楊天爽 張新敏

摘要：測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性會(huì)直接對(duì)產(chǎn)品和過程質(zhì)量的判斷造成影響。本文利用計(jì)數(shù)型和計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)的分析方法，以某汽車制造企業(yè)沖壓車間質(zhì)檢工作為例，介紹了測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）的基礎(chǔ)理論及其在沖壓件質(zhì)量控制中的應(yīng)用過程并結(jié)合分析結(jié)果對(duì)在崗檢驗(yàn)員技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

Abstract： The accuracy of measurement system directly affects the judgment of product and process quality. In this paper， the basic theory of measurement system analysis （MSA） and its application in stamping panel quality control are introduced， taking the quality inspection of stamping workshop of an automotive manufacturing enterprise as an example， by using the methods of attribute and variable measurement system analysis， and the inspector technology is evaluated based on the analysis results.

關(guān)鍵詞：測(cè)量系統(tǒng)分析;沖壓件;Kappa;重復(fù)性和再現(xiàn)性

Key words： MSA;stamping panel;Kappa;GR&R

中圖分類號(hào)：N37 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）13-0180-04

0 ?引言

數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響決策的準(zhǔn)確性，因此測(cè)量系統(tǒng)分析（Measurement System Analysis， MSA）是企業(yè)質(zhì)量管理的重要內(nèi)容。測(cè)量系統(tǒng)分析是指對(duì)獲取數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)能力的充足與否進(jìn)行研究。在傳統(tǒng)制造業(yè)中，主要對(duì)計(jì)數(shù)型和計(jì)量型兩種測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行研究，如張博等[1]對(duì)卷煙工藝測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了分析，為卷煙工藝質(zhì)量的改進(jìn)提供了幫助;竇智[2]利用測(cè)量系統(tǒng)的判定準(zhǔn)則分析了閥體質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的有效性;Jay Arthur[3]討論了在制造業(yè)中進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析的重要性，探討了設(shè)備變差和人員變差偏高的原因，并闡述了在進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)的常見誤區(qū);Kappele William D[4]通過降低測(cè)量系統(tǒng)誤差，將過程能力指數(shù)從1.0提高到1.2。此外，葉衛(wèi)民等[5]分析比較了測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)常采用的均值極差法和方差分析法，結(jié)合精益六西格瑪改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行說明，并闡述了兩種方法分別適用的條件。

在汽車沖壓件的制造過程中，沖壓工序非常復(fù)雜，往往要經(jīng)過拉延，修邊，沖孔，翻邊等多道工序才能得到一件成品。沖壓件在成型過程中容易出現(xiàn)的多種表面質(zhì)量問題，包括：劃傷、坑、包、褶皺、頸縮甚至開裂等。汽車沖壓件的質(zhì)量是保證整車質(zhì)量的關(guān)鍵，因此對(duì)沖壓件表面質(zhì)量要求普遍較高。

某汽車制造企業(yè)沖壓車間在沖壓線線尾設(shè)置多個(gè)質(zhì)量檢查工位，對(duì)每個(gè)沖壓件的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不合格品則分類裝箱，送至返修部門進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)合格后方可入庫(kù)。同時(shí)設(shè)置SPC小組工作站，對(duì)每批次沖壓件首、中、尾件不同監(jiān)控點(diǎn)的厚度進(jìn)行測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)頸縮缺陷的線下監(jiān)控。這就要求線尾的質(zhì)量檢查人員對(duì)工件的合格與否進(jìn)行準(zhǔn)確判定，SPC小組的操作員能正確使用量具對(duì)工件尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

不同質(zhì)檢人員的技術(shù)水平差異會(huì)影響判定結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。若將不合格品判定為合格，則不合格品會(huì)流入到下序生產(chǎn)環(huán)節(jié)，造成更大的質(zhì)量和成本損失;若將合格品判定為不合格品，則浪費(fèi)大量的排查時(shí)間，影響正常生產(chǎn)。本文運(yùn)用測(cè)量系統(tǒng)分析的方法對(duì)車間現(xiàn)階段的計(jì)數(shù)型和計(jì)量型兩種測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)和在崗質(zhì)檢人員的技術(shù)水平進(jìn)行評(píng)估。

1 ?計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)

1.1 計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)又稱屬性值測(cè)量系統(tǒng)。在很多情況下，計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)是通過人的主觀對(duì)質(zhì)量屬性進(jìn)行定性評(píng)價(jià)[6]。針對(duì)計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)，一般可從Kappa統(tǒng)計(jì)量、一致性比率和漏判率誤判率三個(gè)方面來綜合考量。

1.1.1 Kappa統(tǒng)計(jì)量

Kappa統(tǒng)計(jì)量是剔除了偶然之后的檢驗(yàn)員內(nèi)部或檢驗(yàn)員之間的一致性，最早由Cohen在1960年提出，F(xiàn)leiss等人在此基礎(chǔ)上也做出了杰出貢獻(xiàn)。Cohen Kappa分析法只建立在兩者比較的基礎(chǔ)上，而Fleiss Kappa分析法則克服了這一缺陷。Fleiss Kappa分析法是將同一測(cè)量對(duì)象的所有測(cè)量結(jié)果進(jìn)行兩兩比較，得到結(jié)果一致的次數(shù)[7]。

Kappa值的計(jì)算公式為：

其中，P0為觀測(cè)一致的比率，Pe為期望一致的比率[8]。

通常，Kappa值越大，說明一致性越好。若0

1.1.2 一致性比率

一致性比率是比較多次測(cè)量之間一致性程度的統(tǒng)計(jì)量，計(jì)算公式為：一致性比率=（2）

一般要求測(cè)量系統(tǒng)整體一致性比率至少大于80%，最好達(dá)到90%，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

1.1.3 漏判率和誤判率

漏判率指將不合格品判為合格品的百分率，誤判率指將合格品判為不合格品的百分率。通常漏判率和誤判率可接受的標(biāo)準(zhǔn)為：漏判率<5%，誤判率<10%。

1.2 計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)在沖壓線的應(yīng)用研究

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

隨機(jī)抽取3名沖壓線尾線質(zhì)量檢驗(yàn)員，編號(hào)為A、B和C。由品管人員選取15件工件（有意識(shí)地選取一些有缺陷的工件）。采集步驟：①對(duì)工件進(jìn)行編號(hào)，由品管人員對(duì)工件的合格與否進(jìn)行判定，以此確定工件的標(biāo)準(zhǔn);②將工件順序打亂，由檢驗(yàn)員進(jìn)行第1輪判定，直至3名檢驗(yàn)員對(duì)15個(gè)工件全部完成1次判定，判定結(jié)果由記錄人員記錄;③所有檢驗(yàn)員完成第1輪判定后，打亂工件順序再實(shí)施第2輪和第3輪判定，直至所有檢查員對(duì)每件工件完成3次判定為止;④將記錄的判定結(jié)果進(jìn)行整理。

1.2.2 測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果分析與圖表分析

3名檢驗(yàn)員的檢驗(yàn)結(jié)果整理后如表1所示。其中，“1”表示合格，“0”表示不合格。

將以上測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)分析軟件中，得到如下分析結(jié)果。

①Fleiss Kappa分析結(jié)果。

由表2檢驗(yàn)員自身評(píng)估一致性結(jié)果可知，檢驗(yàn)員A和檢驗(yàn)員B在每輪判定中都存在混合判定，即對(duì)某一件工件前后三次判定結(jié)果不一致，檢驗(yàn)員A和B的自身一致性較好，但B稍優(yōu)于A。檢驗(yàn)員C對(duì)合格品和不合格品判定的Kappa值均為1.0，說明其判定結(jié)果的重復(fù)性非常好。

由表3可知，檢驗(yàn)員A與B的Kappa值均達(dá)到0.8以上，檢驗(yàn)員C的Kappa值為1.0，說明檢驗(yàn)員A和B與標(biāo)準(zhǔn)的一致性非常好，檢驗(yàn)員C的判定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)完全一致。

檢驗(yàn)員之間一致性結(jié)果如表4所示，Kappa值都達(dá)到了0.75以上，說明檢驗(yàn)員之間的一致性非常好。所有檢驗(yàn)員與與標(biāo)準(zhǔn)一致性的Kappa值如表5所示，都達(dá)到了0.75以上且接近0.9，說明3名檢驗(yàn)員的判定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)接近一致。

②評(píng)估一致性結(jié)果。

評(píng)估一致性圖像化結(jié)果如圖1和圖2所示。

由結(jié)果可知，檢驗(yàn)員自身評(píng)估一致性百分比分別是80.00%，86.67%和100.00%，檢驗(yàn)員A、B、C的判定與標(biāo)準(zhǔn)的一致性百分比分別為80.00%，86.67%和100.00%。檢驗(yàn)員A與檢驗(yàn)員B與標(biāo)準(zhǔn)的一致性可以接受但略顯不足，檢驗(yàn)員C的每輪判定結(jié)果都與標(biāo)準(zhǔn)一致，可見檢驗(yàn)員C的判定穩(wěn)定且準(zhǔn)確度高。

表6為所有檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)的一致性結(jié)果，由結(jié)果可知，測(cè)量系統(tǒng)整體的一致性比率為66.67%，理論上一般要求該比率大于80%。

③測(cè)量系統(tǒng)三指標(biāo)。

將評(píng)估一致性結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，并計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)的漏判率與誤判率，得到如表7所示的測(cè)量系統(tǒng)三指標(biāo)。

檢驗(yàn)員A、B、C的有效性都可接受，A和B都有提高的空間，但系統(tǒng)的有效性偏低。通過對(duì)漏判率的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)員A與B的漏判率不可接受，且檢驗(yàn)員A和B的漏判率高是測(cè)量系統(tǒng)有效性偏低的原因。

根據(jù)上述分析結(jié)果，檢驗(yàn)員C的檢驗(yàn)水平高于檢驗(yàn)員A和B。要提高本系統(tǒng)的有效性需要著重降低檢驗(yàn)員A和B的漏判率，需要加強(qiáng)對(duì)兩名檢驗(yàn)員的培訓(xùn)。

2 ?計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)

2.1 計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析的目的在于分析測(cè)量系統(tǒng)本身的誤差是否滿足要求。本部分僅針對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行研究。

重復(fù)性是指評(píng)價(jià)由一個(gè)測(cè)量者，采用同一種測(cè)量?jī)x器，多次測(cè)量同一個(gè)零件的同一特性時(shí)獲得測(cè)量值的變差，又稱設(shè)備變差（EV）。再現(xiàn)性是指評(píng)價(jià)由不同測(cè)量者，采用相同的測(cè)量?jī)x器，測(cè)量同一零件的同一特性時(shí)測(cè)量平均值的變差，又稱人員變差（AV）[9]。R&R=■稱為量具的重復(fù)性與再現(xiàn)性的合成變差。

測(cè)量數(shù)據(jù)的波動(dòng)通常為工序本身的波動(dòng)？滓p和測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)之？滓ms和，即■。反映測(cè)量系統(tǒng)能力的指標(biāo)有%P/T（精度/公差比率）和%GR&R（重復(fù)性和再現(xiàn)性百分?jǐn)?shù)）。

①測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)與被測(cè)對(duì)象公差范圍的比率，記為%P/T。

②測(cè)量系統(tǒng)精度的估計(jì)值與過程范圍的比率，記為%R&R。

若%R&R及%P/T 值皆小于10%，表示測(cè)量系統(tǒng)良好;若%R&R及%P/T值介于10～30%之間，表示測(cè)量系統(tǒng)在一定條件下可接受;若%R&R及%P/T任一值大于30%，表示測(cè)量系統(tǒng)不合格，必須在改進(jìn)合格后方可使用。

2.2 計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)在沖壓線的應(yīng)用研究

2.2.1 數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集時(shí)，員工用到的測(cè)量工具為數(shù)顯外卡規(guī)，是專門用于測(cè)量厚度的量具，量程范圍為0.00-20.00mm，測(cè)量精度為0.01mm，測(cè)量常用量程范圍為0.00-1.00mm。

選擇SPC小組的3名操作員A，B、C和已校準(zhǔn)合格的數(shù)顯外卡規(guī)，由質(zhì)量專員選擇15件待測(cè)量工件，在工件上用記號(hào)筆標(biāo)記測(cè)量位置，并為每個(gè)工件編號(hào)，將樣本順序打亂。采集步驟：①三名操作員將進(jìn)行3輪測(cè)量，即每人對(duì)每件待測(cè)工件都分別進(jìn)行3次測(cè)量;②所有操作員完成第1輪測(cè)量后，再分別實(shí)施第2輪和第3輪測(cè)量，直至所有操作員對(duì)每一件工件完成3次測(cè)量為止;③將記錄的數(shù)據(jù)整理好，進(jìn)行量具R&R分析。

測(cè)量結(jié)果經(jīng)整理如表8所示。

2.2.2 結(jié)果分析與圖表分析

將以上測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)分析軟件中，選擇方差分析法，得到表9和圖2所示分析結(jié)果。

由表9可知，%GR&R=5.10%<10%，%P/T=10.92%<30%，可區(qū)分的類別數(shù)（ndc）=27>5，說明該測(cè)量系統(tǒng)良好，測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性及分辨力都符合要求。

圖3是測(cè)量值的量具R&R（方差分析）報(bào)告圖。

（a）圖的變異分量圖是各變異分量大小的條形圖。部件間的貢獻(xiàn)百分比遠(yuǎn)大于量具R&R的貢獻(xiàn)百分比，說明大多數(shù)變差來源于工件差異。

（b）圖顯示的是以同一個(gè)操作員同一個(gè)工件為分組變量的R控制圖。R控制圖表示的是三名操作員測(cè)量每個(gè)工件的最大值和最小值的差值，要求所有點(diǎn)應(yīng)該落在控制限以內(nèi)。由圖示可知操作員A和B測(cè)量的重復(fù)性較好，操作員C測(cè)量的工件7和工件8超出上控制限，說明其在測(cè)量這兩個(gè)工件時(shí)誤差相對(duì)較大。總體上，操作員C的極差明顯大于操作員A與B。

（c）圖是Xbar控制圖。因?yàn)樗x工件涵蓋了所有測(cè)量范圍，所以只有在測(cè)量系統(tǒng)的Xbar控制圖中的絕大多數(shù)平均值點(diǎn)（50%以上的點(diǎn)）落在控制限外時(shí)，該測(cè)量系統(tǒng)才是良好的。這與過程控制圖是不同的。由圖示可知Xbar控制圖符合上述要求。

（d）圖是工件間測(cè)量值的對(duì)比圖。測(cè)量值用圓點(diǎn)表示，用中心有十字的圓點(diǎn)表示測(cè)量值的均值，將均值連接起來形成一條折線。由圖示可知，每個(gè)工件的測(cè)量值分布較集中，表明操作員測(cè)量的波動(dòng)較小。均值連線上下起伏波動(dòng)，表明各工件均值差異明顯。

（e）圖是操作員對(duì)比圖，是各操作員測(cè)量結(jié)果均值的連線，其變化越小，表明操作員之間差異越小。由圖示可知，連線變化并不大，且操作者C的測(cè)量值稍微有些偏高。

（f）圖是工件和操作員交互作用結(jié)果圖，顯示的是三名操作員按工件分組的測(cè)量均值的連線，分別用藍(lán)色、紅色、綠色三條連線表示。觀察可知， 三條線重合程度高，說明操作員與工件存在的交互作用較小，同時(shí)也可看出操作員C的大部分測(cè)量結(jié)果比操作員A和B稍高一些。

上述結(jié)果說明，現(xiàn)階段該測(cè)量系統(tǒng)可用，但可對(duì)操作員C進(jìn)行培訓(xùn)，提高其測(cè)量能力，并以半年為周期進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析。

3 ?結(jié)語

沖壓件的質(zhì)檢是沖壓車間質(zhì)量監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)，也是整車質(zhì)量管理的重點(diǎn)。MSA借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)為質(zhì)量管理提供可靠的方法，不僅可以對(duì)當(dāng)前的測(cè)量系統(tǒng)能力是否充足進(jìn)行分析，找出影響測(cè)量系統(tǒng)精確性的原因，提高測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)?zāi)芰Γ€可以對(duì)在崗檢驗(yàn)人員的質(zhì)檢技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和量化分析。本文為定量評(píng)價(jià)在崗檢驗(yàn)員技能水平提供了有效的方法，并為技能不足的質(zhì)檢人員指出培訓(xùn)方向，減少因質(zhì)檢人員的因素造成的結(jié)果偏差，保證測(cè)量過程處于穩(wěn)定受控的狀態(tài)。

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