測量系統分析

從測量的定義可以看出，除了具體事物外，參與測量過程還應有量具、使用量具的合格操作者和規定的操作程序，以及一些必要的設備和軟體，再把它們組合起來完成賦值的功能，獲得測量數據。這樣的測量過程可以看 作為一個數據製造過程，它產生的數據就是該過程的輸出。這樣的測量過程又稱為測量系統。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、標準、操作、夾具、軟體、人員、環境和假設的集合，用來獲得測量結果的整個過程稱為測量過程或測量系統。

眾所周知，在影響產品質量特徵值變異的六個基本質量因素(人、機器、材料、操作方法、測量和環境)中，測量是其中之一。與其它五種基本質量因素所不同的是，測量因素對工序質量特徵值的影響獨立於五種基本質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的研究成為可能。而正確的測量，永遠是質量改進的第一步。如果沒有科學的測量系統評價方法，缺少對測量系統的有效控制，質量改進就失去了基本的前提。為此，進行測量系統分析就成了企業實現連續質量改進的必經之路。

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

從統計質量管理的角度來看，測量系統分析實質上屬於變異分析的範疇，即分析測量系統所帶來的變異相對於工序過程總變異的大小，以確保工序過程的主要變異源於工序過程本身，而非測量系統，並且測量系統能力可以滿足工序要求。測量系統分析，針對的是整個測量系統的穩定性和準確性，它需要分析測量系統的位置變差、寬度變差。在位置變差中包括測量系統的偏倚、穩定性和線性。在寬度變差中包括測量系統的重複性、再現性。

測量系統可分為“計數型”及“計量型”測量系統兩類。測量后能夠給出具體的測量數值的為計量型測量系統；只能定性地給出測量結果的為計數型測量系統。“計量型”測量系統分析通常包括偏倚(Bias)、穩定性(Stability)、線性(Linearity)、以及重複性和再現性(Repeatability&Reproducibility，簡稱R&R)。在測量系統分析的實際運作中可同時進行，亦可選項進行，根據具體使用情況確定。

“計數型”測量系統分析通常利用假設檢驗分析法來進行判定。

測量系統分析，是指用統計學的方法來了解測量系統中的各個波動源，以及他們對測量結果的影響，最後給出本測量系統是否合符使用要求的明確判斷。

測量系統必須具有良好的準確性和精確性。他們通常由偏倚和方差等統計指標來表徵。

偏倚用來表示多次測量結果的平均值與被測質量特性基準值（真值）之差，其中基準值可通過更高級別的測量設備進行若干次測量取其平均值來確定。

波動是表示在相同的條件下進行多次重複測量結果分佈的分散程度，常用測量結果的標準差σms或過程波動PV表示。這裡的測量過程波動是指99%的測量結果所佔區間的長度。通常測量結果服從正態分佈N（u，σ^2），99%的測量結果所佔區間的長度為5.15σ。

·確定所使用的數據是否可靠:

·評估新的測量儀器

·將兩種不同的測量方法進行比較

·對可能存在問題的測量方法進行評估

·確定並解決測量系統誤差問題

量具 ( instruments or gages)

標準（standards）

操作（operations）

夾具（fixtures）

軟體（software）

人員 ( personnel )

被測工件 ( parts )

環境（environment）

程序、方法 ( procedure, methods )

假設（assumptions）

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、零偏倚和所測的任何產品錯誤分類為零概率的統計特性。

理想測量系統的技術指標如下表所示 ：

量具和測量設備是否能夠被正確使用，很大程度上決定了過程變差與產品公差。為了保證結果的正確性和整個系統性能的最優化，需要對設備進行評估。當然，設備評估不只是在實驗室里，而且也要在生產環境中進行。

1.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是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。

2.測量系統的變差必須比製造過程的變差小。

3.變差應小於公差帶。

4.測量精度應高於過程變差和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變差和公差帶兩者中精度較高者的十分之一。

5.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，則測量系統的最大的變差應小於過程變差和公差帶兩者中的較小者。

1.計量基準

● 基準（國家標準）——最高計量特性，不必參考其他標準。

● 副基準（國家標準）——與基準比對而定值的一種工作基準。為了防止基準頻繁地被使用而影響基準的穩定性，所以才引入副基準。

2.計量標準

● 最高計量標準（參考標準）——在給定地區或給定組織內，通常具有最高計量學特性的測量標準，在該處所做的測量均從它導出。

● 次級計量標準（工作標準）——校準或核查測量儀器的標準。

3.標準物質

● 一級標準物質

● 二級標準物質

4.工作標準

● Golden Master

-最高計量標準（參考標準）

-客戶提供的唯一參考標準

● Silver Master

-次級計量標準（工作標準）

-產線最高測量標準——雖然屬於生產量具，但這種量具不是企業內部可以校準的，它的準確度等級比其它同類型（如長度類）生產量具高出一個數量級。

● Working Master

-產線通用外購標準——如標準電阻、Hg標液等，這些標準均能溯源到國家或國際標準。

-產線自製樣件標準——這些標準是拿產品製作的，其計量特性在指定的時間範圍內是穩定的，其有專門的維護和核查確認，同樣可以溯源到國家或國際標準。

1.重複性：在相同測量程序、相同操作者、相同測量設備、相同操作條件和相同地點，並在短時間內對同一或相類似被測對象重複測量的一組測量條件下，對同一或類似被測對象重複測量所得示值或測得值間的一致程度。

2.再現性：在不同地點、不同操作者、不同測量設備，對同一或相類似被測對象重複測量的一組測量條件下，在規定條件下，對同一或類似被測對象重複測量所得示值或測得值間的一致程度。（不同的測量系統可以採用不同的測量程序）

3.穩定性：測量系統保持其位置變差和寬度變差隨時間恆定的能力。

4.偏倚：觀測平均值（在重複條件下的測量）與一參考值之間的差值。

5.線性：在量具正常的工作範圍內偏倚的變化程度。

6.屬性的一致性 ：計數型（屬性）測量系統中系統內、系統間及系統與標準之間判定結果的一致程度。

1.新產品；

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.設計變更（DCN）；

5.工程變更（ECN）；

6.環境變更；

7.易損耗之儀器必須注意其分析頻率；

8.客戶要求的頻次。

決定研究主要變差形態的對象。

使用"全距及平均數"或"變差數分析"方法對量具進行分析。

於製程中隨機抽取被測定材料需屬統一製程。

選2-3位操作員在不知情的狀況下使用校驗合格的量具分別對10個零件進行測量, 測試人員將操作員所讀數據進行記錄, 研究其重複性及再現性(作業員應熟悉並了解一般操作程序, 避免因操作不一致而影響系統的可靠度)同時評估量具對不同操作員熟練度。

針對重要特性(尤指是有特殊符號指定者)所使用量具的精確度應是被測量物品公差的1/10, (即其最小刻度應能讀到1/10過程變差或規格公差較小者; 如: 過程中所需量具讀數的精確度是0.01m/m, 則測量應選擇精確度為0.001m/m), 以避免量具的鑒別力不足，一般之特性者所使用量具的精確度應是被測量物品公差的1/5。

試驗完后, 測試人員將量具的重複性及再現性數據進行計算如附件一(R&R數據表), 附件二(R&R分析報告), 依公式計算並作成-R管製圖或直接用表計算即可。

1)當重複性(EV)變差值大於再現性(AV)時:

量具的結構需在設計增強。

量具的夾緊或零件定位的方式(檢驗點)需加以改善。

量具應加以保養。

2)當再現性(AV)變差值大於重複性(EV)時:

作業員對量具的操作方法及數據讀取方式應加強教育, 作業標準應再明確訂定或修訂。

可能需要某些夾具協助操作員, 使其更具一致性的使用量具。

量具與夾治具校驗頻率於入廠及送修糾正後須再做測量系統分析, 並作記錄。

擬執行測量系統分析的量具必須經過計量確認合格，同時其分辨力應至少能直

接讀取被測特性預期過程變差或公差範圍的1/10。

d≤6σ總/10；或 d≤Tolerance/10

執行測量作業的人員，均應經過必要的量具使用、維護訓練，不至於出現因人員操作問題所造成的測量誤差。

在計劃中明確所要進行分析的量具以及評價人、開始日期和預計完成日期等。

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：在實際測量環境下，由一事先不知正在對該測量系統進行評估的操作者所獲得的測量結果；通過適當的管理，根據得到的試驗結果通常不受眾所周知的霍桑效應所干擾。

驗證測量系統是否滿足其設計規範要求。主要有兩個目的：

(1)確定該測量系統是否具有所需要的統計特性，此項必須在使用前進行。

(2)發現哪種環境因素對測量系統有顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用之空間及環境。

(1)目的是在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性。

(2)常見的就是“量具R&R”是其中的一種型式。