測量系統(tǒng)分析

測量系統(tǒng)分析測量系統(tǒng)

量具 ( instruments or gages)

標(biāo)準(zhǔn)（standards）

操作（operations）

夾具（fixtures）

軟件（software）

人員 ( personnel )

被測工件 ( parts )

環(huán)境（environment）

程序、方法 ( procedure, methods )

假設(shè)（assumptions）

測量系統(tǒng)分析理想測量系統(tǒng)

理想的測量系統(tǒng)在每次使用時，應(yīng)只產(chǎn)生“正確”的測量結(jié)果。每次測量結(jié)果總應(yīng)該與一個標(biāo)準(zhǔn)值相符。一個能產(chǎn)生理想測量結(jié)果的測量系統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚和所測的任何產(chǎn)品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性。

理想測量系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下表所示 ：

測量系統(tǒng)分析注意事項

量具和測量設(shè)備是否能夠被正確使用，很大程度上決定了過程變差與產(chǎn)品公差。為了保證結(jié)果的正確性和整個系統(tǒng)性能的最優(yōu)化，需要對設(shè)備進(jìn)行評估。當(dāng)然，設(shè)備評估不只是在實驗室里，而且也要在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行。

1.測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中，這意味著測量系統(tǒng)中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。這可稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性。

2.測量系統(tǒng)的變差必須比制造過程的變差小。

3.變差應(yīng)小于公差帶。

4.測量系統(tǒng)統(tǒng)計特性可能隨被測項目的改變而變化。若如此，則測量系統(tǒng)的最大的變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。

·確定所使用的數(shù)據(jù)是否可靠:

·評估新的測量儀器

·將兩種不同的測量方法進(jìn)行比較

·對可能存在問題的測量方法進(jìn)行評估

·確定并解決測量系統(tǒng)誤差問題

從測量的定義可以看出，除了具體事物外，參與測量過程還應(yīng)有量具、使用量具的合格操作者和規(guī)定的操作程序，以及一些必要的設(shè)備和軟件，再把它們組合起來完成賦值的功能，獲得測量數(shù)據(jù)。這樣的測量過程可以看作為一個數(shù)據(jù)制造過程，它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就是該過程的輸出。這樣的測量過程又稱為測量系統(tǒng)。它的完整敘述是：用來對被測特性定量測量或定性評價的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)的集合，用來獲得測量結(jié)果的整個過程稱為測量過程或測量系統(tǒng)。

眾所周知，在影響產(chǎn)品質(zhì)量特征值變異的六個基本質(zhì)量因素(人、機(jī)器、材料、操作方法、測量和環(huán)境)中，測量是其中之一。與其它五種基本質(zhì)量因素所不同的是，測量因素對工序質(zhì)量特征值的影響?yīng)毩⒂谖宸N基本質(zhì)量因素綜合作用的工序加工過程，這就使得單獨對測量系統(tǒng)的研究成為可能。而正確的測量，永遠(yuǎn)是質(zhì)量改進(jìn)的第一步。如果沒有科學(xué)的測量系統(tǒng)評價方法，缺少對測量系統(tǒng)的有效控制，質(zhì)量改進(jìn)就失去了基本的前提。為此，進(jìn)行測量系統(tǒng)分析就成了企業(yè)實現(xiàn)連續(xù)質(zhì)量改進(jìn)的必經(jīng)之路。

如今，測量系統(tǒng)分析已逐漸成為企業(yè)質(zhì)量改進(jìn)中的一項重要工作，企業(yè)界和學(xué)術(shù)界都對測量系統(tǒng)分析給予了足夠的重視。測量系統(tǒng)分析也已成為美國三大汽車公司質(zhì)量體系QS9000的要素之一，是6σ質(zhì)量計劃的一項重要內(nèi)容。此時，以通用電氣(GE)為代表的6σ連續(xù)質(zhì)量改進(jìn)計劃模式即為：確認(rèn)(Define)、測量(Measure)、分析(Analyze)、改進(jìn)(Improve)和控制(Control)，簡稱DMAIC。

從統(tǒng)計質(zhì)量管理的角度來看，測量系統(tǒng)分析實質(zhì)上屬于變異分析的范疇，即分析測量系統(tǒng)所帶來的變異相對于工序過程總變異的大小，以確保工序過程的主要變異源于工序過程本身，而非測量系統(tǒng)，并且測量系統(tǒng)能力可以滿足工序要求。測量系統(tǒng)分析，針對的是整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，它需要分析測量系統(tǒng)的位置變差、寬度變差。在位置變差中包括測量系統(tǒng)的偏倚、穩(wěn)定性和線性。在寬度變差中包括測量系統(tǒng)的重復(fù)性、再現(xiàn)性。

測量系統(tǒng)可分為“計數(shù)型”及“計量型”測量系統(tǒng)兩類。測量后能夠給出連續(xù)性的測量數(shù)值的為計量型測量系統(tǒng)；而只能定性地給出測量結(jié)果的為計數(shù)型測量系統(tǒng)?！坝嬃啃汀睖y量系統(tǒng)分析通常包括偏倚(Bias)、穩(wěn)定性(Stability)、線性(Linearity)、以及重復(fù)性和再現(xiàn)性(Repeatability&Reproducibility，簡稱R&R)。在測量系統(tǒng)分析的實際運作中可同時進(jìn)行，亦可選項進(jìn)行，根據(jù)具體使用情況確定。

“計數(shù)型”測量系統(tǒng)分析通常利用假設(shè)試驗分析法（二維頻數(shù)表）、信號探測法及解析法（GPC）來進(jìn)行判定。

測量系統(tǒng)分析，是指用統(tǒng)計學(xué)的方法來了解測量系統(tǒng)中的各個波動源，以及他們對測量結(jié)果的影響，最后給出本測量系統(tǒng)是否合符使用要求的明確判斷。進(jìn)一步地，如果不符合使用要求，則利用工程方法對測量系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

波動是表示在相同的條件下進(jìn)行多次重復(fù)測量結(jié)果分布的分散程度，常用測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差或過程波動表示。這里的測量過程波動是指99.73%的測量結(jié)果所占區(qū)間的長度。通常測量結(jié)果服從正態(tài)分布N（u，σ^2），99.73%的測量結(jié)果所占區(qū)間的長度為6σ。

1.重復(fù)性：在相同測量程序、相同操作者、相同測量設(shè)備、相同操作條件和相同地點，并在短時間內(nèi)對同一或相類似被測對象重復(fù)測量的一組測量條件下，對同一或類似被測對象重復(fù)測量所得示值或測得值間的一致程度。

2.再現(xiàn)性：在不同地點、不同操作者、不同測量設(shè)備，對同一或相類似被測對象重復(fù)測量的一組測量條件下，在規(guī)定條件下，對同一或類似被測對象重復(fù)測量所得示值或測得值間的一致程度。（不同的測量系統(tǒng)可以采用不同的測量程序）

3.穩(wěn)定性：測量系統(tǒng)保持其位置變差和寬度變差隨時間恒定的能力。

4.偏倚：觀測平均值（在重復(fù)條件下的測量）與一參考值之間的差值。

5.線性：在量具正常的工作范圍內(nèi)偏倚的變化程度。

6.屬性的一致性 ：計數(shù)型（屬性）測量系統(tǒng)中系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間及系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)之間判定結(jié)果的一致程度。

測量系統(tǒng)分析第一階段

驗證測量系統(tǒng)是否滿足其設(shè)計規(guī)范要求。主要有兩個目的：

(1)確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計特性，此項必須在使用前進(jìn)行。

(2)發(fā)現(xiàn)哪種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)有顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用之空間及環(huán)境。

測量系統(tǒng)分析第二階段

(1)目的是在驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計特性。

(2)常見的就是“量具R&R”是其中的一種型式。

1.新產(chǎn)品；

2.新量具或量具的特性能力不同時；

3.新操作員或操作員崗位變更；

4.設(shè)計變更（DCN）；

5.工程變更（ECN）；

6.環(huán)境變更；

7.易損耗之儀器必須注意其分析頻率；

8.客戶要求的頻次。

1.計量基準(zhǔn)

• 基準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)）——最高計量特性，不必參考其他標(biāo)準(zhǔn)。

• 副基準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)）——與基準(zhǔn)比對而定值的一種工作基準(zhǔn)。為了防止基準(zhǔn)頻繁地被使用而影響基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，所以才引入副基準(zhǔn)。

2.計量標(biāo)準(zhǔn)

• 最高計量標(biāo)準(zhǔn)（參考標(biāo)準(zhǔn)）——在給定地區(qū)或給定組織內(nèi)，通常具有最高計量學(xué)特性的測量標(biāo)準(zhǔn)，在該處所做的測量均從它導(dǎo)出。

• 次級計量標(biāo)準(zhǔn)（工作標(biāo)準(zhǔn)）——校準(zhǔn)或核查測量儀器的標(biāo)準(zhǔn)。

3.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

• 一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

• 二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

4.工作標(biāo)準(zhǔn)

• Golden Master

-最高計量標(biāo)準(zhǔn)（參考標(biāo)準(zhǔn)）

-客戶提供的唯一參考標(biāo)準(zhǔn)

• Silver Master

-次級計量標(biāo)準(zhǔn)（工作標(biāo)準(zhǔn)）

-產(chǎn)線最高測量標(biāo)準(zhǔn)——雖然屬于生產(chǎn)量具，但這種量具不是企業(yè)內(nèi)部可以校準(zhǔn)的，它的準(zhǔn)確度等級比其它同類型（如長度類）生產(chǎn)量具高出一個數(shù)量級。

• Working Master

-產(chǎn)線通用外購標(biāo)準(zhǔn)——如標(biāo)準(zhǔn)電阻、Hg標(biāo)液等，這些標(biāo)準(zhǔn)均能溯源到國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。

-產(chǎn)線自制樣件標(biāo)準(zhǔn)——這些標(biāo)準(zhǔn)是拿產(chǎn)品制作的，其計量特性在指定的時間范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，其有專門的維護(hù)和核查確認(rèn)，同樣可以溯源到國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。

測量系統(tǒng)分析量具

擬執(zhí)行測量系統(tǒng)分析的量具必須經(jīng)過計量確認(rèn)合格，同時其分辨力應(yīng)至少能直

接讀取被測特性預(yù)期過程變差或公差范圍的1/10。

d≤6σ總/10；或 d≤Tolerance/10

測量系統(tǒng)分析評價人

執(zhí)行測量作業(yè)的人員，均應(yīng)經(jīng)過必要的量具使用、維護(hù)訓(xùn)練，不至于出現(xiàn)因人員操作問題所造成的測量誤差。

測量系統(tǒng)分析分析計劃

在計劃中明確所要進(jìn)行分析的測量系統(tǒng)、評價人、分析的特性、產(chǎn)品公差、開始日期和預(yù)計完成日期等。

測量系統(tǒng)分析測量過程為盲測

最大可能地減少評價人在測量過程中的主觀影響。

盲測的定義 ：在實際測量環(huán)境下，由一事先不知正在對該測量系統(tǒng)進(jìn)行評估的操作者所獲得的測量結(jié)果；通過適當(dāng)?shù)墓芾?，根?jù)得到的試驗結(jié)果通常不受眾所周知的霍桑效應(yīng)所干擾。

第l章　概論

1.1測量系統(tǒng)分析基本概念

1.1.l關(guān)于數(shù)據(jù)

1.1.2數(shù)據(jù)的質(zhì)量

1.1.3關(guān)于測量系統(tǒng)分析

1.2有關(guān)術(shù)語

1.2.1術(shù)語比較

1.2.2有關(guān)測量和測量結(jié)果的術(shù)語

1.2.3有關(guān)測量系統(tǒng)的術(shù)語

1.3與其他相關(guān)內(nèi)容之間的關(guān)系

1.3.1統(tǒng)計過程控制(SPC)與測量系統(tǒng)分析(MSA)

1.3.2測量不確定度與測量系統(tǒng)分析

1.3.3ISOl0012與測量系統(tǒng)分析

1.3.4QS-9000、ISO/TS16949與測量系統(tǒng)分析

1.3.5六西格瑪(6sigma)與測量系統(tǒng)分析

1.4應(yīng)用軟件選擇

第2章　測量系統(tǒng)分析數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)

2.1數(shù)據(jù)的分類及描述

2.1.1數(shù)據(jù)的分類

2.1.2數(shù)據(jù)的圖示化描述

2.1.3描述性統(tǒng)計

2.2概率分布函數(shù)

2.2.1概率密度函數(shù)

2.2.2累積分布函數(shù)

2.2.3累積分布函數(shù)逆函數(shù)

2.3離散變量典型分布

2.3.1二項分布

2.3.2超幾何分布

2.3.3泊松分布

2.4連續(xù)變量典型分布

2.4.1正態(tài)分布

2.4.2卡方()[‘)分布

2.4.3￡分布

2.4.4F分布

2.5參數(shù)估計

2.5.1運用估計量估計參數(shù)

2.5.2點估計

2.5.3區(qū)間估計

2.5.4置信區(qū)間辨釋

2.5.5正態(tài)總體參數(shù)的置信區(qū)間和單側(cè)置信限

2.5.6二項分布的比率估計

2.6假設(shè)檢驗

2.6.1假設(shè)檢驗基本概念

2.6.2假設(shè)檢驗的邏輯步驟

2.6.3正態(tài)總體均值的檢驗

2.6.4正態(tài)總體方差的檢驗

2.6.5比率p的假設(shè)檢驗

2.7方差分析

2.7.1方差分析概念

2.7.2單因子方差分析

2.7.3兩因子方差分析

2.8簡單線性回歸分析

2.8.1一元線性回歸模型

2.8.2參數(shù)估計

2.8.3方程的顯著性檢驗

2.8.4估計與預(yù)測

2.9列聯(lián)表

2.9.1二維列聯(lián)表的檢驗問題

2.9.2二維列聯(lián)表的X2檢驗

2.9.3二維列聯(lián)表的費希爾(Fisher)精確檢驗

2.10非參數(shù)統(tǒng)計

2.10.1關(guān)于非參數(shù)統(tǒng)計

2.10.2次序(順序)統(tǒng)計量、秩和秩統(tǒng)計量

2.10.3相關(guān)性檢驗

2.10.4一致性檢驗

第3章　測量系統(tǒng)分析原理

3.1測量過程特征

3.2測量系統(tǒng)變差的類型

3.2.1位置變差

3.2.2寬度變差

3.3研究變差

3.4測量系統(tǒng)變差來源及對決策的影響

3.4.1測量系統(tǒng)變差來源

3.4.2對決策的影響

3.5測量系統(tǒng)能力和性能

3.5.1測量系統(tǒng)能力

3.5.2測量系統(tǒng)性能

3.6測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性

第4章　測量系統(tǒng)分析方法

4.1概述

4.1.1測量系統(tǒng)分析的過程方法

4.1.2測量系統(tǒng)類型

4.1.3測量系統(tǒng)評估程序的適用性

4.2簡單測量系統(tǒng)分析流程

4.3測量系統(tǒng)研究的準(zhǔn)備

4.3.1研究準(zhǔn)備

4.3.2可接受性準(zhǔn)則

4.4簡單測量系統(tǒng)研究指南

4.4.1計量型測量系統(tǒng)研究指南

4.4.2計數(shù)型測量系統(tǒng)研究指南

4.4.3屬性一致性研究

4.5復(fù)雜測量系統(tǒng)研究指南

4.5.1研究背景

4.5.2破壞性測量的GRR研究的試驗設(shè)計

4.5.3其他應(yīng)注意的內(nèi)容

4.5.4案例研究

第5章　測量系統(tǒng)分析的應(yīng)用

5.1供方測量保證能力

5.2制造業(yè)案例研究

5.2.1計數(shù)型數(shù)據(jù)的屬性一致性分析

5.2.2同質(zhì)小批量破壞性檢驗時的測量系統(tǒng)分析

5.3非制造業(yè)案例研究

5.3.1適用于連續(xù)型數(shù)據(jù)的非傳統(tǒng)(Non—Traditional)的測量系統(tǒng)分析

5.3.2有序數(shù)據(jù)的屬性一致性分析

第6章　測量系統(tǒng)管理與改進(jìn)

6.1公司范圍的MSA規(guī)劃

6.2測量系統(tǒng)改進(jìn)

6.3顧客的認(rèn)可

附錄

附錄1　偏倚研究用以參數(shù)表

附錄2　控制圖系數(shù)表

附錄3　GRR研究計算置信區(qū)間的ANOVA法

附錄4　量具重復(fù)性和再現(xiàn)性研究(平均值和極差法)記錄格式

附錄5　測量設(shè)備計量確認(rèn)過程

參考文獻(xiàn)

·收起全部<<2100433B

本書主要內(nèi)容分為三大部分共六章，第一部分主要是對測量系統(tǒng)分析基本概念以及與其他專業(yè)內(nèi)容之間關(guān)系的介紹；第二部分是對測量系統(tǒng)分析理論的闡述，重點是測量系統(tǒng)變差研究的數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)內(nèi)容；第三部分包括測量系統(tǒng)分析的應(yīng)用和改進(jìn)，主要介紹不同行業(yè)的案例分析，以及為實現(xiàn)測量系統(tǒng)持續(xù)改進(jìn)的管理策略。

水資源系統(tǒng)分析主要內(nèi)容

系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容是：①水資源系統(tǒng)的基本輸入。包括徑流和需求等各種基本資料及其時空變化的定量描述。②系統(tǒng)的功能。在規(guī)劃設(shè)計階段是協(xié)調(diào)、權(quán)衡和綜合平衡開發(fā)系統(tǒng)中的各開發(fā)目標(biāo)與水利工程各組成單元設(shè)計參數(shù)間的關(guān)系，使系統(tǒng)的整體的開發(fā)利用達(dá)到最優(yōu)；在管理運行階段是研究已建系統(tǒng)的水量、水能和水質(zhì)的利用、控制和調(diào)度；③系統(tǒng)的輸出。由前面的研究分析，最后得出各種工程的種類、規(guī)模、布局及其運行方式等研究成果。

水資源系統(tǒng)分析主要環(huán)節(jié)

系統(tǒng)分析的主要環(huán)節(jié)是對概化后的水資源系統(tǒng)建立某種數(shù)學(xué)模型，包括建立目標(biāo)函數(shù)和一些約束條件方程。然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型的特性 (線性或非線性、確定性或隨機(jī)性、靜態(tài)或動態(tài)、單目標(biāo)或多目標(biāo)),選擇各種不同的優(yōu)化技術(shù)求解數(shù)學(xué)模型。在建立和求解數(shù)學(xué)模型時，一般以某種最優(yōu)化準(zhǔn)則（如經(jīng)濟(jì)總效益最大，不利影響最?。┏霭l(fā)來選定系統(tǒng)中各建設(shè)項目及其地點，確定各工程的規(guī)模和設(shè)計參數(shù)，擬定系統(tǒng)所服務(wù)的各部門的供水、供電等數(shù)量和水質(zhì)。對于已建系統(tǒng)則擬定某種準(zhǔn)則下的聯(lián)合運行的最優(yōu)策略，使系統(tǒng)的利用效益最大和不利影響如洪澇災(zāi)害損失、環(huán)境污染影響最小。

系統(tǒng)分析的主要途徑有解析法和模擬法兩種。解析法常用的有數(shù)學(xué)規(guī)劃法、古典最優(yōu)化法、梯度法等；模擬法指把水利系統(tǒng)輸入、輸出和系統(tǒng)各單元之間的有機(jī)聯(lián)系以數(shù)學(xué)式表達(dá)，然后在電子計算機(jī)上直接模擬計算各種方案下的系統(tǒng)效益，最后比較、權(quán)衡選定最優(yōu)的開發(fā)方案或運行策略。2100433B