【正文】 測(cè)量系統(tǒng)分析 1 MEASUREMENT SYSTEMS ANALYSIS 測(cè)量系統(tǒng)分析第四版 測(cè)量系統(tǒng)分析 2 MSA，測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)的目標(biāo) ? 1介紹 MSA參考手冊(cè)的目的 ? 2掌握 MSA中的有關(guān)概念 ， 如：分辨率 、 有效分辨率 、 偏倚 、 線性 、 穩(wěn)定性 、 重復(fù)性 、 再現(xiàn)性 、 雙性（ GRR） 等 。 ? 3掌握數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ? 4了解為什么量具的校準(zhǔn)或檢定不能代替 MSA ? 5了解測(cè)量數(shù)據(jù)的用途 ? 6掌握測(cè)量過(guò)程 ， 清楚測(cè)量數(shù)據(jù)是如何影響我們的判斷的 ? 7掌握測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性 、 測(cè)量過(guò)程變差的來(lái)源 ? 8掌握測(cè)量系統(tǒng)分析的時(shí)機(jī)和步驟 測(cè)量系統(tǒng)分析 3 MSA，測(cè)量系統(tǒng)分析培訓(xùn)的目標(biāo) ? 9掌握測(cè)量系統(tǒng)變差的類型 ? 10掌握測(cè)量系統(tǒng)分析的用途 ? 11掌握測(cè)量系統(tǒng)分析的策劃 ? 12掌握測(cè)量系統(tǒng)的接收準(zhǔn)則 ? 13掌握如何計(jì)算和分析測(cè)量系統(tǒng)的偏倚 、 線性 、 穩(wěn)定性 、 重復(fù)性 、 再現(xiàn)性 、 雙性 （ GRR） ? 14掌握計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)的分析方法 ? 15通過(guò)實(shí)際測(cè)量 、 計(jì)算和進(jìn)行分析將理論和實(shí)踐結(jié)合 ? 以上所說(shuō)的分析和計(jì)算是針對(duì)可重復(fù)測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)于不可重復(fù)測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，如破壞性試驗(yàn)，介紹一下方法，因?yàn)檫@不是本手冊(cè)的分析范圍。 測(cè)量系統(tǒng)分析 4 ISO/TS 16949與 MSA ISO/TS16949標(biāo)準(zhǔn) 監(jiān)視和測(cè)量裝置的控制 測(cè)量系統(tǒng)分析 為分析每種測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)結(jié)果中呈現(xiàn)的變差，應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究。此要求應(yīng)用于控制計(jì)劃中提及的測(cè)量系統(tǒng)。所用的分析方法及接受準(zhǔn)則應(yīng)與顧客關(guān)于測(cè)量系統(tǒng)分析的參考手冊(cè)相一致。如果得到顧客的批準(zhǔn)，其他分析方法和接受準(zhǔn)則也可應(yīng)用。 測(cè)量系統(tǒng)分析 5 課程內(nèi)容 1 引言 2 術(shù)語(yǔ) 3 測(cè)量過(guò)程 4 測(cè)量系統(tǒng)分析基礎(chǔ) 5 簡(jiǎn)單測(cè)量系統(tǒng)分析的實(shí)踐 6 復(fù)雜測(cè)量系統(tǒng)的分析 測(cè)量系統(tǒng)分析 6 1 引言 ? 按照質(zhì)量管理的八項(xiàng)原則，應(yīng)按“以事實(shí)為基礎(chǔ)的決策方法”進(jìn)行決策，因此用數(shù)據(jù)說(shuō)話就成為必然，所以數(shù)據(jù)的使用比以前更加頻繁。在產(chǎn)品的制造生產(chǎn)過(guò)程中，測(cè)量數(shù)據(jù)主要有三個(gè)用途，一、用于判斷產(chǎn)品合格與否，二、用于分析生產(chǎn)過(guò)程，判斷生產(chǎn)過(guò)程是否統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定，三、用于確定兩個(gè)或多個(gè)變量之間是否有顯著關(guān)系，如：線性回歸分析、方差分析。用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行決策的關(guān)鍵就是：這些數(shù)據(jù)反映的是否是“事實(shí)”，即數(shù)據(jù)的質(zhì)量是否高。 測(cè)量系統(tǒng)分析 7 1 引言 ? 人們往往習(xí)慣于相信測(cè)量數(shù)據(jù)，認(rèn)為測(cè)量的結(jié)果就是客觀事實(shí)，其實(shí)不然，因?yàn)闇y(cè)量過(guò)程如同制造過(guò)程一樣，也是隨機(jī)現(xiàn)象，即，有規(guī)律的不確定現(xiàn)象。因此，評(píng)價(jià)測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，即評(píng)價(jià)隨機(jī)現(xiàn)象的結(jié)果，應(yīng)以在統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定條件下運(yùn)行的某一測(cè)量系統(tǒng)得到的多次測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定。 測(cè)量系統(tǒng)分析 8 ? 數(shù)據(jù)的類型 – 計(jì)量型數(shù)據(jù) Variable data – 計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù) Attribute data ? 如何評(píng)定數(shù)據(jù)的質(zhì)量 – 測(cè)量結(jié)果與 “ 真值 ” 的差越小越好 – 數(shù)據(jù)質(zhì)量是用多次測(cè)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定 測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 測(cè)量系統(tǒng)分析 9 測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ? 計(jì)量型數(shù)據(jù)的質(zhì)量 – 均值與真值（基準(zhǔn)值）之差 – 方差的大小 ? 計(jì)數(shù)型數(shù)據(jù)的質(zhì)量 – 對(duì)產(chǎn)品特性產(chǎn)生錯(cuò)誤分級(jí)的概率 測(cè)量系統(tǒng)分析 10 測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ? 一組測(cè)量的變差大多是由于測(cè)量系統(tǒng)和環(huán)境之間的交互作用造成的，交互作用產(chǎn)生太大變差，則數(shù)據(jù)質(zhì)量低！ ? 一個(gè)具有大量變差的測(cè)量系統(tǒng)，用來(lái)分析制造過(guò)程，是不恰當(dāng)?shù)模?為什么？ ? 管理一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的許多工作是監(jiān)視和控制變差。 ? 絕大部分變差是不希望的，但也有例外。 ? 如果數(shù)據(jù)質(zhì)量不可接受，則必須改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)。 測(cè)量系統(tǒng)分析 11 檢定或校準(zhǔn)能否取代 MSA？ ? 也許有人認(rèn)為，量具定期進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)就夠了，不必進(jìn)行麻煩的測(cè)量系統(tǒng)分析，此觀點(diǎn)謬矣。檢定或校準(zhǔn)解決的是某量具是否合格的問(wèn)題，而測(cè)量系統(tǒng)分析解決的是某測(cè)量系統(tǒng)能否用來(lái)判斷產(chǎn)品合格，或用來(lái)判斷生產(chǎn)過(guò)程是否穩(wěn)定。兩者作用各不相同，誰(shuí)也取代不了誰(shuí)。例如，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，某家企業(yè)至少有一半以上的工序是用不了控制圖的，這就是明證！ 測(cè)量系統(tǒng)分析 12 MSA手冊(cè)的目的 ? 本手冊(cè)的目的是為評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量提供指南，主要關(guān)注的是能對(duì)零件進(jìn)行重復(fù)讀數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。但第四版也簡(jiǎn)單介紹了復(fù)雜測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)定。 ? 本手冊(cè)主要針對(duì)的是工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)量系統(tǒng)的分析，并不針對(duì)所有的測(cè)量系統(tǒng)。 測(cè)量系統(tǒng)分析 13 2 術(shù)語(yǔ) 測(cè)量系統(tǒng) （ Measurement System） ： ? 是用來(lái)對(duì)被測(cè)特性定量測(cè)量或定性評(píng)價(jià)的儀器或量具 、 標(biāo)準(zhǔn) 、 操作 、 方法 、 夾具 、 軟件 、 人員 、 環(huán)境和假設(shè)的集合；用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程 。 ? 根據(jù)此定義，我們可以把測(cè)量過(guò)程看成制造過(guò)程，這個(gè)過(guò)程輸出的不是產(chǎn)品而是數(shù)據(jù)，僅此差別而已，這樣我們就可以利用在 SPC中學(xué)到的研究制造過(guò)程的方法來(lái)研究分析測(cè)量過(guò)程。 此術(shù)語(yǔ)很重要！ 測(cè)量系統(tǒng)分析 14 2 術(shù)語(yǔ) 分辨力 （ Discrimination） ? 又稱 最小可讀單位 ，分辨力是測(cè)量分辨率、刻度限值或測(cè)量裝置和標(biāo)準(zhǔn)的最小可探測(cè)單位。它是量具設(shè)計(jì)的一個(gè)固有特性，并作為測(cè)量或分級(jí)的單位被報(bào)告。數(shù)據(jù)分級(jí)數(shù)通常稱為“分辨力比率”，因?yàn)樗枋隽私o定的觀察過(guò)程變差能可靠地劃分為多少級(jí)。 測(cè)量系統(tǒng)分析 15 2 術(shù)語(yǔ) 分辨率 （ Resolution） ? 可用作 測(cè)量 分辨率或 有效 分辨率。測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)并如實(shí)顯示被測(cè)特性微小變化的能力。（參見(jiàn)分辨力） 有效分辨率 （ Effective Resolution） ? 考慮整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)變差時(shí)的數(shù)據(jù)分級(jí)大小叫有效分辨率?；跍y(cè)量系統(tǒng)變差的置信區(qū)間長(zhǎng)度來(lái)確定該等級(jí)的大小。通過(guò)把該數(shù)據(jù)大小劃分為預(yù)期的過(guò)程分布范圍能確定數(shù)據(jù)分級(jí)數(shù)（ ndc）。對(duì)于有效分辨率，該 ndc的標(biāo)準(zhǔn)（在 97%置信水平）估計(jì)值為[PV/GRR]。 測(cè)量系統(tǒng)分析 16 過(guò)程分布的數(shù)據(jù)分級(jí) 對(duì)控制與分析活動(dòng)的影 響 1個(gè)數(shù)據(jù)分組 5個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)分組 24個(gè)數(shù)據(jù)分組 只有下列才可用于控制 ?與規(guī)范相比過(guò)程變差較小 ?預(yù)期過(guò)程變差上的損失函 數(shù)很平緩 ?過(guò)程變差為主要原因?qū)е? 均值偏移 ?依據(jù)過(guò)程分布可用于半計(jì)量 控制 ?可產(chǎn)生不敏感的控制圖 ?可用于計(jì)量控制圖 ?一般來(lái)講對(duì)過(guò)程參數(shù)及指數(shù) 估計(jì)不可接受 ?只提供粗略的估計(jì) ?對(duì)過(guò)程參數(shù)及指數(shù)估計(jì)不可 接受 ?只能表明過(guò)程是否正在生產(chǎn) 合格零件 ?建議使用 控制 分析 測(cè)量系統(tǒng)分析 17 2 術(shù)語(yǔ) 基準(zhǔn)值 （ Reference Value） ? 被承認(rèn)的一個(gè)被測(cè)體的數(shù)值 ， 作為一致同意的用于進(jìn)行比較的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)樣本： 一個(gè)基于科學(xué)原理的理論值或確定值； 一個(gè)基于某國(guó)家或國(guó)際組織的指定值； 一個(gè)基于某科學(xué)或工程組織主持的合作試驗(yàn)工作產(chǎn)生的一致同意值； 對(duì)于具體用途 ， 采用接受的參考方法獲得的一個(gè)同意值 。 該值包含特定數(shù)量的定義，并為其它已知目的自然被接受，有時(shí)是按慣例被接受。 測(cè)量系統(tǒng)分析 18 2 術(shù)語(yǔ) 真值 （ True value） ? 物品的實(shí)際值，是未知的和不可知的。 偏倚 （ 偏移 ， Bias） ? 測(cè)量的觀測(cè)平均值（在可重復(fù)條件下的一組試驗(yàn)）和基準(zhǔn)值之間的差值。傳統(tǒng)上稱為準(zhǔn)確度。偏倚是在測(cè)量系統(tǒng)操作范圍內(nèi)對(duì)一個(gè)點(diǎn)的評(píng)估和表達(dá)。 基準(zhǔn)值 偏倚 觀測(cè)平均值 測(cè)量系統(tǒng)分析 19 2 術(shù)語(yǔ) 穩(wěn)定性 （ Stability） ? 是偏倚隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)受控 ， 又稱 ， 漂移 。 時(shí)間 基準(zhǔn)值 測(cè)量系統(tǒng)分析 20 穩(wěn)定性 Stability ? 測(cè)量系統(tǒng)兩種穩(wěn)定性 – 一般概念：給定零件或標(biāo)準(zhǔn)零件隨著時(shí)間的變化系統(tǒng)偏倚的總變差，是定量概念。 – 統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性概念：測(cè)量系統(tǒng)只存在普通原因的變差，而沒(méi)有特殊原因的變差，是定性概念。 ? 在測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，評(píng)價(jià)該系統(tǒng)的重復(fù)性、再現(xiàn)性才更有意義 測(cè)量系統(tǒng)分析 21 2 術(shù)語(yǔ) 線性 （ Linearity） ? 測(cè)量系統(tǒng)預(yù)期操作范圍內(nèi)偏倚誤差值的差別。換句話說(shuō)，線性表示操作范圍內(nèi)多個(gè)和獨(dú)立的偏倚誤差值的相關(guān)性。 基準(zhǔn)值 偏倚較大 觀測(cè)平均值 基準(zhǔn)值 偏倚較小 觀測(cè)平均值 范圍較低的部分 范圍較高的部分 測(cè)量系統(tǒng)分析 22 2 術(shù)語(yǔ) 重復(fù)性 （ Repeatability） ? 在確定的測(cè)量條件下，來(lái)源于連續(xù)試驗(yàn)的普通原因隨機(jī)變差。通常指設(shè)備變差（ EV），盡管這是一個(gè)誤導(dǎo)。當(dāng)測(cè)量條件固定和已定義時(shí)，即確定零件、儀器標(biāo)準(zhǔn)、方法、操作者、環(huán)境和假設(shè)條件時(shí)，適合重復(fù)性的最佳術(shù)語(yǔ)為系統(tǒng)內(nèi)變差。除了設(shè)備內(nèi)變差，重復(fù)性也包括在特定測(cè)量誤差模型下條件下的所有內(nèi)部變差。 重復(fù)性 測(cè)量系統(tǒng)分析 23 2 術(shù)語(yǔ) 再現(xiàn)性 （ Reproducibility） ? 測(cè)量過(guò)程中由于正常條件改變所產(chǎn)生的測(cè)量均值的變差。一般來(lái)說(shuō)，它被定義為在一個(gè)穩(wěn)定環(huán)境下，應(yīng)用相同的測(cè)量?jī)x器和方法，相同零件（被測(cè)體）不同評(píng)價(jià)人（操作者）之間測(cè)量值均值的變差。這種情況對(duì)受操作者技能影響的手動(dòng)儀器常常是正確的，然而，對(duì)于操作者不是主要變差源的測(cè)量過(guò)程（如自動(dòng)系統(tǒng)）則是不正確的。由于這個(gè)原因，再現(xiàn)性指的是測(cè)量系統(tǒng)之間和測(cè)量條件之間的均值變差。 操作者 A 再現(xiàn)性 操作者 C 操作者 B 測(cè)量系統(tǒng)分析 24 2 術(shù)語(yǔ) GRR或量具 R＆ R（ Gage Repeatability Reproducibility） ? 一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性的合成變差的估計(jì)。 GRR變差等于系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間變差之和。 測(cè)量系統(tǒng)分析 25 3 測(cè)量過(guò)程 ? 為了有效地控制任何過(guò)程變差，需要了解： – 過(guò)程應(yīng)該做什么？什么能導(dǎo)致錯(cuò)誤？過(guò)程在做什么 ？ ? 規(guī)范和工程要求規(guī)定過(guò)程應(yīng)該做什么。 ? PFMEA用來(lái)確定與潛在過(guò)程失效相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，并在這些失效出現(xiàn)前提出糾正措施。 PEMEA的結(jié)果轉(zhuǎn)移至控制計(jì)劃。 ? 通過(guò)評(píng)價(jià)過(guò)程結(jié)果或參數(shù)，可以獲得過(guò)程正在做什么的知識(shí)。這種活動(dòng)，通常稱為檢驗(yàn)。 ? 通過(guò)檢驗(yàn)確定產(chǎn)品是否合格、生產(chǎn)過(guò)程是否穩(wěn)定，這種檢驗(yàn)行為本身就是過(guò)程。 測(cè)量系統(tǒng)分析 26 3 測(cè)量過(guò)程 ? 測(cè)量：賦值給具體事務(wù)以表示它們之間關(guān)于特定特性的關(guān)系。 ? 賦值過(guò)程定義為測(cè)量過(guò)程，而賦予的值定義為測(cè)量值。 – 測(cè)量結(jié)果由一個(gè)數(shù)字和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量單位構(gòu)成。 – 測(cè)量結(jié)果是測(cè)量過(guò)程的輸出。 ? 應(yīng)將測(cè)量看成一個(gè)制造過(guò)程，它產(chǎn)生數(shù)據(jù)作為輸出。 人、設(shè)備、材料 方法、環(huán)境 測(cè)量過(guò)程 數(shù)據(jù) 輸 入 輸 出 測(cè)量系統(tǒng)分析 27 帶反饋的過(guò)程控制系統(tǒng)模型 我們的工作方法 / 各種資源的融合 產(chǎn)品或 服務(wù) 確定改進(jìn)的 可能 使用統(tǒng)計(jì)學(xué) 方法準(zhǔn)確的 測(cè)量 人 方法 材料 設(shè)備 環(huán)境 輸入 輸出 過(guò)程 /系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)分析 28 質(zhì)量循環(huán)中的測(cè)量系統(tǒng) 管理職責(zé) 資源管理 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn) 測(cè)量分析改進(jìn) 測(cè)量系統(tǒng)分析 29 測(cè)量過(guò)程變差及其對(duì)決策的影響 測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性 ? 理想的測(cè)量系統(tǒng)在每次使用時(shí)，應(yīng)只產(chǎn)生“正確”的測(cè)量結(jié)果，每次測(cè)量結(jié)果總應(yīng)該與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相一致。一個(gè)能產(chǎn)生理想測(cè)量結(jié)果的測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚和對(duì)所測(cè)的任何產(chǎn)品錯(cuò)誤分類為零概率的統(tǒng)計(jì)特性。遺憾的是，具有這樣理想統(tǒng)計(jì)特性的測(cè)量系統(tǒng)幾乎不存在，因此過(guò)程管理者必須采用具有不太理想統(tǒng)計(jì)特性的測(cè)量系統(tǒng)。一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量經(jīng)常用其多次測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)確定。 測(cè)量系統(tǒng)分析 30 測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性 ? 對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品或生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，測(cè)量系統(tǒng)并非分辨率越高越好，因?yàn)榉直媛试礁?，?duì)環(huán)境的要求越苛刻。再如，如果表面粗糙度達(dá)不到要求，高分辨率也沒(méi)有意義。期望的統(tǒng)計(jì)特性應(yīng)包括： 測(cè)量系統(tǒng)分析 31 測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性 ? 測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)具備的特性 – 處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài) 。 – 對(duì)于過(guò)程控制：測(cè)量系統(tǒng)的 變異性 （ Variability）比過(guò)程變異性小很多，根據(jù)總過(guò)程