ISO 22514-7:2012
(Main)Statistical methods in process management — Capability and performance — Part 7: Capability of measurement processes
Statistical methods in process management — Capability and performance — Part 7: Capability of measurement processes
ISO 22514-7:2012 defines a procedure to validate measuring systems and a measurement process in order to state whether a given measurement process can satisfy the requirements for a specific measurement task with a recommendation of acceptance criteria. The acceptance criteria are defined as a capability figure or a capability ratio.
Méthodes statistiques dans la gestion de processus — Aptitude et performance — Partie 7: Aptitude des processus de mesure
L'ISO 22514-7:2012 définit une procédure pour valider des systèmes de mesure et un processus de mesure dans le but de déterminer si le processus de mesure peut satisfaire aux exigences relatives à un mesurage spécifique avec une recommandation de critères d'acceptation. Les critères d'acceptation sont définis par une valeur d'aptitude ou par un ratio d'aptitude.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22514-7
First edition
2012-09-15
Statistical methods in process
management — Capability and
performance —
Part 7:
Capability of measurement processes
Méthodes statistiques dans la gestion de processus — Aptitude et
performance —
Partie 7: Aptitude des processus de mesure
Reference number
ISO 22514-7:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 22514-7:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 22514-7:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and abbreviated terms . 6
4.1 Symbols . 6
4.2 Abbreviated terms . 8
5 Basic principles . 9
5.1 General . 9
5.2 Resolution . 11
5.3 MPE known and used . 11
5.4 Capability and performance limits for measuring system and measurement process . 11
6 Implementation . 11
6.1 General . 11
6.2 Factors that influence the measurement process . 11
7 Studies for calculating the uncertainty components .17
7.1 Measuring system .17
7.2 Uncertainty components of the measurement process .22
8 Calculation of combined uncertainty .22
8.1 General .22
8.2 Calculation of expanded uncertainty .24
9 Capability .24
9.1 Performance ratios .24
9.2 Capability indices .25
10 Capability of the measurement process compared to the capability of the
production process .25
10.1 Relation between observed process capability and measurement capability ratio .25
10.2 Relation between observed process capability and measurement capability .27
11 Ongoing review of the measurement process stability .27
11.1 Ongoing review of the stability .27
11.2 Monitoring linearity .28
12 Capability of attribute measurement processes .29
12.1 General .29
12.2 Capability calculations without using reference values .29
12.3 Capability calculations using reference values .30
12.4 Ongoing review .34
Annex A (informative) Examples .35
Annex B (informative) Statistical methods used .41
Bibliography .46
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ISO 22514-7:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International
Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 22514-7 was prepared by Technical Committee ISO/TC 69, Applications of statistical methods,
Subcommittee SC 4, Applications of statistical methods in process management.
ISO 22514 consists of the following parts, under the general title Statistical methods in process management —
Capability and performance:
— Part 1: General principles and concepts
— Part 2: Process capability and performance of time-dependent process models
— Part 3: Machine performance studies for measured data on discrete parts
— Part 4: Process capability estimates and performance measures
— Part 6: Process capability statistics for characteristics following a multivariate normal distribution
— Part 7: Capability of measurement processes
A future Part 5 on process capability and performance for attributive characteristics is planned. A future Part 8
on the machine performance of a multi-state production process is under preparation.
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ISO 22514-7:2012(E)
Introduction
The purpose of a measurement process is to produce measurement results obtained from defined characteristics
on parts or processes. The capability of a measurement process is derived from the statistical properties of
measurements from a measurement process that is operating in a predictable manner.
Calculations of capability and performance indices are based on measurement results. The uncertainty of
the measurement process used to generate capability and performance indices must be estimated before the
indices can be meaningful. The actual measurement uncertainty needs to be adequately small.
If the measurement process is used to judge whether a characteristic of a product conforms to a specification
or not, the uncertainty of the measurement process must be compared to the specification itself. If the
measurement process is used for process control of a characteristic, the uncertainty needs to be compared
with the process variation. Limits of acceptability should be stated for both cases.
The quality of measurement results is given by the uncertainty of the measurement process. This is defined by
the statistical properties of multiple measurements, or estimates of properties, based on the knowledge of the
measurement process.
The methods described in this part of ISO 22514 only address the implementation uncertainty. (For more
information on implementation uncertainty, see ISO 17450-2.) Therefore, they are only useful if it is known that
the method uncertainty and the specification uncertainty are small compared to the implementation uncertainty.
This part of ISO 22514 describes methods to define and calculate capability indices for measurement processes
based on estimated uncertainties. The approach given in ISO/IEC Guide 98-3, Guide to the expression of
uncertainty in measurements (GUM) is the basis of this approach.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 22514-7:2012(E)
Statistical methods in process management — Capability and
performance —
Part 7:
Capability of measurement processes
1 Scope
This part of ISO 22514 defines a procedure to validate measuring systems and a measurement process in
order to state whether a given measurement process can satisfy the requirements for a specific measurement
task with a recommendation of acceptance criteria. The acceptance criteria are defined as a capability figure
(C ) or a capability ratio (Q ).
MS MS
NOTE 1 This part of ISO 22514 follows the approach taken in ISO/IEC Guide 98-3, Guide to the expression of the
uncertainty in measurement (GUM), and establishes a basic, simplified procedure for stating and combining uncertainty
components used to estimate a capability index for an actual measurement process.
NOTE 2 This part of ISO 22514 is primarily developed to be used for simple one-dimensional measurement processes,
where it is known that the method uncertainty and the specification uncertainty are small compared to the implementation
uncertainty. It can also be used in similar cases, where measurements are used to estimate process capability or process
performance. It is not suitable for complex geometrical measurement processes, such as surface texture, form, orientation
and position measurements that rely on several measurement points or simultaneous measurements in several directions.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document
(including any amendments) applies.
ISO 3534-1:2006, Statistics — Vocabulary and symbols — Part 1: General statistical terms and terms used
in probability
ISO 3534-2:2006, Statistics — Vocabulary and symbols — Part 2: Applied statistics
ISO 5725-1, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General
principles and definitions
ISO 5725-2, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2: Basic method
for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method
ISO 5725-3, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and result — Part 3: Intermediate
measures of the precision of a standard measurement method
ISO 5725-4, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 4: Basic methods
for the determination of the trueness of a standard measurement method
ISO 5725-5, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 5: Alternative
methods for the determination of the precision of a standard measurement method
ISO 5725-6, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 6: Use in practice
of accuracy values
ISO 7870-1, Control charts – Part 1: General guidelines
ISO/IEC Guide 98-3:2008, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
© ISO 2012 – All rights reserved 1
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ISO 22514-7:2012(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 3534-1, ISO 3534-2 and ISO 5725
(all parts), and the following apply.
3.1
maximum permissible measurement error
maximum permissible error
limit of error
MPE
extreme value of measurement error, with respect to a known reference quantity value, permitted by
specifications or regulations for a given measurement, measuring instrument, or measuring system
NOTE 1 Usually, the term “maximum permissible errors” or “limits of error” is used where there are two extreme values.
NOTE 2 The term “tolerance” should not be used to designate ‘maximum permissible error’.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 4.26]
3.2
measurand
quantity intended to be measured
NOTE 1 The specification of a measurand requires knowledge of the kind of quantity, description of the state of the
phenomenon, body, or substance carrying the quantity, including any relevant component, and the chemical entities involved.
NOTE 2 In the second edition of the VIM and in IEC 60050-300:2001, the measurand is defined as the ‘quantity subject
to measurement’.
NOTE 3 The measurement, including the measuring system and the conditions under which the measurement is
carried out, might change the phenomenon, body, or substance such that the quantity being measured may differ from the
measurand as defined. In this case, adequate correction is necessary.
EXAMPLE 1 The potential difference between the terminals of a battery may decrease when using a voltmeter with a
significant internal conductance to perform the measurement. The open-circuit potential difference can be calculated
from the internal resistances of the battery and the voltmeter.
EXAMPLE 2 The length of a steel rod in equilibrium with the ambient Celsius temperature of 23 °C will be different
from the length at the specified temperature of 20 °C, which is the measurand. In this case, a correction is necessary.
NOTE 4 In chemistry, “analyte”, or the name of a substance or compound, are terms sometimes used for ‘measurand’.
This usage is erroneous because these terms do not refer to quantities.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.3]
3.3
measurement uncertainty
uncertainty of measurement
uncertainty
non-negative parameter characterizing the dispersion of the quantity values being attributed to a measurand
(3.2), based on the information used
NOTE 1 Measurement uncertainty includes components arising from systematic effects, such as components
associated with corrections and the assigned quantity values of measurement standards, as well as the definitional
uncertainty. Sometimes estimated systematic effects are not corrected for but, instead, associated measurement
uncertainty components are incorporated.
NOTE 2 The parameter may be, for example, a standard deviation called standard measurement uncertainty (or a
specified multiple of it), or the half-width of an interval, having a stated coverage probability.
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ISO 22514-7:2012(E)
NOTE 3 Measurement uncertainty comprises, in general, many components. Some of these may be evaluated by Type
A evaluation of measurement uncertainty from the statistical distribution of the quantity values from series of measurements
and can be characterized by standard deviations. The other components, which may be evaluated by Type B evaluation of
measurement uncertainty, can also be characterized by standard deviations, evaluated from probability density functions
based on experience or other information.
NOTE 4 In general, for a given set of information, it is understood that the measurement uncertainty is associated
with a stated quantity value attributed to the measurand (3.2). A modification of this value results in a modification of the
associated uncertainty.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.26]
3.4
Type A evaluation of measurement uncertainty
Type A evaluation
evaluation of a component of measurement uncertainty (3.3) by statistical analysis of measurement quantity
values obtained under defined measurement conditions
NOTE 1 For various types of measurement conditions, see repeatability condition of measurement, intermediate
precision condition of measurement, and reproducibility condition of measurement.
NOTE 2 For information about statistical analysis, see e.g. ISO/IEC Guide 98-3.
NOTE 3 See also ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.2, ISO 5725, ISO 13528, ISO/TS 21748, ISO 21749.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.28]
3.5
Type B evaluation of measurement uncertainty
Type B evaluation
evaluation of a component of measurement uncertainty (3.3) determined by means other than a Type A
evaluation of measurement uncertainty (3.4)
EXAMPLES Evaluation based on information
— associated with authoritative published quantity values,
— associated with the quantity value of a certified reference material,
— obtained from a calibration certificate,
— about drift,
— obtained from the accuracy class of a verified measuring instrument,
— obtained from limits deduced through personal experience.
NOTE See also ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.3.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.29]
3.6
standard uncertainty of measurement
standard uncertainty of measurement
standard uncertainty
measurement uncertainty (3.3) expressed as a standard deviation
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.30]
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ISO 22514-7:2012(E)
3.7
combined standard measurement uncertainty
combined standard uncertainty
standard measurement uncertainty (3.6) that is obtained using the individual standard measurement
uncertainties associated with the input quantities in a measurement model
NOTE In case of correlations of input quantities in a measurement model, covariances must also be taken into
account when calculating the combined standard measurement uncertainty; see also ISO/IEC Guide 98-3:2008, 2.3.4.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.31]
3.8
expanded measurement uncertainty
expanded uncertainty
product of a combined standard measurement uncertainty (3.7) and a factor larger than the number one
NOTE 1 The factor depends upon the type of probability distribution of the output quantity in a measurement model and
on the selected coverage probability.
NOTE 2 The term “factor” in this definition refers to a coverage factor.
NOTE 3 Expanded measurement uncertainty is termed “overall uncertainty” in paragraph 5 of Recommendation INC-1
(1980) (see the GUM) and simply “uncertainty” in IEC documents.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.35]
3.9
measurement bias
bias
estimate of a systematic measurement error
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.18]
3.10
measurement result
set of quantity values being attributed to a measurand (3.2) together with any other available relevant information
NOTE 1 A measurement result generally contains “relevant information” about the set of quantity values, such that
some may be more representative of the measurand than others. This may be expressed in the form of a probability
density function (PDF).
NOTE 2 A measurement result is generally expressed as a single measured quantity value and a measurement
uncertainty. If the measurement uncertainty is considered to be negligible for some purpose, the measurement result may be
expressed as a single measured quantity value. In many fields, this is the common way of expressing a measurement result.
NOTE 3 In the traditional literature and in the previous edition of the VIM, measurement result was defined as a value
attributed to a measurand and explained to mean an indication, or an uncorrected result, or a corrected result, according
to the context.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.9]
3.11
measurement model
model of measurement
model
mathematical relation among all quantities known to be involved in a measurement
NOTE 1 A general form of a measurement model is the equation h(Y, X , …, X ) = 0, where Y, the output quantity in the
1 n
measurement model, is the measurand (3.2), the quantity value of which is to be inferred from information about input
quantities in the measurement model X , …, X .
1 n
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NOTE 2 In more complex cases, where there are two or more output quantities in a measurement model, the
measurement model consists of more than one equation.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.48]
3.12
measurement task
quantification of a measurand (3.2) according to its definition
NOTE 1 The measurement task is synonymous with the purpose of applying the measurement procedure.
NOTE 2 The measurement task can be used, e.g.:
— to compare the measurement results with one or two specification limits in order to state whether the value of the
measurand is an admissible value.
— to state whether the measurand characterizing a manufacturing process is within the specifications given.
— to obtain a confidence interval of given average length for the difference between two values of the same measurand.
3.13
measurement process
set of operations to determine the value of a quantity
[ISO 9000:2005, 3.10.2]
3.14
resolution
smallest change in a quantity being measured that causes a perceptible change in the corresponding indication
provided by a measuring equipment
NOTE 1 Resolution can depend on, for example, noise (internal or external) or friction. It may also depend on the value
of a quantity being measured.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 4.14]
NOTE 2 For a digital displaying device, the resolution is equal to the digital step.
NOTE 3 Resolution not necessarily linear.
3.15
reference quantity value
reference value
quantity value used as a basis for comparison with values of quantities of the same kind
NOTE 1 A reference quantity value can be a true quantity value of a measurand, in which case it is unknown, or a
conventional quantity value, in which case it is known.
NOTE 2 A reference quantity value with associated measurement uncertainty is usually provided with reference to:
a) a material, e.g. a certified reference material,
b) a device, e.g. a stabilized laser,
c) a reference measurement procedure,
d) a comparison of measurement standards.
[ISO/IEC Guide 99:2007, 5.18]
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ISO 22514-7:2012(E)
3.16
measurement repeatability
repeatability
measurement precision under repeatability conditions of measurement
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.21]
3.17
measurement reproducibility
reproducibility
measurement precision under reproducibility conditions of measurement
[ISO/IEC Guide 99:2007, 2.25]
3.18
stability of a measurement process
property of a measurement process, whereby its properties remain constant in time
3.19
item
entity
object
anything that can be described and considered separately
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
a half width of a distribution of possible values of input quantity
a maximal form deviation
OBJ
α significance level
B bias
i
β intercept of the calibration function
0
ˆ estimated intercept of the calibration function
β
0
β slope of the calibration function
1
ˆ
estimated slope of the calibration function
β
1
C measurement process capability index
MP
C measuring system capability index
MS
C process capability index
p
C minimum process capability index
pk
C observed process capability index
p,obs
C real process capability index
p,p
d interval from the last reference value, for which all operators have assessed the result as unsatisfied
LR
to the first reference value, for which all operators have the result as approved
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ISO 22514-7:2012(E)
d from the last reference value, for which all operators have assessed the result as approved to the
UR
first reference value, for which all operators have the result as unsatisfied
d average interval
k coverage factor
K total number of replicate measurements on one reference. The reference can be a reference
standard or a reference workpiece
k coverage factor from the calibration certificate
CAL
l measured length
L lower specification limit
M maximum permissible error (of the measuring system) (MPE-value)
PE
m frequencies in the Bowker-test
ji
N number of standards
n number of measurements
P probability
P process performance index
p
P observed process performance index
p, obs
P real process performance index
p, p
Q attributive measurement process capability ratio
attr
Q measuring system capability ratio
MS
Q measurement process capability ratio
MP
R resolution of measuring system
E
s sample standard deviation (for the measuring system repeatability)
T
temperature
t the two-sided critical value of Student’s t distribution
1-(α/2)
U
upper specification limit
u
standard uncertainty on the coefficient of expansion
α
u standard uncertainty from the operator’s repeatability
AV
u standard uncertainty from the measurement bias
BI
u calibration standard uncertainty on a standard
CAL
u combined standard uncertainty on measurement process
MP
u standard uncertainty from maximum value of repeatability or resolution
EV
u standard uncertainty from repeatability on standards
EVR
u standard uncertainty from repeatability on test parts
EVO
u standard uncertainty from reproducibility of the measuring system
GV
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ISO 22514-7:2012(E)
u standard uncertainty from interactions
IAi
u standard uncertainty from linearity of the measuring system
LIN
u combined standard uncertainty on measurement process
MP
u standard uncertainty calculated based on maximum permissible error
MPE
u combined standard uncertainty on measuring system
MS
u standard uncertainty from other influence components not included in the analysis of the measuring
MS-REST
system
u standard uncertainty from test part inhomogeneity
OBJ
u standard uncertainty from resolution of measuring system
RE
u standard uncertainty from other influence components not included in the analysis of the
REST
measurement process
u standard uncertainty from the stability of measuring system
STAB
u standard uncertainty from temperature
T
u standard uncertainty from expansion coefficients
TA
u standard uncertainty from temperature difference between workpiece and measuring system
TD
U uncertainty on an attributive measurement
attr
U uncertainty on the calibration of a standard
CAL
U uncertainty of the measuring system
MS
U uncertainty of the measurement process
MP
y j th measurement value
j
y average of all measurements
x arithmetic mean of all the sample values
g
x i th measurement input quantity
i
x reference quantity value
m
4.2 Abbreviated terms
ANOVA analysis of variance
DOE design of experiments
GPS geometrical product specifications
R&R repeatability and reproducibility
GUM guide to the expression of the uncertainty of measurement
MPE maximum permissible error
SPC statistical process control
VIM international vocabulary of metrology
8 © ISO 2012 – All rights reserved
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...
NORME ISO
INTERNATIONALE 22514-7
Première édition
2012-09-15
Méthodes statistiques dans la gestion de
processus — Aptitude et performance —
Partie 7:
Aptitude des processus de mesure
Statistical methods in process management — Capability and
performance —
Part 7: Capability of measurement processes
Numéro de référence
ISO 22514-7:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 22514-7:2012(F)
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© ISO 2012
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit
de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
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ISO 22514-7:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et termes abrégés . 6
4.1 Symboles . 6
4.2 Termes abrégés . 8
5 Principes de base . 8
5.1 Généralités . 8
5.2 Résolution . 11
5.3 Erreur maximale tolérée (MPE) connue et utilisée . 11
5.4 Limites d’aptitude et de performance pour un système de mesure et un processus de mesure 11
6 Mise en œuvre . 11
6.1 Généralités . 11
6.2 Facteurs qui influencent le processus de mesure .12
7 Études pour le calcul des composantes d’incertitude .17
7.1 Système de mesure .17
7.2 Composantes d’incertitude du processus de mesure .22
8 Calcul de l’incertitude composée .22
8.1 Généralités .22
8.2 Calcul de l’incertitude élargie .23
9 Aptitude .24
9.1 Ratios de performance .24
9.2 Indicateurs d’aptitude .24
10 Aptitude du processus de mesure par rapport à l’aptitude du processus de production .25
10.1 Relation entre l’aptitude du processus observée et le ratio d’aptitude de mesure .25
10.2 Relation entre aptitude de processus observée et aptitude de mesure .26
11 Revue continue de la stabilité du processus de mesure .27
11.1 Revue continue de la stabilité .27
11.2 Surveillance de la linéarité .27
12 Aptitude des processus de mesure d’attributs .28
12.1 Introduction .28
12.2 Calculs d’aptitude n’utilisant pas de valeurs de référence .29
12.3 Calculs d’aptitude utilisant des valeurs de référence .30
12.4 Suivi en continu .33
Annexe A (informative) Exemples .35
Annexe B (informative) Méthodes statistiques utilisées.41
Bibliographie .46
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ISO 22514-7:2012(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales,
en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de droits
de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir
identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 22514-7 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 69, Application des méthodes statistiques,
sous-comité SC 4, Application de méthodes statistiques au management de processus.
L’ISO 22514 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Méthodes statistiques dans la
gestion de processus — Aptitude et performance:
— Partie 1: Principes et concepts généraux
— Partie 2: Aptitude de processus et performance des modèles de processus dépendants du temps
— Partie 3: Études de performance de machines pour des données mesurées sur des parties discrètes
— Partie 4: Estimations de l’aptitude de processus et mesures de performance
— Partie 6: Statistiques de capacité opérationnelle d’un processus pour les caractéristiques qui suivent une
distribution normale à plusieurs variables
— Partie 7: Aptitude des processus de mesure
Une future Partie 5 relative aux statistiques d’aptitude d’un processus pour les caractéristiques par attribut est
prévue. Une future Partie 8 relative à l’aptitude machine d’un procédé de production multimodal est en préparation.
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ISO 22514-7:2012(F)
Introduction
Le but d’un processus de mesure est de produire des résultats de mesure obtenus à partir de caractéristiques
définies sur des parties ou des processus. L’aptitude d’un processus de mesure est déterminée à partir des
propriétés statistiques de mesures issues d’un processus de mesure fonctionnant d’une manière prévisible.
Les calculs des indicateurs d’aptitude et de performance sont fondés sur les résultats de mesure. L’incertitude
du processus de mesure utilisé pour produire des indicateurs d’aptitude et de performance doit être estimée
avant que les indicateurs ne soient significatifs. L’incertitude de mesure réelle doit être suffisamment faible.
Si le processus de mesure est utilisé pour juger si une caractéristique d’un produit est conforme ou non à une
spécification, l’incertitude du processus de mesure doit être comparée à la spécification proprement dite. Si
l’incertitude de mesure est utilisée pour la maîtrise de processus d’une caractéristique, l’incertitude doit être
comparée à la variation du processus. Il convient que les limites d’acceptabilité soient énoncées dans les deux cas.
La qualité des résultats de mesure est donnée par l’incertitude du processus de mesure. Ceci est défini par
les propriétés statistiques de mesures multiples, ou par les estimations des propriétés, sur la base de la
connaissance du processus de mesure.
Les méthodes décrites dans la présente partie de l’ISO 22514 s’appliquent uniquement à l’incertitude de mise
en œuvre (pour plus d’informations sur l’incertitude de mise en œuvre, voir l’ISO 17450-2). En conséquence,
elles ne sont utiles que si l’on sait que l’incertitude de la mesure et l’incertitude de la spécification sont faibles
par rapport à l’incertitude de mise en œuvre. La présente partie de l’ISO 22514 décrit des méthodes pour
définir et calculer des indicateurs d’aptitude relatifs à des processus de mesure sur la base d’incertitudes
estimées. La présente approche est fondée sur l’approche donnée dans le Guide ISO/CEI 98-3, Guide pour
l’expression de l’incertitude de mesure (GUM).
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NORME INTERNATIONALE ISO 22514-7:2012(F)
Méthodes statistiques dans la gestion de processus — Aptitude
et performance —
Partie 7:
Aptitude des processus de mesure
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 22514 définit une procédure pour valider des systèmes de mesure et un processus
de mesure dans le but de déterminer si le processus de mesure peut satisfaire aux exigences relatives à
un mesurage spécifique avec une recommandation de critères d’acceptation. Les critères d’acceptation sont
définis par une valeur d’aptitude (C ) ou par un ratio d’aptitude (Q ).
MS MS
NOTE 1 La présente partie de l’ISO 22514 utilise une approche fondée sur celle employée dans le Guide ISO/CEI 98-3,
Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM), et établit une procédure de base simplifiée permettant d’énoncer
et de combiner les composantes d’incertitude utilisées pour estimer un indice d’aptitude pour un processus de mesure donné.
NOTE 2 La présente partie de l’ISO 22514 est essentiellement destinée à être utilisée pour des processus de mesure
simples à une dimension lorsque l’on sait que l’incertitude liée à la méthode de mesure et l’incertitude engendrée par la
spécification sont faibles par rapport à l’incertitude de mise en œuvre. Elle peut être également utilisée dans des cas similaires,
lorsque les mesures sont utilisées pour estimer l’aptitude ou la performance d’un processus. Elle ne s’applique pas à des
processus de mesures géométriques complexes, tels que les processus de mesure d’état de surface, de forme, d’orientation
et de position qui s’appuient sur plusieurs points de mesure ou sur des mesures simultanées dans plusieurs directions.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les
références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 3534-1:2006, Statistique — Vocabulaire et symboles — Partie 1: Termes statistiques généraux et termes
utilisés en calcul des probabilités
ISO 3534-2:2006, Statistique — Vocabulaire et symboles — Partie 2: Statistique appliquée
ISO 5725-1, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 1: Principes
généraux et définitions
ISO 5725-2, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 2: Méthode de base
pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisée
ISO 5725-3, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 3: Mesures
intermédiaires de la fidélité d’une méthode de mesure normalisée
ISO 5725-4, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 4: Méthodes de
base pour la détermination de la justesse d’une méthode de mesure normalisée
ISO 5725-5, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 5: Méthodes
alternatives pour la détermination de la fidélité d’une méthode de mesure normalisée
ISO 5725-6, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 6: Utilisation dans
la pratique des valeurs d’exactitude
ISO 7870-1, Cartes de contrôle — Partie 1: Lignes directrices générales
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ISO 22514-7:2012(F)
Guide ISO/CEI 98-3:2008, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de
mesure (GUM:1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 3534-1, l’ISO 3534-2 et
l’ISO 5725 (toutes les parties) ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
erreur maximale tolérée
limite d’erreur
MPE
valeur extrême de l’erreur de mesure, par rapport à une valeur de référence connue, qui est tolérée par les
spécifications ou règlements pour un mesurage, un instrument de mesure ou un système de mesure donné
NOTE 1 Les termes «erreurs maximales tolérées» ou «limites d’erreur» sont généralement utilisés lorsqu’il y a deux
valeurs extrêmes.
NOTE 2 Il convient de ne pas utiliser le terme «tolérance» pour désigner «l’erreur maximale tolérée».
[ISO/CEI Guide 99:2007, 4.26]
3.2
mesurande
grandeur que l’on veut mesurer
NOTE 1 La spécification d’un mesurande nécessite la connaissance de la nature de grandeur et la description de l’état
du phénomène, du corps ou de la substance dont la grandeur est une propriété, incluant tout constituant pertinent, et les
entités chimiques en jeu.
NOTE 2 Dans la deuxième édition du VIM et dans la CEI 60050-300:2001, le mesurande est défini comme la «grandeur
particulière soumise à mesurage».
NOTE 3 Il se peut que le mesurage, incluant le système de mesure et les conditions sous lesquelles le mesurage est
effectué, modifie le phénomène, le corps ou la substance de sorte que la grandeur mesurée peut différer du mesurande.
Dans ce cas, une correction appropriée est nécessaire.
EXEMPLE 1 La différence de potentiel entre les bornes d’une batterie peut diminuer lorsqu’on la mesure en employant
un voltmètre ayant une conductance interne importante. La différence de potentiel en circuit ouvert peut alors être calculée
à partir des résistances internes de la batterie et du voltmètre.
EXEMPLE 2 La longueur d’une tige en équilibre avec la température ambiante de 23 °C sera différente de la longueur
à la température spécifiée de 20 °C, qui est le mesurande. Dans ce cas, une correction est nécessaire.
NOTE 4 En chimie, l’expression «substance à analyser», ou le nom d’une substance ou d’un composé, sont quelquefois
utilisés à la place de mesurande. Cet usage est erroné puisque ces termes ne désignent pas des grandeurs.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.3]
3.3
incertitude de mesure
incertitude
paramètre non négatif qui caractérise la dispersion des valeurs attribuées à un mesurande (3.2), à partir des
informations utilisées
NOTE 1 L’incertitude de mesure comprend des composantes provenant d’effets systématiques, telles que les
composantes associées aux corrections et aux valeurs assignées des étalons, ainsi que l’incertitude définitionnelle.
Parfois, on ne corrige pas des effets systématiques estimés, mais on insère plutôt des composantes associées de
l’incertitude.
NOTE 2 Le paramètre peut être, par exemple, un écart-type appelé incertitude-type (ou un de ses multiples) ou la
demi-étendue d’un intervalle ayant une probabilité de couverture déterminée.
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ISO 22514-7:2012(F)
NOTE 3 L’incertitude de mesure comprend en général de nombreuses composantes. Certaines peuvent être évaluées
par une évaluation de type A de l’incertitude à partir de la distribution statistique de valeurs provenant de séries de
mesurages et peuvent être caractérisées par des écarts-types. Les autres composantes, qui peuvent être évaluées par
une évaluation de type B de l’incertitude, peuvent aussi être caractérisées par des écarts-types, évalués à partir de
fonctions de densité de probabilité fondées sur l’expérience ou d’autres informations.
NOTE 4 En général, pour des informations données, on sous-entend que l’incertitude de mesure est associée à
une valeur déterminée attribuée au mesurande (3.2). Une modification de cette valeur entraîne une modification de
l’incertitude associée.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.26]
3.4
évaluation de type A de l’incertitude
évaluation de type A
évaluation d’une composante de l’incertitude de mesure (3.3) par une analyse statistique des valeurs
mesurées obtenues dans des conditions définies de mesurage
NOTE 1 Pour divers types de conditions de mesurage, voir condition de répétabilité, condition de fidélité intermédiaire
et condition de reproductibilité.
NOTE 2 Voir par exemple le Guide ISO/CEI 98-3 pour des informations sur l’analyse statistique.
NOTE 3 Voir aussi le Guide ISO/CEI 98-3:2008, 2.3.2, l’ISO 5725, l’ISO 13528, l’ISO/TS 21748 et l’ISO 21749.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.28]
3.5
évaluation de type B de l’incertitude
évaluation de type B
évaluation d’une composante de l’incertitude de mesure (3.3) par d’autres moyens qu’une évaluation de
type A de l’incertitude (3.4)
EXEMPLES Évaluation fondée sur des informations
— associées à des valeurs publiées faisant autorité,
— associées à la valeur d’un matériau de référence certifié,
— obtenues à partir d’un certificat d’étalonnage,
— concernant la dérive,
— obtenues à partir de la classe d’exactitude d’un instrument de mesure vérifié,
— obtenues à partir de limites déduites de l’expérience personnelle.
NOTE Voir aussi le Guide ISO/CEI 98-3:2008, 2.3.3.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.29]
3.6
incertitude-type
incertitude de mesure (3.3) exprimée sous la forme d’un écart-type
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.30]
3.7
incertitude-type composée
incertitude-type (3.6) obtenue en utilisant les incertitudes-types individuelles associées aux grandeurs
d’entrée dans un modèle de mesure
NOTE Lorsqu’il existe des corrélations entre les grandeurs d’entrée dans un modèle de mesure, il faut aussi prendre
en compte des covariances dans le calcul de l’incertitude-type composée; voir aussi le Guide ISO/CEI 98-3:2008, 2.3.4.
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[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.31]
3.8
incertitude élargie
produit d’une incertitude-type composée (3.7) et d’un facteur supérieur au nombre un
NOTE 1 Le facteur dépend du type de la loi de probabilité de la grandeur de sortie dans un modèle de mesure et de la
probabilité de couverture choisie.
NOTE 2 Le facteur qui intervient dans la définition est un facteur d’élargissement.
NOTE 3 L’incertitude élargie est appelée «incertitude globale» au paragraphe 5 de la Recommandation INC-1 (1980)
(voir le GUM) et simplement «incertitude» dans les documents de la CEI.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.35]
3.9
biais de mesure
biais
erreur de justesse
estimation d’une erreur systématique
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.18]
3.10
résultat de mesure
résultat d’un mesurage
ensemble de valeurs attribuées à un mesurande (3.2), complété par toute autre information pertinente disponible
NOTE 1 Un résultat de mesure contient généralement des informations pertinentes sur l’ensemble de valeurs,
certaines pouvant être plus représentatives du mesurande que d’autres. Cela peut s’exprimer sous la forme d’une fonction
de densité de probabilité.
NOTE 2 Le résultat de mesure est généralement exprimé par une valeur mesurée unique et une incertitude de mesure.
Si l’on considère l’incertitude de mesure comme négligeable dans un certain but, le résultat de mesure peut être exprimé par
une seule valeur mesurée. Dans de nombreux domaines, c’est la manière la plus usuelle d’exprimer un résultat de mesure.
NOTE 3 Dans la littérature traditionnelle et dans l’édition précédente du VIM, le résultat de mesure était défini comme une
valeur attribuée à un mesurande et pouvait se référer à une indication, un résultat brut ou un résultat corrigé, selon le contexte.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.9]
3.11
modèle de mesure
modèle
relation mathématique entre toutes les grandeurs qui interviennent dans un mesurage
NOTE 1 Une forme générale d’un modèle de mesure est l’équation h(Y, X , …, X ) = 0, où Y, la grandeur de sortie dans
1 n
le modèle de mesure, est le mesurande (3.2), dont la valeur doit être déduite de l’information sur les grandeurs d’entrée
dans le modèle de mesure X , …, X .
1 n
NOTE 2 Dans les cas plus complexes où il y a deux grandeurs de sortie ou plus, le modèle de mesure comprend plus
d’une équation.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.48]
3.12
opération de mesure
quantification d’un mesurande (3.2) selon sa définition
NOTE 1 L’opération de mesure est synonyme d’application de la procédure de mesure.
NOTE 2 L’opération de mesure peut être utilisée, par exemple, pour:
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ISO 22514-7:2012(F)
— comparer les résultats de mesure à une ou deux limites de spécification afin de déterminer si la valeur du mesurande
est une valeur admissible;
— déterminer si le mesurande caractérisant un processus de fabrication est conforme aux spécifications données;
— obtenir un intervalle de confiance pour juger de la significativité de la différence entre deux valeurs du même mesurande.
3.13
processus de mesure
ensemble d’opérations permettant de déterminer la valeur d’une grandeur
[ISO 9000:2005, 3.10.2]
3.14
résolution
plus petite variation de la grandeur mesurée qui produit une variation perceptible de l’indication correspondante
fournie par un instrument de mesure
NOTE 1 La résolution peut dépendre, par exemple, du bruit (interne ou externe) ou du frottement. Elle peut aussi
dépendre de la valeur de la grandeur mesurée.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 4.14]
NOTE 2 Pour un dispositif d’affichage numérique, la résolution est égale à l’échelon numérique.
NOTE 3 La résolution n’est pas nécessairement linéaire.
3.15
valeur de référence
valeur d’une grandeur servant de base de comparaison pour les valeurs de grandeurs de même nature
NOTE 1 La valeur de référence peut être une valeur vraie d’un mesurande (3.2), et est alors inconnue, ou une valeur
conventionnelle, et est alors connue.
NOTE 2 Une valeur de référence associée à son incertitude de mesure (3.3) se rapporte généralement à
a) un matériau, par exemple un matériau de référence certifié,
b) un dispositif, par exemple un laser stabilisé,
c) une procédure de mesure de référence,
d) une comparaison d’étalons.
[ISO/CEI Guide 99:2007, 5.18]
3.16
répétabilité de mesure
répétabilité
fidélité de mesure selon un ensemble de conditions de répétabilité
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.21]
3.17
reproductibilité de mesure
reproductibilité
fidélité de mesure selon un ensemble de conditions de reproductibilité
[ISO/CEI Guide 99:2007, 2.25]
3.18
stabilité d’un processus de mesure
propriété d’un processus de mesure, selon laquelle celui-ci conserve ses propriétés métrologiques constantes
au cours du temps
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ISO 22514-7:2012(F)
3.19
élément
entité
objet
toute chose pouvant être décrite et considérée séparément
4 Symboles et termes abrégés
4.1 Symboles
a demi-étendue d’une distribution de valeurs possibles d’une grandeur d’entrée
a défaut maximal de forme
OBJ
α risque utilisé pour les tests statistiques
B biais
i
β ordonnée à l’origine de la fonction d’étalonnage
0
ˆ estimation de l’ordonnée à l’origine de la fonction d’étalonnage
β
0
β pente de la fonction d’étalonnage
1
ˆ
estimation de la pente de fonction d’étalonnage
β
1
C indicateur d’aptitude du processus de mesure
MP
C indicateur d’aptitude du système de mesure
MS
C indicateur d’aptitude potentielle du processus
p
C indicateur d’aptitude avérée du processus
pk
C indicateur d’aptitude potentielle du processus observé
p,obs
C indicateur d’aptitude potentielle du processus réel
p,p
d intervalle allant de la dernière valeur de référence pour laquelle tous les opérateurs ont estimé le
LR
résultat non satisfaisant, jusqu’à la première valeur de référence pour laquelle tous les opérateurs
ont estimé le résultat satisfaisant
d intervalle allant de la dernière valeur de référence pour laquelle tous les opérateurs ont estimé le
UR
résultat satisfaisant jusqu’à la première valeur de référence pour laquelle tous les opérateurs ont
estimé le résultat non satisfaisant
d intervalle moyen
k facteur d’élargissement
K nombre total de mesures répétées sur une référence. La référence peut être un étalon de référence
ou une pièce
k facteur d’élargissement issu du certificat d’étalonnage
CAL
l longueur mesurée
L limite de spécification inférieure
M erreur maximale tolérée (du système de mesure) (valeur MPE)
PE
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ISO 22514-7:2012(F)
m fréquences du test de Bowker
ji
N nombre d’étalons
n nombre de mesures
P probabilité
P indicateur de performance potentielle du processus
p
P indicateur de performance potentielle du processus observé
p, obs
P indicateur de performance potentielle du processus réel
p, p
Q rapport attributif d’aptitude du processus de mesure
attr
Q ratio d’aptitude du système de mesure
MS
Q ratio d’aptitude du processus de mesure
MP
R résolution du système de mesure
E
s écart-type estimé à partir d’un échantillon (pour la répétabilité du système de mesure)
T température
t valeur critique de la loi de Student pour un risque bilatéral α
1-(α/2)
U limite de spécification supérieure
u incertitude-type du coefficient de dilatation
α
u incertitude-type due à la répétabilité de l’opérateur
AV
u incertitude-type due au biais de mesure
BI
u incertitude-type due à la répétabilité du système de mesure
GV
u incertitude-type d’étalonnage pour un étalon
CAL
u incertitude-type composée pour le processus de mesure
MP
u incertitude-type due à la valeur maximale de répétabilité ou de résolution
EV
u incertitude-type due à la répétabilité des étalons
EVR
u incertitude-type due à la répétabilité pour les pièces soumises à essai
EVO
u incertitude-type due à la reproductibilité du système de mesure
GV
u incertitude-type due aux interactions
IAi
u incertitude-type due à la linéarité du système de mesure
LIN
u incertitude-type composée pour le processus de mesure
MP
u incertitude-type calculée sur la base de l’erreur maximale tolérée
MPE
u incertitude-type composée pour le système de mesure
MS
u incertitude-type due à l’influence d’autres composants non inclus dans l’analyse du système de
MS-REST
mesure
u incertitude-type due à l’hétérogénéité des pièces soumises à essai
OBJ
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ISO 22514-7:2012(F)
u incertitude-type due à la résolution du système
...
Questions, Comments and Discussion
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