浅谈开展MSA测量系统分析的方法

[摘 要]本文介绍测量系统分析的目的、对测量系统分析项目、测量系统分析的方法、及如何进行测量系统分析和测量系统分析遇到的问题及解决办法进行介绍。

[关键词]测量系统分析 重复性 再现性

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0316-01

前言：近年来，测量系统分析已逐渐成为企业质量改进的一项重要工作。在影响产品质量的六个要素（人、机、料、法、环、测）中“测量”因素越来越受到关注。对于我们所取得的测量数据是否真实可靠，能否满足测量要求，那么只有通过测量系统分析才能够证明测量数据的可靠性。

1 测量系统分析的目的

为什么要进行测量系统分析？这是因为数据是测量的结果，而项目工作的每一个阶段都离不开数据，都需要对数据进行分析和基于数据做出决策，因而数据本身的质量在很大程度上决定了项目的成败。所以在开始测量并收集数据之前，必须对测量系统做出分析、评价，对存在的问题进行分析和纠正，以保证数据的质量。

2 测量系统分析的项目

测量系统分析常见的项目有重复性和再现性、偏倚、稳定性、线性。

2.1测量系统的重复性是指在尽可能相同的测量条件下，对同一测量对象进行多次重复测量所产生的波动。其反映量具本身的波动，其误差只是由测量仪器本身的固有波动引起。合格的测量系统其重复测量的波动要小。

2.2测量系统的再现性也称为复现性或重现性，是指在各种可能变化的测量条件下，对同一测量部件的同一特性进行多次测量，所得结果的一致性。一般而言，好的测量系统应具有良好的再现性，特别是由不同的操作人员使用同样的检测仪器对同一测量对象测量时的波动要小。

2.3测量系统的偏倚（准确度）是指测量结果的观测平均值与基准值的差值。一个基准值可通过采用更高级别的测量设备（如：计量实验室或全尺寸检验设备）进行多次测量，取其平均值来确定。

2.4测量系统的线性指在量具预期的工作范围内，偏倚值的差值。

2.5测量系统的稳定性（飘移）是指测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差；

3 怎样进行测量系统分析

3.1 识别数据类型

在进行测量系统分析前首先要识别测量数据的类型，了解了数据的类型才能使用合适的方法进行测量系统分析。一般数据类型有两种：计数型数据和计量型数据。计数型数据是指不能连续取值的，如砂眼数、裂纹处、疵点数等。计量型数据是可以连续取值的，如长度、尺寸、温度等。

3.2 选定测量系统分析方法

测量系统分析常用的方法有Gage R&R研究、专家再评估、检验一致性和专家循环研究。本文重点研究Gage R&R。Gage R&R方法主要用于计量型数据，评定标准是用Gage R&R值。一般Gage R&R值在小于10%以下可接受，Gage R&R值在10%-30%之间为灰色区域，也许可接受，Gage R&R值大于30%，测量系统需改进。同时还要看可区分数NDC，当NDC大于等于5时，通常认为测量系统可靠。用Gage R&R值作为评定标准时还要考虑零件的关、重特性，对关健特性测量系统分析结果Gage R&R值大于15%时，我们就要考虑对这个测量系统进行改进。

3.3测量系统的重复性和再现性分析方法（简称%GR&R%或R&R）

确定研究主要变差形态的对象/量具（如：游标卡尺、电子秤、硬度计、千分尺等） 工序量具、产品和质量特性；选择使用极差法，均值和极差法中的其中一种方法对检验、测量和试验设备进行分析；从代表整个工作范围的过程中随机抽取样品进行； %R&R测量系统分析的工作人员在进行检验、测量和试验设备测量系统的重复性和再现性分析时，必须先对被分析的检验、测量和试验设备进行零件评价人平均值和重复性极差分析，同时所分析的零件评价人平均值和重复性极差之结果必须均受控方可进行被检验、测量和试验设备测量系统的重复性和再现性分析工作；否则该检验、测量和试验设备的测量系统不能检查出零件间的变差且不能将其用于过程控制中。

（1） 零件评价人平均值和重复性极差分析

①选择2-3个操作员（至少2人）在全然不知情的状况下利用校准合格的量具对随机抽取的5-10个样品进行盲测，每个操作员对同一样品的同一特性在盲测的情况下重复测量2-3次。

②操作员或进行%R&R测量系统分析的工作人员将所测量的结果记录于“零件评价人平均值和重复性极差控制图”上。

③负责组织此项测量系统分析研究的工作人员，依据“零件评价人平均值和重复性极差控制图”上的数据和产品质量特性规格进行计算和分析，并将其分析的结果记录于“零件评价人平均值和重复性极差控制图”上。

（2）均值和极差法（X-R）

①选择2-3个操作员（至少2人）在全然不知情的状况下利用校准合格的量具对随机抽取的5-10个样品进行盲测，每个操作员对同一样品的同一特性重复测量2-3次。

②操作员或进行%R&R测量系统分析的工作人员将所测量的结果记录于“量具重复性和再现性X-R分析数据表”上。

③负责组织此项测量系统分析研究的工作人员，依据“量具重复性和再现性X-R分析数据表”上的数据和产品质量特性/规格进行计算，并将其记录于“量具重性和再现性X-R分析报告”上。

（3） 极差法（R）

①选取两位评价人和5个产品进行分析，每个评价人对每个产品进行盲测一次，并将测量结果记录于“量具极差法分析表”中（每个操作员应熟悉和了解使用量具的一般操作程序，避免应操作不一致而影响测量系统的可靠性），并评估不同操作员对量具使用的熟练程度； ②针对重要特性（尤其指有特殊特性符号的）测量所使用量具的精度应是被测量产品公差的1/10（即其最小刻度应能读到1/过程变差或规格公差较小者），以避免量具的分辩力不足，而一般特性测量所使用量具的精度应是被测量产品公差的1/5；

③负责组织此项%R&R测量系统分析研究的工作人员，依据“量具极差法分析表”的数据和产品质量特性/规格进行计算，并将其计算结果记录于“量具极差法分析表”上；必要时，可将其作成X-R控制图。

④%R&R接受准则： a）、%R&R30%，不能接受，必须进行改进。

（4）线性分析法：

在测量系统工作范围内选定5个产品，它们的测量值应覆盖量具工作范围；在计量室或工具间用全尺寸检验设备（精密量具）测量每个产品10次，并计算其平均值，然后将其确定为“基准值”，同时确定它们各自所取得的“基准值”是否覆盖了被检量具的工作范围；让一位经常使用该量具的操作员（评价人）对5个产品以盲测的方式按随机抽取 顺序分别测量每个产品各10次（或更多次），并将其测量值记录于“量具线性分析报告”中，然后计算各产品的测量平均值，此值即为每个产品的“观察平均值”。

4 测量系统分析遇到的问题和解决方法

4.1 部件数量不足

在测量系统分析取样时，有时会遇到数据量不足的问题，我们往往不能在一次凑齐10个零件，这时就会出现数据量不足的问题，解决这种问题的方法就一是增加测量次数，可以1个人测量3-5遍，二是增加测量点，一个零件选择多个位置测量，这样数据量就充分了。

4.2 测具精度不足

在作测量系统分析时，当测量结果的重复性和再现性非常好的时候，测量系统分析结果还是不合格，主要是因为测具的精度不足，测具不能准确反映零件的真实状态，那么就要考虑更换测具，使用精度高和分辨力高的测具进行测量系统分析。

4.3 操作员重视度不足

在测量系统分析时，还会遇到操作员每次测量结果波动很大，一致性差，采集这样的数据进行测量系统分析大部分是不合格的。造成这种情况大部分是零件单向限制一个最大值，操作员在测量时认为只要不超差就行，因此读数时误差大、精确度低。这种问题的解决方法时对操作者进行数据收集的培训，让他们明确什么样的数据是可用的、有效的。

结束语

综上所述，在测量数据前开展测量系统分析、评价是保证测量数据质量的前提条件。