3M46Sigma测量系统分析.ppt

第四节：第四节：测量系统分析测量系统分析1主主 要要 内内 容容1.1.确认并理解测量误差的组成因素确认并理解测量误差的组成因素2.2.借助借助Minitab，，运用方差分析法运用方差分析法(ANOVA)3.3. 进行连续数据的进行连续数据的Gage R&R分析4.4.3. 3. 借助借助Minitab进行离散数据的进行离散数据的Gage R&R分析4 4. .确定测量系统的准确性和精确性确定测量系统的准确性和精确性2在在6σ6σ项项目目中中，，测测量量系系统统分分析析的的主主要要目目的是确定项目中所使用的数据是否可靠的是确定项目中所使用的数据是否可靠测量系统测量系统分析的目的分析的目的•评估新的测量仪器评估新的测量仪器•将两种不同的测量方法进行比较将两种不同的测量方法进行比较•对可能存在问题的测量方法进行评估对可能存在问题的测量方法进行评估•确定并解决测量系统误差问题确定并解决测量系统误差问题测量系统分析测量系统分析还可以：还可以：36σ6σ方方法法建建立立在在这这样样一一种种思思想想上上：：基基于于数数据据的的决决策策用用于于决决策策过过程程的的数数据据必必须须是是可可靠靠的的。

基基于于不不可可靠靠数数据据的的决决策策与与无数据支持的决策没有什么差别无数据支持的决策没有什么差别您的测量系统是否好得足以让您放心收集数据？您的测量系统是否好得足以让您放心收集数据？Gage R&R 分析给您答案分析给您答案nGage R&R 分析使您能够：分析使您能够：n确定测量误差是否很小，相对产品规范或过程误差来说是否可以接受确定测量误差是否很小，相对产品规范或过程误差来说是否可以接受n确定您是否对数据的确定您是否对数据的““质量质量””充满信心充满信心n分析测量仪器是否具有适当的分辨率分析测量仪器是否具有适当的分辨率n如果测量误差不可接受，将注意力重点放在需要改进的方面如果测量误差不可接受，将注意力重点放在需要改进的方面测量是任何测量是任何6σ6σ项目的基础项目的基础4三三个个检检验验员员测测量量并并记记录录了了10个个部部件件的的油油漆漆厚厚度度每每个个检检验验员员测测量量每个部件两次下面是用图形的表示的原始数据每个部件两次下面是用图形的表示的原始数据•不同的检验员得出的结果是否一致？•某个操作员是否总是比另一个操作员的结果低或者高？•操作员能重复对每个部件的测量结果吗？另外还有什么？从这个图中，从这个图中， 您对该测量系统有什么了解？您对该测量系统有什么了解？测量系统的波动测量系统的波动(偏差偏差)可以可以 用用Gage R&R 分析来量化。

分析来量化油漆厚度测量的油漆厚度测量的Gage R&R分析分析厚度部件5有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题什么是测量？什么是测量？- 将一个未知量与一个已知的或已经接受的参照值进行的比较为什么我们需要测量数据？为什么我们需要测量数据？- 我们使用测量数据来判断产品是否合格，制定有关过程管理的决策我接受这件产品吗？过程是很好，还是需要进行调整？我们对测量数据有什么期望？我们对测量数据有什么期望？- 准确性 ……数据必须告诉我们真相！- 重复性 ……重复测量必须产生同样的结果！- 再现性 ……结果不应该受检验员的影响什么是测量仪器？什么是测量仪器？- 用来进行测量的任何仪器什么是检验员什么是检验员(或者鉴定人或者鉴定人)？？- 使用测量仪器进行测量的个人或装置6收收 集集 数数 据据的的 能能 力力 ! ! 2 = 2 + 2 总的观察偏差总的观察偏差 实际偏差实际偏差 测量系统偏差测量系统偏差 测量是一个能影响所观察值的中心值和偏差的过程测量是一个能影响所观察值的中心值和偏差的过程测量是一个能影响所观察值的中心值和偏差的过程测量是一个能影响所观察值的中心值和偏差的过程 测量系统包括测量系统包括: 人（及其培训）、过程人（及其培训）、过程 （测量程序）、设备（测量程序）、设备（量具或测量工具）及所有这些因素的相互作用。

量具或测量工具）及所有这些因素的相互作用 测量总偏差测量总偏差: 有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题测量系统：不仅指量具测量系统：不仅指量具71. Gage R&R 1. Gage R&R 分析是用来分析测量系统的方法，目分析是用来分析测量系统的方法，目的是确定测量某种东西时出现的波动的是确定测量某种东西时出现的波动( (误差误差) )的大的大小和类型小和类型2.将将“测量系统测量系统”看作是会给测量数据带来额外误看作是会给测量数据带来额外误差差 的子过程，其目的就是使用误差尽可能小的测的子过程，其目的就是使用误差尽可能小的测量过程3. 任何观测数据的误差，都是部件的实际误差和测任何观测数据的误差，都是部件的实际误差和测量系统误差的总和量系统误差的总和有关测量数据的常见问题有关测量数据的常见问题8测量系统分析计划测量系统分析计划1. 1. 确定数据的类型确定数据的类型2. 2. 确定误差的来源确定误差的来源3.3. 样本选择样本选择4.4. 数据收集数据收集5.5. 数据分析数据分析9连续数据连续数据测量系统分析测量系统分析10分分 辨辨 率率? ?““精确性精确性” (R&R)” (R&R)( (离散性离散性------偏差偏差) ) 校校 准准? ?稳稳 定定 性性? ?线线 性性? ?偏偏 移移?“?“准确性准确性””( (居中性居中性------均值均值) )OKOKOKOK连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析OK11 1 2 3 1 2 3 部件 A部件 B因为上面刻度的分辨率比两个部件之间的差异要大，两个部件将出现相同的测量结果。

第二个刻度的分辨率比两个部件之间的差异要小，部件将产生不同的测量结果A = 2.25B = 2.00测量仪器分辨率测量仪器分辨率测量仪器分辨率测量仪器分辨率: : 可定义为测量仪器能够可定义为测量仪器能够测得最小变化范围的能力测得最小变化范围的能力看看下面的部件A和部件B，它们的长度非常相似测量分辨率描述了测量仪器分辨两个部件的测量值之间的差异的能力测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的测量仪器的分辨率必须小于或等于规范或过程误差的10%A = 2.0B = 2.0部件 A部件 B12 测量系统的精度测量系统的精度( (分辨率分辨率) )须比被测量体要求精须比被测量体要求精度高一个数量级，即如果要求测量精度是度高一个数量级，即如果要求测量精度是0.0010.001，测，测量仪器的精度要求须是量仪器的精度要求须是0.00010.0001亦即测量系统应该亦即测量系统应该至少能测出上下规格限间距的至少能测出上下规格限间距的1/101/10 例如例如LSLLSL是是5mm5mm，，USLUSL是是10mm10mm，极差是，极差是5mm5mm，测量，测量设备应至少设备应至少0.5mm0.5mm的刻度。

的刻度测量系统分辨率测量系统分辨率(精度精度): 测量系统分辨率测量系统分辨率最高原则最高原则13测量的准确性是测量所得的平均值与真实值的差别测量的准确性是测量所得的平均值与真实值的差别真实值真实值参考标准参考标准平均值平均值真实值真实值偏偏 移移观察的平均观察的平均值值－系统误差或偏移－系统误差或偏移准准 确确 性性14Accuracy vs Precision准确性和精确性的关系准确性和精确性的关系15Accuracy vs Precisionn1) accurate but not precise2) precise but not accuraten3) neither accurate nor precise4) both accurate and precise准确性和精确性的关系准确性和精确性的关系16测得的温度测得的温度实际温度实际温度 线性线性非线性非线性非线性非线性20201010303040401010202030304040 －是指在测量设备范围内，测量值与真实值之－是指在测量设备范围内，测量值与真实值之间的关系是否成线性关系。

间的关系是否成线性关系线线 性性17(测量系统的分布测量系统的分布(s s and s s2) 长期应该保持稳定长期应该保持稳定 (没有漂移，突然偏移循环等没有漂移，突然偏移循环等利用控制图进行评估利用控制图进行评估采用长期的测量设备计划以维持稳定性采用长期的测量设备计划以维持稳定性...稳稳 定定 性性18所有的测量系统需要校准所有的测量系统需要校准:1. 校准时可参考量具制造者的建议校准时可参考量具制造者的建议2. 定期对操作员培训考核定期对操作员培训考核3. 相关软件相关软件对比一个已知的真实值检查测量系统或相对对比一个已知的真实值检查测量系统或相对于一个已知的标准调整量具以至读数正确于一个已知的标准调整量具以至读数正确校校 准准19精精 确确 性性(精精 确确 性－描述了测量系统的偏性－描述了测量系统的偏 差：差：( 可重复性－可重复性－ 偏差由量具本身造成；偏差由量具本身造成；( 可再现性－可再现性－ 偏差由测量者的技巧造成偏差由测量者的技巧造成 两两 个个 组组 成成 部部 分分测量系统测量系统重复性重复性再现性再现性( (重复性和再现性重复性和再现性) )20(在相同条件下，重复检查同一物体，产在相同条件下，重复检查同一物体，产生相同结果的量具的能力。

生相同结果的量具的能力或或 者者......(在相同条件下，对同一物体进行重复测在相同条件下，对同一物体进行重复测量所得的偏差量所得的偏差同一测量者同一测量者$同样的测量设备同样的测量设备$同样的工件同样的工件$同样的环境的条件同样的环境的条件精精 确确 性性－－重重 复复 性性21(在不同的条件下测量同一物体得到相同结果在不同的条件下测量同一物体得到相同结果的能力不同条件下测量结果的偏差不同条件下测量结果的偏差不同的测量者或者不同的测量设备不同的测量者或者不同的测量设备（测量者和测量设备只能有一样不同）（测量者和测量设备只能有一样不同）$同样的工件同样的工件$同样的环境的条件同样的环境的条件再再 现现 性性 也也 有有 两两 个个 组组 成成 部部 分分精精 确确 性性－－再再 现现 性性22测量者与工件的关系测量者与工件的关系•对某一工件，不同的测量者可能有相对某一工件，不同的测量者可能有相似的测量值（工件似的测量值（工件2 2））•对另一工件（工件对另一工件（工件3 3）不同的测量者）不同的测量者的测量值有显著的差别的测量值有显著的差别part 1part 1 part 2part 2 part 3part 3Overall LengthOverall Length• 对所有工件，不同的测量者都会产生差异；对所有工件，不同的测量者都会产生差异；•测量者的差异根据测量工件的不同而不同。

测量者的差异根据测量工件的不同而不同1 13 32 21 11 13 33 32 22 2231. 2~3个测量者个测量者2. 10个待测工件个待测工件3. 每一个测量者应测量所有工件每一个测量者应测量所有工件2-3次4. 使用代表整个过程偏使用代表整个过程偏 差的工件差的工件5. 随机取样是非常重要的随机取样是非常重要的数数数数 据据据据 收收收收 集集集集 原原原原 则则则则连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析24n重复性和再现性与重复性和再现性与容容 差的百分比差的百分比1 1Precision to Tolerance Precision to Tolerance Ratio---P/TRatio---P/Tn重复性和再现性与重复性和再现性与总过程偏差的百分总过程偏差的百分比比2 2Precision to TotalPrecision to TotalVariation Ratio---P/TVVariation Ratio---P/TV3 3%Contribution%Contribution量具相对于规范的测量能力；量具相对于规范的测量能力； 量具相对于过程偏差的测量能力量具相对于过程偏差的测量能力测量系统的能力测量系统的能力----－－3 3个重要指数个重要指数测量系统的方差与总测量系统的方差与总过程方差的百分比过程方差的百分比%Study Var%Study Var%Tolerance%Tolerance%Contribution%ContributionMinitabMinitab显示显示: :－－> >连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析－－容差百分比－－容差百分比－－调查百分比－－调查百分比－－贡献百分比－－贡献百分比25关于容差百分比的解释关于容差百分比的解释s sgage = 测量误差测量误差公差公差 = USL - LSL USL = 规范上限规范上限LSL = 规范下限规范下限2. 对于单边规格限：对于单边规格限：在分子中使用在分子中使用2.575 s sgage (即即5.15/2 = 2.575) 公差公差= USL – 平均值平均值 或或 平均值平均值 - LSL  总是总是使用使用历史历史 平均值平均值5.15 标准误差包含了正态分布的标准误差包含了正态分布的99%。

5.15 s s+2.575-2.57599%在此在此 1. 对于双边规格限：对于双边规格限：26连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析打开数据文件打开数据文件: 测量系统分析测量系统分析 . MTV27采采 用用 ANOVA 法法见见 下下 页页输入输入：：•部件序数列部件序数列•操作员数据列操作员数据列•测量数据列测量数据列连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析28连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析29Gage R&R %ContributionSource VarComp (of VarComp) Total Gage R&R 0.004437 10.67 Repeatability 0.001292 3.10 Reproducibility 0.003146 7.56 Operator 0.000912 2.19 Operator*PartID 0.002234 5.37 Part-To-Part 0.037164 89.33 Total Variation 0.041602 100.00 连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析结果显示：结果显示：贡献百分比：贡献百分比：<1％可接受；％可接受；<10％可考虑；％可考虑；>10％不可接受。

％不可接受30 StdDev Study Var %Study Var %Tolerance Source (SD) (5.15*SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 34.31 Repeatability 0.035940 0.18509 17.62 18.51 Reproducibility 0.056088 0.28885 27.50 28.89 Operator 0.030200 0.15553 14.81 15.55 Operator*PartID 0.047263 0.24340 23.17 24.34 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52 99.28 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 105.04 连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析结果显示结果显示2：：调查百分比：调查百分比：<15%可以接受；<30%可考虑；>30%不可接受。

31 StdDev Study Var %Study Var %Tolerance Source (SD) (5.15*SD) (%SV) (SV/Toler) Total Gage R&R 0.066615 0.34306 32.66 34.31 Repeatability 0.035940 0.18509 17.62 18.51 Reproducibility 0.056088 0.28885 27.50 28.89 Operator 0.030200 0.15553 14.81 15.55 Operator*PartID 0.047263 0.24340 23.17 24.34 Part-To-Part 0.192781 0.99282 94.52 99.28 Total Variation 0.203965 1.05042 100.00 105.04 Number of Distinct Categories = 4 连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析结果显示结果显示3：：容差百分比：容差百分比：<10％理想值；％理想值；<20％可接受；％可接受；<30％可考虑；％可考虑；>30％不可接受。

％不可接受差别类数目：差别类数目：  5 5可接受可接受32计算和解释：计算和解释：差别类数目差别类数目指的是测量系统可以识别出的过程数据中的非重叠组的数目指的是测量系统可以识别出的过程数据中的非重叠组的数目差别类数目差别类数目 = x 1.41 part-to-partgage 注意：注意：注意：注意： 差别类数目适用于连续数据的差别类数目适用于连续数据的差别类数目适用于连续数据的差别类数目适用于连续数据的ANOVA ANOVA 法法法法GR&RGR&R 差别类数目决策 / 值< 2对制定过程控制决策没有价值2 – 3只用于二元决策 (“Go/No Go”)  5 5足够的分辨率对于制定过程控制决策来说，可以接受可以接受连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析33连续数据测量系统分析连续数据测量系统分析图形结果显示总图：图形结果显示总图：34关于厚度测量我们知道了什么？关于厚度测量我们知道了什么？•测量系统对于判断产品合格与否来是可以接受吗？•对于过程控制来说，测量系统可接受吗？•测量系统具有足够的分辨率吗？•操作员对于测量系统误差影响显著吗？•部件对于测量系统误差影响很大吗？•设备 (厚度测量仪) 对于测量系统误差来说，是很重要的影响因素吗？•您应该将测量系统改进的重点放在哪里？ANOVA ANOVA 法法法法 Gage R&R Gage R&R 举例举例举例举例35离散数据离散数据测量系统分析测量系统分析361.将工件与规范极限比较，在通过与不通过判断将工件与规范极限比较，在通过与不通过判断2. 基础上决定是否接受工件。

基础上决定是否接受工件2. 离散数据测量系统离散数据测量系统 研究通常由研究通常由2-5个测量个测量者者测测 试试20-50个工件来进行个工件来进行3. 每一个测量者应以随机顺序测量所有工件每一个测量者应以随机顺序测量所有工件2-3次 2-3次评估之间相隔一个星期次评估之间相隔一个星期4. 样本选择标准：样本选择标准： 一些可以接受，一些不合格，一些可以接受，一些不合格， 一些处于边缘一些处于边缘5. 准确率准确率= 95%，同时判错率小于，同时判错率小于5%，可以接受；，可以接受； 准确率准确率= 100% ，就是好系统，就是好系统!!数数数数 据据据据 收收收收 集集集集 原原原原 则则则则离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析37Minitab: Stat > Quality Tools > Attribute Gage R&R Study离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析38离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析打开数据文件打开数据文件: 测量系统分析测量系统分析 . MTV39Attribute Gage R&R StudyAttribute Gage R&R Study for MeasurementWithin Appraiser重复性偏差重复性偏差重复性偏差重复性偏差( ( ( (评估检验者自身的误差）评估检验者自身的误差）评估检验者自身的误差）评估检验者自身的误差）Assessment AgreementAppraiser # Inspected # Matched Percent (%) 95.0% CI 1 10 10 100.0 ( 92.8, 100.0)2 10 8 80.0 ( 44.4, 97.5)3 10 9 90.0 ( 55.5, 99.7)# Matched: Appraiser agrees with him/herself across trials. 结果显示结果显示1：：离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析40Each Appraiser vs StandardAssessment Agreement每个检验员的检验结果与真值的比较每个检验员的检验结果与真值的比较每个检验员的检验结果与真值的比较每个检验员的检验结果与真值的比较Appraiser # Inspected # Matched Percent (%) 95.0% CI 1 10 9 90.0 ( 55.5, 99.7)2 10 8 80.0 ( 44.4, 97.5)3 10 9 90.0 ( 55.5, 99.7)# Matched: Appraiser's assessment across trials agrees with standard.结果显示结果显示2：：离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析41Assessment Disagreement # 合格合格/ # 不合格不合格/Appraiser 不合格不合格 Percent (%) 合格合格 Percent (%) # Mixed Percent (%) 1 1 10.0 0 0.0 0 0.0 2 0 0.0 0 0.0 2 20.0 3 0 0.0 0 0.0 1 10.0 # 合格合格/不合格不合格: Assessments across trials = 合格合格 / standard = 不合格不合格. # 不合格不合格/合格合格: Assessments across trials =不合格不合格 / standard = 合格合格. # Mixed: Assessments across trials are not identical.结果显示结果显示3：：离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析判错率：判错率：< <5 5％可接受％可接受42Between AppraisersAssessment Agreement# Inspected # Matched Percent (%) 95.0% CI 10 8 80.0 ( 44.4, 97.5)# Matched: All appraisers' assessments agree with each other.结果显示结果显示4：：离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析再现性偏差再现性偏差再现性偏差再现性偏差( ( ( (评估检验者之间的误差评估检验者之间的误差评估检验者之间的误差评估检验者之间的误差) ) ) )43结果显示结果显示5：：离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析All Appraisers vs Standard所有检验员的检验结果与真值的比较所有检验员的检验结果与真值的比较所有检验员的检验结果与真值的比较所有检验员的检验结果与真值的比较Assessment Agreement# Inspected # Matched Percent (%) 95.0% CI 10 8 80.0 ( 44.4, 97.5)# Matched: All appraisers' assessments agree with standard.准确率：准确率： 9 95 5％可接受％可接受44图形结果显示：图形结果显示：离散数据测量系统分析离散数据测量系统分析重复性偏差重复性偏差重复性偏差重复性偏差( ( ( (评估检验者自身的误差）评估检验者自身的误差）评估检验者自身的误差）评估检验者自身的误差）--- --- --- --- 一致性一致性一致性一致性在在在在95%95%95%95%置信度下的置信区间置信度下的置信区间置信度下的置信区间置信度下的置信区间每个检验员的检验结果与真值的比较每个检验员的检验结果与真值的比较每个检验员的检验结果与真值的比较每个检验员的检验结果与真值的比较--- --- --- --- 准确率准确率准确率准确率在在在在95%95%95%95%置信度下的置信区间置信度下的置信区间置信度下的置信区间置信度下的置信区间45针对某种特殊的情况：没有重复性，只有再现性的情况针对某种特殊的情况：没有重复性，只有再现性的情况下，如何确定测量系统的可靠性。

事例下，如何确定测量系统的可靠性事例1：：逻辑变量逻辑变量GR&R分析分析46。