測量系統分析(MSA)在齒輪生產過程中的應用

馬麗莎

摘要：測量系統分析（MSA）的概述，對計量型數據進行五種分析，包括穩定性、偏移、線性、重復性與再現性;對計數型數據進行Kappa統計量的計算，從而判定在齒輪生產過程中的測量系統的狀態、可接受程度與改進方向。

Abstract： An overview of Measurement System Analysis （MSA）. Five types of analysis are performed on metrological data， including stability， offset， linearity， repeatability and reproducibility; Kappa statistics are calculated for count data to determine whether it is in the gearThe status， acceptability and improvement direction of the measurement system in the production process.

關鍵詞：測量系統分析;齒輪生產過程;重復性與再現性分析;Kappa統計量

Key words： measurement system analysis;gear production process;repeatability and reproducibility analysis;Kappa statistics

中圖分類號：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0162-02

0? 引言

在齒輪產品的制造部過程中會產生大量的數據，而這些數據一般都是通過測量得出的。我們所知的各種數據其實都不是真值，而真值是不可知的，我們用的數據都是測量值，測量值=真值+測量誤差。測量誤差太大時就會扭曲掩蓋真值。那么測量誤差到底有多大？多大的測量誤差是可以接受的？這時就需要我們判斷測量數據質量的高低，而判斷測量數據質量的高低就需要測量系統分析[1]。對制造業的生產廠家（如生產齒輪）來說，單純的對量具進行周期檢定和定期校準，只能代表該量具在特定條件下的某種“偏移”情況，不能完全反映出該量具在生產制造過程可能出現的各種偏差問題。如果我們能應用測量系統分析，也就是通過一些合適的統計技術對測量數據進行分析，就可以減少設備問題引起的測量誤差，從而使測量數據更接近真值。

1? 測量系統分析的介紹

測量系統是指由測量儀器（量具）、測量軟件、測量操作人員和被測量物所組成的一個整體。用在某處（如齒輪加工過程中某一工序的某一個尺寸）獲取數據是否適宜，是否可接受。測量系統按照數據類型分為計量型和計數型兩類，計量型通常包括穩定性、偏移、線性、重復性和再現性（通常以分析重復性和再現性為主），計數型通常進行Kappa統計量的分析[2]。

基本術語的定義：

穩定性：隨時間變化的偏倚值;偏移：觀測到測量值的平均值與基準值之間的差值;線性：在量具正常工作量程內的偏倚變化量;重復性：一個評價者使用一臺測量儀器，對同一零件的某一特性進行多次測量下的變差;再現性：不同評價者使用相同的量具，測量一個零件的一個特性的測量平均值的變差。

通常以GR&R值判定測量系統的好壞，如GR&R值<10%，則此測量系統良好;GR&R值在10-30%之間，則此測量系統可以接受，但視被測量特性的重要程度和測量成本因素而定;GR&R>30%，則此測量系統需要改進。

2? 測量系統分析的基本要求

量具：執行分析的量具需經過周期檢定和定期校準合格的，且量具的分辨力至少為被測特性公差的1/10;操作者：需經過必要的量具使用、維護訓練，不能出現人員因操作失誤導致測量出現偏差現象;測量過程為盲測：最大可能的減少操作者因主觀意識對測量過程的影響。

3? 計數型測量系統分析的實例

對齒輪加工過程中某一工序的某一個尺寸（軸類齒輪外圓尺寸60（+0.02/+0.033）使用數顯千分尺進行測量）測量過程進行重復性和再現性分析，步驟如下：①選擇3個測量人員（簡稱A、B、C）和10件測量樣品（生產過程中隨機抽取10件）;②對這10件測量樣品進行編號，打亂順序，讓這3個測量人員不知道編號進行盲測，每個人對每件產品進行3次測量，且3個人互相不知道其他人的測量結果;③對測量的數據進行整理后輸入至Minitab軟件中進行分析，得出GR&R值。

測量數據詳見表1。

分析結果詳見圖1。

則此數顯千分尺的GR&R為22.81%<30%，可區分類別數為6>5，綜上分析，此測量系統可接受。

4? 計量型測量系統分析的實例

對齒輪加工過程中某一工序的某個齒輪（檢查軸類齒輪的螺紋孔內是否存在鐵屑）判定過程進行Kappa統計量分析，步驟如下：①選擇4個測量人員（簡稱A、B、C、D）和10件測量樣品（生產過程中隨機抽取10件）;②對這10件測量樣品進行編號，打亂順序，讓這4個測量人員不知道編號進行盲測，每人對每件產品進行1次測量，且4個人互相不知道其他人的測量結果;③對測量的數據進行整理后輸入至Minitab軟件中進行分析，得出每個測量人員得Kappa值。

測量數據詳見表2。

分析結果詳見圖2。

綜上分析，各測量者的Kappa值均大于0.7，因此，此測量系統可接受。

5? 結束語

把測量系統分析應用到齒輪生產的測試過程中，減少在儀器設備、人員操作、環境、方法以及樣品的差異造成測量結果的偏差，從而為進行SPC過程控制提供更準確和更可靠的測量數據，可以將產品的質量控制由事后檢驗提高到進行事先預防的過程控制，進一步推進質量管理。

參考文獻：

[1]王湘研.基于MSA的質檢部門檢測系統分析方法研究[J].化工質量，1997，11（2）：19-21.

[2]馬逢時.劉傳冰.六西格瑪管理統計指南[M].北京：中國人民大學出版社，2007：341-367.