MSA在汽車沖壓件質檢及檢驗員技術評定中的應用

楊天爽 張新敏

摘要：測量系統的準確性會直接對產品和過程質量的判斷造成影響。本文利用計數型和計量型測量系統的分析方法，以某汽車制造企業沖壓車間質檢工作為例，介紹了測量系統分析（MSA）的基礎理論及其在沖壓件質量控制中的應用過程并結合分析結果對在崗檢驗員技術進行評價。

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.

關鍵詞：測量系統分析;沖壓件;Kappa;重復性和再現性

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

中圖分類號：N37 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0180-04

0 ?引言

數據的質量直接影響決策的準確性，因此測量系統分析（Measurement System Analysis， MSA）是企業質量管理的重要內容。測量系統分析是指對獲取數據的測量系統能力的充足與否進行研究。在傳統制造業中，主要對計數型和計量型兩種測量系統進行研究，如張博等[1]對卷煙工藝測量系統進行了分析，為卷煙工藝質量的改進提供了幫助;竇智[2]利用測量系統的判定準則分析了閥體質量檢測系統的有效性;Jay Arthur[3]討論了在制造業中進行測量系統分析的重要性，探討了設備變差和人員變差偏高的原因，并闡述了在進行測量系統分析時的常見誤區;Kappele William D[4]通過降低測量系統誤差，將過程能力指數從1.0提高到1.2。此外，葉衛民等[5]分析比較了測量系統分析時常采用的均值極差法和方差分析法，結合精益六西格瑪改進項目進行說明，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，沖壓工序非常復雜，往往要經過拉延，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的多種表面質量問題，包括：劃傷、坑、包、褶皺、頸縮甚至開裂等。汽車沖壓件的質量是保證整車質量的關鍵，因此對沖壓件表面質量要求普遍較高。

某汽車制造企業沖壓車間在沖壓線線尾設置多個質量檢查工位，對每個沖壓件的外觀質量進行檢查，發現不合格品則分類裝箱，送至返修部門進行修復，修復合格后方可入庫。同時設置SPC小組工作站，對每批次沖壓件首、中、尾件不同監控點的厚度進行測量，以實現頸縮缺陷的線下監控。這就要求線尾的質量檢查人員對工件的合格與否進行準確判定，SPC小組的操作員能正確使用量具對工件尺寸進行準確的測量。

不同質檢人員的技術水平差異會影響判定結果和測量數據的準確性。若將不合格品判定為合格，則不合格品會流入到下序生產環節，造成更大的質量和成本損失;若將合格品判定為不合格品，則浪費大量的排查時間，影響正常生產。本文運用測量系統分析的方法對車間現階段的計數型和計量型兩種測量系統進行分析研究，并對測量系統和在崗質檢人員的技術水平進行評估。

1 ?計數型測量系統

1.1 計數型測量系統的評判標準

計數型測量系統又稱屬性值測量系統。在很多情況下，計數型測量系統是通過人的主觀對質量屬性進行定性評價[6]。針對計數型測量系統，一般可從Kappa統計量、一致性比率和漏判率誤判率三個方面來綜合考量。

1.1.1 Kappa統計量

Kappa統計量是剔除了偶然之后的檢驗員內部或檢驗員之間的一致性，最早由Cohen在1960年提出，Fleiss等人在此基礎上也做出了杰出貢獻。Cohen Kappa分析法只建立在兩者比較的基礎上，而Fleiss Kappa分析法則克服了這一缺陷。Fleiss Kappa分析法是將同一測量對象的所有測量結果進行兩兩比較，得到結果一致的次數[7]。

Kappa值的計算公式為：

其中，P0為觀測一致的比率，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量之間一致性程度的統計量，計算公式為：一致性比率=（2）

一般要求測量系統整體一致性比率至少大于80%，最好達到90%，以保證測量數據準確可靠。

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準為：漏判率<5%，誤判率<10%。

1.2 計數型測量系統在沖壓線的應用研究

1.2.1 數據采集

隨機抽取3名沖壓線尾線質量檢驗員，編號為A、B和C。由品管人員選取15件工件（有意識地選取一些有缺陷的工件）。采集步驟：①對工件進行編號，由品管人員對工件的合格與否進行判定，以此確定工件的標準;②將工件順序打亂，由檢驗員進行第1輪判定，直至3名檢驗員對15個工件全部完成1次判定，判定結果由記錄人員記錄;③所有檢驗員完成第1輪判定后，打亂工件順序再實施第2輪和第3輪判定，直至所有檢查員對每件工件完成3次判定為止;④將記錄的判定結果進行整理。

1.2.2 測量數據結果分析與圖表分析

3名檢驗員的檢驗結果整理后如表1所示。其中，“1”表示合格，“0”表示不合格。

將以上測量數據導入統計分析軟件中，得到如下分析結果。

①Fleiss Kappa分析結果。

由表2檢驗員自身評估一致性結果可知，檢驗員A和檢驗員B在每輪判定中都存在混合判定，即對某一件工件前后三次判定結果不一致，檢驗員A和B的自身一致性較好，但B稍優于A。檢驗員C對合格品和不合格品判定的Kappa值均為1.0，說明其判定結果的重復性非常好。

由表3可知，檢驗員A與B的Kappa值均達到0.8以上，檢驗員C的Kappa值為1.0，說明檢驗員A和B與標準的一致性非常好，檢驗員C的判定結果與標準完全一致。

檢驗員之間一致性結果如表4所示，Kappa值都達到了0.75以上，說明檢驗員之間的一致性非常好。所有檢驗員與與標準一致性的Kappa值如表5所示，都達到了0.75以上且接近0.9，說明3名檢驗員的判定結果與標準接近一致。

②評估一致性結果。

評估一致性圖像化結果如圖1和圖2所示。

由結果可知，檢驗員自身評估一致性百分比分別是80.00%，86.67%和100.00%，檢驗員A、B、C的判定與標準的一致性百分比分別為80.00%，86.67%和100.00%。檢驗員A與檢驗員B與標準的一致性可以接受但略顯不足，檢驗員C的每輪判定結果都與標準一致，可見檢驗員C的判定穩定且準確度高。

表6為所有檢驗員與標準的一致性結果，由結果可知，測量系統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測量系統三指標。

將評估一致性結果進行總結，并計算測量系統的漏判率與誤判率，得到如表7所示的測量系統三指標。

檢驗員A、B、C的有效性都可接受，A和B都有提高的空間，但系統的有效性偏低。通過對漏判率的計算，發現檢驗員A與B的漏判率不可接受，且檢驗員A和B的漏判率高是測量系統有效性偏低的原因。

根據上述分析結果，檢驗員C的檢驗水平高于檢驗員A和B。要提高本系統的有效性需要著重降低檢驗員A和B的漏判率，需要加強對兩名檢驗員的培訓。

2 ?計量型測量系統

2.1 計量型測量系統的評判標準

計量型測量系統分析的目的在于分析測量系統本身的誤差是否滿足要求。本部分僅針對測量系統的重復性和再現性進行研究。

重復性是指評價由一個測量者，采用同一種測量儀器，多次測量同一個零件的同一特性時獲得測量值的變差，又稱設備變差（EV）。再現性是指評價由不同測量者，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差，又稱人員變差（AV）[9]。R&R=■稱為量具的重復性與再現性的合成變差。

測量數據的波動通常為工序本身的波動？滓p和測量系統波動之？滓ms和，即■。反映測量系統能力的指標有%P/T（精度/公差比率）和%GR&R（重復性和再現性百分數）。

①測量系統的波動與被測對象公差范圍的比率，記為%P/T。

②測量系統精度的估計值與過程范圍的比率，記為%R&R。

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

2.2 計量型測量系統在沖壓線的應用研究

2.2.1 數據采集

在數據采集時，員工用到的測量工具為數顯外卡規，是專門用于測量厚度的量具，量程范圍為0.00-20.00mm，測量精度為0.01mm，測量常用量程范圍為0.00-1.00mm。

選擇SPC小組的3名操作員A，B、C和已校準合格的數顯外卡規，由質量專員選擇15件待測量工件，在工件上用記號筆標記測量位置，并為每個工件編號，將樣本順序打亂。采集步驟：①三名操作員將進行3輪測量，即每人對每件待測工件都分別進行3次測量;②所有操作員完成第1輪測量后，再分別實施第2輪和第3輪測量，直至所有操作員對每一件工件完成3次測量為止;③將記錄的數據整理好，進行量具R&R分析。

測量結果經整理如表8所示。

2.2.2 結果分析與圖表分析

將以上測量數據導入統計分析軟件中，選擇方差分析法，得到表9和圖2所示分析結果。

由表9可知，%GR&R=5.10%<10%，%P/T=10.92%<30%，可區分的類別數（ndc）=27>5，說明該測量系統良好，測量系統的重復性和再現性及分辨力都符合要求。

圖3是測量值的量具R&R（方差分析）報告圖。

（a）圖的變異分量圖是各變異分量大小的條形圖。部件間的貢獻百分比遠大于量具R&R的貢獻百分比，說明大多數變差來源于工件差異。

（b）圖顯示的是以同一個操作員同一個工件為分組變量的R控制圖。R控制圖表示的是三名操作員測量每個工件的最大值和最小值的差值，要求所有點應該落在控制限以內。由圖示可知操作員A和B測量的重復性較好，操作員C測量的工件7和工件8超出上控制限，說明其在測量這兩個工件時誤差相對較大。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。因為所選工件涵蓋了所有測量范圍，所以只有在測量系統的Xbar控制圖中的絕大多數平均值點（50%以上的點）落在控制限外時，該測量系統才是良好的。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）圖是工件間測量值的對比圖。測量值用圓點表示，用中心有十字的圓點表示測量值的均值，將均值連接起來形成一條折線。由圖示可知，每個工件的測量值分布較集中，表明操作員測量的波動較小。均值連線上下起伏波動，表明各工件均值差異明顯。

（e）圖是操作員對比圖，是各操作員測量結果均值的連線，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的測量值稍微有些偏高。

（f）圖是工件和操作員交互作用結果圖，顯示的是三名操作員按工件分組的測量均值的連線，分別用藍色、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，同時也可看出操作員C的大部分測量結果比操作員A和B稍高一些。

上述結果說明，現階段該測量系統可用，但可對操作員C進行培訓，提高其測量能力，并以半年為周期進行測量系統分析。

3 ?結語

沖壓件的質檢是沖壓車間質量監控的重要環節，也是整車質量管理的重點。MSA借助數理統計為質量管理提供可靠的方法，不僅可以對當前的測量系統能力是否充足進行分析，找出影響測量系統精確性的原因，提高測量系統的檢驗能力，還可以對在崗檢驗人員的質檢技術進行評價和量化分析。本文為定量評價在崗檢驗員技能水平提供了有效的方法，并為技能不足的質檢人員指出培訓方向，減少因質檢人員的因素造成的結果偏差，保證測量過程處于穩定受控的狀態。

參考文獻：

[1]張博，張云蓮，朱強，蔣志才，柴武君.測量系統分析（MSA）在卷煙工藝質量管理中的應用[J].煙草科技，2010（08）：29-33.

[2]竇智.測量系統分析在制造業中的實際應用[J].電源技術，2009，33（11）：1022-1025.

[3]Jay Arthur. Gage R&R[J]. Quality，2017，56（13）：20-21.

[4]Kappele William D. The cost of a poor measurement system： convince people of the value of measurement system analysis[J]. Quality，2017，56（7）：32-35.

[5]葉衛民，趙德勇，劉沃野，高翠娟.測量系統分析方法評述及應用[J].統計與決策，2013（02）：83-86.

[6]何楨，趙燕，鄒峰.屬性值測量系統分析的方法研究與應用[J].工業工程，2008（01）：82-85，121.

[7]趙越，王田田.測量系統分析在紡織品透濕性能測試判定上的應用[J].紡織報告，2017（09）：77-79，85.

[8]馬逢時，周暐，劉傳冰.六西格瑪管理統計指南——MINITAB使用指導[M].二版.北京：中國人民大學出版社，2013.

[9]張根保，何楨，劉英.質量管理與可靠性[M].北京：中國科學技術出版社，2013.