[02-20] “測量系統(tǒng)分析”的運作方法

作者：吳健康

      在QS9000（或ISO/TS16949等）汽車業(yè)質(zhì)量體系中，均具有針對測量系統(tǒng)分析的強制性要求，亦即：企業(yè)除應對相關(guān)量具（或測量儀器）執(zhí)行至少每年一次的定期校正以外，還必須對其實施必要的“測量系統(tǒng)分析”（即：MSA）。


    MSA目前除了已被汽車零組件生產(chǎn)企業(yè)所應用之外，同時也被廣泛運用于其他行業(yè)。
    MSA的目的是：汽車整車廠（顧客）認為汽車零組件生產(chǎn)廠家若僅針對量具定期“校正”，并不能確保產(chǎn)品最終的測量品質(zhì)，“校正”只能代表該量具在特定場合（如校正場所）的某種“偏倚”狀況，尚不能完全反映出該量具在生產(chǎn)制造現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種變差問題；因此，對于汽車零組件生產(chǎn)企業(yè)來說，為避免可能存在的潛在零件質(zhì)量問題及顧客車輛可能因此而被“召回”的風險，必須對相關(guān)的“測量系統(tǒng)”進行分析。


    由于MSA作業(yè)的繁雜性，大多企業(yè)在執(zhí)行MSA時均感到困擾；當然，這種困擾主要是來自于人力資源的不足以及人員對MSA的不理解等方面；另外，由于MSA能夠直觀地反映現(xiàn)用量具的問題點，亦可能導致該量具無法再投入使用的風險（盡管該量具的“校正”結(jié)果為正常）。


    針對測量系統(tǒng)的分析可被分為“計數(shù)型”及“計量型”測量系統(tǒng)分析共兩類；由于“計數(shù)型”測量系統(tǒng)的分析方法較為簡單，故在此處不作說明，而僅介紹“計量型”測量系統(tǒng)分析的運作方法；當然，在此所介紹的這一方法均已在實踐中獲得良好應用并得到修訂提高，以至于可以達到簡單、易于理解和便于操作的效果，同時亦完全符合美國三大汽車廠（戴姆勒克萊斯特、福特、通用）所制定《測量系統(tǒng)分析》的要求。


    有必要先明確的一此概念：
    測量系統(tǒng)：系指用來獲得測量結(jié)果的整體（可能包括：量具、測量者、測量方法等）；
    “計量型”數(shù)據(jù)：測量后所給出的具體測量數(shù)值；
    “計量型”測量系統(tǒng)分析的途徑：包括“穩(wěn)定性”、“重復性”、“再現(xiàn)性”、“偏倚”及“線性”（五性）的分析、評價；
    穩(wěn)定性：系指測量系統(tǒng)變差隨時間變化的結(jié)果；
    重復性：系指于測量某零件的某一特性時，一位測量者同一量具多次執(zhí)行這一測量所獲得的變差結(jié)果；
    再現(xiàn)性：系指于測量某零件的某一特性時，由不同測量者使用同一量具執(zhí)行這一測量所獲得的變差的結(jié)果；
    偏倚：系指測量所得數(shù)值與基準值之間的差距；
    線性：系指在量具預期工作量程內(nèi)，各量測數(shù)據(jù)與相應基準值之間的差值（偏倚）之變化情況；
    量具的分辨力：若被測特性的變差要求為0.01，測該量具應能讀出0.001的變化（分辨能力），即：量具的分辨能力應至少能直接讀取被測特性預期變差的十分之一。


    執(zhí)行“計量型”測量系統(tǒng)分析初步：
    執(zhí)行測量作業(yè)的人員，均應經(jīng)過必要的量具使用、維護訓練，不致于出現(xiàn)因人員操作問題所造成的測量誤差；
    擬執(zhí)行分析的量具均已經(jīng)過“校正”（于“校正有效期”之內(nèi)），同時其分辨力亦能符合要求；
    本企業(yè)已確定了相應的“測量系統(tǒng)分析計劃”（該計劃謹用于明確擬執(zhí)行分析的具體量具以及擔當者、開始日期和預計完成日期等）；
    “計量型”測量系統(tǒng)之穩(wěn)定性、重復性、再現(xiàn)性、偏倚、線性（五性）分析可同時進行，亦可逐項進行（為拿取時間通常采用同步方式）。
    三、“計量型”測量系統(tǒng)分析運作辦法：
    需按照上述所擬“測量系統(tǒng)分析計劃”進行，并由各項分析之擔當者負責取樣：
    “穩(wěn)定性”分析方法：
    取樣：可選擇標準件作為測量樣本（如：塊規(guī)、標準樣件等）；
    測量執(zhí)行者：該量具的現(xiàn)行使用者；
    測量：每天（或每班）對相關(guān)樣本進行一次測量，且每次測量4遍（得一組數(shù)據(jù)），并記錄數(shù)據(jù)；需要至少測量25組數(shù)據(jù)；
    由該項分析之擔當者使用X&R控制圖進行描點分析、判定，其判定準則如下：
    ·不能有點超出上、下控制線；
    ·不能有連續(xù)7點位于平均值一側(cè)；
    ·不能有連續(xù)7點上升或下降；
    ·不能有顯著多于2/3以上的描點位于控制線中間1/3區(qū)域；
    ·不能有顯著少于2/3以下的描點位于控制線中間1/3區(qū)域；
    當有違背上述“判定準則”時，該量具的“穩(wěn)定性”則不可接受（有待進行維修或更換）；
    2．“重復性”和“再現(xiàn)性”分析方法：
    取樣：從現(xiàn)行產(chǎn)品中取樣，共取10個產(chǎn)品（零件）；
    測量執(zhí)行者：選三位測量執(zhí)行者，且使用同一個量具（擬用于分析的量具）；
    測量：每位測量者對各樣品測量3遍；
    由該項分析之擔當者記錄上述測量結(jié)果，并計算出如下數(shù)據(jù)：
    各測量結(jié)果的均值X及極差R（每位測量者所測結(jié)果）；
    依以上數(shù)據(jù)另需計算出：
    Rp—由各零件均值所組成之數(shù)列的極差；
    R—三位測量者所測值的平均極差的均值；
    XDIFF—三位測量者所測數(shù)據(jù)之最大均值與最小均值之差；
    UCLR=2.58*R
    LCLR=0
    再從上述結(jié)果，計算出如下數(shù)據(jù)：
    設備變差EV=3.05R
     人員變差AV=(2.7*XDIFF)2(EV2/30)
    零件變差PV=1.62*Rp
     重復性及再現(xiàn)性R&R=EV2+AV2
     總變差TV=R&R2+PV2
    最終通過上述數(shù)據(jù)計算出“%R&R”值；
    %R&R=100［R&R/TV］
    (5)運用“%R&R”判定該量具“重復性及再現(xiàn)性”是否適宜：
    ·%R&R＜10%：則該量具可接受（適宜）；
    ·10%≤%R&R≤30%：需根據(jù)該測量作業(yè)的重要程度來判定是否適宜；
    ·%R&R＞30%：該量具不可接受（不適宜）。
    3．“線性”和“偏倚”的分析方法：
    取樣：取5個大小不一的零件或標準件（如：塊規(guī)、標準樣件等）；
    其中：最小測量特性≤該量具正常作業(yè)之預計的最小測量值；
    最大測量特性≥該量具正常作業(yè)之預計的最大測量值；
    測量者：該量具的使用者；
    基準植Xi的確定：
    對各樣品測10次，求得其平均值，以作為“基準值”；
    若為標準件（如塊規(guī)等），可直接取其標準值；
    測量：由選定的測量者對每個樣品（共5個）各測量12次，并記錄結(jié)果；
    由該項分析之擔當者對上述測量數(shù)據(jù)進行匯總和計算：
    ·各樣品零件公差或計算出6б；
    ·各樣品基準值Xi；
    ·各樣品測量數(shù)據(jù)（12個）之平均值Mi
    ·各樣品偏倚平均值Yi=MiXi
    ·各樣品“偏倚%”=100*Yi/過程變差（“過程變差”可使用6б或各樣品的零件公差）。
    線性計算：
    %線性=［∑Xi*Yi(∑Xi*Yi/n)］/［∑Xi2/n(∑Xi)2/n］*100%
    （或直接在電腦依據(jù)上述公式予以設定后直接計算得出）；
    （7）“偏倚”判定準則：
    ·偏倚%≤10%：可用于測量重要特性;
    ·偏倚%≤30%：可用于測量一般特性;
    ·偏倚%＞30%：該量具不可接受;
    （8）“線性”判定準則：
    ·線性%≤5%：該量具可接受;
    ·線性%≤10%：應根據(jù)該測量的重要程度決定是否可接受;
    ·線性%＞10%：該量具不可接受。


    四、在執(zhí)行“計量型”測量系統(tǒng)分析時，應對上述“五性”作出全面的分析，除非本企業(yè)具有前期可作利用的該測量系統(tǒng)之分析結(jié)果或獲得顧客的特別許可。
    由于測量系統(tǒng)分析作業(yè)是為了追求一種更可靠的測量品質(zhì)，因此，作為企業(yè)在運用這種分析手法之前，內(nèi)部應有至少一、兩位人員能夠較全面地理解美國三大車廠之《測量系統(tǒng)分析》，并可將其中的參考表單加以修整，以運用于上述方法之中。
    企業(yè)在運用“測量系統(tǒng)分析”時，可能面臨針對測量系統(tǒng)的“可接受”或“不可接受”之判定，當出現(xiàn)“不可接受”時，企業(yè)必須對測量系統(tǒng)之各方面可能存在的問題點進行檢討，假若人員操作不存在缺失，同時亦排除被測量之樣品零件的變異，那么該企業(yè)就只能更換或維修現(xiàn)有的量具了，否則將不能滿足汽車業(yè)顧客的要求。
    當然，對于一家遵從美國三大車廠QS9000要求（或遵從ISO/TS16949要求）的中小型汽車零組件生產(chǎn)廠家，當遇到新產(chǎn)品，產(chǎn)品的變更或量具更換等情況時，應開展“測量系統(tǒng)分析”，這是一項強制性規(guī)定；同時，由于在QS9000（或ISO/TS16949）之中除了必須執(zhí)行“測量系統(tǒng)分析”之外，另在“產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃（APQP）”中還有“控制計劃（CP）”、“潛在失效模式及后果分析(FMEA)”和“生產(chǎn)件批準程序(PPAP)”，并要求在制程中應用“統(tǒng)計技術(shù)（SPC）”等，都需要企業(yè)在人力資源方面予以支持；但無論如何，對企業(yè)而言，仍然需要將所有面臨的作業(yè)變得簡單易懂，以便可使僅具有一般知識水準的人員均能予掌握自如；本文所介紹的MSA運作方法也就是出自于這一目的，以使企業(yè)易于操作，并降低運作成本。