1、測量系統分析(MSA)測量系統分析實施流程圖超過本手冊的範圍見推荐附錄和參考正文目錄測量是否重複?測量是否隨機賦值?供測試用零件是否超過300件?否是否計量型測量權器?適用的分析時間?是是是長期是否是是否計量型測量權器?否是計數型量具研究(小樣法)全距法-43頁-否 計數型量具研究(大樣法)-82頁-否短期圖表分析-46頁-均值和全距或方差分析法-55頁，69頁-第 I 章 通用測量系統指南第 1 節 引言、目的和術語一、引言測量數據的使用比以前更頻繁、更廣泛。例如，是否調整製造過程現在普遍依據測量數據來決定。把測量數據或由它們計算出的一些統計量，與這一過程的統計控制限值相比較，如果比較結果表
2、明這一過程在統計控制之外，那麼要做某種調整，否則，這一過程就允許運行而毋須調整。測量數據的另外一個用途是確定兩個或多個變量之間是否存在某種顯著關係，例如，人們可以推測一模製塑膠料件的關鍵尺寸與進料溫度有關係。這種可能的關係可通過採用所謂回歸分析的統計方法進行研究。即比較關鍵尺寸的測量結果與進料溫度的測量結果。應用以數據為基礎的方法的益處，很大程度上決定於所測量數據的品質。如果測量數據品質低，則這種方法的益處很可能低，類似地，如果測量數據品質高，這一方法的益處也可能高。為了確保應用測量數據所得到的益處大於獲得它們所花費的費用，就必須把注意力集中在數據的品質上。二、測量數據的品質測量數據品質與穩定
3、條件下運行的某一測量系統得到多次測量結果的統計特性有關。例如，假定用在穩定條件下運行的某測量系統，得到某一特性的多次測量結果。如果這些測量數據與這一特性的標準值都很接近，那麼可以說這些測量數據的品質高，類似地，如果一些或全部測量結果遠離標準值，那麼可以說這些數據的品質低。表徵數據品質最通用的統計特性是偏倚和方差。所謂偏倚的特性，是指數據相對標準值的位置，而所謂方差的特性，是指數據的分佈。低品質數據最普通的原因之一是數據變差太大。例如，測量某容器內的流體的容積，使用的測量系統可能對它周圍的環境溫度敏感，在這種情況下，數據的變差可能由於其體積的變化或周圍溫度的變化，使得解釋這些數據更困難。因此這一
4、測量系統是不太合乎需要的。一組測量的變差大多是由於測量系統和它的環境之間的交互作用造成的。如果這種交互作用產生太大的變差，那麼數據的品質會很低，以致這些數據是無用的。例如，一個具有大量變差的測量系統，用來分析一個製造過程，可能是不恰當的，因為這一測量系統的變差，可能會掩蓋製造過程中的變差。管理一個測量系統的許多工作是監視和控制變差。也就是說，在這些事情中應著重於環境對測量系統的影響，以獲得高品質的數據。三、測量過程在本手冊中，術語測量定義為賦值給具體事物以表示它們之間關於特殊特性的關係。賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。從這些定義得出，應將一種測量過程看成一個製造過程，它產生數字
5、(數據) 作為輸出。這樣看待測量系統是有用的。因為它允許我們接受那些早已表明它們在統計過程控制領域用途的所有概念、原理和工具。四、目的本手冊的目的是介紹選擇各種方法來評定測量系統品質指南。儘管這些指南足以通用於任何測量系統，但它們主要用於工業界的測量系統。本手冊不打算作為所有測量系統分析的概要，它主要的焦點是對每個零件能重複讀數得測量系統。五、術語量具：任何用來獲得測量結果的裝置；經常用來特指用在車間的裝置；包括用來測量合格/不合格的裝置。測量系統：用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟體以及操作人員的集合；用來獲得測量結果的整個過程。第 I 章 通用測量系統指南第 2 節 測量系統的
6、統計特性理想的測量系統在每次使用時，應只產生正確的測量結果。每次測量結果總應該與一個標準值相符。一個能產生理想測量結果的測量系統，應具有零方差、零偏倚和對所測的任何產品錯誤分類為零概率的統計特性。遺憾的是，具有這樣理想的統計特性的測量系統幾乎不存在，因此過程管理者必須採用具有不太理想的統計特性的測量系統。儘管每一個測量系統可能需要有不同的統計特性，但有一些特性是所有測量系統必須共有的，它們包括：一、測量系統必須處於統計控制中，這意味著測量系統中的變差只能由於普通原因而不是由於特殊原因造成的。這可稱為統計穩定性；二、測量系統的變異必須比製造過程的變異小；三、變異應小於公差帶；四、測量精度應高於過
7、程變異和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一；五、測量系統統計特性可能隨被測項目的改變而變化。若真的如此，則測量系統最大的(最壞 )變差應小於過程變差和公差帶兩者中的較小者。第 I 章 通用測量系統指南第 3 節 標準第 I 章 通用測量系統指南第 4 節 通用指南測量系統的評定通常分為兩個階段，稱為第一階段和第二階段。一、第一階段試驗有兩個目的：(一)第一個目的：確定該測量系統是否具有所需要的統計特性。(二)第二個目的：發現哪種環境因素對測量系統有顯著影響二、第二階段試驗的目的：(一)驗證一個測量系統一旦被認為是可行的，應持續具有恰當的統計特
8、性。(二)第二階段試驗通常作為該機構正常校準程序，維護程序和計量程序的一部分日常工作來完成，但是也可以相互獨立地完成，試驗通常在該機構中完成。試驗程序應完全文件化。文件應包括：1)示例2)選擇待測試項目和試驗程序應用環境的規範。典型地，這些規範應是採用試驗統計設計的形式；3)如何收集、記錄、分析數據的詳細說明；4)關鍵術語和概念可操作的定義；5)如果程序需要使用特殊標準，例如從NIST(美國國家標準技術研究所)得到的那些標準，那麼該試驗文件應包括這些標準的儲存，維護和使用的說明。評定的時間，進行評定的機構職責，對評定結果反應的方式及責任由該機構管理部門明確授權。第 I 章 通用測量系統指南第
9、5 節 選擇/ 制定試驗程序有許多適當的方法可用於評定測量系統。選擇使用哪種方法取決於許多因素，其中許多因素必須真對被評定的每個測量系統一件一件地確定。在某些情況下，為確定一個方法對一個特殊的測量系統是否合適，需要預先試驗。這種試驗是上節討論的第一階段試驗的整個部分。當選擇或制定一個評定方法時，一般應考慮的問題包括：1)試驗中是否應使用諸如那些可溯源至NIST的標準 ?如果是什麼等級的標準是合適的?標準經常是評定一個測量系統的準確度所必須的。如果不使用標準，仍能評定該側量系統的變異性，但不大可能按合理的可信性評定該系統的準確度。2)對於第二階段正在進行的試驗，應考慮使用盲測。盲測是指在實際測量
10、環境下，在操作者事先不知正在對該測量系統進行評定的條件下，獲得的測量結果，通過適當的管理，根據盲測得到的試驗結果通常不受眾所周知的霍桑效應效應所干擾；3)試驗成本；4)試驗所需要的時間；5)任何其定義沒有被普遍接受的術語應作出可操作的定義。這些術語如準確度、精密度、重複性和再現性等。6)是否由這個測量系統取得的測量結果要與另外一個測量系統得到的測量結果對比?如果對比，應考慮使用依賴諸如上面第一步討論的標準試驗方法。如果不用標準，仍有可能確定兩個測量系統是否可以同時正常工作。然而，如果兩個系統一起工作不正常，那麼不用標準，就不可能確定哪個系統需要改進；7)第二階段試驗應每隔多久進行一次?這個問題
11、應由單個測量系統的統計特性及其對該設備影響和使用該設備進行生產的顧客來決定，事實上該生產過程由於一個測量系統沒有正常工作而未受監控。第 II 章 評定測量系統的程序第 1 節 引言本節介紹的程序廣泛用於整個汽車工業，以評價用於生產環境中的測量系統，特別是這些程序用於評定下列統計特性：重複性、再現性、偏倚、穩定性以及線性。一、測量有關的問題(一)在評價一個測量系統時需要確定三個基本問題。1.首先，這種測量系統有足夠的分辨力嗎?2.其次，這種測量系統在一定時間內是否在統計上保持一致?3.第三，這些統計性能在預期範圍內是否一致，並且用於過程分析或控制是否可接受?(二)對於這些問題的確定同過程的變差聯
12、繫起來是很有意義的。長期存在的把測量誤差只作為公差範圍百分率來報告的傳統，是不能面臨未來重點在於持續過程改進的市場挑戰。二、測量系統變差的類型(一)測量系統誤差可以分成五種類型：偏倚、重複性、再現性、穩定性以及線性。(二)測量系統研究的目的之一是獲得測量系統與環境交互作用時，該系統有關測量變差量和類型的信息。應用這種研究可提供：1.接受新測量設備的準則；2.一種測量設備與另一種的比較；3.評價懷疑有缺陷的量具的根據；4.維修前後測量設備的比較；5.計算過程變差所需的方法，以及生產過程的可接受性水平；6.作出量具特性曲線(GPC)的必要信息。GPC指示接受某一真值零件的概率。(三)下列定義幫助描
13、述與測量系統有關的誤差或變差類型，以便在其後的討論中清楚地理解各個術語，每種定義都給出了一個示意圖，它以圖形顯示各個術語的意思。三、偏倚(Bias)是測量結果的觀測平均值與基準值的差值。基準值，也可稱為可接受的基準值或標準值，是充當測量值的一個一致任可的基準。一個基準值可以通過採用更高級別的測量設備(例如，計量實驗室或全尺寸檢驗設備 )進行多次測量，取其平均值來確定。四、重複性(Repeatability)重複性是由一個評價人，採用一個測量儀器，多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差。圖 1.偏倚觀測平均值偏倚基準值圖2.重複性重複性五、再現性(Reproducibility)再現性是由
14、不同的評價人，採用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差。六、穩定性(Stability)穩定性(或漂移 )，是測量系統在 某持續期間內測得 同一基準或零件的單一特性時獲得的測量值總變差。圖3.再現性操作者A再現性操作者 C操作者B圖4.穩定性時間 1時間 2穩定性七、線性(Linearity)線性是在量具預期的工作量程內，偏倚值的差值。第 II 章 評定測量系統的程序第 2 節 測量系統的分析對於測量系統進行分析的目的應是為了更好地瞭解變差的來源，這些來源可以影響系統產生的結果。像每個過程一樣，對用描述測量系統變差的分佈可以賦予下列特性：1)位置穩定性偏倚線性2)寬度或範圍
15、重複性再現性一、測量系統的分辨力(Discrimination)(一)選擇或分析測量系統時，我們關心的是測量系統的分辨能力，即測量系統檢出並如實指示被測特性中極小變化的能力也稱為分辨率。(二)如果測量系統沒有足夠的分辨力及能測出過程的變差，這種分辨力用於分析是不可接受的。(三)例一個標準值是千分之一英寸，而測量值僅表示至百分之一英寸，將會導致限值好像是失控的。圖5.線性(變化的線性偏倚)觀測的平均值基準值無偏倚有偏倚(四)通過提高測量分辨率來改變測出子組內變差的能力，如果相對於過程變差，可視分辨率較小，測量系統將具有足夠的分辨力。因此為得到足夠分辨力，建議可視分辨率最多是總過程的6a(標準偏差
16、)的十分之一，而不是傳統的規則，即可視分辨率最多為公差範圍的十分之一。二、穩定性(Stability)穩定性示例：一名領班決定監視測量粘度的測量系統。它沒有已知粘度值的標準，但他保持著一個標準樣本。以一週為基礎，他把樣本分為三個子樣，測定每部分的粘度，結果顯示在控制圖上。控制圖只有一個樣本落在控制限外，但七週後的平均值顯示缺少變化。這位領班懷疑由於粘度用三種不同定時裝置檢查，數據出現分層。如果對這三個定時裝置的每一個作出控制圖，可對它們進行比較。比較包括分析每個圖的統計穩定性、平均值的位置、，以及通過查看控制限值間的範圍分佈得出的變差。如果認為有必要繼續使用這三種定時裝置，改進可集中在使定時裝
17、置這些特性儘可能相似。(一)由於在R(或S)圖表中沒有失去控制的信號，通過估計測量過程隨時間的變差( 量具的穩定性) ，我們可以定量表示過程的穩定性。(二)給定測量過程標準偏差估計為 /d2=0.65/1.693=0.384。這可與過程標準偏差進行比較(或與方差比較) 來確定穩定性是否適於應用。(三)附加說明：1.如果使用控制圖，則可計算S =C4 並相應地確定控制限值。2.R(s)圖中的失控狀態表明不穩定的重複性(也許什麼東西鬆動、氣路部分阻塞、電壓變化等)；3.均值圖( 圖 )中失控表明測量系統不再正確地測量( 偏倚已經改變)。努力確定改變的原因，然後矯正。如果原因是磨損，則可能要重新校準
18、；4.可以希望備有對應於預期測量結果的下端、上端和中間值的基準或基準的測量系統控制圖。工廠：XX 部門：XXX 工序：彎曲夾片 日期： 工程規範：.50 .90mm 零件號：XXX機器編號： 日期： 特性：間隙、尺寸A 樣本容量：頻率5/2h 零件名稱：XXXDATETIME1234READINGS5SUM.R.R 控制圖均值 圖=Average = UCL=+A2= LCL=-A2=Average R= UCL=D4= LCL=D3=三、偏倚(Bias)偏倚示例：偏倚由基準值與觀測平均值之間的差值確定。為此，一位評價人對一個樣件測量10次。10次測量值如下所示。由全尺寸檢驗設備確定的基準值為
19、0.80mm，該零件的過程變差為 0.70mm。X1=0.75 X6=0.80X2=0.75 X7=0.75X3=0.80 X8=0.75X4=0.80 X9=0.75X5=0.65 X10=0.70觀測平均值為測量結果總合除以10 X 7.5= = =0.7510 10偏倚=觀察平均值基準值=0.750.80=-0.05偏倚%=100偏倚/過程變差=1000.05/0.70=7.1%偏倚占公差百分比採用同樣方法計算，式中用公差代替過程變差。因此，在量具R&R研究中使用的厚度儀的偏倚為 -0.05mm。這意味著測量觀測值平均比基準值小0.05mm，是過程變差的 7.1%。偏倚示例=0.75基準
20、值0.80四、重複性(Repeatability)測量過程的重複性意味著測量系統自身的變異是一致的。由於儀器自身以及零件在儀器中位置變化導致的測量變差是重複性誤差的兩個一般原因。示例：從生產過程中選取5件樣品。選擇兩名經常進行該測量的評價人參與研究。每一位評價人對每個零件測量三次。評價人 評價人零件試驗 1 2 3 4 5 1 2 3 4 51 217 220 217 214 216 216 216 216 216 2202 216 216 216 212 219 219 216 215 212 2203 216 218 216 212 220 220 220 216 212 220 均值 2
21、16.3 218.0 216.3 212.7 218.3 216.3 218.3 217.3 215.7 213.3 220.0 216.9全距 1.0 4.0 1.0 2.0 4.0 4.0 4.0 1.0 4.0 0.0表1.數據表通過計算每個子組的均值()及全距(R)來分析數據。全距值標繪在全距控制圖上(見圖 10)並計算平均全距( )。根據試驗次數 (3)查表得出的D 3及D 4因子用來計算全距圖的控制限值。畫出控制限值來確定所有數值是否受控。如同這裡顯示的如果所有全距都受控，則所有評價人看起來相同。如果一名評價人失控，那麼他的方法與其他人的不同。如果所有評價人都有一些失控的全距，則測
22、量系統對評價人的技術是敏感的，需要改進以獲得有用數據。R圖控制限： = 25/10 =2.5D3 = 0.000 D4 = 2.575(查表)UCLR = D4 = 2.5 2.575 = 6.4LCLR = D3 = 0.0 重複性全距控制圖2名評價人3 次試驗5個零件1 2 3 4 5 1 2 3 4 5零件全距受控測量過程是一致的0.02.56.4評價人1 評價人2圖10.重複性全距控制圖UCLR重複性或量具變差的估計： 2.5e = = =1.45d2 1.72式中d 2從查表得知，它是依賴於試驗次數(m=3)及零件數量乘以評價人數量(g=52=10)本次研究得出的重複性計算為5.15
23、 e =5.151.45，式中5.15代表正態分佈的99%測量結果。五、再現性(Reproducibility)根據表1所示數據，通過平均每位評價人獲得的所有樣品值來計算各位評價人平均值，確定評價人平均值的全距(R 0)由最大減去最小值得出。R0=216.9216.3=0.6R0 0.6估計的評價人標準偏差= = =0.4255d2* 1.41d2*查表得知(m=2,g=1,因只有一全距計算)R0再現性=5.15 =2.2d2*由於量具變差影響了該估計值，必須通過減去重複性部份來校正。R0 2 (5.15e)2 7.52校正過的再現性= 5.15 = 2.2 2 d2* (nr) 531.0式
24、中：n=零件數量，r=試驗次數1.0校正的評價人標準偏差 0= =0.195.15六、零件間變差(PART-TO-PART VARIATION)在均值控制圖中可看出零件間的變差。對每一位評價人來說，子組平均值反映出零件間的差異。由於零件平均值的控制限值以重複性誤差為基礎，而不是零件間的變化，所以許多子組的平均值在限值以外。如果沒有一個子組平均值在這些限值之外，則零件間變差隱蔽在重複性中，測量變差支配著過程變差，如果這些零件用來代表過程變差，則此測量系統用於分析過程是不可接受的。相反地，如果越多的平均值落在限值之外，並且評價人一致同意哪些零件與總平均值不相同，則該測量越有用。如果大多數零件平均值
25、落在限值外，且評價人一致同意哪些零件平均值落在控制限值之外，那麼一般認為測量系統是適當的。因此，圖表明測量系統測量零件的相對能力。在某些情況下，這種評價足夠用來確定測量系統是否合適。一旦測量過程是一致的(全距圖受控) ，而且可檢測出零件間變差 (均值圖的大部分點在控制限值外)，那麼可確定測量系統占過程變差的百分比。測量系統標準偏差( m)估計為m = (e2+02)式中 e為量具標準偏差， 0為評價人標準偏差。零件間標準偏差可由測量系統研究的數據或獨立的過程能力研究。如果採用測量系統研究，則零件標準偏差( p)的估計是通過確定每一零件平均值，然後找出樣品平均值全距(R p)。零件間標準偏差(
26、p)估計為R p / d2。零件間變差(假定5個零件)將為5.15R p / d2或2.08 Rp，代表正態分佈的99%測量結果。d 2查表等於2.48。與測量系統的再現性與重複性相關的過變差百分比一般稱為%R&R，由 m /t100來估計，式中 t為總過程變差標準偏差。通過測量研究計算得出的。 t稱為研究變差標準偏差，由 t =(p2+m2)計算得出。如果 t由獨立的過程能力研究決定，那麼過程標準偏差自身也將用來確定%R&R。 p也可由過程能力研究確定為：與測量系統重複性及再現性相關的公差的百分比估計為5.15 m /公差100。產品尺寸的分級(數據分級 )數可以根據 p /m1.41或(P
27、V/R&R) 確定。示例：評價人 評價人零件試驗 1 2 3 4 5 1 2 3 4 51 217 220 217 214 216 216 216 216 216 2202 216 216 216 212 219 219 216 215 212 2203 216 218 216 212 220 220 220 216 212 220 均值 216.3 218.0 216.3 212.7 218.3 216.3 218.3 217.3 215.7 213.3 220.0 216.9全距 1.0 4.0 1.0 2.0 4.0 4.0 4.0 1.0 4.0 0.0表1.數據表根據表1所示數據，在
28、均值圖上對各位評價人以相同的零件號順序標繪每個子組的平均值()。平均值代表零件變差及測量變差。總平均值=433.2/2=216.6。本圖所用控制限值計算如下：UCLx=+A2=216.6+1.0232.5=219.2LCLx=-A2=216.6-1.0232.5=214.1式中試驗次數(3)用的(A 2)係數等於1.023。測量系統標準偏差( m)=(e2+o2)=(1.452+0.192)=1.47測量系統變差或量具R&R=5.15 m =5.151.47=7.6(式中5.15 包括正態99%)零件評價人均值圖2名評價人3 次試驗5個零件1 2 3 4 5 1 2 3 4 5零件214.12
29、16.6219.2評價人1 評價人2圖11零件評價人均值圖UL控制上限LL控制下限=失去控制為計算表1中數據的零件變差，通過平均所有評價人對每一樣本的測量值來計算每一零件的樣本平均值。在此例中，零件1-5的零件平均值分別為217.3(216.3+218.3)/2)、217.7、216.0、213.0及219.2 。根據樣本平均值，樣本平均值全距(R)，是通過最高 (219.2)減去最小(213.0)計算得出。零件間標準偏差( p)。Rpp= =6.2/2.48=2.50d2d2在表中給出，它取決於零件總數(m=5) 和g，這裡g=1因只有一個全距計算。在正態曲線下99%範圍內零件變差=PV=5
30、.15X2.50=12.8總過程變差的標準偏差 t =p2+m2 =2.502+1.472 =2.90研究得出的總過程變差=TV=5.15X2.90=14.9%R&R=m /t100=R&R/TVX100=7.6/14.9100=50.7%數據分級數=PV/R&RX1.41=12.8/7.6X1.41=2七、線性(Linearity)(一)為測量偏倚 與基準值 之間的線性關係。1.零件基準值可由工具室或全尺寸檢驗設備確定。2.偏倚=基準值-測量觀察平均值。(二)偏倚與基準值之間的最佳線性回歸直線表示這兩個參數之間的線性。(三)線性回歸直線的擬合優度(R 2)確定偏倚與基準值是否有良好的線性關係
31、。1.線性是由最佳擬合直線的斜率而不是擬合優度(R 2)的值確定的。2.一般斜率越低，量具線性越好；相反斜率越大，量具線性越差。(四)如果測量系統為非線性，則查找這些可能原因：1.在工作範圍上限和下限內儀器有沒有正確校準；2.最小或最大值校準量具的誤差；3.磨損的儀器；4.儀器固有的設計特性。(五)線性示例：某工廠領班對確定某測量系統的線性感興趣。基於該過程變差，在測量系統工作範圍內選定五個零件。通過全尺寸檢驗設備測量每個零件以確定它們的基準值。然後一位評價人對每個零件測量12次。零件隨機抽取，每個零件平均值與偏倚平均值的計算如表5所示。零件偏倚由零件平均值減去零件基準值計算得出。零件 1 2
32、 3 4 5基準值 2.00 4.00 6.00 8.00 10.001 2.70 5.10 5.80 7.60 9.102 2.50 3.90 5.70 7.70 9.303 2.40 4.20 5.90 7.80 9.504 2.50 5.00 5.90 7.70 9.305 2.70 3.80 6.00 7.80 9.406 2.30 3.90 6.10 7.80 9.407 2.50 3.90 6.00 7.80 9.508 2.50 3.90 6.10 7.70 9.509 2.40 3.90 6.40 7.80 9.6010 2.40 4.00 6.30 7.50 9.2011 2
33、.40 3.80 6.10 7.70 9.4012 2.40 3.80 6.10 7.70 9.40零件均值 2.49 4.13 6.03 7.71 9.38基準值 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00偏倚 +0.49 +0.13 0.03 -0.29 -0.62試驗次數全距 0.4 1.3 0.7 0.3 0.5表5.量具數據表1.線性圖2.線性回歸直線及擬合優度(R 2)計算：y=b + ax x=基準值； y=偏倚；a= 斜率 yxy x na= =-0.1317( x)2-0.60-0.40-0.200.000.200.400.600.801.001.20高低基準值4.0
34、0 6.00 8.00偏倚線性圖1名評價人12次試驗5 個零件變差 x2 - ny xb = ax =0.7367n ny 2xy - x n擬合優度=R 2= = 0.98(X)2 (y)2X2 - y2 - N n偏倚=b+ax=0.7367-0.1317(基準值)線性 = 斜率 過程變差 = 0.13176.00=0.79%線性 = 100斜率 過程變差= 1000.796.00=13.17%擬合優度(R 2)=0.983.擬合優度可用來推斷偏倚與基準值之間的線性關係，我們可以從它得出它們之間是否有線性關係的結論，並且如果有，是否可接受。第 II 章 評定測量系統的程序第 3 節 測量系
35、統研究的準備就在任何研究或分析中一樣，實施測量系統研究之前應先進行充分的計劃和準備。實施研究之前的典型準備如下：(六)先計劃將要使用的方法。例如，通過利用工程決，或直接或量具研究決定，是否評價人在校準或者使用儀器中產生影響。有些測量系統的再現性影響可以忽略，例如按按紐，打印出一個數字；(七)評價人的數量、樣品數量及重複讀數次數應預先確定。在此選擇中應考慮的因素如下：1.尺寸關鍵性關鍵尺寸需要更多的零件和/或試驗。原因是量具研究評價所需的置信度；2.零件結構大或重的零件可規定較少樣品和較多試驗。(八)由於其目的是評價整個測量系統，評價人的選擇應從日常操該儀器的人中挑選；(九)樣品必須從過程中選取
36、並代表其整個工作範圍。有時每一天取一個樣本，持續若干天。這樣做是有必要的，因為分析中這些零件被認為代表生產過程中產品變差的全部範圍。由於每一零件將被測量若干次，必須對每一零件編號以便於識別；(十)儀器的分辨力應允許至少直接讀取特性的預期過程變差的十分之一。例如，如果特性的變差為0.001，儀器應能讀取0.0001的變化；(十一)確保測量方法 (即評價人和儀器)在按照規定的測量步驟測量特徵尺寸。(十二)進行研究的方式十分重要。所有分析都假定各次讀數的統計獨立性。為最大限度地減少誤導結果的可能性，應採取下列步驟：1.測量應按照順序隨機，以確保整個研究過程中產生的任何漂移或變化將隨機分佈。評價人不應
37、知道正在檢查零件的編號，以避免可能的偏倚。2.在設備讀數中，讀數應估計到可得到的最街近的數字。如果可能，讀數應取至最一刻度的一半。例如，如果最小刻度為0.0001，則每個讀數的估計應圓整為0.00005。3.研究工作應由知其重要性且仔細認真的人員進行；4.每一位評價人應採用相同方法包括所步驟來獲得讀數。第 II 章 評定測量系統的程序第 4 節 計量型測量系統研究指南一、確定穩定性指南(一)獲取一樣本並確定其相對於可追溯標準的基準值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，並指定它作為標準樣本進行穩定性分析。對追蹤測量系統的穩定性不需要一個已知基準值；(二)定期(天、周)測量基準
38、樣品 3至5次。樣本容量和頻率應基於對測量系統的瞭解。因素包括要求多長時間重新校準或維修，測量系統使用的頻率，以及操作條件如何重要。讀數應在不同時間讀取以代表測量系統實際使用的情況。這些還包括預熱，環境或其他在一天內可能變化的因素；(三)在X&R或X&S控制圖中標繪數據；(四)確定每個曲線的控制限並按標準曲線圖判斷失控或不穩定狀態；(五)計算測量結果的標準偏差並與測量過程偏差相比較，確定測量系統的重複性是否適於應用。二、確定偏倚用指南(一)獨立樣本法1.獲取一樣本並確定其相對可追溯標準的基準值。如果不能得到，則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，並指定它作為標準樣本進行偏倚分析。在工具間測量
39、該零件10次，並計算這10 次讀數的平均值。把這個平均值作為基準值；(可能需要具備預期測量值的最低值、最高值及中程數的標準樣本。每個樣本都要求單獨分析。)2.讓一位評價人以通常的方法測量該零件10次；3.計算這10次讀數平均值；4.通過該平均值減去基準值來計算偏倚：偏倚 = 觀測平均值基準值過程變差6全距偏倚偏倚% 過程變差(二)圖表法1.獲取一樣本並確定其相對可追溯標準的基準值。如果不能得到則選擇一個落在產品測量中程數的產品零件，並指定它作為標準樣本進行偏倚分析；在工具間測量零件10次，並計算這10 次讀數的平均值，把這個平均值作為基準值。2.從圖咬中計算X值；3.通過X減去基準值來計算偏倚
40、：偏倚 = X 參考值過程變差 = 6全距偏倚偏倚% 過程變差(三)分析如果偏倚較大，查找以下可能原因：1.標準或基準值誤差，檢驗校準程序；2.儀器磨損。主要表現在穩定性分析上，應制定維護或重新修理的計劃；3.製造的儀器尺寸不對；4.儀器核准不正確。複查校準方法；5.評價人操作設備不當。複查檢驗說明書；6.儀器修正計算不正確。三、確定重複性和再現性用指南(一)全距法1.全距法是一種改進的計量型量具研究方法，它可迅速提供一個測量變異性的近似值。這種方法只提供整個測量系統的總體情形，不將變異性分解成重複性和再現性。2.典型的全距法使用兩名評價人和使用五個零件進行分析。在這分析中，每個評價人測量每個
41、零件一次，每個零件的全距是評價人A獲得的測量結果與評價人B獲得的測量結果的絕對差值。可以得到這些全距之和並計算出平均全距()。總測量變差可通過平均全距乘以5.15/d2得到(d2查表，m=2,g=零件數)。(二)均值和全距法1.均值和全距法( &R)是一種提供測系統重複性和再現性估計的數學方法。不像全距法，它允許把測量系統分解成兩部份，即重複性和再現性，而不是它們的交互作用。ANOVA法能用來確定這種量具與評價人間的交互作用。但是，均值和全距法與ANOVA法兩者都可提供有關測量系統或量具誤差的信息。2.如果重複性比再現性大，可能的原因是：(1)儀器需要維護；(2)量具應重新設計來提高剛度；(3
42、)夾緊和檢驗點需要改進；(4)存在過大的零件內變差。3.如果再現性比重複性大，可能的原因是：(1)評價人需要更好的培訓如何使用量具儀器和讀數；(2)量具刻度盤上的刻度不清楚；(3)需要某種夾具幫助評價人提高使用量具的一致性。(4)當不具備計算機時建議使用&R 法，否則可以把方差分析法編入計算機程序中。四、進行研究儘管評價人，試驗和樣本容量可能變化，但是下面的討論代表進行研究的最佳條件。(一)取得包含 10個零件的一個樣本，代表過程變差的實際或預期範圍；(二)指定評價人 A,B和C，並按1至10給零件編號，使評價人不能看到這些數字；(三)如果校準是正常程序中的一部分，則對量具進行核准。(四)讓評
43、價人 A以隨機的順序測量 10個零件，並讓另一個觀測人將結果記錄在第1 行。讓測試人B和C測量這10 個零件並互相不看對方的數據。然後將結果分別填入第6行和第11行。(五)使用不同的隨機測量順序重複上述操作過程。把數據填入第2、7和12行。在適當的列記錄數據。(六)當零件量過大或無法獲得所需零件時，第4和第5步可以改成下列步驟之後：1.讓評價人A測量第1 個零件，並在第1 行記錄讀數，讓評價人 B測量第1 個零件並在第6行記錄讀數，讓評價人C測量第 1個零件並在第11 行記錄讀數；2.讓評價人A重複讀取第1個零件的讀數，記錄在第 2行，評價人B 在第7 行記錄重複讀數，評價人C在第12行記錄重
44、複讀數。如果需要測量3次，則重複上述操作並在第3、8 和13 行記錄數據。(七)如果評價人在不同的班次，可以使用一個替換的方法。讓評價人A 測量10個零件，並將讀數記錄在第1行。然後，讓評價人A按照不同的順序重新測量，並把結果記錄在第2行和第3 行。評價人B 和C也同樣做。零件評價人/試驗次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值1.A 12. 23. 34. 均值5. 全距6.B 17. 28. 39. 均值10. 全距11. 112. 213. 314. 均值15. 全距16.零件均值(Xp)17.Ra=0.045R b=0.045 Rc=0.045/評價人數量=318.Max
45、X=0.8275MinX=0.7675 =X Diff19.R=0.04D 4=3.27=UCL R20.R=0.04D 3=0.00=LCL R五、結果分析圖表分析(一)使用控圖的程序如下：1.將每個評價人/零件組合的全距畫在全距圖中，同樣，將平均值畫在均值圖中。2.計算並繪出標準控制限。3.評價圖表：(1)判定全距圖表是否受控(參考圖10)。如果所有的全距都受控，那麼評價人是一致的，進行下面步驟。如果不是，可能由於評價人技術，位置誤差或儀器的一致性不好造成的。應在進行下面步驟之前矯正這些特殊原因。並使全距圖進入控制中；量具重複性和再現性數據表重複性全距控制圖2名評價人3 次試驗5個零件1
46、2 3 4 5 1 2 3 4 5零件全距受控測量過程是一致的0.02.56.4評價人1 評價人2圖10.重複性全距控制圖UCLR(2)檢驗平均值是否在控制限之外。在控制限之內的面積代表測量誤差(干擾)。如果一半或更多的平均值落在極限之外，則該測量系統足以檢查出試件間變差，並且該測量系統可以提供控制該過程的有用數據，當一半以下落在控制限外，則測量系統不足以檢查出零件間變差並且不能用於過程控制。(二)全距圖評價人零件13a1.全距圖全距UCLRR012345A B C1A B C2A B C3A B C4A B C5 零件評價人全距圖全距UCLRR012345 零件評價人均值圖2名評價人3 次試
47、驗5個零件1 2 3 4 5 1 2 3 4 5零件214.1216.6219.2評價人1 評價人2圖11零件評價人均值圖UL控制上限LL控制下限=失去控制(三)誤差圖(四)均值/鏈圖(五)歸一化的單值圖(六)振盪圖(七)X-Y 均值基準值圖(八)散點圖(九)數值計算六、結果分析數值(一)量具重複性和再現性數據和報告表格提供了研究數據的數值分析方法。這種分析可以評定變差和占整個測量系統的過程變差百分比以及它的重複性、再現性、零件變差。這個結果應與圖表分析結果相比較，並對此作補充。1 2 3 4 5A1 2 3 4 5B1 2 3 4 5C誤差圖零件1-20-1001020零件2 零件3 零件4
48、 零件5AAB BCCA ABBCCAABBC CAA BBC CAA B B CC零件6-20-1001020零件7 零件8 零件9 零件10AAB BCC A ABBCCAABBC CAA BBC CAA B B CC誤差=觀測值-基準值誤差誤差13a2.全距圖1.重複性或設備變差(EV或 e)由平均全距 乘以一個常數 (K1)得出。K 1取決於量具研究中的試驗次數，由5.15/d 2得出，式中 d2數值來自表2，它取決於試驗次數(m)和零件數與評價人數的乘積(g)，並假設其值大於15來計算表8中的K 1值。2.再現性或評價人變差(AV或 0)由評價人的最大均值差 (DIFF)乘以一個常數(K 2)得出。K 2取決於量具研究中的評價人數量，由由5.15/d 2得出，式中d 2數值來自表2 ，取決於評價人數 (m)和(g)，g 的值為1，因為只有一個全距計算。3.由於評價人變差包
