MSA通用测量系统指南

第章通用测量系统指南第一节引言、目的和术术语引 言测量数据的使用用比以前更频频繁、更广泛泛。例如，是是否调整制造造过程现在普普遍依据测量量数据来决定定。把测量数数据或由它们们计算出的一一些统计量，与与这一过程的的统计控制限限值相比较，如如果比较结果果表明这一过过程在统计控控制之外，那那么要做某种种调整，否则则，这一过程程就允许运行行而勿须调整整。测量数据的另外外一个用途是是确定两个或或多个变量之之间是否存在在某种显著关关系。例如，人人们可以推测测一模制塑料料件的关键尺尺寸与浇注材材料温度有关关系。这种可可能的关系可可通过采用所所谓回归分析析的统计方法法进行研究。即即比较关键尺尺寸的测量结结果与浇注材材料温度的测测量结果。探索象这类关系系的研究，是是戴明博士称称为以分析的的方法研究的的一些实例。通通常，分析研研究是增加对对于有关影响响过程的各种种原因的系统统的知识。各各种分析研究究是测量数据据的最重要应应用之一，因因为这些分析析研究最终导导致更好地理理解各种过程程。应用以数据为基基础的方法的的益处，很大大程度上决定定于所用测量量数据的质量量。如果测量量数据质量低低，则这种方方法的益处很很可能低，类类似地，如果果测量数据质质量高，这一一方法的益处处也很可能高高。为了确保应用测测量数据所得得到的益处大大于获得它们们所花的费用用，就必须把把注意力集中中在数据的质质量上。测量数据的质量量测量数据质量与与稳定条件下下运行的某一一测量系统得得到的多次测测量结果的统统计特性有关关。例如，假定用在在稳定条件下下运行的某测测量系统，得得到某一特性性的多次测量量结果。如果果这些测量数数据与这一特特性的标准值值都很“接近”，那么可以以说这些测量量数据的质量量“高”，类似地，如如果一些或全全部测量结果果“远离”标准值，那那么可以说这这些数据的质质量“低”。表征数据质量最最通用的统计计特性是偏倚倚和方差。所所谓偏倚的特特性，是指数数据相对标准准值的位置，而而所谓方差的的特性，是指指数据的分布布，但是，其其它的统计特特性如错误分分类率在某些些情况下也是是恰当的。低质量数据最普普通的原因之之一是数据变变差太大。例例如，测量某某容器内的流流体的容积，使使用的测量系系统可能对它它周围的环境境温度敏感，在在这种情况下下，数据的变变差可能由于于其体积的变变化或周围温温度的变化，使使得解释这些些数据更困难难。因此这一一测量系统是是不太合乎需需要的。一组测量的变差差大多是由于于测量系统和和它的环境之之间的交互作作用造成的。如如果这种交互互作用产生太太大的变差，那那么数据的质质量会很低，以以致这些数据据是无用的。例例如，一个具具有大量变差差的测量系统统，用来分析析一个制造过过程，可能是是不恰当的，因因为这一测量量系统的变差差，可能会掩掩盖制造过程程中的变差。管理一个测量系系统的许多工工作是监视和和控制变差。这这就是说，在在这些事情中中应着重于环环境对测量系系统的影响，以以获得高质量量的数据。绝大部分变差是是不希望有的的，但也有一一些重要的例例外。例如这这一变差是由由于被测量特特性的小变化化而引起的，一一般情况下这这一变差被认认为是有用的的。一个测量量系统对这种种变化越灵敏敏，这个系统统越是良好。因因为这一系统统是一个较敏敏感的测量系系统。如果数据的质量量是不可接受受的，则必须须改进，通常常是通过改进进测量系统来来完成，而不不是改进数据据本身。测量过程在本手册中，术术语“测量”定义为“赋值给具体体事物以表示示它们之间关关于特殊特性性的关系”。这个定义义由C. EEisenhhart（11963）首首次给出。赋值过程定义为为测量过程，而而赋予的值定定义为测量值值。从这些定义得出出，应将一种种测量过程看看成一个制造造过程，它产产生数字（数数据）作为输输出。这样看看待测量系统统是有用的。因因为它允许我我们接受那些些早已表明它它们在统计过过程控制领域域用途的所有有概念、原理理和工具。目 的本手册的目的是是介绍选择各各种方法来评评定测量系统统质量的指南南。尽管这些些指南足以通通用于任何测测量系统，但但它们主要用用于工业界的的测量系统。本本手册不打算算作为所有测测量系统分析析的概要，它它主要的焦点点是对每个零零件能重复读读数的测量系系统。许多分分析对于其它它形式的测量量系统也是很很有用的，并并且该手册的的确包含了参参考意见和建建议。尽管如如此，如果你你有这样的系系统，还是建建议你从适宜宜的统计资源源中寻求帮助助。术 语量具：任何用来来获得测量结结果的装置；经常用来特特指用在车间间的装置；包包括用来测量量合格不合合格的装置。测量系统：用来来对被测特性性赋值的操作作、程序、量量具、设备、软软件以及操作作人员的集合合；用来获得得测量结果的的整个过程。第二节测量系统的统计计特性理想的测量系统统在每次使用用时，应只产产生“正确”的测量结果果。每次测量量结果总应该该与一个标准准值（见戴明明，19866，281页页）相符。一一个能产生理理想测量结果果的测量系统统，应具有零零方差、零偏偏倚和对所测测的任何产品品错误分类为为零概率的统统计特性。遗憾的是，具有有这样理想的的统计特性的的测量系统几几乎不存在，因因此过程管理理者必须采用用具有不太理理想的统计特特性的测量系系统。一个测量系统的的质量经常仅仅仅用其测量量数据的统计计特性来确定定。其它特性性，如成本、使使用的容易程程度等对一个个测量系统总总体理想性的的贡献也很重重要。但是，确确定一个系统统质量的正是是其测得的数数据的统计特特性。应认识到，在某某一用途中最最重要的统计计特性在另一一种用途中不不一定是最重重要的特性。例例如，对一个个座标测量机机（CMM）的的一些应用，最最重要的统计计特性是“小”的偏倚和方方差。一个具具有这些特性性的CMM将将产生与证明明过的标准值值“很近”的测量结果果，该标准值值能追溯到国国家标准和技技术局（NIIST）。从从这样一台仪仪器所得到的的数据对分析析一个制造过过程可能是十十分有用的。但是，不管其偏偏倚和方差可可能如此“小”，在某些常常用条件下，同同一台CMMM机由于其错错误分类比率率太高而不能能在好产品和和坏产品间做做可接受的分分辨工作。因因此，在那些些常用条件下下，该CMMM机对分析制制造过程是可可接受的，与与此同时对做做最后项目检检查是不可接接受的。管理阶层有责任任识别对数据据最终使用最最重要的统计计特性。管理理阶层也有责责任确保用那那些特性作为为选择一个测测量系统的基基础。为了完完成这些，需需要有关统计计特性可操作作的定义，以以及测量它们们的可接受的的方法。尽管每一个测量量系统可能需需要有不同的的统计特性，但但有一些特性性是所有测量量系统必须共共有的，它们们包括：1）测量系统必必须处于统计计控制中，这这意味着测量量系统中的变变差只能是由由于普通原因因而不是由于于特殊原因造造成的。这可可称为统计稳稳定性，在第第二章的第11节和第2节节进行更详细细的讨论；2）测量系统的的变异必须比比制造过程的的变异小；3）变异应小于于公差带；4）测量精度应应高于过程变变异和公差带带两者中精度度较高者，一一般来说，测测量精度是过过程变异和公公差带两者中中精度较高者者的十分之一一；5）测量系统统统计特性可能能随被测项目目的改变而变变化。若真的的如此，则测测量系统最大大的（最坏）变变差应小于过过程变差和公公差带两者中中的较小者。第三节标 准背景国家标准和技术术局（NISST）在美国国是主要的标标准机构。作作为美国商务务部的一部分分，NISTT起着储备大大多数国家理理化测量标准准的作用。以以前称为国家家标准局（NNBS）的NNIST协调调与其它国家家的测量标准准，并编写和和分发测量及及标定程序。NIST的主要要服务之一是是把测量从它它的标准传递递到其它测量量系统。用来来传递测量的的程序称为“校准”程序。其旨旨意是使其它它测量系统与与NIST产产生的测量结结果相一致。传传递过程通常常包括一个传传递等级体系系。其中的每每一等级依赖赖于自己的标标准系统。在整个等级制中中最高级标准准为国家标准准，这个国家家标准通常为为NIST所所拥有，但是是在某些情况况下，可能由由象Los Alamoos科学试验验室这样的某某些其它机构构代表NISST掌握。测测量结果从国国家标准传递递到下一级标标准，称之为为第一级标准准。为使第一级标准准是合法的，测测量结果必须须由 NISST或一个经经认可的替代代机构仅用现现行最佳的校校准程序传递递到第一级标标准。一旦建立了第一一级标准，任任何机构如私私人公司、科科研机构或政政府机构，无无论什么目的的都可从NIIST得到它它。第一级标标准用来直接接连接拥有第第一级标准的的机构和NIIST的国家家标准。在某些情况下，第第一级标准常常用来校准其其它测量系统统。但是通常常第一级标准准对日常使用用来说太昂贵贵且易损坏。取取而代之，测测量结果从第第一级标准传传递到另一级级标准，称之之为第二级标标准。这种传传递可由任何何能利用第一一级标准的机机构完成。但但是，为使第第二级标准可可溯源，传递递必须用恰当当的校准程序序进行。第一级标准和第第二级标准经经常为私人公公司同时拥有有，因此它们们有时也被称称为公司标准准，公司标准准通常只由公公司的计量部部门而不是公公司的生产部部门保持和使使用。测量结果也可以以从第二级标标准传递到另另一级称为工工作标准的标标准。工作标标准通常用来来校准在生产产设备中建立立的测量系统统，工作标准准也称为生产产标准，并经经常由生产人人员而不是计计量部门保持持。通过应用连接标标准等级体系系的适当校准准程序，可返返回到NISST的测量标标准，称为可可溯源至NIIST。追溯溯性的另外一一个定义为国国防部使用的的“通过一个不不间断的比较较链把单个测测量结果与国国家标准或国国家接受的测测量系统相联联系的能力”（美国国防防部，军标445662）一般来说，越是是远离国家标标准的标准，该该标准就越是是耐其环境的的变化，因此此保持它也就就越便宜和容容易。但是，这这些优点通常常是以较低精精度为代价得得到的。一个机构没有自自己的计量部部门时就可以以选择利用外外面机构的设设备，这种机机构称为“校准试验室室”。标准的使用一般地，不使用用可溯源标准准来确定一套套测量系统的的准确度是困困难的。对于于完成破坏性性测量的测量量系统尤其困困难。对于许许多非破坏性性的测量系统统也是困难的的。幸运的是是，对于某些些系统，精度度不象重复性性那样重要。但但是对于那些些精度是重要要的系统，使使用可溯源标标准经常是正正确保证测量量系统在它预预期使用中有有足够精度的的唯一方法。可溯源标准的使使用特别有助助于减少有时时生产者和顾顾客之间的测测量结果不一一致时而产生生的矛盾。第四节通用指南评定一个测量系系统的第一步步是验证该系系统一直在测测量正确的变变量。如果一一直在测量错错误的变量，那那么无论该测测量系统多么么准确或精密密，都将是徒徒劳无益的。评定一个测量系系统的第二步步是确定该测测量系统必须须具有什么样样可接受的统统计特性。为为了作出上述述确定，知道道怎么使用数数据是重要的的。不了解这这一点是不能能够确定恰当当的统计特性性的，在已经经确定统计特特性之后，必必须评定该测测量系统实际际上是否具有有这一特性。测量系统的评定定通常分为两两个阶段，称称为第一阶段段和第二阶段段。在第一阶阶段，我们要要明白该测量量过程并确定定该测量系统统能否满足我我们的需要。第第一阶段试验验有两个目的的，第一个目目的是确定该该测量系统是是否具有所需需要的统计特特性。这类试试验应在这个个机构实际使使用该测量系系统之前进行行。如果试验验表明该测量量系统具有合合适的特性，那那么该系统被被称为在预期期的使用中具具有可接受的的质量，并且且该系统能够够被这个机构构所使用。另另一方面，如如果显示测量量系统不具备备正确的特性性，则这个机机构不应使用用它。一般地地，可能需要要几个单独的的试验来确定定一个测量系系统是否可接接受。第一阶段试验的的第二个目的的是发现哪种种环境因素对对测量系统有有显著影响。例例如，一个第第一阶段的试试验可能包括括几个不同水水平的环境因因素。环境温温度是这些因因素之一。如如果第一阶段段试验表明环环境温度对测测量的质量有有显著影响，那那么，该机构构可选择在大大气可控制的的环境下操作作该测量系统统，另一方面面，如果试验验表明周围环环境温度没有有明显的影响响，那么该测测量系统可放放心地在车间间里使用。第二阶段试验的的目的是验证证一个测量系系统一旦被认认为是可行的的，应持续具具有恰当的统统计特性。常常见的被称为为“量具R&RR”的这种研究究是第二阶段段试验的一种种形式。第二二阶段试验通通常作为该机机构正常校准准程序，维护护程序和计量量程序的一部部分日常工作作来完成，但但是也可以相相互独立地完完成，试验通通常在该机构构中完成。试验程序应完全全文件化。文文件应包括：示例；选择待测项目目和试验程序序应用环境的的规范。典型型地，这些规规范应是采用用试验统计设设计的形式；如何收集、记记录、分析数数据的详细说说明；关键术语和概概念可操作的的定义；如果程序需要要使用特殊标标准，例如从从NIST得得到的那些标标准，那么该该试验文件应应包括这些标标准的储存，维维护和使用的的说明。评定的时间，进进行评定的机机构职责，对对评定结果反反应的方式及及责任应由该该机构管理部部门明确授权权。第五节选择制定试验验程序“只要理解并遵遵守限制，则则任何技术都都可能是有用用的。”评价的逻辑W.E.戴明评价研究手册，第第一卷编者 Elmeer L，SStruenning和 Marciia Gutttentaag。有许多适当的方方法可用于评评定测量系统统。选择使用用哪种方法取取决于许多因因素，其中许许多因素必须须针对被评定定的每个测量量系统一件一一件地确定。在在某些情况下下，为确定一一个方法对一一个特殊的测测量系统是否否合适，需要要预先试验。这这种预先试验验应是上节讨讨论的第一阶阶段试验的整整个部分。当选择或制定一一个评定方法法时，一般应应考虑的问题题包括：1）试验中是否否应使用诸如如那些可溯源源至NISTT的标准？如如果是，什么么等级的标准准是合适的？标准经常是是评定一个测测量系统的准准确度所必须须的。如果不不使用标准，仍仍能评定该测测量系统的变变异性，但不不大可能按合合理的可信性性评定该系统统的准确度。缺缺乏这样的可可信性可能是是一个问题，例例如，试图解解决生产测量量系统和顾客客测量系统之之间明显的差差别就是如此此；2）对于第二阶阶段正在进行行的试验，应应考虑使用盲盲测。盲测是是指在实际测测量环境下，在在操作者事先先不知正在对对该测量系统统进行评定的的条件下，获获得的测量结结果，通过适适当的管理，根根据盲测得到到的试验结果果通常不受众众所周知的霍霍桑效应”所干扰；3）试验成本；4）试验所需要要的时间；5）任何其定义义没有被普遍遍接受的术语语应作出可操操作的定义。这这些术语如准准确度、精密密度、重复性性和再现性等等。6）是否由这个个测量系统取取得的测量结结果要与另外外一个测量系系统得到的测测量结果对比比？如果对比比，应考虑使使用依赖诸如如上面第一步步讨论的标准准试验方法。如如果不用标准准，仍有可能能确定两个测测量系统是否否可以同时正正常工作。然然而，如果两两个系统一起起工作不正常常，那么不用用标准，就不不可能确定哪哪个系统需要要改进；7）第二阶段试试验应每隔多多久进行一次次？这个问题题应由单个测测量系统的统统计特性及其其对该设备影影响和使用该该设备进行生生产的顾客来来决定，事实实上该生产过过程由于一个个测量系统没没有正常工作作而未受监控控；除了这些一般性性的问题外，其其它正在试验验的特殊测量量系统的特殊殊问题也可能能重要。发现现对特殊测量量系统重要的的具体问题是是第一阶段试试验的两个目目的之。第章测定测量系统的的程序第一节引 言第章中介绍的的程序广泛用用于整个汽车车工业，以评评价用于生产产环境中的测测量系统，特特别是这些程程序用于评定定下列统计特特性：重复性性、再现性、偏偏倚、稳定性性以及线性。总体说来，这些些程序有时被被称为“量具R&RR”程序。这是是因为它们常常常只是用来来评价再现性性和重复性这这两项统计特特性。通常，这这些方法便于于在生产环境境中使用，而而且，虽然他他们是统计学学方法，但非非统计学领域域的人同样可可以使用。但应指出，由于于试验方式的的原因，该程程序用于评价价量具和操作作者的最佳能能力好于评价价实际使用中中的整个测量量系统的统计计特性。这种种情况会发生生，例如：为为获得试验测测量结果就要要比生产中正正常使用该测测量系统更仔仔细。通常这这种情况不会会是一个问题题，可是如果果出现问题，那那么就应采用用其它的方法法，或者应改改进这里介绍绍的程序。在某些情况下，唯唯一需要的改改进也许是采采用标准的盲盲测，即试验验中使用测量量系统的方式式就象实际正正常使用期间间一样。这种种方式获得的的数据就可以以用来分析，以以评价整个测测量系统的再再现性和重复复性。但是，通通常评价整个个测量系统需需要的改进可可能是相当复复杂的，只应应由对统计理理论及实践相相当精通的人人来进行。本节介绍的程序序可解决许多多问题，但不不可能覆盖所所有的实际问问题。因为这这些程序集中中在重复性、再再现性、偏倚倚、稳定性和和线性这些统统计特性上，所所以它们对第第2阶段中进进行的大多数数试验及第ll阶段中进行行的部分试验验可能是合理理的选择方法法。但是，通通常由于这些些方法不允许许用来研究其其它要素的影影响，如温度度及光线等对对测量系统变变差的影响，也也许需要其它它统计方法完完成第1阶段段试验，用于于第l阶段试试验的可接受受的统计方法法很容易在常常用的统计文文献中查到。测量有关的问题题在评价一个测量量系统时需要要确定三个基基本问题。首首先，这种测测量系统有足足够的分辨力力吗？其次，这这种测量系统统在一定时间间内是否在统统计上保持一一致？第三，这这些统计性能能在预期范围围内是否一致致，并且用于于过程分析或或控制是否可可接受？对这些问题的确确定同过程的的变差联系起起来是很有意意义的。长期期存在的把测测量误差只作作为公差范围围百分率来报报告的传统，是是不能面临未未来重点在于于持续过程改改进的市场挑挑战。测量系统变差的的类型经常假定测量是是准确的，而而且分析及结结论也常常基基于这种假设设。一个人也也许没有意识识到测量系统统中存在着影影响单次测量量结果的变差差，它进而又又影响基于这这些数据的结结论。测量系系统误差可以以分成五种类类型：偏倚，重重复性，再现现性，稳定性性以及线性。测量系统研究的的目的之一是是获得测量系系统与环境交交互作用时，该该系统有关测测量变差量和和类型的信息息。这个信息息是有价值的的，因为对于于一般的生产产过程，确认认重复性和校校准偏倚，以以及为它们确确定合理的极极限，比提供供具有非常高高重复性的；特别准确的的量具更实际际。应用这种种研究可提供供：1）接受新测量量设备的准则则；2）一种测量设设备与另一种种的比较；3）评价怀疑有有缺陷的量具具的根据；4）维修前后测测量设备的比比较；5）计算过程变变差所需的方方法，以及生生产过程的可可接受性水平平；6）作出量具特特性曲线（GGPC）的必必要信息。GGPC指示接接受某一真值值零件的概率率。下列定义帮助描描述与测量系系统有关的误误差或变差类类型，以便在在其后的讨论论中清楚地理理解各个术语语，每种定义义都给出了一一个示意图，它它以图形显示示各个术语的的意思。偏倚是测量结果的观观测平均值与与基准值的差差值。基准值值，也称为可可接受的基准准值或标准值值，是充当测测量值的一个个一致认可的的基准，一个个基准值可以以通过采用更更高级别的测测量设备（例例如，计量实实验室或全尺尺寸检验设备备）进行多次次测量，取其其平均值来确确定。偏倚常被称为“准确度”。因为“accurracy”在字面上有有许多意思，用用它替代“偏倚”是不可取的的。图1 偏倚重复性重复性是由一个个评价人，采采用一种测量量仪器，多次次测量同一零零件的同一特特性时获得的的测量值变差差。图2 重复性性再现性再现性是由不同同的评价人，采采用相同的测测量仪器，测测量同一零件件的同一特性性时测量平均均值的变差。图3 再现性性稳定性稳定性（或飘移移），是测量量系统在某持持续时间内测测量同一基准准或零件的单单一特性时获获得的测量值值总变差。图4 稳定性性线性线性是在量具预预期的工作量量程内，偏倚倚值的差值。图5a 线性性图5b 线性性（变化的线线性偏倚）第二节测量系统的分析析对测量系统进行行分析的目的的应是为了更更好地了解变变差的来源，这这些来源可以以影响系统产产生的结果。这这种了解，可可使我们能定定量表示和传传递特定的测测量系统的局局限性（见第第1章第2节节）。象每个过程一样样，对用来描描述测量系统统变差的分布布可以赋予下下列特性：1）位置 稳定性； 偏倚； 线性。2）宽度或范围围 重复性； 再现性。除了讨论这些特特性外，本节节还将分析测测量系统的分分辨力及如何何定量表示零零件内变差对对整个测量系系统变差的影影响。尽管可采用数值值技术来确定定测量系统的的变差，但每每个分析还应应包括图形技技术的应用，在在对特定的测测量系统分析析中，最有效效的统计工具具取决于预期期的变差主要要来源。但在在对范围宽广广的各种测量量系统进行分分析时，还是是有许多适用用的技术。本本节将讨论这这些技术以及及包含在第四四节的执行指指南。这些技技术的最主要要假设是被测测零件或特性性不受测量改改变或破坏。测量系统的分辨辨力选择或分析测量量系统时，我我们关心的是是测量系统的的分辨能力，即即测量系统检检出并如实指指示被测特性性中极小变化化的能力也称为分辨辨率。由于经经济及物理上上的限制，测测量系统将不不能识别基本本过程分布中中所有零件具具有独立的或或不同的被测测特性。被测测特性将根据据测量值来分分为不同的数数据组。在同同一数据分级级中的所有零零件对于被测测特性来说具具有同一数值值。如果测量系统没没有足够的分分辨力，它可可能不是识别别过程变差或或定量表示单单个零件特性性值的合适系系统。如果情情况是这样，应应使用更好的的测量技术。如果不能测定出出过程的变差差，这种分辨辨力用于分析析是不可接受受的，如果不不能测定出特特殊原因的变变差，它用于于控制也是不不可接受的。（见见图6）控 制分 析只有下列条件才才可用于控制制： 与规范相比过过程变差较小小 对过程参数 预期过程变差差上的损失函函数很平缓 只能表明过程程是否正在产产生合格零件件 过程变差的主主要原因导致致均值偏移 依据过程分布布可用半计量量控制技术 一般来说对过过程参数及指指数的估计不不可接受 可产生不敏感感的计量控制制图 只提供粗劣的的估计 可用于计量控控制图 建议使用图6 不重叠叠的过程分布布的数据分级级对控制与分分析活动的影影响不可接受的分辨辨力可能会在在极差图中出出现。图7包包括从相同数数据中得出的的两组控制图图。控制图（aa）显示精确确至最接近的的千分之一英英寸的原始测测量值；控制制图（b）表表示这些数据据圆整至百分分之一英寸。控控制图（b）由由于人为的严严格限值好象象是失控的。零零极差与其说说是子组变差差的表示，不不如说是四舍舍五入的结果果。不适合的分辨力力可通过极差差图最好地显显示出来。尤尤其是，当极极差图显示可可能只有一、二二或三个极差差值在控制限限值内时，这这种测量正是是在分辨力木木足情况下进进行的。如果果极差图显示示可能4个极极差值在控制制限值内且超超过四分之一一以上的极差差为零，则该该测量也正是是在分辨力不不足情况下进进行的。回到图7，控制制图（b），我我们只看到可可能只有两个个极差值在控控制限值内（值值0.00和和0.01），因因此，上述规规则正确地识识别出失控的的原因是分辨辨力不足。当然这一问题可可以纠正，通通过提高测量量分辨率来改改变测出于组组内变差的能能力。如果相相对于过程变变差，可视分分辨率较小，测测量系统将具具有足够的分分辨力。因此此为得到足够够分辨力，建建议可视分辨辨率最多是总总过程的6（标准偏差差）的十分之之一，而不是是传统的规则则，即可视分分辨率最多为为公差范围的的十分之一。图7 过程控控制图稳定性研究与测量系统统相关的稳定定性问题时，尤尤其重要的是是区分两个稳稳定性。一个个是一般讲的的测量系统的的稳定性，即即对于其给定定零件或标准准零件随时间间变化系统偏偏倚中的总变变差量；另一一个是统计稳稳定性，这是是一个更常用用的术语，不不仅仅应用于于稳定性，而而且应用于重重复性、偏倚倚、一般过程程等。就是说说，重要的是是认识到可能能有两个测量量系统测量同同一标准零件件，两者都显显示统计稳定定性，然而一一个系统的偏偏倚随时间变变化可能明显显高于另一个个。从统计角角度来讲，他他们是“同样”地稳定。从从传统的测量量仪器稳定性性来讲，随时时间变化具有有较大偏倚变变化的系统被被认为没有较较低偏倚变化化的系统稳定定。虽然用数数量来表示这这些总的偏倚倚变化相当简简单，但直到到能证明这两两种测量系统统都达到统计计稳定性才这这样做，其原原因在下列几几段中讨论。过程（或系统）统统计稳定性，结结合专业知识识，允许我们们预测将来的的过程性能。如如果不了解一一个测量过程程控制状态的的数据，则只只有用重复性性，再现性等等的数字来描描述研究中可可得到的数据据。这些数字字对于将来的的性能没有任任何意义。在在不知测量系系统的稳定状状态时，评价价该系统的重重复性、再现现性可能弊大大于利。如果果分析的结果果是要采取措措施，则最后后结果可能是是测量系统的的变差由于干干预不当而增增加。然而，诸如以上上作为第l阶阶段试验所述述的那些情况况就出现了：不可能评定定测量系统在在各种条件下下的统计稳定定性时，必须须对测量系统统的可适用性性做出决定。这这种情况应视视为满足预先先确定的可操操作性规定的的方式来帮助助做决定。这这一结果不能能用于预测测测量系统的将将来性能。当谈到测量系统统统计稳定性性时，讨论的的主要问题常常常是系统处处于稳定的时时间长度。如如“短期稳定性性”及“长期稳定性性”这样的术语语有时被指明明作为测量系系统分析方法法的假设。尽尽管在分析任任何过程的统统计稳定性时时，时间是重重要因素，但但更重要的因因素是在稳定定性分析期间间内系统外部部的条件。因因此，没有专专业知识，不不可能确定用用于稳定性分分析的时间表表。如果测量系统在在预热期间漂漂移，通过采采用控制限评评价为统计不不稳定，则该该系统在预热热期间是统计计不稳定的。同同样地，随着着温度的改变变而波动的系系统在温度变变化期间可能能不是统计稳稳定的。测量量系统的损耗耗（损耗率取取决于零件设设计及损耗特特性）可能需需要数月时间间才表现出统统计不稳定性性。因腐蚀而而产生变化的的测量系统，不不使用期间可可能改变，但但一经清洗及及正常使用可可能是统计稳稳定的。应努力使测量系系统对所有产产生统计不稳稳定性的条件件不敏感，但但有时是不可可能和或不不经济的。当当评价测量系系统的统计稳稳定性时，必必须考虑到系系统使用寿命命期间会遇到到的预期环境境、使用者、零零件及方法。对对每一个测量量系统所有可可能的环境条条件，可能更更换的零件等等都进行检查查是不合理的的，所以很重重要的是，评评价测量系统统统计稳定性性之前，决定定并优先考虑虑哪种因素可可影响测量系系统并把研究究中高度优先先因素包括进进去。过程改改进工具如因因果图、过程程流程图和过过程模型，在在确定这些因因素中是有用用的。通过使用控制图图来确定统计计稳定性。控控制图可提供供方法来分离离影响所有测测量结果的原原因产生的变变差（普通原原因变差）和和特殊条件产产生的变差（特特殊原因变差差）。控制图图法可在质量量与统计过程程控制（SPPC）一书中中找到。需要要着重指出的的是，使用控控制图时，我我们不仅必须须注意落在控控制限以外的的点，还应注注意其他特殊殊原因信号如如趋势和中心心线附近的点点。在许多SSPC出版物物中有检测这这些信号的指指南。这些信信号的出现及及控制限外一一点或多点都都表明“失控”或不稳定状状态。研究测量系统稳稳定性的一个个方法是按常常规画出基准准或基准件重重复读数的平平均值和极差差。从这种分分析中可以确确定，例如，失失控信号是需需要校准测量量系统的标志志。没有失控控信号的校准准很可能增加加测量系统读读数的变差。还还有可能由于于基准或基准准件变脏而出出现失控信号号。无论哪种种情况，包含含在控制信号号内的信息的的解释取决于于对过程的了了解。用于测量系统控控制图的样本本容量及抽样样频率伪确定定也应依赖于于对测量系统统的了解。主主要考虑的还还是使用过程程中测量系统统所有的外部部条件。例如如，如果确信信使用者在使使用系统之前前提供足够的的预热时间，则则应预热后才才进行抽样。例例如，如果花花费10分钟钟测定基准或或基准件，在在测量中包含含液体滴定的的情况下，则则合理的样本本容量可以是是1。设计测量系统控控制图时必须须谨慎，以确确保基准或参参考基准值抽抽样时间不给给最后结果带带来偏倚。例例如，抽样只只在早晨校准准后进行，可可能不代表测测量系统所暴暴露的所有一一般条件。在在任一控制图图下，由于样样本容量及抽抽样频率中的的问题而可能能出现失控的的信号，所以以仔细计划控控制图技术很很重要。关于于控制图设计计的更多信息息可在有关SSPC出版物物中找到。没有必要计算测测量系统稳定定性数值。系系统的改进有有时用指数来来度量，但有有了控制图，系系统的改进可可在图上看出出来。改进的的一种形式可可能是从过程程中排除特殊殊原因，从而而形成稳定的的测量过程。进进一步的改进进可视为变窄窄了控制极限限，表明已经经缩减了系统统变差的一般般原因。对统统计过程控制制的理论的学学习及实践将将提高使用者者对控制图的的理解。稳定性示例一名领班决定监监视测量粘度度的测量系统统。他没有已已知粘度值的的标准，但他他保持着一个个标准样本。以以一周为基础础，他把样本本分为三个子子样，测定每每部分的粘度度，结果显示示在控制图上上。控制图（图8）显显示只有一个个样本落在控控制限外，但但7周后的平平均值显示缺缺少变化。这这位领班怀疑疑由于粘度用用三种不同定定时装置检查查，数据出现现分层。如果对这三个定定时装置的每每一个作出控控制图，可对对它们进行比比较。比较包包括分析每个个图的统计稳稳定性、平均均值的位置、，以及通过查看控制限值间的范围分布得出的变差。如果认为有必要继续使用这三种定时装置，改进可集中在使定时装置这些特性尽可能相似。由于在R（或SS）图表中没没有失去控制制的信号，通通过估计测量量过程随时间间的变差（量量具稳定性），我我们可以定量量表示过程的的稳定性。给给定测量过程程标准偏差估估计为。这可可与过程标准准偏差进行比比较（或与方方差比较）来来确定测量系系统的稳定性性是否适于应应用。几点附加说明：1）如果使用控制图，则则可计算并相相应地确定控控制限值。（CC4可在控制图图文献中查出出）；2）R（s）图图中的失控状状态表明不稳稳定的重复性性（也许什么么东西松动、气气路部分阻塞塞电压变化等等）；3）图中失控表表明测量系统统不再正确地地测量（偏倚倚已经改变）。努努力确定改变变的原因，然然后纠正。如如果原因是磨磨损，则可能能要重新校准准；4）可以希望备备有对应于预预期测量结果果的下端、上上端和中间值值的基准件或或基准的测量量系统控制图图。图8 计量值值控制图（ 和 R）偏倚为了在过程范围围内指定的位位置确定测量量系统的偏倚倚，得到一个个零件可接受受的基准值是是必要的。通通常可在工具具室或全尺寸寸检验设备上上完成。基准准值从这些读读数中获得，然然后这些读数数要与量具RR&R研究中中的评价人的的观察平均值值（定为，）进行比较较。如果不可能按这这种方法对所所有样件进行行测量，可采采用下列替代代的方法：1）在工具室或或全尺寸检验验设备上对一一个基准件进进行精密测量量；2）让一位评价价人用正被评评价的量具测测量同一零件件至少10次次；3）计算读数的的平均值。基基准值与平均均值之间的差差值表示测量量系统的偏倚倚（见线性一一节）。如果需要一个指指数，把偏倚倚乘以1000再除以过程程变差（或公公差），就把把偏倚转化为为过程变差（或或公差）的百百分比。如果偏倚相对比比较大，查看看这些可能的的原因：1）基准的误差差；2）磨损的零件件；3）制造的仪器器尺寸不对；4）仪器测量了了错误的特性性；5）仪器校准不不当；6）评价人员使使用仪器不当当。偏倚示例偏倚由基准值与与测量观测平平均值之间的的差值确定。为为此，一位评评价人对一个个样件测量110次。100次测量值如如下所示。由由全尺寸检验验设备确定的的基准值为00.80mmm，该零件的的过程变差为为0.70mmm。X1=0.755 XX6=0.80X2=0.755 XX7=0.75X3=0.800 XX8=0.75X4=0.800 XX9=0.75X5=0.655 XX10=0.70观测平均值为测测量结果总和和除以10如图9所示，偏偏倚是基准值值与观察平均均值间的差值值。图9 偏倚示示例偏倚观察平均均值基准值值偏倚0.7550.8000.05偏倚占过程变差差的百分比计计算如下：偏倚1000偏倚过程变差差偏倚10000.050.7077.1偏倚占公差百分分比采用同样样方法计算，式式中用公差代代替过程变差差。因此，在量具RR&R研究中中使用的厚度度仪的偏倚为为-0.055mm。这意意味着测量观观测值平均比比基准值小00.05mmm，是过程变变差的7.11。重复性测量过程的重复复性意味着测测量系统自身身的变异是一一致的。由于于仪器自身以以及零件在仪仪器中位置变变化导致的测测量变差是重重复性误差的的两个一般原原因。由于子子组重复测量量的极差代表表了这两种变变差，极差图图将显示测量量过程的一致致性。如果极极差图失控，通通常测量过程程的一致性有有问题。应调调查识别为失失控的点的不不一致性原因因加以纠正。唯唯一的例外是是前面讨论过过的当测量系系统分辨力不不足时出现的的情况。如果极差图受控控，则仪器变变差及测量过过程在研究期期间是一致的的。重复性标标准偏差或仪仪器变差（e）的估计为为，式中为重复复测量的平均均极差。仪器器变差或重复复性（假定为为两次重复测测量，评价人人数乘以零件件数量大于115）将为55.15或44.65，代代表正态分布布测量结果的的99。DD2*等于l.128，可可从表2中查查出。重复性示例从生产过程中选选取5件样品品。选择两名名经常进行该该测量的评价价人参与研究究。每一位评评价人对每个个零件测量三三次，测量结结果记录在数数据表格上（见见表1）。评价人1评价人2零件试验1234512345121722021721421621621621621622022162162162122192192162152122203216218216212220220220216212220均值216.3218.0216.3212.7218.3216.3218.3217.3215.7213.3220.0216.9极差1.04.01.02.04.04.04.01.04.00.0表1 数据表表通过计算每个子子组的均值（）及极差（R）来分析数据。极差值标绘在极差控制图上（见图10）并计算平均极差（）。根据试验次数（3）得出的D3及D4因子（见表3）用来计算极差图的控制限值。画出控制限值来确定所有数值是否受控。如同这里显示的如果所有极差都受控，则所有评价人看起来“相同”。如果一名评价人失控，那么他的方法与其他人的不同。如果所有评价人都有一些失控的极差，则测量系统对评价人的技术是敏感的，需要改进以获得有用数据。图10 重复复性极差控制制图25/102.5R图控制限： D30.0000 DD42.5775（见表33）UCLRDD42.52.57556.4LCLRDD30.0000重复性或量具变变差的估计：e1.45式中d2*从表表2中查得，它它是依赖于试试验次数（mm3）及零零件数量乘以以评价人数量量（g5210）。本次研究得出的的重复性计算算为5.155e5.155l.457.5，式中55.15代表表正态分布的的99测量量结果。m2345678910111213141511.411.912.242.482.672.832.963.083.183.273.353.423.493.5521.281.812.152.402.602.772.913.023.133.223.303.383.453.5131.231.772.122.382.582.752.893.013.113.213.293.373.433.5041.211.752.112.372.572.742.883.003.103.203.283.363.433.4951.191.742.102.362.562.732.872.993.103.193.283.353.423.4961.181.732.092.352.562.732.872.993.103.193.273.353.423.4971.171.732.092.352.552.722.872.993.103.193.273.353.423.48g81.171.722.082.352.552.722.872.983.093.193.273.353.423.4891.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.353.423.48101.161.722.082.342.552.722.862.983.093.183.273.343.423.48111.161.712.082.342.552.722.862.983.093.183.273.343.413.48121.151.712.072.342.552.722.852.983.093.183.273.343.413.48131.151.712.072.342.552.712.852.983.093.183.273.343.413.48141.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.273.343.413.48151.151.712.072.342.542.712.852.983.083.183.263.343.413.48151.1282.0592.5342.8473.0783.2583.4071.6932.3262.7042.9073.1733.3363.472表2 平均极极差分布的dd2*值（d2*值 g15）的的子组内观察次数A2D3D421.88003.26731.02302.57540.72902.28250.57702.11560.48302.00470.4190.0761.92480.3730.1361.86490.3370.1841.816100.3080.2231.777110.2850.2561.744120.2660.2841.716130.2490.3081.692140.2350.3291.671150.2230.3481.652表3控制图常数数再现性测量过程的再现现性表明评价价人的变异性性是一致的。考考虑评价人变变异性的一种种方法是认为为变异性代表表每位评价人人造成的递增增偏倚。如果果这种偏倚或或评价人的变变异性真正存存在，每位评评价人的所有有平均值将会会不同，这可可以通过比较较评价人对每每个零件的平平均值，在均均值控制图上上看出。评价人的变异性性或再现性可可通过确定每每一评价人所所有平均值，然然后从评价人人最大平均值值减去最小的的得到极差（RR0）来估计。再再现性的标准准偏差（0）估计为。再再现性（假定定2名评价人人）为5.115或3.665R。代表表正态分布测测量结果的999，等于于1.41（见见表2）。再现性示例根据表l所示数数据，通过平平均每位评价价人获得的所所有样品值来来计算各位评评价人平均值值，确定评价价人平均值的的极差（R00）由最大减减去最小值得得出。R0216.9-2166.30.6估计的评价人标标准偏差0.4式中从表2查出出，它取决于于评价人的人人数（m22）和g，这这里g为1，因因为只有1个个极差计算。再现性5.1152.22由于量具变差影影响了该估计计值，必须通通过减去重复复性部分来校校正。校正过的再现性性1.0式中：n零件件数量，r试验次数。校正的评价人标标准偏差 00.19零件间变差在均值控制图中中可看出零件件间的变差。对对每一位评价价人来说，子子组平均值反反映出零件间间的差异。由由于零件平均均值的控制限限值以重复性性误差为基础础，而不是零零件间的变差差，所以许多多子组的平均均值在限值以以外。如果没没有一个子组组平均值在这这些限值之外外，则零件间间变差隐蔽在在重复性中，测测量变差支配配着过程变差差如果这些零零件用来代表表过程变差，则则此测量系统统用于分析过过程是不可接接受的。相反地，如果越越多的平均值值落在限值之之外，并且评评价人一致同同意哪些零件件与总平均值值不相同，则则该测量越有有用。如果大大多数零件平平均值落在限限值外，且评评价人一致同同意哪些零件件平均值落在在控制限值之之外，那么一一般认为测量量系统是适当当的。因此，图表明测量系统测量零件的相对能力。在某些情况下，这种评价足够用来确定测量系统是否合适。一旦测量过程是是一致的（极极差图受控），而而且可检测出出零件间变差差（均值图的的大部分点在在控制限值外外），那么可可确定测量系系统占过程变变差的百分比比。测量系统统标准偏差（m）估计为m式中e为量具具标准偏差，0为评价人标准偏差。零件间标准偏差差可由测量系系统研究的数数据或独立的的过程能力研研究确定。如如果采用测量量系统研究，则则零件标准偏偏差（P）的估计是是通过确定每每一零件平均均值，然后找找出样品平均均值极差（RRP）。零件间间标准偏差（P）估计为。零件间变差（假定5个零件）将为5.15或2.08RP，代表正态分布的99测量结果，（见表2）等于2.48。与测量系统的再再现性与重复复性相关的过过程变差百分分比一般称为为R&R，由100来估估计，式中t为总过程变变差标准偏差差。通过测量量研究计算得得出的t称为研究变变差标准偏差差，由t计算得出。如果t由独立立的过程能力力研究决定，那那么过程标准准偏差自身也也将用来确定定R&R。P也可由过程程能力研究确确定为：p与测量系统重复复性及再现性性相关的公差差的百分比估估计为5.115100。产品尺寸的分级级（数据分级级）数（可由由图6中数据据可靠地得到到），可以根根据1.41或或1.41（PPVR&RR）确定。如果数据分级数数量少于2个个，测量系统统用于控制过过程没有任何何意义。它全全是干扰，不不能说一个零零件不同于另另一个。如果数据分级数数为2，则数数据可分为高高和低两组，这这与计数型数数据等同。对于过程分析来来说，数据分分级数必须为为5个，最好好更多，这样样测量系统才才是可接受的的。因此，公差百分分率，过程变变差百分率，数数据分级数是是估计测量系系统可接受性性的不同量度度。零件间变差示例例根据表1所示数数据，在均值值图上对各位位评价人以相相同的零件号号