MSA，只做GRR就够了吗？

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MSA（MeasurementSystems Analysis），即测量系统分析。用在SPC之前对测量系统的可靠性进行判断，从而保证其能为过程分析提供准确的数据。由于客户及审核的要求，MSA是一项必不可少的工作。有些企业认认真真地在做，有的企业则仅仅是为了应付审核。公司对其不重视，员工也就很难有好的理解。

刚毕业的时候，我的一项工作内容，是按照程序文件的要求，对产品检具测量系统进行年度MSA。当初我对它的理解，就是挑几个零件依次放在检具上面，测量关键尺寸，然后把数据输入到表格里，等待函数自动算出结果。如果不合格就偷偷改个数据，直到合格为止。

这让刚参加工作的我觉得愧疚且迷茫，不理解此项工作的意义所在，于是上网和翻书，去阅读有关知识。当了解到MSA不只包含GRR，我更纳闷了，为什么我们公司只要求分析GRR呢？随着在行业内经验的积累，现在我对这个问题也有了新的认识，今天拿出来和大家分享。也希望能够帮助到刚刚入行制造业的新人，消除他们的一些困惑。

回答这个问题之前，先来简单介绍一下测量系统的变异类型，包括偏倚、稳定性、线性、重复性、再线性。为方便记忆，分别用一句话概括MSA五性如下。

偏倚：测量结果的观测平均值与基准值的差值

稳定性：偏倚随时间的变化

线性：偏倚随量程的变化

重复性：测量设备的变异（EV）

再现性：评价人变异（AV）

其中，偏倚、稳定性、线性代表了测量系统的准确度（Accuracy），即测量值和真值的接近程度；重复性和再现性表示测量系统的精密度（Precision），即重复测量时，各测量结果的差异程度。

文章开头说的GRR（Gauge Repeatability Reproducibility），则是重复性和再现性结合后的估计值。经常把它们两个变异类型放在一起进行研究，原因除了二者都体现了测量系统的精密度之外，个人理解也是因为计算时，二者采集数据的方式一样。

准确度与精密度

那么接下来就说一下，五性的数据采集方式和评判标准：

1、稳定性：

取1个样本，在不同时间里每次测量3~5次，将数据按照时间顺序画在控制图上，根据图像判断测量过程是否稳定受控；

2.偏倚：

取样方法1）取1个样本，建立基准值，并测量样本10次以上，记录数据。

取样方法2）直接用计算稳定性时所用的数据，前提是测量系统已处于稳定状态。

评判：计算偏倚值置信区间，若0值落在偏倚值附近95%置信区间内，则偏倚在5%的水准上可接受。

3.线性：

选择不少于5个零件，零件测量值能够覆盖量具的操作范围，确定基准值后，每个零件测不少于10次，收集数据绘制拟合线和置信带。若偏倚=0的线落在置信带内，线性可接受。

4.重复性和再现性（GRR）：

取样方法1）极差法：通常选2人测量不少于5个零件，每个人对每个零件测量1次，记录数据。

取样方法2）均值极差法：通常选3个人，随机顺序测量不少于5个零件，每个人需要对每个零件测3次，收集数据。

两种方法的差异在于，方法1将重复性和再现性作为一个整体进行分析，方法2可对重复性和再现性进行独立分析。用收集到的数据计算，根据%GRR值来判断变异是否可接受，%GRR值即测量系统变差占总变差的比率。判定前提为Ndc≥5。

这里补充解释一下分级数Ndc，它等于零件变差和测量系统变差的比值乘以大于1的系数，可以把它当作分辨率。就如同有一个人去评价一筐苹果的质量，如果分辨率是2，代表着他只能把苹果分成2堆，一堆好的，一对坏的。如果是3，他可以分成3堆：好的，一般的，坏的。如果是4，就是4堆，好的，次好的，轻微坏的，坏的厉害的。分辨率越大，分成的堆数就越多，所以Ndc越大越好。

当我们在研究SPC时，一定是先通过控制图判断过程稳定受控后，再继续进行过程能力的计算。那么，在研究MSA五性时，有没有类似的先后顺序呢？我认为是有的，应该先分析准确度，再分析精密度。在准确度中，优先对稳定性进行分析。

因为进行测量系统分析的目的，是要预测在不远的未来，测量系统中的测量误差具有什么样的特性。为了能够进行这样的预测，测量系统必须表现出统计稳定性，即测量系统的测量误差的分布规律不随时间发生变化。

举个射击的例子，为了更接近靶心，新手的步骤常常是先多次试探，找到一个大致范围，然后在这个范围内，让子弹更加密集地向靶心靠近。另外，虽然PPAP要求中规定，“组织必须对所有新的或改进后的量具、测量和试验设备进行测量系统分析研究” 。

但也并不是测量系统五个变异类型都要研究，具体还是要按照客户要求及实际情况判断，比如自动控制的仪表，本身不存在再现性也就无法研究。掌握这个知识点，审核的时候我们也可以和老师解释了。

概念介绍的差不多了，现在让我们回到标题的问题，“MSA，是否只做GRR就够了呢？”

先公布答案。可以，但还是有个前提：

我们在企业里通常只分析测量系统的GRR，但身为制造行业从业者，大家一定都清楚，量具定期就会被送去实验室校核。这个过程，其实就是在做偏倚和线性的分析了。

而测量系统的稳定性，只要人员、环境、测量方法、设备状态没有大的变异就不会有问题，所以一般情况下，使用人员在公司内部对测量系统只需进行GRR分析即可。

最后我们将这个问题扩展一下：如果MSA出现了GRR和稳定性的问题，我们应该先改善哪个？

如前所述，稳定性代表平均值与基准值差异，GRR代表变异性范围。所以GRR要在稳定性之前进行改善。举个例子来解释原因，你将一兜子苹果放在台秤上称重，读数忽大忽小，那么你为了得到准确的重量，是会先改进平均值，还是先保证读数在一个固定的范围内波动呢？肯定是后者了，因为即使你无法确定苹果的真实重量，你至少也希望它每次测得的值能在一个固定范围内变动，然后再慢慢调整台秤，直到测量值与真实值接近。

那你可能又会问，按照你举的这个例子，我在分析变异类型的时候，也最先做GRR有何不可。这里再次强调，测量的过程涉及到误差理论，稳定性分析就是首先要分析这个引入测量系统的误差是稳定的，受控的。否则不能保证在短时间内进行的GRR分析是有效的。

以上，我们对MSA五性的研究方法、判定标准、分析顺序、改善顺序均做了一个简单的总结，相信会给大家一点帮助，不足之处也希望和同行一起讨论。MSA研究终究是一个复杂的过程，需要检测的性能多，需要收集的数据多，分析过后还要找到合适的改善方法。

但这一切工作，都是为了识别过程中的变异，从而改善过程。正如没有一把好的尺子，也就失去了衡量的标准；生产没了标准，也就不能保证做出合格的东西来。

本文作者：微注塑特约作者 王宇

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