測量系統(tǒng)分析及其在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中的應(yīng)用
摘要：汽車產(chǎn)品的質(zhì)量通過測量來保證，測量的有效性通過數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，測量系統(tǒng)分析可以用來保證測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性，從而實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品質(zhì)量管理的成功。學(xué)習(xí)了測量系統(tǒng)分析有關(guān)的理論知識(shí)，了解了有關(guān)測量系統(tǒng)分析有關(guān)的實(shí)踐方法，并對(duì)生產(chǎn)線上的測量設(shè)備進(jìn)行了學(xué)習(xí)和操作，實(shí)際動(dòng)手操作設(shè)備并進(jìn)行了測量系統(tǒng)的完整分析。通過學(xué)習(xí)測量系統(tǒng)分析的有關(guān)理論知識(shí)，了解了測量系統(tǒng)有計(jì)量型測量系統(tǒng)、計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)、破壞型測量系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)于統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)也有了一定的認(rèn)識(shí)；通過了解測量系統(tǒng)分析有關(guān)的實(shí)踐方法，掌握了測量系統(tǒng)分析的數(shù)據(jù)分析法和基于Minitab的圖像分析法；通過對(duì)生產(chǎn)線上的設(shè)備的測量系統(tǒng)分析，能夠?qū)y量系統(tǒng)進(jìn)行完整的分析，同時(shí)對(duì)于不合適的測量系統(tǒng)，通過與相關(guān)部門的溝通，采取了相應(yīng)的措施，從而保證了測量系統(tǒng)的有效性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而能很好的控制生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量；測量系統(tǒng)分析；Minitab；計(jì)量；

Analysis of Measurement System and Its Application in Engine Production

HUANG Shuo

(Dongfeng Comuercial Vehicle Co.,Ltd.,Shiyan hubei,442001)

Abstract：By measuring the quality of automotive products to ensure, by means of measuring the effectiveness of the data to achieve, measurement system analysis of measurement data can be used to ensure the authenticity, validity, in order to achieve the success of automotive product quality management. Learning the measurement system analysis relevant theoretical knowledge, learned about the practice of measurement systems analysis methods, and production line equipment for the measurement of learning and operation, the actual hands-on equipment and carried out a complete analysis of the measurement system. Through the study of the theory of measurement systems analysis knowledge and understanding of the measurement system has metrological measurement system, counting type measuring systems with destructive measurement system, while there is a degree of knowledge for statistical knowledge; By understanding the measurement system analysis related practices , control of the measuring system and the analysis of the data analysis method based on image analysis Minitab; through the production line equipment measurement system analysis, the measurement system can be a complete analysis, while for inappropriate measurement system with the relevant departments communication, to take the appropriate measures to ensure the effectiveness of the measurement system, improve product quality measurement accuracy of the data, which can be well controlled production quality.

Keywords: quality; measurement system analysis; Minitab;measuring； 

1測量系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

1.1測量系統(tǒng)概念和分類

測量系統(tǒng)是指對(duì)測量單元進(jìn)行量化或?qū)Ρ粶y特性進(jìn)行評(píng)估時(shí)，所使用的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)裝置、操作、方法、工裝夾具、測試軟件、人員、環(huán)境等因素的集合，也就是用來獲得測量結(jié)果的整個(gè)過程。

測量系統(tǒng)分析是用來評(píng)估測量系統(tǒng)質(zhì)量的。如圖1所示。

圖1 測量系統(tǒng)圖

理想的測量系統(tǒng)應(yīng)該只存在測量對(duì)象本身的差異，而測量儀器、測量人員及重復(fù)測量所帶來的誤差均為零，即不存在測量誤差，這時(shí)的測量值完全代表真值，這是我們最希望的。但實(shí)際上這種情況并不存在，任何一個(gè)測量過程中都存在輸入、過程變量、輸出。在這一過程中，輸入為被測對(duì)象，過程變量有參考標(biāo)準(zhǔn)裝置、測量者、測量方法和測量設(shè)備、環(huán)境等。這些變量對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生綜合的影響，累計(jì)形成了測量誤差。測量數(shù)據(jù)的誤差是由被測量對(duì)象的實(shí)際誤差和測量系統(tǒng)誤差兩部分組成。在測量系統(tǒng)分析中，通常主要對(duì)測量人員、測量對(duì)象和交互作用誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和判別。

測量系統(tǒng)分析可分為三類：計(jì)量型測量系統(tǒng)、計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)、破壞型測量系統(tǒng)。

1.2測量系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語

測量：定義為賦值（或數(shù)）給具體事物以表示它們之間關(guān)于特定性的關(guān)系。賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。

量具：任何用來獲得測量結(jié)果的裝置，經(jīng)常用來特指用在車間的裝置；包括通過/不通過裝置。

測量系統(tǒng)：是用來對(duì)被測特性定量測量或定性評(píng)價(jià)的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、方法、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)的集合；用來獲得測量結(jié)果的整個(gè)過程。

變差：是過程的單獨(dú)輸出之間的必然差別。

標(biāo)準(zhǔn)差：是過程輸出分布的測量或是來自于過程的抽樣統(tǒng)計(jì)分布（如：子組均值），由表示，或字母（對(duì)樣本標(biāo)準(zhǔn)差）。

測量系統(tǒng)誤差：是由量具的偏移，重復(fù)性，再現(xiàn)性，穩(wěn)定性和線性組合而成的變差。

測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量：取決于從處于穩(wěn)定條件下進(jìn)行操作的測量系統(tǒng)中，多次測量的統(tǒng)計(jì)特性。

準(zhǔn)確度：量測實(shí)際值與工件真值間的差異，是指數(shù)據(jù)相對(duì)基準(zhǔn)值的位置。

精密度：利用同一量具，重復(fù)量測相同工件同一質(zhì)量特性，所得數(shù)據(jù)之變異性，是指數(shù)據(jù)的分布。

2測量系統(tǒng)分析結(jié)論對(duì)產(chǎn)品和過程決策的影響

2.1對(duì)產(chǎn)品決策的影響

圖2 產(chǎn)品決策影響圖

根據(jù)測量系統(tǒng)分析的結(jié)果，與產(chǎn)品的規(guī)格界限進(jìn)行比較，從而對(duì)產(chǎn)品的可接受性判定，由于在測量系統(tǒng)分析時(shí)，測量數(shù)據(jù)覆蓋了產(chǎn)品的規(guī)格界限，這時(shí)測量系統(tǒng)分析對(duì)產(chǎn)品決策可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的決策結(jié)論，其錯(cuò)誤如下：Ⅰ型錯(cuò)誤：生產(chǎn)者風(fēng)險(xiǎn)誤發(fā)警報(bào)，好零件有時(shí)會(huì)被判為壞的；Ⅱ型錯(cuò)誤：消費(fèi)者風(fēng)險(xiǎn)或漏發(fā)警報(bào)，壞零件有時(shí)會(huì)被判為好的。由于測量系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差，將產(chǎn)品可劃分為3個(gè)區(qū)域，如圖3-1，即接收域、拒收域、模糊域，為了提高產(chǎn)品接受決策的準(zhǔn)確性，從以下兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)作出改進(jìn)：1改進(jìn)生產(chǎn)區(qū)域：減少過程變差，沒有零件產(chǎn)生在2區(qū)；2改進(jìn)測量系統(tǒng)：減少測量系統(tǒng)誤差從而減小2區(qū)域的面積。

2.2對(duì)過程決策的影響

①普通原因報(bào)告為特殊原因

②特殊原因報(bào)告為普通原因

測量系統(tǒng)變異性可能影響過程的穩(wěn)定性、目標(biāo)以及變差的決定

3曲軸測量機(jī)測量系統(tǒng)分析（GRR法）

本文針對(duì)東風(fēng)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上的檢測設(shè)備進(jìn)行了測量系統(tǒng)分析，對(duì)曲軸OP30序的檢測設(shè)備進(jìn)行了測量系統(tǒng)分析。

曲軸承受連桿傳來的力，并由此造成繞其本身軸線的力矩，并對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩。曲軸對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞有很大影響，對(duì)曲軸測量機(jī)進(jìn)行測量系統(tǒng)分析，以保證曲軸的生產(chǎn)質(zhì)量。

現(xiàn)場檢測設(shè)備要求：曲軸OP30序，檢具號(hào)為G05 8142 200，校準(zhǔn)件號(hào)為G05 8142 243，測量器號(hào)為G05 8142 220，檢定曲軸小頭軸向長度，要求校準(zhǔn)件的檢定值為64.2482mm。

<1>偏倚分析

偏倚指的是同一特性的測量值的平均值與真值的差，其分析過程如下：

①取得樣本得到真值；選取一根曲軸，并且建立可追溯到一相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的參考值，查得的基準(zhǔn)值為67.2482mm，測量值在67.239-67.257mm之間，公差為0.018mm。

②在測量機(jī)上測量曲軸樣本10次，結(jié)果如下表：

圖3 測量示意圖

表1 偏倚性分析數(shù)據(jù)表

表2 偏倚Minitab分析表

偏倚滿足上述評(píng)判準(zhǔn)則，所以測量系統(tǒng)的偏倚特性是滿足要求的。

<2>線性分析

設(shè)備在預(yù)期操作內(nèi)，偏倚的變差稱為線性。線性反映了在被測特征公差范圍內(nèi)的多個(gè)偏倚的相互關(guān)系。

采取線性的間接表述及其評(píng)定方法，其分析過程如下：

連續(xù)測量零件50次，測量數(shù)據(jù)見下表：

用Minitab畫出均值控制圖和極差控制圖：

圖4 均值控制圖

圖5 極差控制圖

<3>穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性指偏倚隨時(shí)間變化的程度，不涉及精測基準(zhǔn)值。仍以上述曲軸為例，在測量機(jī)上測量第四主軸頸的軸向位置，長度尺寸為159.28mm。其分析過程如下：

40天每隔兩天連續(xù)測量五次，記錄數(shù)據(jù)，算出5個(gè)測量值的均值X5和極差R5，然后再計(jì)算出20個(gè)R5的平均值R和20個(gè)X5的平均值X。

圖6 均值控制圖

圖7 極差控制圖

測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定

判定準(zhǔn)則：不能有點(diǎn)超出上、下控制限；不能有連續(xù)9點(diǎn)（或更多）落在控制中心線的同一側(cè)；不能有連續(xù)6點(diǎn)（或更多）持續(xù)上升或下降；不能有連續(xù)14點(diǎn)交互升降。

在上6、7圖中可看出，控制圖中的曲線在控制范圍內(nèi)，依據(jù)控制圖判斷準(zhǔn)則所評(píng)測量機(jī)的測量是穩(wěn)定的。

4總結(jié)

本文首先介紹了測量系統(tǒng)分析的理論知識(shí)，介紹了測量系統(tǒng)的概念和分類，講解了測量系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語，簡述了測量系統(tǒng)的變差類型。

其次介紹了計(jì)量型測量系統(tǒng)分析的三種評(píng)定方法，掌握了美國的GRR法、德國的Cg和Cgk法和法國的CMC法這三種數(shù)據(jù)分析方法的具體評(píng)定過程以及其評(píng)定指標(biāo)；對(duì)比了三種方法的區(qū)別及其適用場合；介紹了計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)分析的評(píng)定方法和步驟；對(duì)破壞型測量系統(tǒng)分析的評(píng)定過程及其評(píng)價(jià)指標(biāo)也進(jìn)行了一定程度的了解。

然后分別用GRR法對(duì)曲軸測量機(jī)測量系統(tǒng)進(jìn)行了線性、穩(wěn)定性、偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性這五大性質(zhì)的分析，用CMC法對(duì)曲軸測量機(jī)測量系統(tǒng)進(jìn)行了分析，用CMC法對(duì)氣密性測量機(jī)測量系統(tǒng)進(jìn)行了簡化分析，從這三種方法的評(píng)定過程，可以對(duì)比出其評(píng)定的簡單和容易程度。通過對(duì)計(jì)數(shù)型測量系統(tǒng)分析，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)分析法中的假設(shè)檢驗(yàn)分析法，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)中用到的通止規(guī)進(jìn)行了具體的分析，利用Kappa值，評(píng)判其一致性。已有的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐表明，測量系統(tǒng)分析可以保證測量的有效性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而能很好的控制生產(chǎn)質(zhì)量。通過對(duì)測量系統(tǒng)的變差源的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)測量系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)，進(jìn)而提高工廠的質(zhì)量管理能力。三類測量系統(tǒng)分析的不同方法，并結(jié)合工廠的實(shí)際應(yīng)用，將理論和工廠實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，就工廠的實(shí)際問題展開了對(duì)應(yīng)的分析，進(jìn)行了判斷，確保測量過程的有效性。

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黃碩（1989—），男，研究生學(xué)歷，雙碩士學(xué)位，工程師。研究方向?yàn)樯逃密囌嚰夹g(shù)。 

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