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在测量系统分析中，为什么计量器具的 分辨率是首先要考虑的因素？
在测量系统分析中，为什么计量器具的分辨率是首先要考虑的因素？
计量器具的分辨率是仪器设计时的固有特性，做为测量过程的重要组成部份，如果仪器的分辨率都不满足要求，后续测量过程的能力(GRR%)通常是不会满足要求的。
01
什么是分辨率？对分辨率有什么样的要求？
在AIAG出版的MSA手册中提到，测量的问题主要是三个方面：
1 测量系统是否具有足够的分辨率？
2 测量过程的误差随时间是否具有统计稳定性？
3 测量过程的误差（统计特性）相对于用途是否满足要求？
对于第一个问题，测量系统是否具有足够的分辨率？分为两步研究，首先，测量仪器的显示分辨率是否满足1/10的原则，其次，考虑到整个测量过程的变差，能把制造过程的零件波动分成几个等份，可以用ndc来表达，通常也称为测量系统的有效分辨率。
在通用计量术语及定义(JJF1001-2011)中，对显示装置分辨率的定义为“能有效辨别的显示示值间的最小差值”。通常它就是指量具的最小刻度，如处图所示。
对于这种定义的理解，不能被理解为是测量设备测量值的最后一位读数，比如，测量设备测量某个特征得以的测量值为12.305mm，不能认为显示装置的分辨率就是0.001mm，它也有可能是0.005mm，那么如何较好的从测量值的角度去理解分辨率的概念呢，我们可以在数值离散图上去看，如下图所示，相邻最近的两个不同值之间的差值即为量具的分辨率。
在AIAG的MSA手册中，对于显示分辨率的要求，通常用1/10法则，即量具的分辨率是公差和过程变差较小者的1/10,以前的质量管理活动侧重在产品控制时，按公差的1/10选择量具即可，当前的质量管理活动强调过程控制，需要按过程变差的1/10来选择。通常在量具选购阶段，实际加工过程的过程变差是不知道的，很多企业在选购量具时直接按照公差的1/10来选择，这样的量具选购方式必然会导致后期测量系统分析时不能满足要求。
02
为什么显示分辨率为公差的1/10, GRR%不能满足小于10%的要求？
如果在选择量具时，仅仅满足Resolution/T(公差)=1/10,因为Resolution<=GRR,而T>PV(过程变差),此时要求GRR%(GRR/PV)<=1/10通常不现实，例如，数显游标卡尺的分辨率为0.01mm，使用这把卡尺去测量产品特性(公差为0.1mm)的测量系统的随机误差，除了包含量具分辨率的影响，还包括人与人的不同的差别，测量系统本身的重复性误差，故GRR通常是大于0.01mm的，此时用GRR/0.1应该是大于10%，更何况过程变差比公差小，如计算占过程变差的百分比，则GRR%会更大。
AIAG的MSA手册中提到在进行spc控制时，不合适的分辨率的最佳象征，可由极差图看出来，尤其是，当极差图中只有一、二、三种可能的极差值在控制限内时，或者极差图显示有4种可能的极差值在控制限值内且超过四分之一以上的极差值为0,则该测量是在分辨率不足的情况下进行的，如下图所示，上面为分辨率为0.001的情况，下图为0.01的情况。
当然，我们在前面的短文中也提到，当测量系统的分辨率不足时，通过样本数据没有办法对过程的分布模型进行合理的推断，如下图所示：
如果显示装置的分辨率不按公差的1/10来选择，而是按过程变差的1/10来选择的话，通常在进行设备能力研究时，要求设备能力指数为2.0,即过程变差为公差的1/2,要求量具的分辨为过程变差的1/10,即公差的1/20.在ISO22514-7国际标准，包括Bosch, VW, BMW, GM等汽车公司标准中，通常规定量具的分辨率需要小于公差的5%，基于这样的标准来选择量具，是后期进行测量过程验收的前提条件。
当然，对于使用光栅尺的测量设备而言，其测量的重复精度在它生产出来后是固定的，但可以通过软件的设置显示位数不一样，从而使得它的最小显示分辨差值发生改变，通常对这类量具的选购会按最大允许误差（MPE)有选购，MPE在通用计量术语及定义(JJF1001-2011)中定义为：对给定的测量、测量仪器或测量系统，由规范或规程所允许的，相对于已知参考量的值的测量误差的极限值。通常这类测量设备的选购要求MPE小于公差的1/10。
03
总结
在这篇短文中，我们介绍了测量仪器显示分辨率定义，强调在进行测量系统分析时，首先要考虑的是量具的显示分辨率，也说明了如果显示分辨率不满足时，对后期测量过程能力研究，生产过程控制的影响。结合一些公司标准，建议企业在选购量具时，按公差的1/20来选购量具， 同时对于使用光栅尺的测量设备，建议按相关技术规范中的MPE来选购测量设备，当然，对于标准量具，因为其生产和检定都有相关的技术规范，通常除了分辨率满足公差的1/20,其MPE也应满足公差1/10的要求。
我们认为，测量系统分析的工作开始于测量设备的采购需求提出，测量过程的前期策划开发活动可以参照APQP的流程，量化的验活动必要时，可以在量具供应商预验收阶段开展，在终验收阶段，最终确认测量过程的能力，量产后， 主要是控制测量过程的稳定性。
小伙伴们，量具的分辨率的选择是测量系统分析的重要内容，我想大家再也不会接受量具的分辨率为公差的1/10,而计算出来的GRR%<10%的MSA报告了吧。
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