張靜

摘要：本文首先介紹了MSA測(cè)量系統(tǒng)分析的起源，以及MSA研究的意義，分析了MSA的基本特性，給出了MSA測(cè)量系統(tǒng)分析實(shí)際的分析步驟以及測(cè)量系統(tǒng)的特征、分析計(jì)劃和接受準(zhǔn)則，舉例說明了MSA在公司測(cè)量器具中的應(yīng)用分析，以及如何進(jìn)行分析結(jié)果的判定，從質(zhì)量管理的角度對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的所有量測(cè)結(jié)果進(jìn)行可靠性的判定和分析，同時(shí)也為新的測(cè)量設(shè)備和工裝符合性驗(yàn)收給出了驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)和方法，為企業(yè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢驗(yàn)可靠性提供保障。

主題詞：量具 測(cè)量 測(cè)量系統(tǒng) MSA 分辨力 偏倚 線性 穩(wěn)定性 重復(fù)性 再現(xiàn)性

1、引言：

在高質(zhì)量發(fā)展成為大趨勢(shì)的形勢(shì)下，質(zhì)量工作的開展也逐步系統(tǒng)化、專業(yè)化，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們經(jīng)常會(huì)有測(cè)量數(shù)據(jù)是可靠的嗎，測(cè)量系統(tǒng)有足夠的分辨力嗎，新的測(cè)量設(shè)備驗(yàn)收時(shí)測(cè)量能力真的可以滿足測(cè)試對(duì)象的需求嗎，我們測(cè)試合格的產(chǎn)品為什么客戶測(cè)試不合格，為什么不同的測(cè)量人員得到的測(cè)量結(jié)果不同，一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量結(jié)果是否能保持一致，公司的測(cè)量系統(tǒng)怎樣才算是可靠的，在一個(gè)產(chǎn)品特性或者過程特性進(jìn)行測(cè)量策劃時(shí)我們?nèi)绾芜x擇正確的量具，在實(shí)際測(cè)量時(shí)選擇千分尺、游標(biāo)卡尺、投影亦或者是三次元，在實(shí)際評(píng)估過程中應(yīng)該如何實(shí)施等等疑問，這些疑問就是本文想要探索和研究的內(nèi)容，解決以上問題需要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通常我們利用的是MSA測(cè)量系統(tǒng)分析工具，MSA是IATF16949 汽車體系五大工具之一，起源于汽車行業(yè)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在制造業(yè)中，可靠的數(shù)據(jù)是我們做出正確決策的基礎(chǔ)，也從客觀數(shù)據(jù)上反應(yīng)出生產(chǎn)過程水平，給質(zhì)量管理做持續(xù)改進(jìn)提供了方向和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2、MSA測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)定義

MSA：Measurement System Analysis，即測(cè)量系統(tǒng)分析，即對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行的分析，主要用于分析測(cè)量系統(tǒng)對(duì)量測(cè)值的影響，目的是評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量，以確定測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性，并將其與可接受的標(biāo)準(zhǔn)作比較，以得出正確的判斷和結(jié)論。

測(cè)量系統(tǒng)是由檢驗(yàn)設(shè)備、檢驗(yàn)人員、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)對(duì)象等因素構(gòu)成的一個(gè)集合并用來獲得測(cè)量結(jié)果的過程，這個(gè)系統(tǒng)的可靠性直接決定了檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性。目前公司在新檢測(cè)設(shè)備驗(yàn)收或者老檢測(cè)設(shè)備確認(rèn)時(shí)，基本做法是進(jìn)行校驗(yàn)，與標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行對(duì)比，校驗(yàn)合格后即判定為合格，在檢測(cè)設(shè)備測(cè)量系統(tǒng)分析層面上還不夠充分，如一次確認(rèn)合格的設(shè)備，它的測(cè)量的偏倚量如何，是否符合數(shù)據(jù)的正態(tài)分布;它的穩(wěn)定性如何，能否穩(wěn)定的提供準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果;它的重復(fù)性和再現(xiàn)性又如何，變差是否能被我們所接受等等這一系列的問題，這些問題是影響著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)有效的主要的因素，檢測(cè)設(shè)備不是孤立存在的，它需要與人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，從測(cè)量系統(tǒng)輸出最終的測(cè)試結(jié)果，那么要得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，有時(shí)候測(cè)量器具本身是合格的，但是用來測(cè)量被測(cè)對(duì)象測(cè)試有效性就不合格，所以我們要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析以判定有效性，MSA分析工具就是我們進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析的工具，通過系統(tǒng)性的分析可以準(zhǔn)確判定測(cè)量系統(tǒng)的有效性以及反應(yīng)出測(cè)量系統(tǒng)需要改進(jìn)的點(diǎn)，為我們質(zhì)量改進(jìn)提供準(zhǔn)確的指向。

3、測(cè)量系統(tǒng)五大特性研究

3.2.1 分辨力

分辨力是指測(cè)量系統(tǒng)識(shí)別并顯示被測(cè)量最微小變化的能力，這種能力可以通過儀器儀表上的最小刻度來反映，如果測(cè)量系統(tǒng)分辨力不高，就無法正確識(shí)別過程的波動(dòng)，從而導(dǎo)致不正確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，具有足夠分辨力是合格測(cè)量系統(tǒng)最基本的條件之一，如果發(fā)現(xiàn)分辨力不足，則需要更換更高精度的量具或者更好的測(cè)量技術(shù)，一般測(cè)量結(jié)果的最小間距（通常稱精密度）應(yīng)為產(chǎn)品規(guī)格寬度的十分之一。

3.2.2 偏倚

偏倚指對(duì)同樣零件的同樣特性，觀測(cè)到的測(cè)量平均值和真值的差值，也就是準(zhǔn)確度，偏倚計(jì)算方式中的真值一般是無法獲取的，但是我們會(huì)采取如下方式作為真值的來源：

S高一級(jí)的測(cè)量設(shè)備所得重復(fù)測(cè)量值的平均值;

S由法律定義并強(qiáng)制執(zhí)行的法定值;

S以科學(xué)原理為基礎(chǔ)的理論值;

S以一些國家或國際組織的實(shí)驗(yàn)工作為基礎(chǔ)或者以健全的理論為支持的指定值;

S以一些科學(xué)或工程組織贊助的合作實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過專業(yè)人士和商業(yè)組織等使用者一致同意的一致同意的值;

S由受影響的各團(tuán)體協(xié)調(diào)一致的值

3.2.3 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指測(cè)量系統(tǒng)在某一階段時(shí)間內(nèi)，測(cè)量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時(shí)獲得的測(cè)量總變差，它是偏倚隨時(shí)間變化的表現(xiàn)結(jié)果，體現(xiàn)的是測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)特性在時(shí)間范圍內(nèi)保持恒定的能力。

3.2.4 線性

線性是指在系統(tǒng)預(yù)期得量程范圍內(nèi)，各點(diǎn)處偏倚量與參考值呈現(xiàn)線性關(guān)系，在數(shù)學(xué)上得表現(xiàn)為偏倚量與其對(duì)應(yīng)參考值有線性回歸關(guān)系。

3.2.5 重復(fù)性和再現(xiàn)性（GR&R）

重復(fù)性：由同一操作者，用同一測(cè)量?jī)x器，多次測(cè)量同一部件得同一特性時(shí)獲得的測(cè)量變差，指儀器得變差（EV（Equipment Variation）;

再現(xiàn)性：指由不同的人，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，指人的變差（AV（Appraiser variation））。

4.1 五大特性接收準(zhǔn)則

4.1.1 偏倚分析方法和接受準(zhǔn)則

對(duì)偏倚分析采用獨(dú)立樣本法，取一個(gè)樣本建立基準(zhǔn)值（一般經(jīng)計(jì)量溯源確認(rèn)）或選擇一個(gè)落在生產(chǎn)測(cè)量的中間數(shù)的零件，測(cè)量零件數(shù)值10次以上，并計(jì)算平均值作為基準(zhǔn)值，然后找一個(gè)評(píng)價(jià)人，用被評(píng)價(jià)的檢具，按照量測(cè)檢驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定測(cè)量樣本10次以上，計(jì)算讀數(shù)的平均值，作為觀測(cè)值，觀測(cè)值和基準(zhǔn)值差就是偏倚數(shù)，即

偏倚=觀測(cè)值-基準(zhǔn)值

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否呈現(xiàn)正態(tài)分布，如呈現(xiàn)正態(tài)分布，則測(cè)量數(shù)據(jù)使可以接受的，若數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布，數(shù)據(jù)沒有繼續(xù)分析研究的意義，要排查量測(cè)過程中數(shù)據(jù)異常來源，異常消除后重新量測(cè)數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分析。

4.1.2 線性分析方法和接受準(zhǔn)則

那線性分析就是全部測(cè)量量程范圍的分析，在量具的量測(cè)范圍內(nèi)，選擇5個(gè)或以上的零件，零件的尺寸要均衡覆蓋整個(gè)量程，按照偏倚的方法找到零件相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)值作為基準(zhǔn)值，然后一個(gè)人測(cè)量每個(gè)零件10次及以上，計(jì)算每次測(cè)量的零件偏倚及零件偏倚平均值，在線型圖上畫出單個(gè)平均偏倚數(shù)值和基準(zhǔn)值關(guān)系，觀察線性關(guān)系，如果數(shù)據(jù)呈現(xiàn)線性關(guān)系，則偏倚為0的線完全在擬合線的置信帶內(nèi)，

若偏倚為0的線不在擬合線的置信區(qū)間內(nèi)，則數(shù)據(jù)不呈現(xiàn)線性關(guān)系。

4.3 穩(wěn)定行分析方法和接受準(zhǔn)則

前面我們提到了測(cè)量系統(tǒng)要做偏倚分析、線性分析，從而確定測(cè)量系統(tǒng)的有效性，但是這些都是要建立在測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，如果測(cè)量系統(tǒng)不穩(wěn)定，則分析結(jié)果都是無效的，等于做了無用功，分析的數(shù)據(jù)只能代表分析當(dāng)時(shí)的狀況，系統(tǒng)不穩(wěn)定則不能代表后續(xù)的測(cè)量狀況，穩(wěn)定性也就是測(cè)量系統(tǒng)在時(shí)間上的偏倚，如果沒有特殊原因變差影響測(cè)量系統(tǒng)時(shí)間意義上的偏倚，說明測(cè)量系統(tǒng)是穩(wěn)定的，所以一般我們以一個(gè)長(zhǎng)的周期（以天計(jì)），測(cè)量相同基準(zhǔn)或零件的單一特性來判定測(cè)量系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，用X-R圖對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)，則測(cè)量系統(tǒng)有效。

4.4 GRR（重復(fù)性和再現(xiàn)性）分析方法和接受準(zhǔn)則

4.4.1 重復(fù)性（EV）

重復(fù)性為由同一操作者，用同一測(cè)量?jī)x器，多次測(cè)量同一部件得同一特性時(shí)獲得的測(cè)量變差，重復(fù)性波動(dòng)主要反映量具本身的波動(dòng)，主要是指儀器得變差（EV（Equipment Variation）。

4.4.2 再現(xiàn)性（AV）

再現(xiàn)性指由不同的人，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，指人的變差A(yù)V（Appraiser variation）。

4.4.3 測(cè)量對(duì)象間波動(dòng)（PV）

測(cè)量對(duì)象之間總是存在差異，如果n個(gè)不同測(cè)量對(duì)象，就可以得到n個(gè)測(cè)量值，x1、x2…xn，測(cè)量對(duì)象間的波動(dòng)亦可用重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算，把測(cè)量對(duì)象間的波動(dòng)記為PV。

4.4.4測(cè)量系統(tǒng)變差GRR

GRR是測(cè)量系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容，前面幾個(gè)章節(jié)我們討論了偏倚、線性和穩(wěn)定性，主要是測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，GRR重復(fù)性和再現(xiàn)性主要評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)的精確性，進(jìn)行GRR分析的目的是定量的給出測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)大小，以確定測(cè)量系統(tǒng)是否合格，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)不合格時(shí)，識(shí)別波動(dòng)原因，并指出改進(jìn)的方向，所以GRR分析在測(cè)量系統(tǒng)分析中占據(jù)最重要的位置，目前應(yīng)用最廣泛的也是GRR分析法。

變差計(jì)算公式：

4.4.5 GRR分析方法

GRR分析步方法為選取10個(gè)相同型號(hào)的零件，將零件進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)不讓測(cè)量人員看到，選3名測(cè)量人員，讓每個(gè)測(cè)量人員按照隨機(jī)的順序?qū)θ苛慵y(cè)量一遍，再按照隨機(jī)的順序再次測(cè)量?jī)杀?，將所有?shù)據(jù)記錄整理好，并用Minitab軟件進(jìn)行分析，

4.4.6 GRR分析結(jié)果判定

R&R可接受準(zhǔn)則，一般用R&R變差比上總變差來判定

1、%R&R<10%，測(cè)量系統(tǒng)可接受;

2、10%<%R&R<30%，測(cè)量系統(tǒng)可接受或不接受，決定于該測(cè)量系統(tǒng)的重要性，成本、修理所需的費(fèi)用等因素，可能是可接受的，這個(gè)要根據(jù)具體進(jìn)行;

3、%R&R>30%，測(cè)量系統(tǒng)不能接受

這樣的結(jié)果需要予以改進(jìn)，進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)問題并改正，必要時(shí)更換量具或?qū)α烤咧匦逻M(jìn)行調(diào)整，同時(shí)需要對(duì)以前所測(cè)量的庫存產(chǎn)品再抽查檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)庫存品已超出規(guī)格應(yīng)立即追蹤出貨通知客戶，協(xié)調(diào)處理對(duì)策。

5、小結(jié)

準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果才能提供準(zhǔn)確決策的基礎(chǔ)，MSA為企業(yè)實(shí)際運(yùn)行提供了一套行之有效的數(shù)據(jù)分析方法，在公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)工作實(shí)際運(yùn)行過程中，很多決策都要來自準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，正所謂差之毫厘，繆以千里，準(zhǔn)確的測(cè)量系統(tǒng)保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而保證了在實(shí)際分析問題方向的準(zhǔn)確性，若測(cè)量數(shù)據(jù)都不準(zhǔn)確，那么我們就沒法從數(shù)據(jù)中反饋出最真實(shí)的生產(chǎn)水平，真正的問題就被掩蓋了，將MSA測(cè)量系統(tǒng)的分析真正的用到實(shí)際的生產(chǎn)管理工作中，逐步推廣MSA工具在實(shí)際質(zhì)量管理中的作用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

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