ISO 22514-7 · 测量过程的能力

量具/测量系统本身也得"有能力"——在算生产过程能力之前,先确认测量不确定度没把结论带偏
ISO 22514-7:2021(E) · 第二版

1 · 这一册管什么

测量系统能力 vs 测量过程能力,两个都要算

前面几册默认"测量是准的"。但测量本身有误差——同一个真值反复测也会散布开。ISO 22514-7 就是来量化"测量过程本身够不够格",让你在拿生产过程的 Cp/Cpk 下结论前,先确认测量误差没有把能力"污染"。

测量系统能力(短/固有):用参考标准反复测,估 uMS(测量系统的标准不确定度),算 QMS / CMS

测量过程能力(长/总):在实际生产条件下(含工件不均匀、温度、操作者等),估 uMP,算 QMP / CMP

一句话:CMS/CMP 是"测量"的能力指数,Cp/Cpk 是"生产"的能力指数。本册告诉你——测量不确定度应远小于公差,通常要求 QMP ≤ 30%(即 CMP ≥ 约 3.33)。

2 · 核心公式(已与原文核对)

标准 9.1 / 8.2:性能比与能力指数
UMS = k · uMS , UMP = k · uMP  (扩展不确定度,默认 k = 2)

QMS = 2·UMS / (U − L) × 100%  (测量系统性能比)
QMP = 2·UMP / (U − L) × 100%  (测量过程性能比)

CMS = (U − L) / (2·k·uMS)  (测量系统能力指数)
CMP = (U − L) / (2·k·uMP)  (测量过程能力指数)

注意 CMS = 1 / QMS(同样 CMP = 1 / QMP,因 UMS=k·uMS)。所以"性能比越小越好,能力指数越大越好",二者互为倒数。

"性能比"用 扩展不确定度(×100%);"能力指数"用 标准不确定度 uMS/uMP 配覆盖因子 k。别把 UMS 和 uMS 混用——这是最容易写错的地方。

3 · 互动计算器:输入公差与不确定度,秒出四类指标

标准 9.1 / 9.2 的公式直接落地

测量能力计算器

默认:公差 10±0.05(U−L=0.1),uMS=0.005、uMP=0.008 → 可看到 QMP≈32% 略超 30% 阈值

4 · 合格判定流程(标准图 1)

先判测量过程,再判测量系统,再判分辨率

标准给出的决策顺序(Figure 1):

步骤判据不满足时
① 测量过程CMP ≥ CMP_min(或 QMP ≤ QMP_max)改进测量过程
② 测量系统CMS ≥ CMS_min(或 QMS ≤ QMS_max)改进量具/标准
③ 分辨率 RERE < 1/10 的半边公差区间换更高分辨率设备
常用经验阈值:QMP ≤ 30%(即 CMP ≥ 3.33)作为测量过程合格的"入门线"。具体 CMP_min / QMP_max 由供需双方约定,本册把它当作验收决策参数而非固定常数。

5 · 观测能力 vs 真实能力(标准表 11 / 12)

测量误差会把"观测到的"过程能力压低

因为观测散布 = 真实过程散布 + 测量散布,所以观测到的 Cp 通常低于真实 Cp。标准用表 11(性能比 QMP)和表 12(能力指数 CMP)给出"给定观测 Cp 与测量能力时,真实 Cp 是多少"的查表值。节选如下:

观测 CpCMP=2CMP=1.66CMP=1.33CMP=1.0
1.001.011.021.031.04
1.251.331.361.371.39
1.661.671.721.741.78
读表规律:测量能力 CMP 越差(数值越小),真实 Cp 相对观测 Cp 上调越多——因为观测值被测量误差"拖低"了。这提示:当你发现生产过程 Cp 偏低时,先别急着改工艺,先查测量系统是不是在"背锅"。

6 · 不确定度的来源(标准 6.2)

uMP 不是一个数,是一堆分量的合成

标准用 GUM(ISO/IEC Guide 98-3)框架,把不确定度拆成多个分量再合成:

uMPE:最大允许误差 uCAL:校准不确定度 uEV/R:重复性 / 分辨率 uBI:偏倚 uLIN:线性 uAV/uGV:操作者/量具再现性 uSTAB:时间漂移 uOBJ:工件不均匀 uT:温度 uREST:其他
合成(测量过程):u²_MP = u²_CAL + u²_LIN + u²_BI + u²_EV + u²_MS-REST + u²_AV + u²_GV + u²_STAB + u²_OBJ + u²_T + u²_REST
扩展:UMP = k · u_MP (默认 k = 2)

分辨率分量:若读数是矩形分布,uRE = RE / √12;当重复性分量大于分辨率分量时用 uEV,否则用 uRE。

7 · 分辨率要求与持续监控

标准 5.2 / 11:别让"显示位数"成为短板

测量系统分辨率 RE 应小于半边公差区间的 1/10(即 RE < (U−L)/20);单边公差时取 1/10 的规格区间。

测量过程还要持续监控:用参考标准/工件定期复测,画控制图(按 ISO 7870-1),一旦偏倚漂移超行动限就报警。这是"能力"能长期保持的前提。

第 7 册和前面"生产"能力是两套独立指数,但必须同时合格:生产 Cp 再高,若测量 CMP 不达标,结论也不可信。

8 · 所以呢?(落地建议)

把测量能力纳入你的能力报告

① 先报测量能力,再报生产能力。在 Cp/Cpk 报告里附上 QMS/QMP、CMS/CMP 和 UMS/UMP,并确认 QMP ≤ 30%。

② 观测能力偏低,先查量具。用第 5 节的表判断:若 CMP 较差,真实能力可能被低估,先优化测量系统而非盲目改工艺。

③ 不确定度要"溯源合成"。按 GUM 把校准、线性、偏倚、重复性、温度等分量合成 uMP,别只拿重复性一个数据代表全部。

9 · 数据来源与说明

透明可追溯

本页公式来自 ISO 22514-7:2021(E)(第二版,取代 2012 第一版)。原文件为扫描版,经 130 DPI 渲染 + PaddleOCR v4 识别;核心公式(QMS=2·UMS/(U−L)、CMS=(U−L)/(2·k·uMS)、UMS=k·uMS 等)、分辨率要求、表 11/12 的查表规律已与原文核对。第 3 节计算器为这些公式的实时实现,可离线复算。

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