测量系统重复性再现性学习

——盈飞无限高级应用工程师、技术支持Rick Sloop 来源：美国质量杂志（《Quality Magazine》）

对于过程控制系统来说,量具的可重复性及再现性（以下称量具R&R）研究十分重要。下面就学习下如何正确的实施研究并解释结果。

任何一个真正称得上专业人士的质量人都深知：R&R研究报告是成功实施过程控制系统的关键部分。但是令人吃惊的是，很多人却不知道如何正确地进行可重复性及可重现性研究，也不知该如何解释研究结果。

质量专业人士知道，测量产品对满足客户公差要求至关重要。此外，测量产品对于统计过程控制系统的必要性——统计过程控制系统的价值在于改进制造过程本身。但他们容易忽视：只有测量系统本身完善且准确，数据才有价值。

量具 R&R研究目的不仅在于告诉评价人测量系统是否能实现其应实现的用途，还揭示测量系统的哪一部分引起的测量波动最大，从而帮助评价人有计划地改进系统。 测量系统中的波动主要来自于三个方面：产品本身、实施测量的人员，以及用于测量的设备。量具研究的意义之一就是揭示这三个因素分别对波动所产生的影响。如果测量系统够完善，那么大部分波动应该来自产品本身。而如果波动绝大部分是由评价人或测量设备造成的，那么这个系统可能就不合适了。 实施研究

量具研究包括数个零件，多个评价人重复测量这些零件。虽然零件和评价人的数量可变，但是大多数研究需使用10个零件，3个评价人来对每个零件至少测三次。

重复的测量叫作试验。测量完成后的计算结果将决定评价人之间，零件之间和跨试验的波动水平。这里没有必要讲解实际计算方法，因为有很多软件和模板可以帮助评价人计算。因此我们应更关注于如何开展合理的研究及如何解释结果。

选择零件样本也许是实施一次成功研究的最重要的步骤——同时也是最易误解的地方。用于量具研究的零件样本应该能反映生产过程的真实波动。在我们实施研究中往往多建议选择尽可能相似的样本，甚至一些量具研究的指导书规定样本必须来自同一批。但事实上，这是错误的。

实际上，如果使用不能代表过程波动的产品，量具研究结果将毫无价值。如有必要，评价人甚至需要从一个时期（几天，几周）的产品中取样，以确保样本代表真实的过程。请牢记，这里评估的是测量系统，而不是产品。

现在就让我们开始测量吧。以下是一些测量过程的指南： 1. 评价人应该共用经过校准的同一套量具或测量系统。

2. 应该使用5个或更多的能代表过程波动范围的样本。不要使用一个零件，或几个波动很小的零件。

3. 如果可能的话，应该以随机顺序测量样本。 4.每个评价人至少要实施两次实验或测量。

评估量具研究

我们仔细研究以下用于评估量具研究的各种报告。 TV 报告

总变差（TV）报告分析的是量具研究的数据占总变差的百分比。报告分为设备变差、评价人变差、零件变差和量具R&R4部分

设备变差（EV）是指设备或测量仪器的重复性。在TV图表中，EV表示设备变差占系统总变差的百分比。如图一，设备变差占系统总变差的17.6%。此例中的结果比较低，当EV大于30%时，此数据告诉评价人使用的测量设备存在问题，必须解决。此量具可能需要维修，或者是测量过程中固定零件的夹具出了问题。

如图一总变差（TV）报告分析的是量具研究的数据占总变差的百分比。报告分为几个部分，分别代表设备变差，评价人变差，零件变差和量具R&R 。

评价人变差(AV)是指系统的再现性。同样在TV图表中，AV表示占系统总变差的百分比。大于30%表明评价人之间有很大差异。原因可能是评价人没有按照正确的测量程序操作，或没有参加相应的培训，或接受了不同方式的培训。

零件变差(PV)是指用于量具研究的产品或零件的变差。在此例中，PV% 等于96.4%。在一个完善的系统中这一百分比应该高，零件应该能真实代表过程变差的范围。如果PV%低于30%，选择的零件就没有代表过程的总变差。

量具可重复性及再现性（GR&R）既揭示了设备变差，也揭示了评价人变差。TV报告中的GR&R%是GR&R占测量系统总变差的百分比。图一中，GR&R%为26.7%。这表明总变差中有26.7%是由测量系统本身造成的。根据GR&R的经验法则，当量具研究结果为10%或低于10%时，此测量系统是可接受的。因此，图一中的大部分变差来自测量系统而不是零件。 如果GR&R低于30%，测量系统可能是可接受的，但应有改进系统的计划，复审系统。如果GR&R高于30%，则表明必须改进系统，因为评价人变差和设备变差占系统变差的30%以上。

决定量具研究是否有效地另一关键计算值是分级数（NDC）。NDC是计算产品波动范围97%的置信区间内的等级数。换句话说，分级数等于零件变差除以GR&R再乘以一个系数。NDC等于5或大于5时量具研究才能认为是有效的。

正如前面讨论的，在量具研究时一个常见的问题是零件变差不能代表期望的过程变差。如果零件变差太小，那么NDC将小于5，量具研究无效。这种情况下，评价人可以重新抽样以获得能代表整个过程变差范围的零件样本。不要忘记评估零件变差和量具R&R。如果量具R&R本身很大，那么NDC也会很小。当这种情况发生时，问题就可能就出在AV,EV或测量系统本身。

在评估TV报告的结果时，请记住这些结果的计算只是对应于过程变差。在图一中，GR&R%是总变差的26.7%。TV报告揭示了测量系统的哪个部分需要改进，它并没有揭示系统在实际零件总容差中的表现，您必须通过总容差报告来了解这一点。

TT 报告

总容差（TT）报告分析的是量具研究的数据占用于评估的零件容差的百分比，虽然报告中的分析种类一样（EV%, AV%, GR&R% 和 PV%），但是结果表示的是占零件容差的百分比。如果系统评估有具体的目的，那么总容差报告将会揭示测量系统能否满足要求。 如果量具研究的结果是用来决定一个测量系统用于某一特定目的是否合适，那么研究结果应以容差百分比表示，应该使用总容差报告。

均值极差报告

均值极差报告不仅包括测量值和计算结果，还有一张描述评价人结果的图表。如图二，在分析是培训的问题还是方法的问题时，此图很有用。

不能把这里的均值极差图当控制图看。因为这里的数据不是按照时间序列描点的，而是按照样本号描点的。与评价人对应，描点代表样本的均值和样本极差。在这个例子中，所有评价人对于10个样本零件的测量均值都很相似；但是，第二个评价人，Justin Thom，的波动很大。下一步我们需要做的是调查Justin是否按照正确的程序操作，是否接受了适当的培训。

对于专业质量人员，理解如何正确地进行量具R&R研究以及如何分析研究结果是一项关键技能。更多详细信息，请参考2002年第三版的《AIAG's Measurement Systems Analysis》以及《Evaluating the Measurement Process》Wheeler and Lyday, 1984。 技术窍门 测量过程指南：

1. 评价人应该共用经过校准的同一套量具或测量系统。

2. 应该使用5个或更多的能代表过程波动范围的样本。不要仅使用一个零件，或使用几个波动很小的零件。

3. 如果可能的话，应该以随机顺序测量样本。

4. 每个评价人至少要实施两次实验或测量。

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