MSA方法在輪胎制造過程測厚系統(tǒng)中研究和應(yīng)用

劉天佑，胡湘琪，高光濤，李元敬

（1.青島科技大學(xué)，山東 青島 266042；2.貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

MSA方法在輪胎制造過程測厚系統(tǒng)中研究和應(yīng)用

劉天佑1.2，胡湘琪2，高光濤1，李元敬2

（1.青島科技大學(xué)，山東 青島 266042；2.貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

通過MSA的原理，設(shè)計極差法和均值極差法聯(lián)用的測試方法，通過極差法快速找出%GRR變化和需要改進點，再通過均值極差法研究該測量系統(tǒng)中的重復(fù)性和再現(xiàn)性（Repeatability & Reproducibility，R&R），從而找到產(chǎn)生變異的原因，找出改進的方法。并針對輪胎制造現(xiàn)場的使用環(huán)境，成功設(shè)計出一種更有利于內(nèi)襯層生產(chǎn)線用于現(xiàn)場操作的新的測厚手段。

MSA；%GRR；重復(fù)性；再現(xiàn)性；改進

1　測量系統(tǒng)分析方法簡述

在企業(yè)質(zhì)量管理中。無論是為了進行產(chǎn)品控制、過程控制或是用試驗設(shè)計（Design of Experiments，DOE）等來改進質(zhì)量，都是依靠于對過程數(shù)據(jù)的整理分析。而質(zhì)量特性數(shù)據(jù)的取得正是通過測量系統(tǒng)來實現(xiàn)的，顯然，測量系統(tǒng)本身的精度和準確性將直接影響到各種質(zhì)量特性分析的有效性和效率。

為此，就需要對測量系統(tǒng)本身的能力進行評價。Eagle A R和Grubbs F E等人從統(tǒng)計角度對測量誤差進行了研究。1972年，Mandel J提出測量系統(tǒng)分析的重復(fù)性和再現(xiàn)性（Repeatability & Reproducibility，R&R）的概念和計算方法。而TSl6949中則將測量系統(tǒng)分析作為質(zhì)量體系評審中不可缺少的一個組成部分。

測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性包括偏倚、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性和線性等，如圖1所示。

一般的檢驗設(shè)備和測量工具在工廠都會有專門計量人員定期進行校驗工作，所以偏倚、穩(wěn)定性和線性基本上能夠得到保證，在實際應(yīng)用中占誤差比例比較大的因素則是重復(fù)性和再現(xiàn)性的問題。

測量系統(tǒng)分析在MSA手冊中推薦的量具重復(fù)性和再現(xiàn)性（R&R）的可接受準則是：%GRR

（1）低于10%的誤差測量系統(tǒng)可接受；

（2）10%~30%的誤差-10%~30%之間，可根據(jù)應(yīng)用的重要性，量具成本，維修費用判定是否可接受；

圖1　測量系統(tǒng)的五性

（3）大于30%的誤差——則測量系統(tǒng)不可接受，需要改進。

本文從改進輪胎制造過程部件厚度測量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性角度進行研究和分析，對測量系統(tǒng)進行改進，降低GRR%值，達到提高測量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性的目的。

2　GRR分析方法實例介紹

2.1使用極差法，計算半部件區(qū)的主要測量系統(tǒng)

表1　均值極差法計算結(jié)果

從表1可以看出通過極差法發(fā)現(xiàn)測量變差變異最大的是用測厚儀測量內(nèi)襯層的中厚。

嚴格意義上說，過程首先處于穩(wěn)態(tài)才能進行MSA的分析。表1中列出的數(shù)據(jù)，很有可能過程本身不穩(wěn)，所以做出的GRR分析對于比較各個測量系統(tǒng)的優(yōu)劣是沒有意義的，但單獨過程來說，%GRR的結(jié)果數(shù)據(jù)反映的是測量誤差占自身過程波動的百分數(shù)，所以單獨過程數(shù)據(jù)的大小是有意義的。內(nèi)襯層中厚的%GRR便處在10%~30%之間，并不是非常理想的狀態(tài)，需要考慮的改進方法。

2.2使用均值極差法針對變差較大的值進行分析

針對生產(chǎn)線現(xiàn)場的實際情況，沒有選擇手冊推薦的樣表，但計算方法是一致的，只是加大了操作人員的數(shù)量，現(xiàn)場實際抽查內(nèi)襯層厚度工作的操作人員只有8人，全部要求參與此項工作，增加了結(jié)果的可靠性，操作人員如果發(fā)現(xiàn)有操作上的問題，以后也好采取措施。

數(shù)據(jù)收集后錄入統(tǒng)計表2中的表格，通過公式計算即可得出結(jié)果。

由表3的計算結(jié)果分析得知：

（1）計算得出，重復(fù)性（EV）=0.085 518，再現(xiàn)性（AV）=0.112 944。EV＜AV。

再現(xiàn)性AV大于重復(fù)性EV，也是就再現(xiàn)性比重復(fù)性大，說明在操作人和操作人之間的差異是大于單個人之間的重復(fù)性差異的，問題可能出在人員之間的操作動作上，或者是方法掌握上。

（2）%GRR=18.798 47%。該結(jié)果位于10%~30%之間，可以考慮進行測量系統(tǒng)的改進，以求低于10%。

（3）ndc=7.366 89。該值必須大于等于5，方才表示量具的分辨力可以接受。如果低于5，則表示測量系統(tǒng)的選型或者是測量樣品的選型存在問題。

3　測量系統(tǒng)的改進分析

3.1分析樣品取樣的情況

內(nèi)襯層生產(chǎn)線取樣后的樣品，因為橡膠制品的特點（橡膠制品較軟，兩端自然下垂），所以使用常規(guī)的測量厚度的儀器是無法直接測量的。內(nèi)襯層又是輪胎生產(chǎn)的關(guān)鍵半部件，偏薄偏厚都會造成不同程度的質(zhì)量問題。如圖2。

圖2　手持測厚儀測量情況分析

通過圖2可以很清晰的看出問題，當橡膠制品彎曲的時候，測厚儀測出的數(shù)據(jù)是不準確的。

3.2分析現(xiàn)場一般采用的方法

為減小測量誤差，使中部能夠平整，現(xiàn)在測量中厚一般采取兩種方式（如圖3）：①將樣品放置一平臺上，再用測厚儀進行測量；②將樣品手動抬平后再進行測量。

這兩種方法為防止手持的測厚儀晃動和保持測量面完全接觸樣品試樣，會用大拇指輕微的向上頂住測厚儀壓錘。因為橡膠的黏彈性，使得橡膠制品偏軟，現(xiàn)場操作人員有男有女，每個人的在頂壓錘的時候不能夠保證力度是一致的，力量大的測量結(jié)果偏小，力量小的測試結(jié)果偏大。

圖3　放置在臺面上和手持樣品測試厚度的情況

4　提出改進方案

4.1 改進方案的思路

因為市場上是沒有專門的內(nèi)襯層中厚測量儀，原來使用的手持式測厚儀雖然能夠快速得到我們需要的測試結(jié)果，但%GRR值偏小，數(shù)據(jù)的可靠性不良，在考核現(xiàn)場質(zhì)量情況時經(jīng)常有爭議發(fā)生，輪胎企業(yè)使用斷面掃描儀設(shè)備既貴速度又慢，其測量范圍還不能覆蓋大規(guī)格的內(nèi)襯層，所以我們需要研制一套內(nèi)襯層測厚的改進方案，找到合適的方法，提高測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。其重點是：第一要保持保證測量時中部平整；第二要保證測厚儀頂部壓錘自然落下。

表2　EXCEL制作的均值極差法統(tǒng)計表

表3　EXCEL制作的均值極差法統(tǒng)計表計算結(jié)果（改進前）

4.2改進方案的提出與實施

（1）將手持測厚儀改成臺式測厚儀。雖然降低了移動性，但穩(wěn)定性提高。

（2）焊接的結(jié)合方式，改成活動式的平臺。將平臺由鋼板改為鋁板，既減輕了重量又降低了成本，平臺的四角使用活動螺絲固定，可自行調(diào)節(jié)高度，保持平臺穩(wěn)定。平臺尺寸如圖4。

圖4　最新設(shè)計的測試平臺圖紙

（3）測試方式的改變。先將樣品放置在平臺上，然后平臺和樣品一起推入到臺式測厚儀中，便可讀數(shù)。縮短了測量所需的時間。

（4）使用時平臺高度調(diào)整到和臺式測厚儀相同的高度，平板的缺口正好能替換臺式測厚儀原裝的鋁板，并卡住臺式測量后儀的測量底部基座，測厚流程如圖5。

圖5　樣品的在最新設(shè)計的平臺上的測量流程

4.3改進方案的效果確認

（1）再次使用均值極差法，對設(shè)計的結(jié)果進行確認，見表4。

通過表4可看出，%GRR達到了8.668 789%，低于10%，說明該測量系統(tǒng)達到一個較好的水平。報告中再現(xiàn)性明顯降低，再現(xiàn)性（AV）=0.036 849，小于重復(fù)性（EV）=0.094 971。說明操作人之間的影響被弱化。

表4　EXCEL制作的均值極差法統(tǒng)計表計算結(jié)果（改進后）

（2）使用Minitab軟件進行分析

通過Minitab軟件可以通過圖形（見圖6）直觀的發(fā)現(xiàn)取樣的優(yōu)略和數(shù)據(jù)的異常，其計算的%GRR的結(jié)果是與使用EXCEL統(tǒng)計表的算法結(jié)果是基本一致，本文不再詳述。

5　結(jié)論

（1）使用均值法所消耗的測量成本低，快速得出準確的結(jié)果，方便比較和發(fā)現(xiàn)問題。使用均值極差法能夠生成重復(fù)性和再現(xiàn)性的數(shù)據(jù)報告，通過數(shù)據(jù)報告反映的問題找出測量系統(tǒng)的問題所在，便于發(fā)現(xiàn)原因和找出結(jié)果措施的突破口。二者結(jié)合使用，非常適合解決有多種測量系統(tǒng)的現(xiàn)場問題。

（2）改進后的測量平臺，不僅制作成本低，而且設(shè)計和加工都非常簡單。更為關(guān)鍵的是提高了測量的準確性和精確性。

[1] Ford，CM，Chrysler.Measurements systems analysis reference manual[M].AIAG Detroit，Michigan， 2010.

[2] 吳遵高. 測量系統(tǒng)分析[M].北京：中國標準出版社。2003

圖6　Minitab軟件進行分析圖

[3] 田世鋒，桂衛(wèi)華. 幾種測厚儀器的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用。中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）[J]. 2003. z1.

[4] 王順國. 覆膠鋼絲簾布厚度測量系統(tǒng)改進[J]. 輪胎工業(yè)，2010年第30，692.

[5] 孟慶秋. 測量系統(tǒng)分析（MSA）與計量之間的關(guān)系及應(yīng)用[J].中國質(zhì)量，2005，5：79~82.

Studies and application of MSA in gauging system of the tire manufacturing process

Studies and application of MSA in gauging system of the tire manufacturing process

Liu Tianyou, Hu Xiangqi, Gao Guangtao, Li Yuanjing
(1. Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, Shandong, China; 2.Guizhou Tyre Co., Ltd., Guiyang 550008, Guizhou, China)

By principle of MSA, this paper designs the test method in combination with range method and mean range method, quickly identifi es % GRR changes and points need to improve by range method, then studies repeatability & reproducibility of the measurement system by mean range method, to fi nd the cause of variation, and identifi es ways to improve. Aimed at environment of tire manufacturing site, the paper successfully designs a new gauging method which is more conducive to inner liner production line for fi eld operations.

MSA; %GRR; repeatability; reproducibility; improvement

TQ330.64

1009-797X(2015)19-0014-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.19.002

劉天佑（1982-），男，江蘇南京人，貴州輪胎股份有限公司工程師，在讀碩士，主要從事企業(yè)質(zhì)量管理和技術(shù)支持工作。

2014-10-08