测量系统分析测量系统

量具 ( instruments or gages)

标准（standards）

操作（operations）

夹具（fixtures）

软件（software）

人员 ( personnel )

被测工件 ( parts )

环境（environment）

程序、方法 ( procedure, methods )

假设（assumptions）

测量系统分析理想测量系统

理想的测量系统在每次使用时，应只产生“正确”的测量结果。每次测量结果总应该与一个标准值相符。一个能产生理想测量结果的测量系统，应具有零方差、零偏倚和所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性。

理想测量系统的技术指标如下表所示 ：

测量系统分析注意事项

量具和测量设备是否能够被正确使用，很大程度上决定了过程变差与产品公差。为了保证结果的正确性和整个系统性能的最优化，需要对设备进行评估。当然，设备评估不只是在实验室里，而且也要在生产环境中进行。

1.测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性。

2.测量系统的变差必须比制造过程的变差小。

3.变差应小于公差带。

4.测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。

·确定所使用的数据是否可靠:

·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

从测量的定义可以看出，除了具体事物外，参与测量过程还应有量具、使用量具的合格操作者和规定的操作程序，以及一些必要的设备和软件，再把它们组合起来完成赋值的功能，获得测量数据。这样的测量过程可以看作为一个数据制造过程，它产生的数据就是该过程的输出。这样的测量过程又称为测量系统。它的完整叙述是：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、夹具、软件、人员、环境和假设的集合，用来获得测量结果的整个过程称为测量过程或测量系统。

众所周知，在影响产品质量特征值变异的六个基本质量因素(人、机器、材料、操作方法、测量和环境)中，测量是其中之一。与其它五种基本质量因素所不同的是，测量因素对工序质量特征值的影响独立于五种基本质量因素综合作用的工序加工过程，这就使得单独对测量系统的研究成为可能。而正确的测量，永远是质量改进的第一步。如果没有科学的测量系统评价方法，缺少对测量系统的有效控制，质量改进就失去了基本的前提。为此，进行测量系统分析就成了企业实现连续质量改进的必经之路。

如今，测量系统分析已逐渐成为企业质量改进中的一项重要工作，企业界和学术界都对测量系统分析给予了足够的重视。测量系统分析也已成为美国三大汽车公司质量体系QS9000的要素之一，是6σ质量计划的一项重要内容。此时，以通用电气(GE)为代表的6σ连续质量改进计划模式即为：确认(Define)、测量(Measure)、分析(Analyze)、改进(Improve)和控制(Control)，简称DMAIC。

从统计质量管理的角度来看，测量系统分析实质上属于变异分析的范畴，即分析测量系统所带来的变异相对于工序过程总变异的大小，以确保工序过程的主要变异源于工序过程本身，而非测量系统，并且测量系统能力可以满足工序要求。测量系统分析，针对的是整个测量系统的稳定性和准确性，它需要分析测量系统的位置变差、宽度变差。在位置变差中包括测量系统的偏倚、稳定性和线性。在宽度变差中包括测量系统的重复性、再现性。

测量系统可分为“计数型”及“计量型”测量系统两类。测量后能够给出连续性的测量数值的为计量型测量系统；而只能定性地给出测量结果的为计数型测量系统。“计量型”测量系统分析通常包括偏倚(Bias)、稳定性(Stability)、线性(Linearity)、以及重复性和再现性(Repeatability&Reproducibility，简称R&R)。在测量系统分析的实际运作中可同时进行，亦可选项进行，根据具体使用情况确定。

“计数型”测量系统分析通常利用假设试验分析法（二维频数表）、信号探测法及解析法（GPC）来进行判定。

测量系统分析，是指用统计学的方法来了解测量系统中的各个波动源，以及他们对测量结果的影响，最后给出本测量系统是否合符使用要求的明确判断。进一步地，如果不符合使用要求，则利用工程方法对测量系统进行改进。

波动是表示在相同的条件下进行多次重复测量结果分布的分散程度，常用测量结果的标准差或过程波动表示。这里的测量过程波动是指99.73%的测量结果所占区间的长度。通常测量结果服从正态分布N（u，σ^2），99.73%的测量结果所占区间的长度为6σ。

1.重复性：在相同测量程序、相同操作者、相同测量设备、相同操作条件和相同地点，并在短时间内对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件下，对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度。

2.再现性：在不同地点、不同操作者、不同测量设备，对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件下，在规定条件下，对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度。（不同的测量系统可以采用不同的测量程序）

3.稳定性：测量系统保持其位置变差和宽度变差随时间恒定的能力。

4.偏倚：观测平均值（在重复条件下的测量）与一参考值之间的差值。

5.线性：在量具正常的工作范围内偏倚的变化程度。

6.属性的一致性 ：计数型（属性）测量系统中系统内、系统间及系统与标准之间判定结果的一致程度。

测量系统分析第一阶段

验证测量系统是否满足其设计规范要求。主要有两个目的：

(1)确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。

(2)发现哪种环境因素对测量系统有显着的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。

测量系统分析第二阶段

(1)目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。

(2)常见的就是“量具R&R”是其中的一种型式。

1.新产品；

2.新量具或量具的特性能力不同时；

3.新操作员或操作员岗位变更；

4.设计变更（DCN）；

5.工程变更（ECN）；

6.环境变更；

7.易损耗之仪器必须注意其分析频率；

8.客户要求的频次。

1.计量基准

• 基准（国家标准）——最高计量特性，不必参考其他标准。

• 副基准（国家标准）——与基准比对而定值的一种工作基准。为了防止基准频繁地被使用而影响基准的稳定性，所以才引入副基准。

2.计量标准

• 最高计量标准（参考标准）——在给定地区或给定组织内，通常具有最高计量学特性的测量标准，在该处所做的测量均从它导出。

• 次级计量标准（工作标准）——校准或核查测量仪器的标准。

3.标准物质

• 一级标准物质

• 二级标准物质

4.工作标准

• Golden Master

-最高计量标准（参考标准）

-客户提供的唯一参考标准

• Silver Master

-次级计量标准（工作标准）

-产线最高测量标准——虽然属于生产量具，但这种量具不是企业内部可以校准的，它的准确度等级比其它同类型（如长度类）生产量具高出一个数量级。

• Working Master

-产线通用外购标准——如标准电阻、Hg标液等，这些标准均能溯源到国家或国际标准。

-产线自制样件标准——这些标准是拿产品制作的，其计量特性在指定的时间范围内是稳定的，其有专门的维护和核查确认，同样可以溯源到国家或国际标准。

测量系统分析量具

拟执行测量系统分析的量具必须经过计量确认合格，同时其分辨力应至少能直

接读取被测特性预期过程变差或公差范围的1/10。

d≤6σ总/10；或 d≤Tolerance/10

测量系统分析评价人

执行测量作业的人员，均应经过必要的量具使用、维护训练，不至于出现因人员操作问题所造成的测量误差。

测量系统分析分析计划

在计划中明确所要进行分析的测量系统、评价人、分析的特性、产品公差、开始日期和预计完成日期等。

测量系统分析测量过程为盲测

最大可能地减少评价人在测量过程中的主观影响。

盲测的定义 ：在实际测量环境下，由一事先不知正在对该测量系统进行评估的操作者所获得的测量结果；通过适当的管理，根据得到的试验结果通常不受众所周知的霍桑效应所干扰。

第l章　概论

1.1测量系统分析基本概念

1.1.l关于数据

1.1.2数据的质量

1.1.3关于测量系统分析

1.2有关术语

1.2.1术语比较

1.2.2有关测量和测量结果的术语

1.2.3有关测量系统的术语

1.3与其他相关内容之间的关系

1.3.1统计过程控制(SPC)与测量系统分析(MSA)

1.3.2测量不确定度与测量系统分析

1.3.3ISOl0012与测量系统分析

1.3.4QS-9000、ISO/TS16949与测量系统分析

1.3.5六西格玛(6sigma)与测量系统分析

1.4应用软件选择

第2章　测量系统分析数理统计基础

2.1数据的分类及描述

2.1.1数据的分类

2.1.2数据的图示化描述

2.1.3描述性统计

2.2概率分布函数

2.2.1概率密度函数

2.2.2累积分布函数

2.2.3累积分布函数逆函数

2.3离散变量典型分布

2.3.1二项分布

2.3.2超几何分布

2.3.3泊松分布

2.4连续变量典型分布

2.4.1正态分布

2.4.2卡方()[‘)分布

2.4.3￡分布

2.4.4F分布

2.5参数估计

2.5.1运用估计量估计参数

2.5.2点估计

2.5.3区间估计

2.5.4置信区间辨释

2.5.5正态总体参数的置信区间和单侧置信限

2.5.6二项分布的比率估计

2.6假设检验

2.6.1假设检验基本概念

2.6.2假设检验的逻辑步骤

2.6.3正态总体均值的检验

2.6.4正态总体方差的检验

2.6.5比率p的假设检验

2.7方差分析

2.7.1方差分析概念

2.7.2单因子方差分析

2.7.3两因子方差分析

2.8简单线性回归分析

2.8.1一元线性回归模型

2.8.2参数估计

2.8.3方程的显著性检验

2.8.4估计与预测

2.9列联表

2.9.1二维列联表的检验问题

2.9.2二维列联表的X2检验

2.9.3二维列联表的费希尔(Fisher)精确检验

2.10非参数统计

2.10.1关于非参数统计

2.10.2次序(顺序)统计量、秩和秩统计量

2.10.3相关性检验

2.10.4一致性检验

第3章　测量系统分析原理

3.1测量过程特征

3.2测量系统变差的类型

3.2.1位置变差

3.2.2宽度变差

3.3研究变差

3.4测量系统变差来源及对决策的影响

3.4.1测量系统变差来源

3.4.2对决策的影响

3.5测量系统能力和性能

3.5.1测量系统能力

3.5.2测量系统性能

3.6测量系统的统计特性

第4章　测量系统分析方法

4.1概述

4.1.1测量系统分析的过程方法

4.1.2测量系统类型

4.1.3测量系统评估程序的适用性

4.2简单测量系统分析流程

4.3测量系统研究的准备

4.3.1研究准备

4.3.2可接受性准则

4.4简单测量系统研究指南

4.4.1计量型测量系统研究指南

4.4.2计数型测量系统研究指南

4.4.3属性一致性研究

4.5复杂测量系统研究指南

4.5.1研究背景

4.5.2破坏性测量的GRR研究的试验设计

4.5.3其他应注意的内容

4.5.4案例研究

第5章　测量系统分析的应用

5.1供方测量保证能力

5.2制造业案例研究

5.2.1计数型数据的属性一致性分析

5.2.2同质小批量破坏性检验时的测量系统分析

5.3非制造业案例研究

5.3.1适用于连续型数据的非传统(Non—Traditional)的测量系统分析

5.3.2有序数据的属性一致性分析

第6章　测量系统管理与改进

6.1公司范围的MSA规划

6.2测量系统改进

6.3顾客的认可

附录

附录1　偏倚研究用以参数表

附录2　控制图系数表

附录3　GRR研究计算置信区间的ANOVA法

附录4　量具重复性和再现性研究(平均值和极差法)记录格式

附录5　测量设备计量确认过程

参考文献

·收起全部<<2100433B

本书主要内容分为三大部分共六章，第一部分主要是对测量系统分析基本概念以及与其他专业内容之间关系的介绍；第二部分是对测量系统分析理论的阐述，重点是测量系统变差研究的数理统计基础内容；第三部分包括测量系统分析的应用和改进，主要介绍不同行业的案例分析，以及为实现测量系统持续改进的管理策略。

水资源系统分析主要内容

系统分析的主要内容是：①水资源系统的基本输入。包括径流和需求等各种基本资料及其时空变化的定量描述。②系统的功能。在规划设计阶段是协调、权衡和综合平衡开发系统中的各开发目标与水利工程各组成单元设计参数间的关系，使系统的整体的开发利用达到最优；在管理运行阶段是研究已建系统的水量、水能和水质的利用、控制和调度；③系统的输出。由前面的研究分析，最后得出各种工程的种类、规模、布局及其运行方式等研究成果。

水资源系统分析主要环节

系统分析的主要环节是对概化后的水资源系统建立某种数学模型，包括建立目标函数和一些约束条件方程。然后根据数学模型的特性 (线性或非线性、确定性或随机性、静态或动态、单目标或多目标),选择各种不同的优化技术求解数学模型。在建立和求解数学模型时，一般以某种最优化准则（如经济总效益最大，不利影响最小）出发来选定系统中各建设项目及其地点，确定各工程的规模和设计参数，拟定系统所服务的各部门的供水、供电等数量和水质。对于已建系统则拟定某种准则下的联合运行的最优策略，使系统的利用效益最大和不利影响如洪涝灾害损失、环境污染影响最小。

系统分析的主要途径有解析法和模拟法两种。解析法常用的有数学规划法、古典最优化法、梯度法等；模拟法指把水利系统输入、输出和系统各单元之间的有机联系以数学式表达，然后在电子计算机上直接模拟计算各种方案下的系统效益，最后比较、权衡选定最优的开发方案或运行策略。2100433B