MSA-质量系统分析.ppt

1、测量系统分析测量系统分析Measuring System Analysis课程大纲课程大纲测量和测量系统基本概念测量和测量系统基本概念测量系统的特性测量系统的特性测量系统分析的基本概念测量系统分析的基本概念计量型仪器的测量系统分析计量型仪器的测量系统分析计数型测量仪器的测量系统分析计数型测量仪器的测量系统分析复杂测量系统的分析复杂测量系统的分析测量系统分析MeasuringSystemAnalysis第一部分：测量和测量系统的基本概念基本概念基本概念 MSA手册历史手册历史:1990年年10月月 第一版第一版 1995年年2月月 第二版第二版 2002年年3月月 第三版第三版基本概念基本概念产

2、品质量部分取决于过程质量产品质量部分取决于过程质量过程质量取决于控制过程的能力过程质量取决于控制过程的能力控制过程的能力取决于测量过程的能力控制过程的能力取决于测量过程的能力测量过程的能力取决于测量系统的质量测量过程的能力取决于测量系统的质量基本概念基本概念量具量具/测量仪器测量仪器/测量和监控设备测量和监控设备(Gage/Measurement Instrument/Measurement&Monitor Device):用来获得测量结果的任何装置（用来获得测量结果的任何装置（Device），），包括通过包括通过/不通过不通过（GO-NO GO）装置，它是测量系统的一部分。装置，它是测量系统

3、的一部分。测量系统（测量系统（Measurement System）:指由人员、被测量、量具指由人员、被测量、量具/夹具及其它设备、环境、操作程序夹具及其它设备、环境、操作程序/操操作方法或软件所构成的系统作方法或软件所构成的系统.基本概念基本概念测量设备的基本参数：测量设备的基本参数：分辨力（分辨力（discrimination）、）、分辨率分辨率（resolution）、）、可读性（可读性（readability）别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探别名：最小的读数的单位、测量分辨率、刻度限度或探测度测度 由设计决定的固有特性由设计决定的固有特性测量或仪器输出的最小刻度单位测量

4、或仪器输出的最小刻度单位 总是以测量单位报告总是以测量单位报告 1:10 经验法则经验法则 基本概念基本概念测量设备的基本参数：测量设备的基本参数：有效分辨率（有效分辨率（effective resolution）测量系统的灵敏度针对过程变差的一个特别应用；测量系统的灵敏度针对过程变差的一个特别应用；产生有用的测量输出信号的最小输入值；产生有用的测量输出信号的最小输入值；总是以一个测量单位报告总是以一个测量单位报告 灵敏度：灵敏度：基本概念基本概念误差：误差：定义：定义：测量时，实际测量值（或测量平均值）与真值之间的差异，测量时，实际测量值（或测量平均值）与真值之间的差异，称为称为“误差误差”

5、；公式：公式：误差误差=测量值测量值-真值真值分类：若就误差的性质区分，一般可分为，其特质如下图分类：若就误差的性质区分，一般可分为，其特质如下图：系统性误差：系统性误差：随机性误差：随机性误差：重大误差（粗大误差）：重大误差（粗大误差）：定义、性质、定义、性质、处理处理/合成合成人为疏忽气流辐射噪声尘埃仪器环境观察温度归零负载水平磨耗混用干扰振动压力湿度记忆力读取视差量具误用标准件分辨率迟滞现象量测误差重大误差系统性误差随机性误差基本概念基本概念测量数据的质量及其描述：测量数据的质量及其描述：表征测量数据质量最通用的方法使用统计特性，即表征测量数据质量最通用的方法使用统计特性，即测量系统的偏

6、倚和方差；测量系统的偏倚和方差；所谓偏倚的特性，是指数据相对基准（标准）值的所谓偏倚的特性，是指数据相对基准（标准）值的位置；位置；所谓方差的特性，是指测量数据的分布；所谓方差的特性，是指测量数据的分布；基本概念基本概念测量精度概念测量精度概念有关位置变差：有关位置变差：准确度（准确度（Accuracy,有时也称有时也称 Bias偏倚偏倚）指测量仪器的实际测量值（或测量平均值）与待测值之指测量仪器的实际测量值（或测量平均值）与待测值之真值（真值（True Value）或可接受的基准值的接近程度，亦或可接受的基准值的接近程度，亦即实际测量值偏离真实值的程度。以偏差愈微小之程度即实际测量值偏离真实

7、值的程度。以偏差愈微小之程度称为准确度佳，反之称为准确度差。称为准确度佳，反之称为准确度差。一般由系统误差引一般由系统误差引起。起。基本概念基本概念测量精度概念测量精度概念有关位置变差：有关位置变差：偏倚（偏倚（Bias）稳定性（稳定性（Stability）线性（线性（linearity）基本概念基本概念测量精度概念测量精度概念有关分布变差：有关分布变差：精密度（精密度（Precision）指测量仪器所能够区分出的微量程度或最小距离，亦即代表测量指测量仪器所能够区分出的微量程度或最小距离，亦即代表测量仪器对同一待测工件，以相同测量过程作重复测量时，其各测量仪器对同一待测工件，以相同测量过程作重

8、复测量时，其各测量结果的差异程度（重复读数彼此之间的结果的差异程度（重复读数彼此之间的“接近度接近度”MSA手册手册第三版）。以差异程度愈微小称为精密度佳，反之称为精密度差。第三版）。以差异程度愈微小称为精密度佳，反之称为精密度差。一般由随机误差引起，包含仪器的（重复性）和人为的（再现性）一般由随机误差引起，包含仪器的（重复性）和人为的（再现性）因素。因素。基本概念基本概念测量精度概念测量精度概念有关分布（宽度）变差：有关分布（宽度）变差：重复性（重复性（Repeatability）：）：EV再现性（再现性（Reproducibility）：）：AVGRR(Gage R&R)：GRR2=Ev2

9、+AV2灵敏度（灵敏度（Sensitivity）：）：是导致一个可检测到的输出信号的最小是导致一个可检测到的输出信号的最小输入值。输入值。一致性一致性(Consistency)：:是随时间得到测量变差的区别。它可是随时间得到测量变差的区别。它可以看厂是重复性随时间的变化。以看厂是重复性随时间的变化。均匀性均匀性(Uniformity)：是量具在整个工作量程内测量变差的区别。是量具在整个工作量程内测量变差的区别。它可以被认为是重复性在量程上的均一性。它可以被认为是重复性在量程上的均一性。基本概念基本概念测量精度概念测量精度概念有关系统变差：有关系统变差：精确度精确度/精准度（精准度（Accura

10、cy）平均值=真值1.Accuracy一词由很多含义，注意混淆；2.ASTM（美国试验与材料协会）定义中包含位置和宽度的影响（即：偏倚和重复性）；但MSA手册放在“位置变差”里讲的；基本概念基本概念测量精度概念测量精度概念有关系统变差：有关系统变差：能力（能力（Capability）：）：基于短期的评估，对测量误基于短期的评估，对测量误差（随机误差和系统误差）合成变差的估计。差（随机误差和系统误差）合成变差的估计。性能（性能（Performance）：）：所有有效的和可确定的所有有效的和可确定的变差源随时间的最终影响。变差源随时间的最终影响。不确定度（不确定度（Uncertainty）基本概念

11、基本概念我国量值传递系统与溯源性我国量值传递系统与溯源性 ：对对于于一一个个国国家家，每每一一个个量量值值传传递递系系统统只只允允许许有有一一个个国国家家基基准准，在我国大多数保存在中国计量科学研究院内；在我国大多数保存在中国计量科学研究院内；分分布布在在各各大大区区的的国国家家计计量量测测试试中中心心是是国国家家组组建建的的承承担担跨跨地地区区计量检定、测试任务的国家法定计量检定机构；计量检定、测试任务的国家法定计量检定机构；目目前前，主主要要有有：华华北北、东东北北、华华东东、中中南南、华华南南、西西南南、西西北等北等7个大取得国家计量测试中心；个大取得国家计量测试中心；我国量值传递体系示

12、意图如下图；我国量值传递体系示意图如下图；中国计量科学研究研、中国测试技术研究院、国家标准物质研究中心东北、华北、华东、中南、华南、西北、西北（中国测试技术研究院）七大区计量测试中心各省计量技术机构（含上述大区中心）市级计量技术机构县/区级计量检定机构厂矿企业、科研、院校、医院、商贸、市场等国家专业计量站分站区域计量站国防军工企业、军队国防计量中心基本概念基本概念NationalStandardheldbyNationalBureauPrimary(privatecompany)Primary(university)PrimaryStandard(governmentagency)second

13、arysecondaryworkingworkingMesa.systemUsedinplantworkingsecondarysecondaryworkingworkingMesa.systemUsedinplantMesa.systemUsedinplantsecondary美国国家标准局量值传递量值传递基本概念基本概念何谓标准何谓标准国家标准国家标准一级标准一级标准(连接国家标准和私人公司、科研机构等连接国家标准和私人公司、科研机构等)二级标准二级标准(从一级标准传递到二级标准从一级标准传递到二级标准工作标准工作标准(从二级标准传递到工作标准从二级标准传递到工作标准)测量系统分析Meas

14、uringSystemAnalysis第二部分：测量系统的特性测量系统的特性测量系统的特性 理想的测量系统：理想的测量系统：应只产生正确的测量结果（即每次测量结果总应该与真值应只产生正确的测量结果（即每次测量结果总应该与真值/标准相一标准相一致）；致）；理想的测量系统，应具有：零方差、零偏倚和对所测量的任何产品理想的测量系统，应具有：零方差、零偏倚和对所测量的任何产品错误分类为零概率的统计特性。错误分类为零概率的统计特性。遗憾的是，具有以上统计特性的理想测量系统是不存在遗憾的是，具有以上统计特性的理想测量系统是不存在的，因此我们必须选择合适的统计特性对测量系统进行的，因此我们必须选择合适的统计

15、特性对测量系统进行分析，以评价测量系统的质量。分析，以评价测量系统的质量。测量系统的特性测量系统的特性“好的好的”测量系统的一些基本特性：测量系统的一些基本特性：具有足够的分辨力（具有足够的分辨力（discrimination）和灵敏度（和灵敏度（sensitivity）.测量系统应处于统计稳定状态：这意味着测量系统中的变差只能是测量系统应处于统计稳定状态：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.为了产品控制测量系统的变差（为了产品控制测量系统的变差（variability）必须小于规格限必

16、须小于规格限（specification limit)/公差值（公差值（tolerance）.为了过程控制，测量系统的变差要能证明其具有有效的分辨率为了过程控制，测量系统的变差要能证明其具有有效的分辨率/力力（effective resolution），），并且小于制造过程的变差。并且小于制造过程的变差。测量系统的特性测量系统的特性 测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，测量精度应高于过程变异和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度一般来说，测量精度是过程变异和公差带两者中精度较高者的十分之一（较高者的十分之一（10-110-1法则）。法则）。测量系统的统计特性可能随被被测项目的改变而变化。测量系统的统计特性可能随被被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变若真的如此，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。差和公差带两者中的较小者。测量系统分析MeasuringSystemAnalysis第三部分：测量系统分析的基本概念第三部分：测量系统分析的基本概念1)概述2)分析的时机3)分析的对象4)分析的