通過對汽車行業(yè)測量系統(tǒng)要求的研究，結(jié)合汽車零部件行業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用，探討測量系統(tǒng)分析（MSA）在實際應(yīng)用中的疑點和難點，以及在生產(chǎn)實踐中的重要性，進(jìn)而在現(xiàn)場實踐中根據(jù)生產(chǎn)和過程控制的需要進(jìn)行變通和靈活運用。
1 序言
測量系統(tǒng)分析（MSA）是汽車行業(yè)五大工具[1]之一，是IATF 16949汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系的補充要求。測量系統(tǒng)分析通常分為計數(shù)型和計量型兩種。計量型測量系統(tǒng)分析通常對測量系統(tǒng)的5個方面進(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]，以下簡稱“五性”。計數(shù)型測量系統(tǒng)分析通常用有效性、漏判率和誤判率進(jìn)行判斷。
圖1為測量及其誤差的4種情況，其中圖1a為測量準(zhǔn)確且精確，偏倚小、波動??；圖1b為測量精確但不準(zhǔn)確，偏倚大、波動小；圖1c為測量準(zhǔn)確但不精確，偏倚小、波動大；圖1d為測量不準(zhǔn)確且不精確，偏倚大、波動大。
a）偏倚小、波動小 b）偏倚大、波動小
c）偏倚小、波動大 d）偏倚大、波動大
圖1 測量及其誤差的4種情況
2 測量系統(tǒng)基本概念
測量系統(tǒng)可分為計數(shù)型和計量型兩類。測量后能夠給出具體測量數(shù)值的為計量型測量系統(tǒng)，只能定性地給出測量結(jié)果的為計數(shù)型測量系統(tǒng)。
2.1 計量型測量系統(tǒng)
偏倚：指對同一測量對象進(jìn)行多次測量的平均值與該測量對象的基準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值之差。其中，標(biāo)準(zhǔn)值可通過使用更高級別的測量設(shè)備進(jìn)行若干次測量取其平均值來確定。
線性：指在其量程范圍內(nèi)偏倚是基準(zhǔn)值的線性函數(shù)。對于通常的測量方法，一般來說，當(dāng)測量基準(zhǔn)值較小時，測量偏倚會較小；當(dāng)測量基準(zhǔn)值較大時，測量偏倚會較大。
穩(wěn)定性：通常指某個系統(tǒng)的計量特性隨時間保持恒定的能力。在研究測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性時，假定測量系統(tǒng)在一定時間內(nèi)各項統(tǒng)計性能均保持恒定。
重復(fù)性：指在盡可能相同的測量條件下對同一測量對象進(jìn)行多次重復(fù)測量所產(chǎn)生的波動。重復(fù)性波動主要是反映量具本身的波動。
再現(xiàn)性：指不同的操作人員使用相同的量具對相同的零件進(jìn)行多次測量而產(chǎn)生的波動。再現(xiàn)性主要是度量不同操作人員在測量過程中所產(chǎn)生的波動。圖2為過程變差組成。
圖2 過程變差組成
2.2 計數(shù)型測量系統(tǒng)
有效性：分為測量人員的有效性和系統(tǒng)的有效性。測量人員的有效性是指有效零件數(shù)目與被測零件數(shù)目之比。系統(tǒng)有效性是指系統(tǒng)有效的零件數(shù)目與被測零件數(shù)目之比。
漏判率：對每個測量人員，將基準(zhǔn)為不可接受的零件漏判為可接受的機會百分率。
誤判率：對每個測量人員，將基準(zhǔn)為可接受的零件誤判為不可接受的機會百分率。
3 測量系統(tǒng)結(jié)果評價
對測量系統(tǒng)評價結(jié)果進(jìn)行分析，以確保測量系統(tǒng)是否被允許用于預(yù)期用途。對于計量型測量系統(tǒng)來說，主要是評價重復(fù)性和再現(xiàn)性是否可接受，其可接受準(zhǔn)則為：低于測量系統(tǒng)10%可接受；低于10%～30%則有條件接受，需要根據(jù)測量系統(tǒng)的重要性、量具的成本以及客戶是否認(rèn)可來進(jìn)行綜合評價；高于測量系統(tǒng)30%不能接受，需要改進(jìn)。在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，測量系統(tǒng)設(shè)定分辨力指標(biāo)，通常要求可區(qū)分類別數(shù)NDC＞5[1]。對于計數(shù)型測量系統(tǒng)來說，通常根據(jù)有效性、漏判率和誤判率3個方面進(jìn)行判斷。
4 測量系統(tǒng)分析在生產(chǎn)實踐中的重要性
汽車行業(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)計研究來分析在控制計劃所識別的每種檢驗、測量和試驗設(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)與測量系統(tǒng)分析的參考手冊相一致”。
對于整個制造過程而言，過程的總變差一半來自過程本身，一半來自測量系統(tǒng)。圖3為變差組成。好的測量系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的測量數(shù)據(jù)，優(yōu)質(zhì)的測量數(shù)據(jù)代表著無限接近于真值。構(gòu)成測量系統(tǒng)的要素很多，諸如人（測量人員）、環(huán)境、被測物和測量過程等，這里最重要的一點是量具本身，而量具的選取，要特別關(guān)注測量系統(tǒng)研究。
圖3 變差組成
基于以上原則，判斷制造過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，另一方面是測量系統(tǒng)能力。而判斷測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量高低則需要進(jìn)行測量系統(tǒng)分析。尤其對于汽車零部件行業(yè)來說，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，而不能反映出整個測量系統(tǒng)包括和零件之間的交互作用?；谠跈z驗中常見的兩種錯誤，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，由于這其中測量系統(tǒng)都起到了決定性作用，所以必須做測量系統(tǒng)分析，評價測量系統(tǒng)能力。
5 測量系統(tǒng)分析中的疑難點探討
5.1 計量型測量系統(tǒng)“五性”分析的選擇
在計量型測量系統(tǒng)分析中，通常要求對“五性”進(jìn)行分析。是否每次都要對“五性”進(jìn)行分析，就需要將測量系統(tǒng)分析工具與計量工作和實際應(yīng)用結(jié)合起來。測量系統(tǒng)的偏倚和線性可根據(jù)實際情況由量具校準(zhǔn)來確定[3]；穩(wěn)定性結(jié)合現(xiàn)場對同一質(zhì)量特性的校對結(jié)果來確定；對于重復(fù)性和再現(xiàn)性，根據(jù)量具的類型和用途來確定，比如有些精測設(shè)備設(shè)定程序后自動測量，受人為因素影響較少，這時可以只考慮測量系統(tǒng)的重復(fù)性。
任何對于測量系統(tǒng)的研究都要基于實際情況，根據(jù)測量系統(tǒng)的用途來選擇對哪種特性進(jìn)行分析，既要考慮測量系統(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，又要考慮測量系統(tǒng)分析的可行性與經(jīng)濟性，保證公司合理運營。
5.2 計量型和計數(shù)型量具的選擇
在實際生產(chǎn)過程中，往往同一質(zhì)量特性有多種檢測方式進(jìn)行檢測，既有計量型測量系統(tǒng)，又有計數(shù)型測量系統(tǒng)。比如在對某個孔的直徑進(jìn)行測量時，既可以用三坐標(biāo)測量，也可以用通止規(guī)測量。無論選哪種量具，都應(yīng)當(dāng)首先對測量系統(tǒng)進(jìn)行分析。但是，選擇哪種量具要根據(jù)實際情況從以下兩方面進(jìn)行討論：第一，如果檢測是為了進(jìn)一步做能力分析，比如設(shè)備能力分析、加工過程能力分析，這時選擇用計量型測量系統(tǒng)，并按照實際情況對測量系統(tǒng)五性進(jìn)行研究；第二，如果檢測只是為了驗證尺寸是否合格，提供合格產(chǎn)品，從經(jīng)濟性考慮，可以選擇計數(shù)型測量系統(tǒng)，并選擇用Kappa分析等方式進(jìn)行測量系統(tǒng)研究[1]。
5.3 量具分辨力的選擇
在測量系統(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量具進(jìn)行選擇，但分析結(jié)果卻出現(xiàn)測量系統(tǒng)變差＜10%，而NDC＜5，這時測量系統(tǒng)是否能夠接受，原則上，按照MSA手冊，這種情況是不可以接受的，但是若根據(jù)測量系統(tǒng)應(yīng)用的實際情況分析存在這一現(xiàn)象的根本原因，NDC＜5說明測量數(shù)據(jù)分層比較少，一是測量系統(tǒng)分辨力不足；二是選擇零件沒有分層，制造過程比較穩(wěn)定。若是第二種情況，則可對測量系統(tǒng)重新評估，合理安排取樣方案，再次對測量系統(tǒng)進(jìn)行分析，此時NDC可能有所改善。若此時NDC＜5，則說明測量系統(tǒng)可以接受。
在測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量系統(tǒng)變差＜10%，基于零件變差分析測量系統(tǒng)變差＞10%，這時測量系統(tǒng)是否合格。其實也分兩種情況：一是測量數(shù)據(jù)是為了判斷零件是否合格，此時測量系統(tǒng)是可以接受的；二是測量數(shù)據(jù)是為了進(jìn)行過程能力分析，此時需要根據(jù)具體情況再進(jìn)一步分析評審。
5.4 如何取樣
在測量系統(tǒng)的取樣問題上往往存在爭議，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)在制造過程中取樣，覆蓋制造變差。其實兩種說法都有道理，但要區(qū)分測量情景，區(qū)分測量系統(tǒng)用途。若測量系統(tǒng)是為了評價零件是否合格，無疑測量系統(tǒng)分析時取樣應(yīng)當(dāng)覆蓋整個公差；若測量系統(tǒng)是為了評價制造過程能力，則應(yīng)當(dāng)在制造過程中取樣，覆蓋制造過程的變差。
6 結(jié)束語
測量系統(tǒng)分析（MSA）作為汽車行業(yè)常用的測量系統(tǒng)分析工具之一，固然是汽車行業(yè)的一筆寶貴財富，受到廣泛的歡迎，但任何問題都不能拋開整體來單獨看待，過分局限于工具的理論，而不做變通。實際使用中要結(jié)合生產(chǎn)和過程控制的需要來進(jìn)行選擇，靈活運用，做到不讓工具成為負(fù)擔(dān)，而是作為公司良好運營的良藥、利器。
參考文獻(xiàn)：
[1] AIAG. MSA實施手冊[Z]. 4版. 2010.
[2] 何楨. 六西格瑪管理[M]. 3版. 北京：中國人民大學(xué)出版社，2014.
[3] 廖念釗. 互換性與技術(shù)測量[M]. 6版. 北京：中國質(zhì)檢出版社，2012.
本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2022年第8期第16~18頁，作者：濱州渤海活塞有限公司王玉霄，原標(biāo)題：《大型轉(zhuǎn)軸加工專機主軸靜壓軸承故障分析及處理方案》。
（轉(zhuǎn)載）
