量具测量值重复性与再现性的评定

量具测量值重复性与再现性的评定一、 相关概念 1、重复性：传统上把重复性看作“评价人内变异性”。重复性是指由一个评价人，用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量变差。它是设备本身固有的变差和性能，通常指设备变差，尽管这样容易使人误解。但事实上，重复性是在确定的测量条件下连续试验得到的普通原因（随机变差）变差。当测量环境固定和已定义时，即确定了固定的零件、仪器、标准、方法、操作者、环境和假设条件时，对于重复性最佳的术语是系统内部变差。除了设备内部变差以外，重复性也包括在特定测量误差模型下任何情况下的内部变差。2、再现性：传统上把再现性看作“评价人之间”的变异。再现性通常定义为由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。手动仪器受操作者技术影响常常是实际情况，然而，在测量过程（即自动操作系统）中操作者就不是主要的变差源了。由于这个原因，为此，再现性被看作是测量系统之间或测量条件之间的平均变差。二、 数据来源本案例数据节选自深圳市佳宝隆科技有限公司重复性与再现性分析报告，为避免重复，笔者采取了其中的前两次测定，结果如下：操作者测量序号12345678910A131.99 31.98 31.98 31.99 31.99 31.98 31.99 31.98 31.99 31.99 232.00 31.99 31.99 32.00 31.98 31.99 32.00 31.99 31.99 32.00 B132.00 31.99 31.99 31.99 31.99 31.98 31.99 31.98 31.99 31.99 231.99 31.99 31.99 32.00 31.99 31.99 32.00 31.99 31.99 32.00 C131.99 31.99 31.99 31.99 31.99 31.98 31.99 31.98 31.99 31.99 232.00 31.99 31.99 32.00 31.98 31.99 32.00 31.99 31.99 32.00 在该实验中，n=10,k=3,m=2。完成测量任务后应有60个数据，下面将对这些数据进行分析。三、 测量系统评定1、 均值极差法（1） 软件操作：统计-质量工具-量具研究-量具R&R（交叉）研究（2） 运用minitab软件绘制均值控制图与极差控制图结果：（3） 结果分析从均值控制图中我们可以看到，30个均值点中有13个处在控制界限外面，达到了65%，大于50&，而从极差控制图中我们可以看到其是受控的，所以我们认为实验中的重复测量数据能用来做出零件间的标准差的估计，同时也说明该测量系统都能够很好的反应零件的区别。2、 均值折线图（1） 判别规则若K条均值折线平行或近似平行，则可以认为操作者与零件之间没有交互作用。若K条均值折线相互交叉，我们就认为有交互作用，且交互出现得越频繁，其交互作用越大。（2） 软件操作结果（3） 结果分析从图中我可以看出，三条直线之间出现交叉较少，除开始外其余为平行，因此我们可以认为操作者与零件之间没有交互作用，但定论还需看方差分析的结果。3、 平方和分解与方差分析通过minitab软件可以得出方差分析表如下图所示：来源自由度SSMSFP量具90.00072670.000080710.13950.000测量人员20.00002330.00001171.46510.257量具*测量人员180.00014330.00000800.18381.000重复性300.00130000.0000433合计590.0021933在对交相互作用做统计检验时，为了减少错误做出没有交互作用的结论的风险，常选择一个较高的显著性水平，如0.25,再用量具误差去检验交互作用。通过P值与0.25的对比，发现测量人员略大于0.25，量具*测量人员远大于0.25,因此我们认为在此次测量中操作人员和量具间的交互作用可以忽略。为更好的说明问题，我们采用均值极差法对测量系统的重复性和再现性进行研究。从上图中我们可以看出三个操作员的总均值基本在一条水平线上，操作员B的稍微高于其余两位操作人员，基本上可以认为三者测量水平相当。从上图中我们可以看出，测量对象之间的差异比较大。从上图中我们可以看出，不见之间的差异还是存在的，再现性为0，重复性远大于再现性的变差，但是从图中我们不能得出各部分变差的准确数值，因此有必要通过变差的发差分析来考察结果。变差方差分析表如下：表2 变差方差分析表来源方差分量方差分量贡献率合计量具R&R0.000030178.07 重复性0.000030178.07 再现性0.00000000.00 测量人员0.00000000.00部件间0.000008421.93合计变异0.0000385100.00表3 变差方差分析表来源标准差(SD)研究变异(6*SD)%研究变异(%SV)合计量具R&R0.00548360.032901488.36 重复性0.00548360.032901488.36 再现性0.00000000.00000000.00 测量人员0.00000000.00000000.00部件间0.00290610.017436446.83合计变异0.00620600.0372361100.00 由变差的方差分析表我们可以看出：（1） 来自合计量具的贡献比（78.07）大于部件间的贡献百分比（21.93）.因此，我们可以得出大部分变异来自于部件的差异而部件间的差异。（2） %R&R=88.36，%EV=88.36，%AV=0，%PV=46.83。（3） 可区分类别数中的为5=5，说明测量系统间部件间差异可以区分。（4） 测量系统的再现性为0，说明操作人员间的变异波动为0，操作人员的操作一致性很好，同时也说明操作员和零件之间没有交互作用。另外，测量系统的重复性为88.36%，相对于再现性变差较大，说明量具的结构需要再设计增强，量具的夹紧或者零件定位的方式需要加以改善，量具应加以包养。4、 重复性和再现性的判定量具的重复性和再现性的可接受准则：1)低于10%的误差：测量系统可接受；2)10%至30%的误差：根据应用的重要性，量具成本，维修的费用等可能是可接受的；3) 大于30%的误差：测量系统需要改进；4) 区别分类数不小于5，测量系统可接受。该实验中，%R&R=88.36，远大于30%，说明该测量系统急需改进。