1、1,第四节： 测量系统分析,2,主 要 内 容,1. 确认并理解测量误差的组成因素。 借助Minitab，运用方差分析法(ANOVA)进行连续数据的Gage R&R分析。 3. 借助Minitab进行离散数据的Gage R&R分析。 4. 确定测量系统的准确性和精确性。,3,在6项目中，测量系统分析的主要目的是确定项目中所使用的数据是否可靠。,测量系统分析的目的,评估新的测量仪器。 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。 确定并解决测量系统误差问题。,测量系统分析还可以：,4,6方法建立在这样一种思想上：基于数据的决策。用于决策过程的数据必须是可靠的。基于不可靠数据
2、的决策与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？ Gage R&R 分析给您答案。,Gage R&R 分析使您能够： 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 确定您是否对数据的“质量”充满信心 分析测量仪器是否具有适当的分辨率 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6项目的基础,5,三个检验员测量并记录了10个部件的油漆厚度。每个检验员测量每个部件两次。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
3、么？,从这个图中， 您对该测量系统有什么了解？,测量系统的波动(偏差)可以 用Gage R&R 分析来量化。,油漆厚度测量的Gage R&R分析,厚度,部件,6,有关测量数据的常见问题,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？- 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？- 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？- 用来进行测量的任何仪器 什么是检验员(或者鉴定人
4、)？- 使用测量仪器进行测量的个人或装置,7,收 集 数 据 的 能 力 !,2 = 2 + 2总的观察偏差 实际偏差 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,测量系统包括: 人（及其培训）、过程 （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。测量总偏差:,有关测量数据的常见问题,测量系统：不仅指量具。,8,1. Gage R&R 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(误差)的大小和类型。将“测量系统”看作是会给测量数据带来额外误差 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
5、量系统误差的总和。,有关测量数据的常见问题,9,测量系统分析计划,1. 确定数据的类型2. 确定误差的来源3. 样本选择4. 数据收集5. 数据分析,10,连续数据 测量系统分析,11,分 辨 率?,“精确性” (R&R) (离散性-偏差),校 准?,稳 定 性?,线 性?,偏 移?“准确性” (居中性-均值),OK,OK,OK,OK,连续数据测量系统分析,OK,12,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 = 2.25 B = 2.00,测量仪器分辨率,测量仪
6、器分辨率: 可定义为测量仪器能够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。,A = 2.0 B = 2.0,部件 A,部件 B,13,测量系统的精度(分辨率)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0.001，测量仪器的精度要求须是0.0001。亦即测量系统应该至少能测出上下规格限间距的1/10 。例如LSL是5mm，USL是10mm，极差是5mm，测量设备应至少0.5mm的刻度。,测量系统分辨率(精度):,测量系统分辨率最高原则,14,测量的准确性是测量所得的平均值与真实值的差别。,真实
7、值,偏 移,观察的平均值,系统误差或偏移,准 确 性,15,Accuracy vs Precision,准确性和精确性的关系,16,Accuracy vs Precision,1) accurate but not precise 2) precise but not accurate3) neither accurate nor precise 4) both accurate and precise,准确性和精确性的关系,17,测得的温度,实际温度,线性,非线性,非线性,20,10,30,40,10,20,30,40,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。,线 性,
8、18,测量系统的分布(s and s2) 长期应该保持稳定。 没有漂移，突然偏移循环等。 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.,稳 定 性,19,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。 2. 定期对操作员培训考核。 3. 相关软件。,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。,校 准,20,精 确 性,精 确 性描述了测量系统的偏 差：可重复性 偏差由量具本身造成；可再现性 偏差由测量者的技巧造成。,两 个 组 成 部 分,测量系统,重复性,再现性,(重复性和再现性),21,在相同条件下，重复检查同一物体，产生相同
9、结果的量具的能力。 或 者. 在相同条件下，对同一物体进行重复测量所得的偏差。 同一测量者 同样的测量设备 同样的工件 同样的环境的条件,精 确 性 重 复 性,22,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） 同样的工件 同样的环境的条件,再 现 性 也 有 两 个 组 成 部 分,精 确 性 再 现 性,23,测量者与工件的关系,对某一工件，不同的测量者可能有相似的测量值（工件2） 对另一工件（工件3）不同的测量者的测量值有显著的差别。,part 1,part 2,part 3,Overal
10、l Length,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。,1,3,2,1,1,3,3,2,2,24,1. 23个测量者。 2. 10个待测工件。 3. 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 差的工件。 5. 随机取样是非常重要的。,数 据 收 集 原 则,连续数据测量系统分析,25,重复性和再现性与容 差的百分比,1,Precision to Tolerance Ratio-P/T,重复性和再现性与总过程偏差的百分比,2,Precision to Total Variation Ratio-P/TV,3,%Contributio
11、n,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,测量系统的能力-3个重要指数,测量系统的方差与总 过程方差的百分比,%Study Var,%Tolerance,%Contribution,Minitab 显示:,连续数据测量系统分析,容差百分比,调查百分比,贡献百分比,26,关于容差百分比的解释,sgage = 测量误差公差 = USL - LSL USL = 规范上限LSL = 规范下限,2. 对于单边规格限：,在分子中使用2.575 sgage (即5.15/2 = 2.575) 公差= USL 平均值 或 平均值 - LSL 总是使用历史 平均值,5.15 标准误差包含了正
12、态分布的99%。,5.15 s,+2.575,-2.575,99%,在此 1. 对于双边规格限：,27,连续数据测量系统分析,打开数据文件: 测量系统分析 . MTV,28,采 用 ANOVA 法,见 下 页,输入： 部件序数列 操作员数据列 测量数据列,连续数据测量系统分析,29,连续数据测量系统分析,30,Gage R&R%Contribution Source VarComp (of VarComp) Total Gage R&R 0.004437 10.67 Repeatability 0.001292 3.10 Reproducibility 0.003146 7.56 Operat
13、or 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,结果显示：,贡献百分比： 10不可接受。,31,StdDev Study Var %Study Var %ToleranceSource (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
14、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,结果显示2：,调查百分比： 30%不可接受。,32,StdDev Study Var %Study Var %ToleranceSo
15、urce (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
16、Variation 0.203965 1.05042 100.00 105.04 Number of Distinct Categories = 4,连续数据测量系统分析,结果显示3：,容差百分比： 30不可接受。,差别类数目： 5可接受,33,计算和解释：,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。差别类数目 = x 1.41,spart-to-part sgage,注意： 差别类数目适用于连续数据的ANOVA 法GR&R。,连续数据测量系统分析,34,连续数据测量系统分析,图形结果显示总图：,35,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
17、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 法 Gage R&R 举例,36,离散数据 测量系统分析,37,将工件与规范极限比较，在通过与不通过判断基础上决定是否接受工件。 2. 离散数据测量系统 研究通常由2-5个测量者测试20-50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2-3次。 2-3次评估之间相隔一个星期。 4. 样本选择标准： 一些可以接受，一些不合格，一些处于
18、边缘。 5. 准确率= 95%，同时判错率小于5%，可以接受；准确率= 100% ，就是好系统!,数 据 收 集 原 则,离散数据测量系统分析,38,Minitab: Stat Quality Tools Attribute Gage R&R Study,离散数据测量系统分析,39,离散数据测量系统分析,打开数据文件: 测量系统分析 . MTV,40,Attribute Gage R&R Study Attribute Gage R&R Study for Measurement Within Appraiser 重复性偏差(评估检验者自身的误差） Assessment Agreement A
19、ppraiser # 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1：,离散数据测量系统分析,41,Each Appraiser vs Standard Assessment Agreement 每个检验员的检验结果与真值的比较Appraiser # Inspected #
20、 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: Appraisers assessment across trials agrees with standard.,结果显示2：,离散数据测量系统分析,42,Assessment Disagreement # 合格/ # 不合格/ Appraiser 不合格 Percent (%) 合格 Percent (%) # Mixed Percent (%) 1 1 1
21、0.0 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/不合格: Assessments across trials = 合格 / standard = 不合格.# 不合格/合格: Assessments across trials =不合格 / standard = 合格.# Mixed: Assessments across trials are not identical.,结果显示3：,离散数据测量系统分析,判错率：5可接受,43,Between AppraisersAssessment Agreement# Ins
22、pected # 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4：,离散数据测量系统分析,再现性偏差(评估检验者之间的误差),44,结果显示5：,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 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：95可接受,45,图形结果显示：,离散数据测量系统分析,重复性偏差(评估检验者自身的误差） - 一致性在95%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 - 准确率在95%置信度下的置信区间,46,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1：,逻辑变量GR&R分析,
