測(cè)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(guò)測(cè)量來(lái)保證，測(cè)量的有效性通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，測(cè)量系統(tǒng)分析可以用來(lái)保證測(cè)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(cè)量系統(tǒng)分析有關(guān)的理論知識(shí)，了解了有關(guān)測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)的完整分析。通過(guò)學(xué)習(xí)測(cè)量系統(tǒng)分析的有關(guān)理論知識(shí)，了解了測(cè)量系統(tǒng)有計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)、破壞型測(cè)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(guò)了解測(cè)量系統(tǒng)分析有關(guān)的實(shí)踐方法，掌握了測(cè)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(guò)對(duì)生產(chǎn)線上的設(shè)備的測(cè)量系統(tǒng)分析，能夠?qū)y(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行完整的分析，同時(shí)對(duì)于不合適的測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)與相關(guān)部門(mén)的溝通，采取了相應(yīng)的措施，從而保證了測(cè)量系統(tǒng)的有效性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

1.1測(cè)量系統(tǒng)概念和分類

測(cè)量系統(tǒng)是指對(duì)測(cè)量單元進(jìn)行量化或?qū)Ρ粶y(cè)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(cè)試軟件、人員、環(huán)境等因素的集合，也就是用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程。

測(cè)量系統(tǒng)分析是用來(lái)評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)質(zhì)量的。如圖1所示。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)圖

理想的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該只存在測(cè)量對(duì)象本身的差異，而測(cè)量?jī)x器、測(cè)量人員及重復(fù)測(cè)量所帶來(lái)的誤差均為零，即不存在測(cè)量誤差，這時(shí)的測(cè)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(cè)量過(guò)程中都存在輸入、過(guò)程變量、輸出。在這一過(guò)程中，輸入為被測(cè)對(duì)象，過(guò)程變量有參考標(biāo)準(zhǔn)裝置、測(cè)量者、測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備、環(huán)境等。這些變量對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生綜合的影響，累計(jì)形成了測(cè)量誤差。測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差是由被測(cè)量對(duì)象的實(shí)際誤差和測(cè)量系統(tǒng)誤差兩部分組成。在測(cè)量系統(tǒng)分析中，通常主要對(duì)測(cè)量人員、測(cè)量對(duì)象和交互作用誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和判別。

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

1.2測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語(yǔ)

測(cè)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(guò)程定義為測(cè)量過(guò)程，而賦予的值定義為測(cè)量值。

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

測(cè)量系統(tǒng)：是用來(lái)對(duì)被測(cè)特性定量測(cè)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(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程。

變差：是過(guò)程的單獨(dú)輸出之間的必然差別。

標(biāo)準(zhǔn)差：是過(guò)程輸出分布的測(cè)量或是來(lái)自于過(guò)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(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)中，多次測(cè)量的統(tǒng)計(jì)特性。

準(zhǔn)確度：量測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)分析結(jié)論對(duì)產(chǎn)品和過(guò)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)覆蓋了產(chǎn)品的規(guī)格界限，這時(shí)測(cè)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(cè)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(guò)程變差，沒(méi)有零件產(chǎn)生在2區(qū)；2改進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)：減少測(cè)量系統(tǒng)誤差從而減小2區(qū)域的面積。

2.2對(duì)過(guò)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(cè)量系統(tǒng)變異性可能影響過(guò)程的穩(wěn)定性、目標(biāo)以及變差的決定

3曲軸測(cè)量機(jī)測(cè)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(cè)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)量系統(tǒng)分析，對(duì)曲軸OP30序的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)量系統(tǒng)分析。

曲軸承受連桿傳來(lái)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(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析，以保證曲軸的生產(chǎn)質(zhì)量。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(cè)量器號(hào)為G05 8142 220，檢定曲軸小頭軸向長(zhǎng)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(cè)量值的平均值與真值的差，其分析過(guò)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(cè)量值在67.239-67.257mm之間，公差為0.018mm。

②在測(cè)量機(jī)上測(cè)量曲軸樣本10次，結(jié)果如下表：

圖3 測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)程如下：

連續(xù)測(cè)量零件50次，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

用Minitab畫(huà)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(cè)基準(zhǔn)值。仍以上述曲軸為例，在測(cè)量機(jī)上測(cè)量第四主軸頸的軸向位置，長(zhǎng)度尺寸為159.28mm。其分析過(guò)程如下：

40天每隔兩天連續(xù)測(cè)量五次，記錄數(shù)據(jù)，算出5個(gè)測(cè)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(cè)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(cè)量機(jī)的測(cè)量是穩(wěn)定的。

4總結(jié)

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

其次介紹了計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析的三種評(píng)定方法，掌握了美國(guó)的GRR法、德國(guó)的Cg和Cgk法和法國(guó)的CMC法這三種數(shù)據(jù)分析方法的具體評(píng)定過(guò)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(chǎng)合；介紹了計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析的評(píng)定方法和步驟；對(duì)破壞型測(cè)量系統(tǒng)分析的評(píng)定過(guò)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(cè)量機(jī)測(cè)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(cè)量機(jī)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了分析，用CMC法對(duì)氣密性測(cè)量機(jī)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化分析，從這三種方法的評(píng)定過(guò)程，可以對(duì)比出其評(píng)定的簡(jiǎn)單和容易程度。通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)型測(cè)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(cè)量系統(tǒng)分析可以保證測(cè)量的有效性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)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(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的變差源的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)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(cè)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(wèn)題展開(kāi)了對(duì)應(yīng)的分析，進(jìn)行了判斷，確保測(cè)量過(guò)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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