李 琰 蔣震芳

(1.無錫威孚長安有限責任公司，無錫 214000；2.一汽無錫柴油機廠，無錫 214000)

0 引言

在機械加工行業(yè)中，計量器具管理是日常生產(chǎn)管理關鍵內(nèi)容。計量器具的數(shù)據(jù)輸出直接判定設備運行及生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，產(chǎn)品是否合格。所以在所有工藝確認之前，需先期對計量器具進行研究，判斷計量器具測量能力是否滿足生產(chǎn)需求。

TS16949：2009體系中測量系統(tǒng)分析(Measurement Systems Analysis，簡稱MSA)，其實質(zhì)內(nèi)容為測量過程的改進。我們通過長期日常計量管理研究過程，討論、總結了在MSA中，計量器具偏移、重復性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性的相關要點，提出計量器具能力分析新方法，提高MSA的有效性。

1 測量系統(tǒng)分析的時機

1.1 MSA策劃

每年要編寫年度MSA計劃，對所有計量器具進行MSA策劃。

在以下常規(guī)情況下，必須進行測量系統(tǒng)分析：

1)修理過的儀器；

2)新進儀器；

3)新進計量檢測人員；

4)移動過的儀器。

1.2 注意事項

我們常忽略以下情況：

1)涉及產(chǎn)品特殊特性的計量器具每年應當進行測量系統(tǒng)分析；

2)設備能力及過程能力研究前應當進行測量系統(tǒng)分析；

3)涉及SPC(統(tǒng)計過程控制)分析的計量器具每年應當進行測量系統(tǒng)分析；

4)涉及顧客提出特殊要求的計量器具應當進行測量系統(tǒng)分析；

5)產(chǎn)品審核或顧客抱怨時涉及的計量器具應當進行測量系統(tǒng)分析；

6)生產(chǎn)線放行時應當進行測量系統(tǒng)分析；

7)某些常規(guī)的電測量檢具、對測量環(huán)境變化較敏感或精度較高的計量器具，通常應每年進行測量系統(tǒng)分析；

8)精密計量器具可每周進行穩(wěn)定性研究。

2 計量型測量系統(tǒng)研究

2.1 標準件的選擇

在MSA中，我們經(jīng)常會碰到分析某些項目時，沒有相關國家認可的標準件，例如：平行度、垂直度、同軸度和跳動標準件等。常規(guī)情況下會挑選生產(chǎn)零件，測出參考值，代替標準值。為保證其精度，選擇的基本原則為參考值一定要在精度更高的計量器具上獲取。

2.2 零件選擇

在選擇零件時需考慮零件尺寸的散差均勻分布在公差范圍內(nèi)，特別是有上下公差的尺寸，我們需選擇幾個臨界尺寸的零件，這樣保證了ndc≥5(ndc是由測量系統(tǒng)對過程進行劃分的區(qū)別分類數(shù))，即MSA是有效的。適時可以選擇1～2件超出公差10%以內(nèi)的零件，提高不合格零件在計量器具上檢測的判別準確性。

2.3 常用計量器具分辨力的選擇

MSA手冊中第一章第E節(jié)測量問題中規(guī)定“儀器的分辨力應該將公差(或過程變差)細分為1/10或更多”。在精密計量器具上進行測量系統(tǒng)分析時，在運行條件良好情況下，尺寸公差較小，會發(fā)現(xiàn)當計量器具分辨力為公差的1/10時，分析結果往往處于10%<%GRR≤30%(GRR為量具的重復性和再現(xiàn)性)。推薦使用分辨力小于等于規(guī)定公差5%的計量器具。

儀器的估讀也是至關重要的，在MSA分析研究時，我們要盡可能進行估讀，這對MSA分析的精確度有很大幫助。

2.4 MSA檢測項目的選擇

2.4.1 同種特性參數(shù)只需要選擇一個

若一個項目的幾個單獨的特性具有相同的變化趨勢，則只用一個特性來分析就夠了。如表1 所示，以HOMMEL圓度儀在CPN2.2油泵共軌零部件應用為例。

即在同一臺設備上，需要檢測各種圓度、直線度和平行度等項目，同一特性參數(shù)選擇檢測難度最大的，如公差最小的、測量行程距離最長的來分析。如果合格，即可認為其他尺寸也可通過。但是在MSA分析過程中，需注意一點，同一檢測項目在不同零件條件下有可能不能替代。例如：零件內(nèi)、外圓的檢測項目(如圓度)，需分開進行測量系統(tǒng)分析。另外零件表面粗糙度相差較大，除粗糙度項目外的其他項目也需要進行MSA分析。

2.4.2 同樣一臺計量器具可測量多種特性參數(shù)時，選擇某幾項常規(guī)測量

如選擇Taylor輪廓度粗糙度儀(型號：FTS i120)進行研究。設備功能可檢測粗糙度及輪廓度，但常用生產(chǎn)使用時只檢測粗糙度內(nèi)容，則測量系統(tǒng)分析可只分析粗糙度項目。

2.5 操作方法的一致性

在做MSA時，操作方法要求一致。除了要求用同一種測量程序、測量手段外，更容易疏忽的是零件裝夾位置、裝夾方式和測量位置等細節(jié)上的一致。只有注意了這些測量細節(jié)，才會更精確反應測量系統(tǒng)有效性。

表1HOMMEL圓度儀MSA分析

2.6 重復性及再現(xiàn)性(GRR)檢測分析

在進行重復性、再現(xiàn)性分析時，我們可以區(qū)分是否有操作者影響。如果操作者影響較大，即使用常規(guī)3人、10件工件測量方法；如果操作者影響很小，我們可以使用25個工件，每工件進行盲測2次，計算GRR。

例如：三坐標檢測零件對稱度，要求0.06mm。測量過程中，零件使用專業(yè)夾具進行裝夾；測量系統(tǒng)自動拾取、標定測針，建立工件坐標，使用標準化程序測量。我們發(fā)現(xiàn)裝夾方式、測量位置等人為因素影響極少(可忽略不計)，工件因素及設備因素影響較大，我們可使用第二種測量分析方法。具體方法見表2。

表2三坐標對稱度MSA分析 mm

由表中數(shù)據(jù)計算：零件平均值的極差：Rp=maxXibar-minXibar=0.022

平均極差：Rbar=(R1+R2+…+RK)/K=0.0011，K為子組的數(shù)量

設備變異：EV=Rbar×K1=0.0010，K1=0.8862

零件變異：PV=Rp×K3=0.0055，K3=0.250

%GRR=6×100%×(EV/T)=19.1%，T=0.06/2=0.03

ndc=1.41(PV/EV)=7.755≈8

另外， 結合GRR接受標準，可采取的措施如下：

%GRR≤10%—測量系統(tǒng)可接受;

10%<%GRR≤30%—測量系統(tǒng)可接受或不接受，決定于該量具系統(tǒng)的重要性，修理所需費用等因素。當決定接受時，必須通過有條件接收程序，由質(zhì)量、工藝、生產(chǎn)部門進行共同批準。

%GRR>30%—測量系統(tǒng)不能接受，須予以改進。根據(jù)MSA手冊進行分析人員因素和設備因素，必要時更換量具或對量具重新進行調(diào)整。當然對以前所測量的庫存件必須再抽查檢驗。 如發(fā)現(xiàn)庫存件已超出規(guī)格，必要時立即追蹤出貨并通知客戶，協(xié)調(diào)處理對策。

2.7 計量器具能力研究

常規(guī)計量器具常常在檢定合格，運行正常情況下只單獨做偏差(bias)研究或重復性、再現(xiàn)性研究。但實際上，當計量器具出現(xiàn)較大偏差時，只研究重復性、再現(xiàn)性不能體現(xiàn)計量器具的實際情況。

為解決這一問題，可以參考生產(chǎn)過程能力研究的一些內(nèi)容。在保證生產(chǎn)設備能力Cp/Cpk≥1.33情況下，分析生產(chǎn)過程能力Pp/Ppk。同樣計量器具也可先分析計量器具設備能力Cg/Cgk，合格后進行GRR分析。即當計量器具設備能力Cg/Cgk也保證在≥1.33狀態(tài)下，再開展偏差研究或重復性、再現(xiàn)性研究。

Cg/Cgk不合格原因分析：

1)標準或基準值誤差，檢查標準程序；

2)儀器磨損，在穩(wěn)定性分析時可以發(fā)現(xiàn)，建議按計劃維護或修整；

3)儀器測量了錯誤的特性；

4)儀器未得到完善的校準，需評審校準程序；

5)評價人設備操作不當，需評審評價人技能及測量指導書的合理性；

6)儀器修正運算不正確。

系統(tǒng)偏差必須通過對測量系統(tǒng)進行更改來修正(如硬件、軟件單項調(diào)整或兩項同時調(diào)整)。如果更改困難，系統(tǒng)偏倚還可通過對每個測量結果進行修正來補償。但是修正補償存在較高評價人誤差的風險，需要取得客戶的批準。

3 計數(shù)型測量系統(tǒng)研究

在實際操作中我們常用小樣法，發(fā)現(xiàn)這類分析系統(tǒng)有一個較大的問題：敏感度不高。實際生產(chǎn)過程中，易發(fā)生誤判現(xiàn)象。要解決這類問題，我們可以在選擇MSA分析零件時，適當挑選2～3個尺寸接近上下邊緣公差的零件加入分析零件中。這樣做，大大加大了MSA分析的難度，但在實際生產(chǎn)過程中就更能準確判定零件是否合格。

4 結束語

正確的測量是質(zhì)量改進的基礎，是質(zhì)量決策的關鍵。精確的測量系統(tǒng)分析可以評估企業(yè)測量水平，反饋測量系統(tǒng)在一段時間內(nèi)的穩(wěn)定性，為產(chǎn)品檢測項目挑選合適的計量器具。通過長期研究，發(fā)現(xiàn)在測量系統(tǒng)分析中，必須策劃合適的分析時機，選擇合適的標準器及零件，采用正確分析方法，實施合適的測量項目，并對結果作出正確的分析及判斷，才能有效的保證測量系統(tǒng)分析的精確性。

[1] TS16949：2009標準[S].IATF.JAMA.ISO/TC176，2009

[2] QS9000五大核心工具測量系統(tǒng)分析(MSA)手冊(第三版)[S].品士公司，2002

[3] 董雙財.測量系統(tǒng)分析—理論、方法和應用[M].中國計量出版社，2006

[4] 俞鐘行.測量系統(tǒng)分析(MSA)中的粗差[J].計量技術，2007(11)