测量系统分析基础篇

1、Training Course Name,Training Course Name,Training Course Name,Measurement System Analysis,Prepared by XW Hu Approved by Jerry Wu Effective Date _Nov 0804,课程内容（基础篇）,MSA的重要性 测量系统分析的对象 测量系统误差来源 测量基础术语 测量系统统计特性 理想的测量系统 测量系统应有的特性 测量系统的策划,课程内容（方法篇）,测量系统研究准备 计量型分析 稳定性分析 偏倚分析 线性分析 重复性和再现性分析 计数型分析 风险分析法,MSA 的重要性,PROCESS,如果测量的方式不对，那么好的结果可能被测为坏的结果，坏的结果也可能被测为好的结果，此时便不能得到真正的产品或过程特性。,MSA分析对象,QS-9000 4.11.4 为分析每种类型的测量和试验设备系统的测量结果存在的差异,必须进行适当的统计研究.此要求必须适用于在控制计划中提出的测量系统, 并由QA部门定义其适用性. 至少所有影响产品特性的测量系统必须作MSA.,测量误

2、差,y=x+ 测量值=真值(True Value) + 测量误差,测量误差来源,测量误差的来源,仪器方面 (Equipment)： Discrimination(分辩力) Precision 精密度 (Repeatability 重复性) Accuracy准确度 (Bias偏差) Damage损坏 Differences among instruments and fixtures (不同仪器和夹具间的差异),测量误差的来源,不同检验者的差异(Reproducibility再现性) (Difference in use by inspector) 训练 技能 疲劳 无聊 眼力 舒适 检验的速度 指导书的误解,测量误差的来源,不同环境所造成的差异 （Differences due to environment） 温度 湿度 振动 照明 腐蚀 污染(油脂),测量误差的来源,方法方面： (Differences among methods of use) 测试方法 测试标准 材料方面(Material): 准备的样本本身有差异 收集的样本本身有差异,测量系统与过程同步改进,测量基础术语,测量

3、( Measurement)：赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋予的值定义为测量值。 量具(Gage)：任何用来获得测量结果的装置，经常用来特指用在车间的装置，包括用来测量合格不合格的装置。 测量系统(Measurement System)：用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件以及操作人员的集合；用来获得测量结果的整个过程。 数据(Data): 一组条件下观察结果的集合，既可以是连续的(一个量值和测量单位),又可以是离散的(属性数据或计数数据如成功失败、好坏、过不通过等统计数据)。,测量基础术语,标准 (Standard),用于比较的可接受的基准； 用于接受的准则； 已知数值，在表明的不确定度界限内，作为真值被接受； 基准值。,测量基础术语,准确度(Accuracy):观测值和可接受基准值之间一致的接近程度。 方差分析(Analysis of Variance ):一种经常用于试验设计(DOE)中统计方法(ANOVA)，用于分析多组的计量型数据以便比较方法和分析变异源 校准 (Calibration):在规定的条件下，建立测量装置和已

4、知基准值和不确定度的可溯源标准之间的关系的一组操作。校准可能也包括通过调整被比较的测量装置的准确度差异而进行的探测、相关性、报告或消除的步骤。确定示值误差的过程. 校准周期 (Calibration Interval):两次校准间的规定时间总量或一组条件，在此期间，测量装置的校准参数(示值误差)被认定为有效的。,分辨力(Discrimination)、可读性(Readability)、分辨率(Resolution),最小的读数单位、刻度限度； 由设计决定的固有特性； 测量或仪器输出的最小刻度； 1:10经验法则（过程变差(6)与公差较小者）。,公差,测量基础术语,测量基础术语,有效分辨力 (Effective Resolution) 定义：考虑整个测量系统变差时的数据分级大小(ndc)。 Ndc = 1.41x(PV/GRR) 左图：只能表明过程是否正在生产合格零件。,测量基础术语,5个或更多个个数据分级,有效分辨力 (Effective Resolution) A图：只能粗略估计制程。 不能用于计量控制。,B图：可用于计量控制图 建议使用达到5个以上分级数,测量基础术语,有效分辨力区

5、分（example） Spec Limit:100+/-10,测量基础术语,量具R&R(Gage R&R):一个测量系统的重复性和再现性的合成变差的估计。GRR变差等于系统内和系统间变差之和。 重复性(EV):设备的偏倚 再现性(AV): 评价者的偏倚 交互作用(Interaction):源于两个或多个重要变量的合成影响或结果，评价人和零件之间具有不可附加性。评价人差别依赖于被测零件。 测量系统误差(Measurement System Error):用于量具偏倚、重复性、再现性、稳定性和线性产生的合成变差。,测量基础术语,零件变差(Part Variation):与测量系统分析有关，对一个稳定过程零件变差(PV)代表预期的不同零件和不同时间的变差。 过程控制(Process Control):一种运行状态，将测量目的和决定准则应用于实时生产以评估过程稳定性和测量体或评估自然过程变差的性质。测量结果显示过程或者是稳定和”受控”，或者是”不受控”。 产品控制(Product Control):一种运行状态，将测量目的和决定准则应用于评价特性符合某规范。测量结果显示过程或者是”在公差内”或

6、者是”在公差外”。,测量基础术语,回归分析(Regression Analysis):两个或多个变量之间关系的统计研究。确定两个或多个变量间数学关系的一种计算。 灵敏度(Sensitivity):导致一个测量装置产生可探测(可辨别)输出信号的最小输入信号。一个仪器应至少和其分辨力单位同样敏感。敏感性是通过固有量具的设计与质量、服务期内维护和操作条件确定的。(灵敏度应与最小分辨率一致.) 显著水平(Significance Level):被选择用来测试随机输出概率的一个统计水平，也同风险有关，表示为风险，代表一个决定出错的概率。通常取值为0.05 (5%)的出错概率. 把好的误判为不好的风险为风险 把不好的误判为好的风险为风险,测量基础术语,溯源性(Traceability) 在商品和服务贸易中溯源性是一个重要概念，溯源到相同或相近的标准的测量比那些没有溯源性的测量更容易被认同。这为减少重新试验、拒收坏的产品、接收好的产品提供了帮助。 溯源性在ISO计量学基本和通用国际术语(VIM)中的定义是”测量的特性或标准值，此标准是规定的基准，通常是国家或国际标准，通过全部规定了不确度的不间断的比

7、较链相联系。,测量基础术语,测量基础术语,真值(True Value):测量过程的目标是零件的”真”值，希望任何单独读数都尽可能地接近这一读值(经济地)。遗憾的是真值永远也不可能知道是肯定的。然而，通过使用一个基于被很好地规定了特性操作定义的”基准”值，使用较高级别分辨率的测量系统的结果，且可溯源到NIST，可以使不确定度减小。因为使用基准作为真值的替代，这些术语通常互换使用。 置信区间(Confidence Interval):期望包括一个参数的真值的值的范围(在希望的概率情况下叫置信水平)。,测量基础术语,一致性(Consistency): 一致性是随时间得到测量变差的区别。它也可以看成重复性随时间的变化。 影响一致性的因素是变差的特殊原因，如： 零件的温度 电子设备的预热要求 设备的磨损,测量基础术语,均匀性 (Uniformity): 均匀性是量具在整个工作量程内变差的区别。它也可被认为是重复性在量程上的均一性(同一性)。不同量程的重复性不同. 影响均匀性的因素包括： 夹紧装置对不同定位只接受较小较大尺寸。 刻度的可读性不好 读数视差,测量基础术语,测量不确定度 (Measur

8、ement Uncertainty): 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。测量不确定度通常被描述为一个双向量。简单的表达式： 真测量值=观测到的测量(结果) U U=扩展不确定度。扩展不确定度是测量过程中合成标准误差Uc，乘以一个代表所希望的置信范围中的正态分布的分布系数(K)。ISO/IEC确定了足以代表正态分布的95%的不确定度的分布系数。通常认为K=2， U=KUc。,测量基础术语,测量不确定度 (Measurement Uncertainty): 扩展不确定度 U=kuc公式 K覆盖因子（2-3） uc 标准合成不确定度,测量基础术语,测量不确定度 (Measurement Uncertainty): 合成标准误差Uc包括了在测量过程中变差的所有重要组成部份。在大多数情况下，按着本课程完成的测量系统分析的方法可以用来定量确定测量不确定度的众多来源。简单的表达式被定量表示为： Uc2=2偏倚+ 2GRR+ 2稳定性+ 2一致性+ 2其它 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预计的准确度是适宜的。,测量基础术语,测量

9、不确定度 (Measurement Uncertainty)和 MSA (Measurement System Analysis)主要区别: MSA的重点是了解测量过程，确定在测量过程中的误差总量（），及评估用于生产和过程控制中的测量系统的充分性。MSA促进了解和改进(减少变差)。 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量真值。,测量基础术语,不确定度(范围)和测量(值)误差区别:,*2,测量系统统计特性,Bias偏差(Accuracy准确性) Repeatability重复性(precision) Reproducibility再现性 Linearity线性 Stability稳定性,测量系统统计特性,偏倚(Bias)：是测量结果的观测平均值与基准值的差值。 真值的取得可以通过采用更高等级的测量设备进行多次测量，取其平均值。,测量系统统计特性,造成过份偏倚的可能原因,仪器需要校准 仪器、设备或夹紧装置的磨损 磨损或损坏的基准，基准出现误差 校准不当或调整基准的使用不当 仪器质量差设计或一致性不好 线性误差 应用错误的量具,不同的测量方法设置、安装、夹紧、技术 测量错误的特性 量具或零件的变形 环境温度、湿度、振动、清洁的影响 违背假定、在应用常量上出错 应用零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察错误,测量系统统计特性,重复性(Repeatability):指由同一个操作人员用同一种量具经多次测量同一个零件的同一特性时获得的测量值变差 （四同）,重复性不好的可能原因,测量系统统计特性,零件(样品)内部：形状、位置、表面加工、锥度、样品一致性。 仪器内部：修理、磨损、设备或夹紧装置故障，质量差或维护不当。 基准内部：质量、级别、磨损 方法内部：在设置、技术、零位调整、夹持、夹紧、点密度的变差 评价人内部：技术、职位、缺乏经验、操作技能或培训、感觉、疲劳。,环境内部：温度、湿度、振动、亮度、清洁度的短期起伏变化。 违背假定：稳定、正确操作 仪器设计或方法缺乏稳健性，一致性不好 应用错误的量具 量具或零件变形，硬度不足 应用：零件尺寸、位置、操作者技能、疲劳、观察误差(易读性、视差),测量系统统计特性,再现性(Reproducibility):由不同操作人员，采用相

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