测量系统分析(MSA)在齿轮生产过程中的应用

马丽莎

摘要：测量系统分析（MSA）的概述，对计量型数据进行五种分析，包括稳定性、偏移、线性、重复性与再现性;对计数型数据进行Kappa统计量的计算，从而判定在齿轮生产过程中的测量系统的状态、可接受程度与改进方向。

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.

关键词：测量系统分析;齿轮生产过程;重复性与再现性分析;Kappa统计量

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

中图分类号：TP274                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）01-0162-02

0  引言

在齿轮产品的制造部过程中会产生大量的数据，而这些数据一般都是通过测量得出的。我们所知的各种数据其实都不是真值，而真值是不可知的，我们用的数据都是测量值，测量值=真值+测量误差。测量误差太大时就会扭曲掩盖真值。那么测量误差到底有多大？多大的测量误差是可以接受的？这时就需要我们判断测量数据质量的高低，而判断测量数据质量的高低就需要测量系统分析[1]。对制造业的生产厂家（如生产齿轮）来说，单纯的对量具进行周期检定和定期校准，只能代表该量具在特定条件下的某种“偏移”情况，不能完全反映出该量具在生产制造过程可能出现的各种偏差问题。如果我们能应用测量系统分析，也就是通过一些合适的统计技术对测量数据進行分析，就可以减少设备问题引起的测量误差，从而使测量数据更接近真值。

1  测量系统分析的介绍

测量系统是指由测量仪器（量具）、测量软件、测量操作人员和被测量物所组成的一个整体。用在某处（如齿轮加工过程中某一工序的某一个尺寸）获取数据是否适宜，是否可接受。测量系统按照数据类型分为计量型和计数型两类，计量型通常包括稳定性、偏移、线性、重复性和再现性（通常以分析重复性和再现性为主），计数型通常进行Kappa统计量的分析[2]。

基本术语的定义：

稳定性：随时间变化的偏倚值;偏移：观测到测量值的平均值与基准值之间的差值;线性：在量具正常工作量程内的偏倚变化量;重复性：一个评价者使用一台测量仪器，对同一零件的某一特性进行多次测量下的变差;再现性：不同评价者使用相同的量具，测量一个零件的一个特性的测量平均值的变差。

通常以GR&R值判定测量系统的好坏，如GR&R值<10%，则此测量系统良好;GR&R值在10-30%之间，则此测量系统可以接受，但视被测量特性的重要程度和测量成本因素而定;GR&R>30%，则此测量系统需要改进。

2  测量系统分析的基本要求

量具：执行分析的量具需经过周期检定和定期校准合格的，且量具的分辨力至少为被测特性公差的1/10;操作者：需经过必要的量具使用、维护训练，不能出现人员因操作失误导致测量出现偏差现象;测量过程为盲测：最大可能的减少操作者因主观意识对测量过程的影响。

3  计数型测量系统分析的实例

对齿轮加工过程中某一工序的某一个尺寸（轴类齿轮外圆尺寸60（+0.02/+0.033）使用数显千分尺进行测量）测量过程进行重复性和再现性分析，步骤如下：①选择3个测量人员（简称A、B、C）和10件测量样品（生产过程中随机抽取10件）;②对这10件测量样品进行编号，打乱顺序，让这3个测量人员不知道编号进行盲测，每个人对每件产品进行3次测量，且3个人互相不知道其他人的测量结果;③对测量的数据进行整理后输入至Minitab软件中进行分析，得出GR&R值。

测量数据详见表1。

分析结果详见图1。

则此数显千分尺的GR&R为22.81%<30%，可区分类别数为6>5，综上分析，此测量系统可接受。

4  计量型测量系统分析的实例

对齿轮加工过程中某一工序的某个齿轮（检查轴类齿轮的螺纹孔内是否存在铁屑）判定过程进行Kappa统计量分析，步骤如下：①选择4个测量人员（简称A、B、C、D）和10件测量样品（生产过程中随机抽取10件）;②对这10件测量样品进行编号，打乱顺序，让这4个测量人员不知道编号进行盲测，每人对每件产品进行1次测量，且4个人互相不知道其他人的测量结果;③对测量的数据进行整理后输入至Minitab软件中进行分析，得出每个测量人员得Kappa值。

测量数据详见表2。

分析结果详见图2。

综上分析，各测量者的Kappa值均大于0.7，因此，此测量系统可接受。

5  结束语

把测量系统分析应用到齿轮生产的测试过程中，减少在仪器设备、人员操作、环境、方法以及样品的差异造成测量结果的偏差，从而为进行SPC过程控制提供更准确和更可靠的测量数据，可以将产品的质量控制由事后检验提高到进行事先预防的过程控制，进一步推进质量管理。

参考文献：

[1]王湘研.基于MSA的质检部门检测系统分析方法研究[J].化工质量，1997，11（2）：19-21.

[2]马逢时.刘传冰.六西格玛管理统计指南[M].北京：中国人民大学出版社，2007：341-367.