第一章测量系统总指南

第一章---第 A 节

引言、目的及术语

引言

测量数据的使用比以前更多更广泛了。例如，现在是否对制造过程进行调整的决定通常以测量数据为基础，将测量数据或一些从它们所计算出的统计值，与这一过程的统计控制限（statistical control limits）相比较，如果该比较过程已超出统计控制，则进行某种调整，否则，该过程将被允许在没有调整的状态下运行。测量数据的另一个用处是确定在两个或更多变量之间是否存在显著的相互关系。例如，如果怀疑一个模塑零件上的一个关键尺寸和注射材料的温度有关。这种可能的关系可以通过采用所谓回归分析的统计方法来研究，即比较关键尺寸的测量值和注射材料的温度测量值

进行这种举例我互相关系探测研究，被戴明博士称为分析研究法。通常，分析研究法是不断增加对影响过程系统原因知识的一种分析研究。分析研究是测量数据和最重要应用之一，因为应用它们能使得对过程有更好的理解。

使用以数据为基础的程序的最大益处取决于所使用的测量数据的质量。如果测量数据质量低，程序的益处可能会较低。同样的，测量数据质量高，收益也可能较高。

为了确保应用测量数据所得到的收益大到足以承担获得这些数据的成本，数据的质量需要特别的注意。

测量数据的质量

数据的质量取决于从处于稳定条件过户进行操作的测量系统中，多次测量的统计特性。例如，假定使用某一在稳定条件下操作的测量系统对某一特定特性进行了几次测量。如果这些测量值均与该特性的参考值 “接近”，那么可以说这些测量数据的质量“高”，同样，如果部分或所有的测量值与参考值相差“很远”，则称数据的质量“低”。

表征数据质量最通用的统计特性是测量系统的偏倚和方差。所谓偏倚的特性，是指数据相对参考（基准）值的位置，而被称为变差的特性是指数据的分布宽度。

低质量数据最普通的原因之一是变差太大。一组数据中的变差多是由于测量系统及其环境相互作用造成的。例如，一个用来测量一罐液体容积的测量系统，可能对该测量系统所处的环境中的大气温度较敏感。在这种情况下，数据的变差可能是因为环境温度变化造成的。因此，对测量的数据很难解释，因此，该测量系统不尽理想。

如果交互作用产生变差过大，那么数据的质量会很低，从而造成测量数据无法利用。例如，一个具有大量变差的测量系统，在分析制造过程中使用是不适合的，因为测量系统变差可能会掩盖制造过程的变差。管理一个测量系统的许多工作是监视和控制变差。其它的还需要把重点集中在了解测量系统与其环境有什么样的相互作用，以便获得可接受质量的数据。

目的

本手册的目的是为评定测量系统的质量提供指南。尽管这些指南足以用于任何测量系统，但主要用于工业界的测量系统。本手册不打算作为所有测量系统的一种分析总览，而是主要用于那些注每个零件能重复读数的测量系统。许多分析对于其它形式的测量系统也是很有用的，并且该手册的确包含了参考意见和建议，但对更复杂的或不常用的方法在此没有讨论，建议使用者参考适宜的统计资源。本手册也不涵盖顾客对测量系统分析方法所要求的批准。

术语

如果不建立一套术语来引述共同的统计特征和相关的测量系统要项，那么讨论测量系统的分析可能会造成混淆和误解。本节将用于本手册的术语汇总如下。

在本手册中使用了以下术语：

●测量被定义为“对某具体事物赋予数字（或数值），以表示它们对于特定特性之间的关系。这个定义由Ｃ．Eisenhart（1963）首次提出。赋予数字的过程被定义为测量过程，而数值的指定被定义为测量值。

●量具：是指任何用来获得测量的装置，特别是经常用在工厂现场的装置，包括通过/止规。

●测量系统：是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。

由以上这些定义，可以将测量过程看成是一个制造过程，其产生的输出就是数值（数据）。这样看待一个测量系统是有用的，因为这样让我们明白已经说明的所有的概念、原理和工具，这在统计过程控制中早已被证实他们的作用。

术语汇总 1

标准（standard）

●用于比较的可接受偏倚

●验收标准

●一已知的值，在不确定度（uncertainty）的指南范围内,被接受而为一真值（true value）

●参考值（referencr value）

标准应该是一个可操作的定义：该定义在由供方或顾客应用时，将会产出产生同样的结果，并且在过去、今天、将来都有同样的含义。

基本的设备(basic equipment)

● 分辨力(discrimination)、可读性(readability)、解析度（resolution）

√别名：最小可读单位、测量解析度、最小刻度极限、或探测的最小极限

√由设计所确定的固有特性

√一个测量仪器或输出的最小刻度单位

√通常被显示为测量单位

√10：1 的比例法则

●有效解析度（effective resolution）

√特定应用条件下，一个测量系统对过程变差的灵敏度

√可以导致测量有用的输出信号的最小输入

√通常被描述为一种测量单元

●参考值（reference value）

√某一个物品的可接受数的值

√需要一个可操作的定义

√常被用来替代真值使用

●真值（true value ）

√某一物品的真实数值

√不可知且无法知道的

位置变差（location variation）

●准确度(accuracy)

√与真值或可接受的参考值“接近”的程度

√在 ASTM 包括了位置及宽度误差的影响

●偏倚（bias）

√观测到测量的平均值与参考值之间的差值

√是测量系统的系统误差所构成

●稳定性（stability）

√随时间变化的偏倚值

√一个稳定的测量过程在位置方面是处于统计上受控状态

√别名：漂移（drift）

●线性（linearity）

√在量具正常工作量程内的偏倚变化量

√多个独立的偏倚误差在量具工作量程内的关系

√是测量系统的系统误差所构成

宽度变差(width variation)

●精密度 2(precision)

√每个重复读数之间的“接近”程度

√是测量系统的随机误差所构成

●重复性

√一个评价人多次使用一件测量仪器，对同一零件的某一特性进行多次测量下的变差

√是在固定和已定义的测量条件下，连续（短期）多次测量中的变差

√通常指 E．Ｖ．-设备变差（equipment variation）

√设备（量具）能力或潜能

√系统内部变差

2 在 ASTM 文件中，没有测量系统的精密度这样的说法；也就是说，精密度不能用单一数值表述。

●再现性

√由不同的评价人使用相同的量具，测量一个零件的一个特性的测量平均值的变差。

√在对产品和过程进行鉴定时，误差可能是评价人、环境（时间）或方法

√通常指 A．Ｖ- 评价人变差（appraiser variation）

√系统间（条件）误差

√在 ASTM E456-96 包括：重复性、实验室、环

境及评价人影响

●GRR 或量具的重复性和再现性（ gage R＆Ｒ）

√量具的重复性和再现性；测量系统重复性和再现性联合估计值

√测量系统能力；取决于所用的方法，可能包括或不包括时间影响

●测量系统性能(measurement system performance)

√测量系统变差的短期估计值（例：“GRR”，也包括图表法）

●灵敏度（sensitivity）

√能导致可探测到的输出信号的最小输入

√测量系统对被测特性变化的感应度

√取决于量具设计（分辨力）、固有质量（OEM）使用期间的维修，以及测量仪器与标准的操作情况

√通常被描述为测量单元

●一致性（consistency）

√随时间重复性变化的程度

√一致的测量过程是在宽度（变差）方面处于统计上受控状态