MSA工具在質量管理中的應用

張靜

摘要：本文首先介紹了MSA測量系統分析的起源，以及MSA研究的意義，分析了MSA的基本特性，給出了MSA測量系統分析實際的分析步驟以及測量系統的特征、分析計劃和接受準則，舉例說明了MSA在公司測量器具中的應用分析，以及如何進行分析結果的判定，從質量管理的角度對產品生產過程的所有量測結果進行可靠性的判定和分析，同時也為新的測量設備和工裝符合性驗收給出了驗收的標準和方法，為企業生產過程的質量檢驗可靠性提供保障。

主題詞：量具 測量 測量系統 MSA 分辨力 偏倚 線性 穩定性 重復性 再現性

1、引言：

在高質量發展成為大趨勢的形勢下，質量工作的開展也逐步系統化、專業化，在實際生產過程中，我們經常會有測量數據是可靠的嗎，測量系統有足夠的分辨力嗎，新的測量設備驗收時測量能力真的可以滿足測試對象的需求嗎，我們測試合格的產品為什么客戶測試不合格，為什么不同的測量人員得到的測量結果不同，一段時間內測量結果是否能保持一致，公司的測量系統怎樣才算是可靠的，在一個產品特性或者過程特性進行測量策劃時我們如何選擇正確的量具，在實際測量時選擇千分尺、游標卡尺、投影亦或者是三次元，在實際評估過程中應該如何實施等等疑問，這些疑問就是本文想要探索和研究的內容，解決以上問題需要對測量系統進行評價。通常我們利用的是MSA測量系統分析工具，MSA是IATF16949 汽車體系五大工具之一，起源于汽車行業，現在廣泛應用在制造業中，可靠的數據是我們做出正確決策的基礎，也從客觀數據上反應出生產過程水平，給質量管理做持續改進提供了方向和數據基礎。

2、MSA測量系統相關定義

MSA：Measurement System Analysis，即測量系統分析，即對測量系統進行的分析，主要用于分析測量系統對量測值的影響，目的是評估測量系統的質量，以確定測量系統的統計特性，并將其與可接受的標準作比較，以得出正確的判斷和結論。

測量系統是由檢驗設備、檢驗人員、檢驗方法、檢驗標準、檢驗對象等因素構成的一個集合并用來獲得測量結果的過程，這個系統的可靠性直接決定了檢驗結果的可靠性。目前公司在新檢測設備驗收或者老檢測設備確認時，基本做法是進行校驗，與標準塊進行對比，校驗合格后即判定為合格，在檢測設備測量系統分析層面上還不夠充分，如一次確認合格的設備，它的測量的偏倚量如何，是否符合數據的正態分布;它的穩定性如何，能否穩定的提供準確的檢測結果;它的重復性和再現性又如何，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測量系統有效的主要的因素，檢測設備不是孤立存在的，它需要與人、機、料、法、環等因素組成一個測量系統，從測量系統輸出最終的測試結果，那么要得到準確的測試結果，有時候測量器具本身是合格的，但是用來測量被測對象測試有效性就不合格，所以我們要對測量系統進行分析以判定有效性，MSA分析工具就是我們進行測量系統分析的工具，通過系統性的分析可以準確判定測量系統的有效性以及反應出測量系統需要改進的點，為我們質量改進提供準確的指向。

3、測量系統五大特性研究

3.2.1 分辨力

分辨力是指測量系統識別并顯示被測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，如果測量系統分辨力不高，就無法正確識別過程的波動，從而導致不正確的數據分析結果，具有足夠分辨力是合格測量系統最基本的條件之一，如果發現分辨力不足，則需要更換更高精度的量具或者更好的測量技術，一般測量結果的最小間距（通常稱精密度）應為產品規格寬度的十分之一。

3.2.2 偏倚

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

S高一級的測量設備所得重復測量值的平均值;

S由法律定義并強制執行的法定值;

S以科學原理為基礎的理論值;

S以一些國家或國際組織的實驗工作為基礎或者以健全的理論為支持的指定值;

S以一些科學或工程組織贊助的合作實驗為基礎，通過專業人士和商業組織等使用者一致同意的一致同意的值;

S由受影響的各團體協調一致的值

3.2.3 穩定性

穩定性是指測量系統在某一階段時間內，測量同一基準或零件的單一特性時獲得的測量總變差，它是偏倚隨時間變化的表現結果，體現的是測量系統的各個特性在時間范圍內保持恒定的能力。

3.2.4 線性

線性是指在系統預期得量程范圍內，各點處偏倚量與參考值呈現線性關系，在數學上得表現為偏倚量與其對應參考值有線性回歸關系。

3.2.5 重復性和再現性（GR&R）

重復性：由同一操作者，用同一測量儀器，多次測量同一部件得同一特性時獲得的測量變差，指儀器得變差（EV（Equipment Variation）;

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

4.1 五大特性接收準則

4.1.1 偏倚分析方法和接受準則

對偏倚分析采用獨立樣本法，取一個樣本建立基準值（一般經計量溯源確認）或選擇一個落在生產測量的中間數的零件，測量零件數值10次以上，并計算平均值作為基準值，然后找一個評價人，用被評價的檢具，按照量測檢驗指導書規定測量樣本10次以上，計算讀數的平均值，作為觀測值，觀測值和基準值差就是偏倚數，即

偏倚=觀測值-基準值

對數據進行分析，首先判斷測量數據是否呈現正態分布，如呈現正態分布，則測量數據使可以接受的，若數據不是正態分布，數據沒有繼續分析研究的意義，要排查量測過程中數據異常來源，異常消除后重新量測數據再次進行分析。

4.1.2 線性分析方法和接受準則

那線性分析就是全部測量量程范圍的分析，在量具的量測范圍內，選擇5個或以上的零件，零件的尺寸要均衡覆蓋整個量程，按照偏倚的方法找到零件相對準確的數值作為基準值，然后一個人測量每個零件10次及以上，計算每次測量的零件偏倚及零件偏倚平均值，在線型圖上畫出單個平均偏倚數值和基準值關系，觀察線性關系，如果數據呈現線性關系，則偏倚為0的線完全在擬合線的置信帶內，

若偏倚為0的線不在擬合線的置信區間內，則數據不呈現線性關系。

4.3 穩定行分析方法和接受準則

前面我們提到了測量系統要做偏倚分析、線性分析，從而確定測量系統的有效性，但是這些都是要建立在測量系統穩定的基礎上，如果測量系統不穩定，則分析結果都是無效的，等于做了無用功，分析的數據只能代表分析當時的狀況，系統不穩定則不能代表后續的測量狀況，穩定性也就是測量系統在時間上的偏倚，如果沒有特殊原因變差影響測量系統時間意義上的偏倚，說明測量系統是穩定的，所以一般我們以一個長的周期（以天計），測量相同基準或零件的單一特性來判定測量系統是否處于穩定狀態，用X-R圖對數據進行分析，數據呈現穩態，則測量系統有效。

4.4 GRR（重復性和再現性）分析方法和接受準則

4.4.1 重復性（EV）

重復性為由同一操作者，用同一測量儀器，多次測量同一部件得同一特性時獲得的測量變差，重復性波動主要反映量具本身的波動，主要是指儀器得變差（EV（Equipment Variation）。

4.4.2 再現性（AV）

再現性指由不同的人，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，指人的變差AV（Appraiser variation）。

4.4.3 測量對象間波動（PV）

測量對象之間總是存在差異，如果n個不同測量對象，就可以得到n個測量值，x1、x2…xn，測量對象間的波動亦可用重復性測試數據計算，把測量對象間的波動記為PV。

4.4.4測量系統變差GRR

GRR是測量系統分析的重要內容，前面幾個章節我們討論了偏倚、線性和穩定性，主要是測量系統的準確性，GRR重復性和再現性主要評估測量系統的精確性，進行GRR分析的目的是定量的給出測量系統的波動大小，以確定測量系統是否合格，當測量系統不合格時，識別波動原因，并指出改進的方向，所以GRR分析在測量系統分析中占據最重要的位置，目前應用最廣泛的也是GRR分析法。

變差計算公式：

4.4.5 GRR分析方法

GRR分析步方法為選取10個相同型號的零件，將零件進行編號，編號不讓測量人員看到，選3名測量人員，讓每個測量人員按照隨機的順序對全部零件測量一遍，再按照隨機的順序再次測量兩遍，將所有數據記錄整理好，并用Minitab軟件進行分析，

4.4.6 GRR分析結果判定

R&R可接受準則，一般用R&R變差比上總變差來判定

1、%R&R<10%，測量系統可接受;

2、10%<%R&R<30%，測量系統可接受或不接受，決定于該測量系統的重要性，成本、修理所需的費用等因素，可能是可接受的，這個要根據具體進行;

3、%R&R>30%，測量系統不能接受

這樣的結果需要予以改進，進行分析發現問題并改正，必要時更換量具或對量具重新進行調整，同時需要對以前所測量的庫存產品再抽查檢驗，如發現庫存品已超出規格應立即追蹤出貨通知客戶，協調處理對策。

5、小結

準確的測量結果才能提供準確決策的基礎，MSA為企業實際運行提供了一套行之有效的數據分析方法，在公司生產業務工作實際運行過程中，很多決策都要來自準確的數據分析，正所謂差之毫厘，繆以千里，準確的測量系統保證了數據的準確性，從而保證了在實際分析問題方向的準確性，若測量數據都不準確，那么我們就沒法從數據中反饋出最真實的生產水平，真正的問題就被掩蓋了，將MSA測量系統的分析真正的用到實際的生產管理工作中，逐步推廣MSA工具在實際質量管理中的作用，實現企業的高質量發展。

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