測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）在汽車(chē)零部件行業(yè)的應(yīng)用

王玉霄

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王玉霄

1 序言

測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）是汽車(chē)行業(yè)五大工具[1]之一，是IATF 16949汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量管理體系的補(bǔ)充要求。測(cè)量系統(tǒng)分析通常分為計(jì)數(shù)型和計(jì)量型兩種。計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析通常對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的5個(gè)方面進(jìn)行分析，分別是偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性和再現(xiàn)性[2]，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“五性”。計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)分析通常用有效性、漏判率和誤判率進(jìn)行判斷。

圖1為測(cè)量及其誤差的4種情況，其中圖1a為測(cè)量準(zhǔn)確且精確，偏倚小、波動(dòng)小；圖1b為測(cè)量精確但不準(zhǔn)確，偏倚大、波動(dòng)小；圖1c為測(cè)量準(zhǔn)確但不精確，偏倚小、波動(dòng)大；圖1d為測(cè)量不準(zhǔn)確且不精確，偏倚大、波動(dòng)大。

圖1 測(cè)量及其誤差的4種情況

2 測(cè)量系統(tǒng)基本概念

測(cè)量系統(tǒng)可分為計(jì)數(shù)型和計(jì)量型兩類(lèi)。測(cè)量后能夠給出具體測(cè)量數(shù)值的為計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)，只能定性地給出測(cè)量結(jié)果的為計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)。

2.1 計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)

偏倚：指對(duì)同一測(cè)量對(duì)象進(jìn)行多次測(cè)量的平均值與該測(cè)量對(duì)象的基準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值之差。其中，標(biāo)準(zhǔn)值可通過(guò)使用更高級(jí)別的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行若干次測(cè)量取其平均值來(lái)確定。

線性：指在其量程范圍內(nèi)偏倚是基準(zhǔn)值的線性函數(shù)。對(duì)于通常的測(cè)量方法，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)測(cè)量基準(zhǔn)值較小時(shí)，測(cè)量偏倚會(huì)較??；當(dāng)測(cè)量基準(zhǔn)值較大時(shí)，測(cè)量偏倚會(huì)較大。

穩(wěn)定性：通常指某個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量特性隨時(shí)間保持恒定的能力。在研究測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)，假定測(cè)量系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)性能均保持恒定。

重復(fù)性：指在盡可能相同的測(cè)量條件下對(duì)同一測(cè)量對(duì)象進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量所產(chǎn)生的波動(dòng)。重復(fù)性波動(dòng)主要是反映量具本身的波動(dòng)。

再現(xiàn)性：指不同的操作人員使用相同的量具對(duì)相同的零件進(jìn)行多次測(cè)量而產(chǎn)生的波動(dòng)。再現(xiàn)性主要是度量不同操作人員在測(cè)量過(guò)程中所產(chǎn)生的波動(dòng)。

圖2為過(guò)程變差組成。

圖2 過(guò)程變差組成

2.2 計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)

有效性：分為測(cè)量人員的有效性和系統(tǒng)的有效性。測(cè)量人員的有效性是指有效零件數(shù)目與被測(cè)零件數(shù)目之比。系統(tǒng)有效性是指系統(tǒng)有效的零件數(shù)目與被測(cè)零件數(shù)目之比。

漏判率：對(duì)每個(gè)測(cè)量人員，將基準(zhǔn)為不可接受的零件漏判為可接受的機(jī)會(huì)百分率。

誤判率：對(duì)每個(gè)測(cè)量人員，將基準(zhǔn)為可接受的零件誤判為不可接受的機(jī)會(huì)百分率。

3 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)果評(píng)價(jià)

對(duì)測(cè)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，以確保測(cè)量系統(tǒng)是否被允許用于預(yù)期用途。對(duì)于計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是評(píng)價(jià)重復(fù)性和再現(xiàn)性是否可接受，其可接受準(zhǔn)則為：低于測(cè)量系統(tǒng)10%可接受；低于10%～30%則有條件接受，需要根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的重要性、量具的成本以及客戶是否認(rèn)可來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；高于測(cè)量系統(tǒng)30%不能接受，需要改進(jìn)。在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，測(cè)量系統(tǒng)設(shè)定分辨力指標(biāo)，通常要求可區(qū)分類(lèi)別數(shù)NDC＞5[1]。對(duì)于計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通常根據(jù)有效性、漏判率和誤判率3個(gè)方面進(jìn)行判斷。

4 測(cè)量系統(tǒng)分析在生產(chǎn)實(shí)踐中的重要性

汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量管理體系特殊要求，最新版 IATF 16949 7.1.5.1.1條款明確“應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究來(lái)分析在控制計(jì)劃所識(shí)別的每種檢驗(yàn)、測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)果中呈現(xiàn)的變異，所采用的分析方法及接收準(zhǔn)則，應(yīng)與測(cè)量系統(tǒng)分析的參考手冊(cè)相 一致”。

對(duì)于整個(gè)制造過(guò)程而言，過(guò)程的總變差一半來(lái)自過(guò)程本身，一半來(lái)自測(cè)量系統(tǒng)。圖3為變差組成。好的測(cè)量系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，優(yōu)質(zhì)的測(cè)量數(shù)據(jù)代表著無(wú)限接近于真值。構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的要素很多，諸如人（測(cè)量人員）、環(huán)境、被測(cè)物和測(cè)量過(guò)程等，這里最重要的一點(diǎn)是量具本身，而量具的選取，要特別關(guān)注測(cè)量系統(tǒng)研究。

圖3 變差組成

基于以上原則，判斷制造過(guò)程能力是否滿足要求是由兩方面決定的，一方面是設(shè)備的能力，另一方面是測(cè)量系統(tǒng)能力。而判斷測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量高低則需要進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析。尤其對(duì)于汽車(chē)零部件行業(yè)來(lái)說(shuō)，單純只進(jìn)行周期檢定和定期校準(zhǔn)，其結(jié)果只能代表該量具在特定條件下的某種“偏倚”狀況，而不能反映出整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)包括和零件之間的交互作用。基于在檢驗(yàn)中常見(jiàn)的兩種錯(cuò)誤，一種是不合格產(chǎn)品被接收，另一種是不合格產(chǎn)品被拒絕，由于這其中測(cè)量系統(tǒng)都起到了決定性作用，所以必須做測(cè)量系統(tǒng)分析，評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)能力。

5 測(cè)量系統(tǒng)分析中的疑難點(diǎn)探討

5.1 計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)“五性”分析的選擇

在計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)分析中，通常要求對(duì)“五性”進(jìn)行分析。是否每次都要對(duì)“五性”進(jìn)行分析，就需要將測(cè)量系統(tǒng)分析工具與計(jì)量工作和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。測(cè)量系統(tǒng)的偏倚和線性可根據(jù)實(shí)際情況由量具校準(zhǔn)來(lái)確定[3]；穩(wěn)定性結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)同一質(zhì)量特性的校對(duì)結(jié)果來(lái)確定；對(duì)于重復(fù)性和再現(xiàn)性，根據(jù)量具的類(lèi)型和用途來(lái)確定，比如有些精測(cè)設(shè)備設(shè)定程序后自動(dòng)測(cè)量，受人為因素影響較少，這時(shí)可以只考慮測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性。

任何對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的研究都要基于實(shí)際情況，根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的用途來(lái)選擇對(duì)哪種特性進(jìn)行分析，既要考慮測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，確保生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，又要考慮測(cè)量系統(tǒng)分析的可行性與經(jīng)濟(jì)性，保證公司合理運(yùn)營(yíng)。

5.2 計(jì)量型和計(jì)數(shù)型量具的選擇

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，往往同一質(zhì)量特性有多種檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)，既有計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)，又有計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)。比如在對(duì)某個(gè)孔的直徑進(jìn)行測(cè)量時(shí)，既可以用三坐標(biāo)測(cè)量，也可以用通止規(guī)測(cè)量。無(wú)論選哪種量具，都應(yīng)當(dāng)首先對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析。但是，選擇哪種量具要根據(jù)實(shí)際情況從以下兩方面進(jìn)行討論：第一，如果檢測(cè)是為了進(jìn)一步做能力分析，比如設(shè)備能力分析、加工過(guò)程能力分析，這時(shí)選擇用計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)，并按照實(shí)際情況對(duì)測(cè)量系統(tǒng)五性進(jìn)行研究；第二，如果檢測(cè)只是為了驗(yàn)證尺寸是否合格，提供合格產(chǎn)品，從經(jīng)濟(jì)性考慮，可以選擇計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)，并選擇用Kappa分析等方式進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)研究[1]。

5.3 量具分辨力的選擇

在測(cè)量系統(tǒng)分析中常遇到一種現(xiàn)象，即按照最基本的十分之一原則對(duì)量具進(jìn)行選擇，但分析結(jié)果卻出現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)變差＜10%，而NDC＜5，這時(shí)測(cè)量系統(tǒng)是否能夠接受，原則上，按照MSA手冊(cè)，這種情況是不可以接受的，但是若根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況分析存在這一現(xiàn)象的根本原因，NDC＜5說(shuō)明測(cè)量數(shù)據(jù)分層比較少，一是測(cè)量系統(tǒng)分辨力不足；二是選擇零件沒(méi)有分層，制造過(guò)程比較穩(wěn)定。若是第二種情況，則可對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新評(píng)估，合理安排取樣方案，再次對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析，此時(shí)NDC可能有所改善。若此時(shí)NDC＜5，則說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)可以接受。

在測(cè)量分析中還可能遇到另外一種現(xiàn)象，那就是基于零件公差分析測(cè)量系統(tǒng)變差＜10%，基于零件變差分析測(cè)量系統(tǒng)變差＞10%，這時(shí)測(cè)量系統(tǒng)是否合格。其實(shí)也分兩種情況：一是測(cè)量數(shù)據(jù)是為了判斷零件是否合格，此時(shí)測(cè)量系統(tǒng)是可以接受的；二是測(cè)量數(shù)據(jù)是為了進(jìn)行過(guò)程能力分析，此時(shí)需要根據(jù)具體情況再進(jìn)一步分析評(píng)審。

5.4 如何取樣

在測(cè)量系統(tǒng)的取樣問(wèn)題上往往存在爭(zhēng)議，有人認(rèn)為取樣應(yīng)該覆蓋質(zhì)量特性的公差；有人認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在制造過(guò)程中取樣，覆蓋制造變差。其實(shí)兩種說(shuō)法都有道理，但要區(qū)分測(cè)量情景，區(qū)分測(cè)量系統(tǒng)用途。若測(cè)量系統(tǒng)是為了評(píng)價(jià)零件是否合格，無(wú)疑測(cè)量系統(tǒng)分析時(shí)取樣應(yīng)當(dāng)覆蓋整個(gè)公差；若測(cè)量系統(tǒng)是為了評(píng)價(jià)制造過(guò)程能力，則應(yīng)當(dāng)在制造過(guò)程中取樣，覆蓋制造過(guò)程的變差。

6 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）作為汽車(chē)行業(yè)常用的測(cè)量系統(tǒng)分析工具之一，固然是汽車(chē)行業(yè)的一筆寶貴財(cái)富，受到廣泛的歡迎，但任何問(wèn)題都不能拋開(kāi)整體來(lái)單獨(dú)看待，過(guò)分局限于工具的理論，而不做變通。實(shí)際使用中要結(jié)合生產(chǎn)和過(guò)程控制的需要來(lái)進(jìn)行選擇，靈活運(yùn)用，做到不讓工具成為負(fù)擔(dān)，而是作為公司良好運(yùn)營(yíng)的良藥、利器。