化陽公司汽車零件“0071”長度測量系統(tǒng)分析

周旭宗　韋冰

摘 要：測量系統(tǒng)分析（MSA）是IS0/TS16949標準中的五大工具之一。本研究通過對化陽公司汽車零件“0071”的長度特性進行測量系統(tǒng)分析，分析在該測量系統(tǒng)下獲得測量數(shù)據(jù)的可靠性。研究結(jié)果表明，該測量系統(tǒng)分辨力充足，測量系統(tǒng)處于統(tǒng)計受控狀態(tài)，偏倚和線性誤差在可接受范圍內(nèi)，重復性和再現(xiàn)性誤差小于10%說明系統(tǒng)測量誤差較小，從而確保了化陽公司在該長度測量系統(tǒng)下獲得的測量數(shù)據(jù)是真實可靠的。

關(guān)鍵詞：測量系統(tǒng)分析 穩(wěn)定性 偏倚 線性 重復性和再現(xiàn)性

1 引言

信息技術(shù)的不斷發(fā)展帶動了企業(yè)自動化水平的提高，數(shù)據(jù)的使用也隨之越來越頻繁和廣泛。企業(yè)的絕大多數(shù)重要控制過程，如進料和成品檢驗、過程能力分析過程的穩(wěn)定性、各變量間邏輯關(guān)系的推理等，都需要依賴數(shù)據(jù)的支持來進行決策。IS09000質(zhì)量體系標準中強調(diào)指出基于事實的決策方法，在分析的基礎上依賴大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以做出更為科學有效的決策。測量所獲得數(shù)據(jù)不僅是企業(yè)領(lǐng)導層制定經(jīng)營決策的依據(jù)，也是企業(yè)決定是否需要調(diào)整生產(chǎn)控制流程的依據(jù)。因此，獲得真實可靠的測量數(shù)據(jù)十分重要。

測量系統(tǒng)分析是一種數(shù)據(jù)分析方法，即通過有目的、有方法、有規(guī)律的采集數(shù)據(jù)后，對獲得的數(shù)據(jù)進行可靠性，置信度等分析研究，從而判斷測量系統(tǒng)的狀態(tài)，評估測量系統(tǒng)的能力，做出是否要進一步采取措施減小或者消除誤差的結(jié)論，以保證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。通過對測量系統(tǒng)六大特性的定量計算，可以得到由測量系統(tǒng)帶來的測量誤差（簡稱R&R）。當R&R占總變差，即R&R%，不超過10%時，認為測量誤差較小，測量數(shù)據(jù)有較高的可信度，為較理想的測量系統(tǒng)。

早期，很多企業(yè)都將測量設備當作關(guān)注的焦點，傾向于選取更加高精度的測量設備去獲得測量結(jié)果，這不僅會增加儀器購置成本，也忽略了對測量設備與測量過程、測量環(huán)境、測量人員等因素及其交互作用影響的研究，導致測量結(jié)果不盡理想。目前我國很多行業(yè)尤其汽車行業(yè)的管理者都將測量系統(tǒng)分析作為保證數(shù)據(jù)可靠性、提升質(zhì)量管理水平的重要手段[1-8]。其中，化陽公司是一家專業(yè)從事汽車關(guān)鍵部件的高精密鋅合金/鋁合金壓鑄、高精密注塑機械加工、精密模具等開發(fā)、生產(chǎn)制造和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)控制過程中，關(guān)鍵重要工序均開展測量系統(tǒng)分析。本研究以該公司某一汽車零件的長度測量系統(tǒng)展開研究。

2 材料與方法

2.1 材料

零件“0071”是化陽公司為客戶生產(chǎn)的汽車零件產(chǎn)品。交付客戶前需對其包含的56個尺寸進行測量，并做出是否合格的全尺寸報告。其中54個尺寸的測量包含了長度的測量，測量范圍為0.03mm-63.3mm。

2.2 儀器與設備

海克斯康公司生產(chǎn)的Global Advantage系列的活動橋式三坐標測量機，型號為“07.10.07”，外形尺寸為1250mm×1910mm×2696mm，量程范圍：X=700mm，Y=1000mm，Z=6600mm，測量的溫度要求為：20℃± 2℃，空氣濕度要求在40%-60%，氣壓要求6-8bar，電壓要求220V±10V。

2.3 試驗方法

測量系統(tǒng)六大特性研究順序為：分辨力、穩(wěn)定性、偏倚和線性、重復性和再現(xiàn)性。各特性研究方案設計要點如下：

穩(wěn)定性分析：1名檢測人員，選取一個合格 “0071”零件的33#（55.5mm±0.1mm）號尺度進行測量，隨機選擇以一天為時間間隔的25個工作點進樣測量，子組大小為3。

偏倚和線性分析：1名檢測人員，選取覆蓋該零件測量范圍的五個尺寸，分別為：44#（0.5mm±0.1mm）、38#（3mm±0.1mm）、10#（18.0mm±0.1mm）、21#（24.3mm±0.1mm）、33#（55.5mm±0.1mm），對每個尺寸重復測量15次。

重復性和再現(xiàn)性分析：3名檢測人員，選取覆蓋6#（57.5mm±0.05mm）尺寸變異過程的10個“0071”汽車零件的，每個零件重復測量3次。

2.4 數(shù)據(jù)分析軟件

Minitab 18。

3 結(jié)果與分析

3.1 分辨力

本研究選擇“0071”汽車零件最小尺度為44#（0.5mm±0.1mm），最大尺度為6#（57.5mm±0.05mm），其過程變差范圍為57.15mm，單個零件公差最小為0.10mm。本研究選擇的三坐標分辨力為0.0001mm，小于制造過程變差或者公差的十分之一[9-10]，測量系統(tǒng)的分辨力滿足要求。

3.2 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是測量系統(tǒng)分析的前提條件之一，本研究采用均值-極差控制圖對該測量系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)八項判異準則，圖1未出現(xiàn)任何一項異常情況，表明該測量系統(tǒng)處于統(tǒng)計受控狀態(tài)。

3.3 偏倚和線性

由于線性是量具在正常工作（測量）的量程內(nèi)的偏倚變化量，而且偏倚和線性分別衡量量具的準確性和在量程范圍內(nèi)的偏倚趨勢，所以二者在分析時可以結(jié)合分析。本研究測量系統(tǒng)線性、偏倚分析結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，“偏倚=0”線完全落在95%置信區(qū)間以內(nèi)，且線性斜率P值=0.744>0.05，說明該測量系統(tǒng)的線性誤差在α=0.05水平內(nèi)可接受。系統(tǒng)的平均偏倚=0.0049379，P值=0.171>0.05，說明平均偏倚可接受；各零件偏倚的P值均大于0.05，說明測量系統(tǒng)偏倚滿足要求。綜上，該測量系統(tǒng)的線性和偏誤差均滿足要求。

3.4 重復性和再現(xiàn)性

重復性是由同一檢測人員，使用同一種儀器設備，多次檢測同一種產(chǎn)品的同一特性，得出的測量誤差。再現(xiàn)性是由多個檢測人員，使用同一種儀器設備，檢測同一產(chǎn)品的同一特性，并進行多次檢測，得出的觀測平均值變差。重復性和再現(xiàn)性通常聯(lián)合分析，也稱為測量系統(tǒng)R&R分析。本研究R&R分析采用方差分析方法，Minitab輸出的測量系統(tǒng)研究變異分析情況如表1所示。

由表1可知，測量系統(tǒng)量具R&R研究變異占比為3.68%，公差占比為5.72%，均小于10%，說明該測量系統(tǒng)誤差較小，在可接受范圍內(nèi)。可區(qū)分的類別數(shù)NDC=38＞5，“量具R&R（方差分析）報告”（見圖3）中Xbar 控制圖也表明了該測量系統(tǒng)有很高的分辨力。圖“測量值x測量員”和“零件號乘測量員交互作用”表明了測量員之間的結(jié)果有較好的一致性，且不存在交互作用。

4 結(jié)論

本研究對化陽公司“007”汽車零件長度測量系統(tǒng)進行研究，根據(jù)“十分之一法則”得出該測量系統(tǒng)的分辨力是充足的。運用Minitab軟件分析了對測量系統(tǒng)其他五大特性開展定性和定量研究，結(jié)果表明，測量系統(tǒng)處于穩(wěn)定受控狀態(tài)，其偏倚和線性誤差在可接受范圍內(nèi)是滿足要求，重復性和再現(xiàn)性聯(lián)合誤差（小于10%）滿足要求，表明了化陽公司在該測量系統(tǒng)下得到的數(shù)據(jù)是可靠、有效的，從而為過程控制等分析決策提供了數(shù)據(jù)保障。

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