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夢想.專業.服務MeasurementSystemAnalysis量測系統分析周國忠1.測量系統分析的目的測量系統分析的目的是確定所使用的數據是否可靠測量系統分析還可以：評估新的測量儀器將兩種不同的測量方法進行比較對可能存在問題的測量方法進行評估確定并解決測量系統誤差問題MeasurementSystemAnalysis2.數據的質量數據的質量取決于從處于穩定條件下進行操作的測量系統中，多次測量的統計特性，如：假設使用某一在穩定條件下操作的測量系統對某一特定特性值進行了幾次測量，如果這些測量值均與該特性的參考值（mastervalue）“接近”），那么，數據的質量被稱為“高”；同樣，如果部份或所有的測量值與參考值相差“很遠”，則數據的質量很“低”MeasurementSystemAnalysis2.1描述測量數據質量的統計特性通常用來描述測量數據質量的統計特性是某測量系統的偏倚（Bias）和變差（variance）。被稱為偏倚的統計特性指的是數據值相對于參考（基準）值的位置。被稱為變差的特性指的是數據的分布寬度。MeasurementSystemAnalysis2.2低質量數據的原因和影響低質量數據的普遍原因之一是變差太大一組數據中的變差多是由于測量系統及其環境的相互作用造成的。如果相互作用產生的變差過大，那么數據的質量會太低，從而造成測量數據無法利用。如：具有較大變差的測量系統可能不適合用于分析制造過程，因為測量系統的變差可能掩蓋制造過程的變差。MeasurementSystemAnalysis3.有關測量數據的常見問題什么是測量？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。什么是測量儀器？用來進行測量的任何儀器。什么是檢驗員（或者鑒定人）？使用測量儀器進行測量的個人或裝置MeasurementSystemAnalysis3.1有關測量數據的常見問題測量系統：不僅指量具。測量系統包括：人（及其培訓）、過程（測量程序）、設備（量具或測量工具）、系統的控制點、及所有這些因素的相互作用。測量總偏差：總的觀察偏差=過程偏差+測量系統偏差測量是一個能影響所觀察值的中心值和偏差的過程。MeasurementSystemAnalysis3.2有關測量數據的常見問題GageR&R分析是用來分析測量系統的方法，目的是確定測量某種東西時出現的波動(誤差)的大小和類型.將“測量系統”看作是會給測量數據帶來額外誤差的子過程，其目的就是使用誤差盡可能小的測量過程.任何觀測數據的誤差，都是部件的實際誤差和測量系統誤差的總和。MeasurementSystemAnalysis4.過程變差剖析長期過程變差短期抽樣產生的變差實際過程變差穩定性線性重復性

準確度量具變差操作員造成的變差測量誤差過程變差觀測值“重復性”和“再現性”是測量誤差的主要來源再現性過程變差MeasurementSystemAnalysis5.連續變量測量系統分析分辨率偏移？“準確性”（居中性—均值）線性？穩定性？校準？“精確性”（R&R）（離散性—偏差）OKOKOKOKMeasurementSystemAnalysis(測量儀器的分辨率必須小于或等于規范或過程誤差的10%）測量儀器分辨率可定義為測量儀器能夠讀取的最小測量單位。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。5.1測量儀器分辨率MeasurementSystemAnalysis5.2測量系統的有效分辨率（discrimination）要求不低于過程變差或允許偏差（tolerance）的十分之一零件之間的差異必須大于最小測量刻度極差控制圖可顯示分辨率是否足夠--看控制限內有多少個數據分級不同數據分級(ndc)的計算為零件的標準偏差/總的量具偏差*1.41.一般要求它大于5才可接受直尺卡尺千分尺.28.279.2794.28.282.2822.28.282.2819.28.279.2791MeasurementSystemAnalysis5.3分辨率不足的表現在過程變差的SPC極差圖上可看出：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。如果及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。MeasurementSystemAnalysis5.4敏感度（Sensitivity）敏感度是指能產生一個可檢測到(有用的)輸出信號的最小輸入。它是測量系統對被測特性變化的回應。敏感度由量具設計(分辨力)、固有質量(OEM)、使用中保養，以及儀器操作條件和標準來確定。它通常被表示為一測量單位。影響敏感度的因素包括：一個儀器的衰減能力操作者的技能測量裝置的重復性對于電子或氣動量具，提供無漂移操作的能力儀器使用所處的條件，例如：大氣條件、塵土、濕度MeasurementSystemAnalysis5.5準確度(Accuracy)準確度(Accuracy)—測量的平均值是否與真值吻合?真值(TrueValue):理論上正確的值國際度量衡標準偏倚（Bias)測量值的均值與真值的距離測量系統持續地偏離目標系統錯誤MeasurementSystemAnalysisBIAS—測量結果的平均值與參考值的差異.參考值（reference-value）是一個預先認定的參考標準.該標準可用更高一級測量系統測量的平均值來確定(例如：高一級計量室)觀測平均值參考值5.6偏

倚BIAS

MeasurementSystemAnalysisX1=0.75mm X6=0.8mmX2=0.75mm X7=0.75mmX3=0.8mm X8=0.75mmX4=0.8mm X9=0.75mmX5=0.65 mm X10=0.7mm同一操作者對同一工件測量10次如果參考標準是0.80mm.過程變差為0.70mm

=0.75Bias=0.75-0.8=-0.05%Bias=100[0.05/0.70]=7.1%表明7.1%的過程變差是偏倚BIAS5.6.1偏倚BIAS實例:MeasurementSystemAnalysis準確度的問題可以通過校準來探測.偏倚也可以與過程的容差相比較判斷準確度的簡單標準為.小于過程變差或容差的1%,可認為是精確的.小于過程變差或容差的1%則需要研究和調整測量系統,或者臨時用補償值來修正以后的測量值偏倚的研究還可以通過作圖的方式來進行,即作出直方圖,然后根據經驗判斷是否可以接受.偏倚的研究還可以通過計算置信區間來判斷是否可以接受測量平均值–參考值x(100)容差寬度MeasurementSystemAnalysis5.6.2偏倚研究的分析如果偏倚在統計上不等于0，檢查是否存在以下原因：基準件或參考值有誤—檢查確定標準件的程序儀器磨損—維修儀器所測量的特性有誤儀器沒有經過適當的校準—對校準程序進行評審評價者使用儀器的方法不正確—對測量指導書進行評審MeasurementSystemAnalysis5.6.3偏倚的調整如果偏倚不等于零，應采用硬體修正法和軟體修正法對量具進行重新校準以達到零偏倚；如果偏倚不能調整為零，通過變更程序（每個讀值根據偏倚進行修正）還可繼續使用該測量系統。由于存在評價誤差這一高度風險，因此這種方法只能在取得顧客同意后方可使用。MeasurementSystemAnalysis5.7線性在量具正常工作量程內的偏倚變化量多個獨立的偏倚誤差在量具工作量程內的關系是測量系統的系統誤差構成

線性的探測可以在校準時進行線性的好壞可以通過作圖來顯示線性的研究也可以通過數據分析來進行,即用最小二乘法來計算最佳的擬合直線,再用假設檢驗來驗證其線性是否可以接受.MeasurementSystemAnalysis5.7.1線性誤差的原因造成線性誤差的可能原因如下：儀器需要校準，縮短校準周期儀器、設備或夾具的磨損維護保養不好—空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔基準的磨損或損壞，基準的誤差—最小/最大MeasurementSystemAnalysis在一段時間內，測量結果的分布無論是均值還是標準偏差都保持不變和可預測的通過較長時間內，用被監視的量具對相同的標準或標準件的同一特性進行測量的總變異來監視可用時間走勢圖進行分析5.8穩定性（Stability）時間-1時間-2時間穩定性量值MeasurementSystemAnalysis5.8.1穩定性的判定確定參考值長期抽樣：例如每班5件抽20個班做出穩定性的均值極差控制圖如測量過程處于穩定狀態，沒有明顯的特殊原因結果發生，則判定穩定性合格。MeasurementSystemAnalysis5.8.2造成不穩定的可能因素（一）儀器需要校準，縮短校準周期儀器、設備或夾具的磨損正常的老化或損壞維護保養不好：空氣、動力、液體、過濾器、腐蝕、塵土、清潔基準的磨損或損壞，基準的誤差不適當的校準或使用基準設定MeasurementSystemAnalysis5.8.3造成不穩定的可能因素（二）儀器質量不好—設計或符合性儀器缺少穩健的設計或方法不同的測量方法—作業準備、載入、夾緊、技巧變形（量具或零件）環境變化—溫度、濕度、振動、清潔錯誤的假設，應用的常數不對應用—零件數量、位置、操作者技能、疲勞、觀測誤差（易讀性、視差）MeasurementSystemAnalysis5.9校準對比一個已知的真實值檢查測量系統或相對于一個已知的標準調整量具以至讀數正確。所有的測量系統需要校準：校準時可參考量具制造者的建議。定期對操作員培訓考核。相關軟件。MeasurementSystemAnalysis5.10精確性（重復性和再現性）精確性—描述了測量系統的偏差可重復性—偏差由量具本身造成；（測量系統內部變差）可再現性—偏差由測量者的技巧造成；（測量系統之間或條件之間的變差）

測量系統=重復性+再現性MeasurementSystemAnalysis測量系統內在的變異性基于重復測量的數據，用分組后組內的標準偏差來估算小于測量系統的總變差

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MasterValue5.10.1精確度：重復性MeasurementSystemAnalysis5.10.2造成重復性的可能原因零件內部（抽樣樣本）：形狀、位置、表面光度、錐度、樣本的一致性儀器內部：維修、磨損、設備或夾具的失效、質量或保養不好標準內部：質量、等級、磨損方法內部：作業準備、技巧、歸零、固定、夾持、點密度的變差評價人內部：技巧、位置、缺乏經驗、操作技能或培訓、意識、疲勞MeasurementSystemAnalysis5.10.2造成重復性的可能原因（續）環境內部：對溫度、濕度、振動、清潔的小幅度波動錯誤的假設—穩定，適當的操作缺乏穩健的儀器設計或方法，一致性不好量具誤用失真（量具或零件）、缺乏堅固性應用—零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）MeasurementSystemAnalysis5.10.3精確度：再現性測量系統中操作員產生的變異基于不同操作者的測量數據，按操作員分組，通過組平均值的差來估。應扣除量具的因素（組內變差）比測量系統總變差小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MeasurementSystemAnalysis5.10.4造成再現性誤差的潛在原因零件之間（抽樣樣本）：使用相同的儀器、操作者和方法測量A、B、C零件類型時的平均差異儀器之間：在相同零件、操作者和環境下使用A、B、C儀器測量的平均值差異。注意：在這種情況下，再現性誤差通常還混有方法和/或操作者的誤差。標準之間：在測量過程中，不同的設定標準的平均影響。MeasurementSystemAnalysis5.10.4造成再現性誤差的潛在原因（續）方法之間：由于改變測量點密度、手動或自動系統、歸零、固定或夾緊方法等所造成的平均值差異。評價人（操作者）之間：評價人A、B、C之間由于培訓、技巧、技能和經驗所造成的平均值差異。推薦在為產品和過程鑒定和使用手動測量儀器時使用這種研究方法。環境之間：在經過1、2、3等時段所進行的測量，由于環境周期所造成的平均值差異。這種研究常用在使用高度自動化測量系統對產品和過程的鑒定。研究中的假設有誤缺乏穩健的儀器設計或方法。操作者培訓的有效性。應用—零件數量、位置、觀測誤差（易讀性、視差）MeasurementSystemAnalysis5.11計量型數據的均值-極差法均值-極差（X-R）法是確定測量系統的重復性和再現性的數學方法，步驟如下：1選擇三個測量人（A,B,C）和10個測量樣品。測量人應有代表性，代表經常從事此項測量工作的QC人員或生產線人員10個樣品應在過程中隨機抽取，可代表整個過程的變差，否則會嚴重影響研究結果。2校準量具3測量，讓三個測量人對10個樣品的某項特性進行測試，每個樣品每人測量三次，將數據填入表中。試驗時遵循以下原則：盲測原則1：對10個樣品編號，每個人測完第一輪后，由其他人對這10個樣品進行隨機的重新編號后再測，避免主觀偏向。盲測原則2：三個人之間都互相不知道其他人的測量結果。4計算MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—設定樣品序號MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—設定檢驗員MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—輸入測量結果第一個人測1~10號樣品,并記錄;第二個人測1~10號樣品,并記錄;第三個人測1~10號樣品,并記錄;反復.又從第一個人開始進行第二輪的測量5.注意:不要刻意的去記憶之前的測量結果MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—開始分析-AMeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—開始分析-BMeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—開始分析-CMeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—結果分析-A測量系統的精度與過程規范的比率,<10%.測量系統的精度與總過程偏差的百分比,<30%測量系統的精度與過程規范的比率,<10%.區分類別數>=5.MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—結果分析-B.1圖一.偏差組成圖.過程大部分偏差來自于工件之間,來自測量系統的偏差相對較小.圖二.重復性極差控制圖.測量結果都在極差控制限內,說明進行的試驗方式是一致的.要求:R圖必須受控，否則GRR的實驗過程必然發生了特殊原因，后面的結果就不可信了；

R圖必須分層大于5層，否則系統的分辨率不足，會呈現重復性好的假象；

R圖雖然分層大于5層卻有超過1/4的點落在0的線上，分層勉強，分辨力依然不足。MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—結果分析-B圖三.零件評價人均值圖.有13點在控制限內,說明測量系統不能夠檢測到各樣品的過程偏差,檢驗員之間存在差異.要求:要有超過50％的點落在管制界限以外，否則儀器精度相對產品變異較大；不同操作員之間的測量趨勢應該相似，否則再現性誤差較大。MeasurementSystemAnalysis5.11.1用Mintab15做GR&R分析—結果分析-B圖四.零件鏈圖.10個樣品間存在很大偏差.作用:主要看哪個樣品分歧最大，懷疑GRR過程中是否有些樣品發生損害或變化圖五.評價人比較圖.彭瑞琴和池福安之間偏差幾乎為0,但羅平秀卻有很大差異.作用.主要看再現性差異主要存在哪些操作員之間圖六.零件評價人交互圖.交互作用基本是平行的,說明評價人與零件間沒有顯著交互作用.作用:主要看哪些樣品存在和其他操作員判斷的差異最大，如果交叉，要根據測量特點調查是否樣品發生變化或損傷，或者操作員對某個樣品是否存在某種自身障礙，或者樣品是否發生編號混淆，等等。MeasurementSystemAnalysis%R&R

Results<5% 很好￡10% 好10%–30% 可以接受，視被測量特性的重要程度和 測量成本等因素而定。>30% 測量系統需要改進5.11.1GageR&R判斷原則如果重復性(EV)大于再現性(AV)，原因可能是：儀器需要維修可能需要對量具進行重新設計，以獲得更好的嚴格度需要對量具的夾緊或固定裝置進行改進零件內變差太大MeasurementSystemAnalysis5.11.2如果再現性大于重復性，原因可能是：需要更好的對評價人進行如何使用和判讀該量具儀器的培訓量具校準，刻度不清晰某種夾具幫助評價人更一致地使用量具。MeasurementSystemAnalysis5.12R&R對產品決策的影響下限上限上限下限或或第II型錯誤：漏判，將不合格的判斷成合格的

第I型錯誤：誤判，將合格的判斷成不合格的

MeasurementSystemAnalysis5.12.1R&R對過程變差計算的影響觀測到的過程變差實際的過程變差測量系統的變差MeasurementSystemAnalysis5.12.2R&R對過程能力計算的影響70%60%50%40%30%10%MeasurementSystemAnalysisNO-GOGOErrorOperator2Operator16.定性數據(AttributeData)的R&RMeasurementSystemAnalysis

Go-NoGo數據模式人為因素主導，情況復雜統計模型多種多樣統計學上各家爭鳴，尚無定論實踐中采用何種形式，取決于實例與統計模型的接近程度MeasurementSystemAnalysis對于以“是”和“不是”為計數基礎的定性數據，其GR&R考察的概念是與定量數據一樣的。但方法上完全不同.定性數據測量系統的能力取決于操作員判斷的有效性，即將合格判成合格，將“不合格”判斷成不合格的程度.6.1計數型測量系統能力分析方法示例以下為判斷所用的指標有效性Effectiveness(E)-即判斷“合格”與“不合格”的準確性

E=實際判斷正確的次數/可能判斷正確的機會次數.

漏判的幾率Probabilityofmiss(P-miss)-將“不合格”判為合格的機會

P(miss)=實