[02-20] “測量系統分析”的運作方法

作者：吳健康

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


    MSA目前除了已被汽車零組件生產企業所應用之外，同時也被廣泛運用于其他行業。
    MSA的目的是：汽車整車廠（顧客）認為汽車零組件生產廠家若僅針對量具定期“校正”，并不能確保產品最終的測量品質，“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制造現場可能出現的各種變差問題；因此，對于汽車零組件生產企業來說，為避免可能存在的潛在零件質量問題及顧客車輛可能因此而被“召回”的風險，必須對相關的“測量系統”進行分析。


    由于MSA作業的繁雜性，大多企業在執行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”結果為正常）。


    針對測量系統的分析可被分為“計數型”及“計量型”測量系統分析共兩類；由于“計數型”測量系統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《測量系統分析》的要求。


    有必要先明確的一此概念：
    測量系統：系指用來獲得測量結果的整體（可能包括：量具、測量者、測量方法等）；
    “計量型”數據：測量后所給出的具體測量數值；
    “計量型”測量系統分析的途徑：包括“穩定性”、“重復性”、“再現性”、“偏倚”及“線性”（五性）的分析、評價；
    穩定性：系指測量系統變差隨時間變化的結果；
    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行這一測量所獲得的變差結果；
    再現性：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行這一測量所獲得的變差的結果；
    偏倚：系指測量所得數值與基準值之間的差距；
    線性：系指在量具預期工作量程內，各量測數據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。


    執行“計量型”測量系統分析初步：
    執行測量作業的人員，均應經過必要的量具使用、維護訓練，不致于出現因人員操作問題所造成的測量誤差；
    擬執行分析的量具均已經過“校正”（于“校正有效期”之內），同時其分辨力亦能符合要求；
    本企業已確定了相應的“測量系統分析計劃”（該計劃謹用于明確擬執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”測量系統之穩定性、重復性、再現性、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”測量系統分析運作辦法：
    需按照上述所擬“測量系統分析計劃”進行，并由各項分析之擔當者負責取樣：
    “穩定性”分析方法：
    取樣：可選擇標準件作為測量樣本（如：塊規、標準樣件等）；
    測量執行者：該量具的現行使用者；
    測量：每天（或每班）對相關樣本進行一次測量，且每次測量4遍（得一組數據），并記錄數據；需要至少測量25組數據；
    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7點位于平均值一側；
    ·不能有連續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區域；
    當有違背上述“判定準則”時，該量具的“穩定性”則不可接受（有待進行維修或更換）；
    2．“重復性”和“再現性”分析方法：
    取樣：從現行產品中取樣，共取10個產品（零件）；
    測量執行者：選三位測量執行者，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果，并計算出如下數據：
    各測量結果的均值X及極差R（每位測量者所測結果）；
    依以上數據另需計算出：
    Rp—由各零件均值所組成之數列的極差；
    R—三位測量者所測值的平均極差的均值；
    XDIFF—三位測量者所測數據之最大均值與最小均值之差；
    UCLR=2.58*R
    LCLR=0
    再從上述結果，計算出如下數據：
    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
     重復性及再現性R&R=EV2+AV2
     總變差TV=R&R2+PV2
    最終通過上述數據計算出“%R&R”值；
    %R&R=100［R&R/TV］
    (5)運用“%R&R”判定該量具“重復性及再現性”是否適宜：
    ·%R&R＜10%：則該量具可接受（適宜）；
    ·10%≤%R&R≤30%：需根據該測量作業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、標準樣件等）；
    其中：最小測量特性≤該量具正常作業之預計的最小測量值；
    最大測量特性≥該量具正常作業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，并記錄結果；
    由該項分析之擔當者對上述測量數據進行匯總和計算：
    ·各樣品零件公差或計算出6б；
    ·各樣品基準值Xi；
    ·各樣品測量數據（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、在執行“計量型”測量系統分析時，應對上述“五性”作出全面的分析，除非本企業具有前期可作利用的該測量系統之分析結果或獲得顧客的特別許可。
    由于測量系統分析作業是為了追求一種更可靠的測量品質，因此，作為企業在運用這種分析手法之前，內部應有至少一、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。
    企業在運用“測量系統分析”時，可能面臨針對測量系統的“可接受”或“不可接受”之判定，當出現“不可接受”時，企業必須對測量系統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，那么該企業就只能更換或維修現有的量具了，否則將不能滿足汽車業顧客的要求。
    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廠家，當遇到新產品，產品的變更或量具更換等情況時，應開展“測量系統分析”，這是一項強制性規定；同時，由于在QS9000（或ISO/TS16949）之中除了必須執行“測量系統分析”之外，另在“產品質量先期策劃（APQP）”中還有“控制計劃（CP）”、“潛在失效模式及后果分析(FMEA)”和“生產件批準程序(PPAP)”，并要求在制程中應用“統計技術（SPC）”等，都需要企業在人力資源方面予以支持；但無論如何，對企業而言，仍然需要將所有面臨的作業變得簡單易懂，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，以使企業易于操作，并降低運作成本。