生的偏差量测系统变异（Bias）Bias（偏差值）：观察平均值与标准值之差异，参考准确度（Accuracy

7、）標準值觀察平均值Bias量测系统变异（Repeatability）nRepeatability（重复性）：量具重复性是由同一个人，使用同一个量具，量测同一产品、同一特性多次所得到之数据重複性量测系统变异（Reproducibility）nReproducibility（再现性）：量具再现性是由不同人，使用相同量具，量测相同产品、同一特性多次所得到之数据再現性人員A人員C人員B量测系统变异（Stability）nStability（稳定性）：不同时间，量测相同产品之同一特性时，获得的测量值总变差穩定性時間1時間2量测系统变异（Linearity）Linearity(线性)：同一量具之不同操作范

8、围（工作范围）时，Bias（偏差值）之差异量测系统的变异分布n位置n偏差n线性n稳定性n宽度或范围n重复性n再现性如果偏差相对较大-可能的原因n基准的误差n磨损的零件n制造的仪器尺寸不对n仪器测量了错误的特性n仪器校准不当n评价人员使用仪器不当如果量测系统为非线性-可能的原因n在工作范围上限和下限内仪器没有正确校准n磨损的仪器n最小或最大值校准量具的误差n仪器固有的设计特性n斜率越低，量具线性越好。ybaxnx 基准值 y偏倚 a斜率n零件偏倚由零件平均值检去零件基准值计算得出 测量系统因素的控制测量系统因素的控制再现性再现性重复性重复性偏倚偏倚稳定性稳定性线性线性选择精确度足够的测量器具选择

9、精确度足够的测量器具大使用前由计量仪器的标准实验室进行测大使用前由计量仪器的标准实验室进行测试，符合后再使用。对使用过程中损坏的试，符合后再使用。对使用过程中损坏的仪器应对测量产品批进行隔离与追踪仪器应对测量产品批进行隔离与追踪定期地对计量仪器进行检查与维护定期地对计量仪器进行检查与维护由不同的熟练操作员，随机地抽取同一特由不同的熟练操作员，随机地抽取同一特性的数据进行反复测试，按照性的数据进行反复测试，按照X bar-R控制控制图进行观测与分析图进行观测与分析测量系统的评估n分成两阶段：n第一阶段：了解量测程序及确定是否符合我们的需求:两个目的n确定该量测系统是否具有所需统计特性n发现哪种环

10、境因素对量测系统有显著影响n第二阶段：确保符合要求的量测系统，持续拥有适当的统计特性(“量具R&R”)选择或制定一个评定方法需考虑问题包括:n试验中是否使用可追溯到NIST的标准n考虑使用盲测（霍桑效应）n测试成本n测试所需的时间n术语的定义，如：准确度、精密度、重复性、再现性等n测量结果与另一个测量系统得到的测量结果比对n试验隔多久进行一次标准追溯国家标准引用标准工作标准生产量具如美國NIST由NIST或認可機構來認定校準生產中使用的量測系統优、缺点n越远离国家标准的标准器，越可承受其环境的变化，因此保持就越容易及便宜n是以较低精度为代价n可利用外面的校正实验室补强W.Edwards Dem

11、ing（戴明）n只要理解并遵守限制，则任何技术都可能是有用的量测系统准备步骤n规定量测人数、样本数、重复次数n选定经常使用此仪器的操作人员n对几天生产之产品中抽样，以保证抽取样本代表整个作业范围n抽取样本进行编号n量测仪器分辨力为所要量测特性的十分之一n读数要精确到最小刻度之一半n确保测量方法按照规定的测量步骤测量特征尺寸n稳定性(Stability)n是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差n稳定性n1)选择基准件n2)定时测量基准件n3)根据测量数据制定Xbar-R图n4)观察数据是否处于统计制程控制n5)计算标准偏差 Sigma=Rbar/d2n6)将标准

12、偏差与过程变化标准偏差比较.n偏倚(Bias)n是测量结果的观测平均值与基准值的差值n(基准是采用更高级别的检测设备得到的一致认可的数据)n偏倚n1)首先用较高准确度的设备对基准件进行测量十次,计算平均值,得到基准值Xr.n2)再让评价人用待评价设备测量基准件至少十次以上,得到平均值Xbar.n3)偏倚 BiasXbarXrn4)偏倚%Bias%Bias/过程变差*100%n线性(Linearity)n是在量具预期的工作范围内,偏倚值的差值.n线性n1)选择处于测量系统工作范围的部分零件,例如510件n2)利用高准确度设备测量其基准值Xir.n3)评价人使用待评价设备对每个零件测量多次(随机抽

13、取),得出零件平均值Xibarn4)计算每个测量点的偏倚Biasi=Xibar-Xirn5)划出Xir-Xibar线性相关图,计算线性斜率n线性nY=b+aX X-基准值 Y-Bias a-斜率 na=Sum(xy)-Sum(x)*Sum(y)/n/Sum(x2)-Sum(x)2/nnb=Sum(y/n)-a*Sum(x/n)n线性=斜率*过程变差n拟合优度R2=Sum(xy)-Sum(x)Sum(y)/n2/Sum(x2)-Sum(x)2/n*Sum(y2)-Sum(y)2/n计量型测量系统研究(1)：极差法n可快速评估量测变异n提供量测系统整体情形n无法分成重复性与重现性计量值(1)：极差

14、法n两位评估人员n量测五个产品-检测评估人员各个量测差n计算平均范围（R）nGR&R=5.15 (R）d2nd2=1.19n%GR&R=100 X(GR&R制程变异）n制程变异=公差范围计量值(1)：极差法零件評估者A評估者B极差（A-B）10.850.800.0520.75 0.700.0531.000.950.0540.450.550.1050.500.600.10平均极差R=0.35/5=0.07GR&R=5.15 R/1.19=5.15 X 0.07/1.19=0.303製程變異（公差範圍）=0.40%GR&R=100 GR&R/製程變異=100 X 0.303/0.40=75.5%计

15、量值(2)：均值与极差法n量具分析之平均与范围方法将误差分成重复性与再现性计量值(2)：均值与极差法nEV：设备误差nAV：人员误差nPV：零件误差nTV：全部误差nR&R：重复性与再现性nRR=100(R&R)/TV计量值(2)：均值与极差法nR&R均值和极差法(Xbar-法)n1)采用多个评价者测量数个零件(一般5个零件以上)n2)让评价者多次测量每个零件(不知编号),纪录结果.n3)对数据进行重复性和再现性分析.计量值(2)：均值与极差法nR&R均值和极差法(Xbar-法)n重复性(Repeatability)n-原理:评价者多次测量同一物品的差距即重复性n实际上是设备的变异引起n-用多

16、个人多个产品统计平均值代表性更高nEV=(Rbar)bar*K1(K1=5.15/d2是常数)计量值(2)：均值与极差法nR&R均值和极差法(Xbar-法)n再现性(Reproducibility)n-原理:每个评价者测量同一物品的差距即再现性n实际上是人的操作的变异引起n-用多个人多个产品统计平均值最大差距代表n-考虑消除再现性影响nAV=(Xbar)DIFF*K22-EV2/nr1/2n(K2=5.15/d2是常数)nn=零件数;r=试验次数nR&R均值和极差法(Xbar-法)n产品/制程变差n-原理:测量值的变化范围n-使用多人平均值的变化范围(去除测量者差异)nPV=Rp*K3 (K3

17、=5.15/d2是常数)n总变差nTV=(GR&R)2+PV21/2n如已知过程变差Sigma,也可 TV=5.15*Sigma 常用參數計算表计量值(2)：均值与极差法nR&R均值和极差法(Xbar-法)nEV%=(EV/TV)*100%nAV%=(AV/TV)*100%n%R&R=(R&R/TV)*100%n%PV=(PV/TV)*100%n注意注意:各因素占总变差的百分数和不等于各因素占总变差的百分数和不等于100%计量值(2)：均值与极差法nGR&R研究n1)在测量系统的稳定性不足或不知的情况下进行GR&R的研究是毫无意义的n2)样品必须从过程中选取并代表其整个工作范围n3)评价者的测

18、量是盲测,否则因为心理作用而使结果偏差n4)Xbar-R图需与计算前进行分析nA)R图应受控nB)Xbar图应有一半或更多落在控制限之外.计量值(2)：均值与极差法n如果再现性数据高于重复现性-原因可能是:n操作者尚未适当训练有关量具使用与读数n量具上之刻度模糊n需某种夹具帮助评价人提高使用量具的一致性n如果重复性数据高于再现性-原因可能是:n量具应保养n量具应重新设计以达成量测目的n量具固定位置应改善n存在过大的零件内变差计量值(2)：均值与极差法n结果分析n结果应分析以判定量具是否可达成量测目的n允收准则n允收准则以量测系统误差之公差百分比来判定：n低于10可以接受之量测系统n10到30%

19、考虑到应用的重要性，成本 ，维修费用等因素，可能可以 接受之量测系统n大于30%不可接受之量测系统计量值(2)：均值与极差法nGR&R研究n数据分级数 1.41*(PV/R&R)n5,可作为制程分析和改善用计量值(3)：ANOVA法(方差分析法)n需配合计算机软件使用n大量计算数据，依靠使用者知识来解释所算出的数据n比平均值与极差法（X-R）多了一项：n确定量具与人员间的交互作用nANOVA:n Analysis of Variance(方差分析法)ANOVA法(方差分析法)可用来分析量测误差和测量系统分析中数据的其它变异源n方差分析中,变差可分为4个种类:零件、评价人、零件与评价人的交互作用

20、，量具造成的重复误差。nANOVA法的优点是:可以更精确地估计方差；可以从试验数据中分离更多的信息。(如零件与评价人的交互作用)n计数型量具研究n计数型量具n仅将物品/制程的特性与指定限制值比较,而结果仅有接受或拒收两种.n例如:一般的外观检查n 对色n 金属探测仪n 针规计数值量具(1)：小样法n将产品与量具比较可否接受或拒收n抽样20个产品n两位评估者n各量测两次n相同产品之四个量测结果判定应一致，否则量具判定不合格计数值量具(1)：小样法人員評估者A評估者B產品/次數第1次第2次第1次第2次1234567891011121314151617181920GNGNGGGNGNGGGGGGGG

21、GGGGGGGGNGGGNGNGGGGNGGGGGGGGGGGGNGGGNGGGGGGGGGGGGGGGGGNGGGNGGGGGGGGGGGGGGGn计数型量具研究(大样法)n1)在制程变化范围内等间隔选择8个待测物n2)每个待测物用量具测量20次,纪录每个待测物合格次数an3)最小待测物的a=0,最大待测物的a=20n4)其它6个待测物的a介于1到19之间,如果不符,选取额外测量点.n5)计算各待测物的接收概率Pan6)绘制Pa正态概率图,计算再现性Rn计数型量具研究(大样法)nPa=(a+0.5)/m当a/m0.5,a0nPa=0.5当a/m=0.5n偏倚Bias=XT(Pa=0.5)-下限n再现性R=XT(Pa=0.995)-XT(Pa=0.005)/1.08nt=(31.1*Bias)/R 当t2.093时,偏倚明显偏离零n信号探测法n假设检验法n解析法THE END演讲完毕，谢谢观看！