淺談測量系統分析（MSA）

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在日常生產中，我們經常根據獲得的過程加工部件的測量數據去分析過程的狀態、過程的能力和監控過程的變化。為了保證測量數據的準確性/質量，我們需要使用測量系統分析（MSA）方法對獲得測量數據的測量系統進行評估。

測量系統分析(MSA)以簡單的實驗及統計分析衡量儀器系統的變異，並分離儀器設備及操作人員的變異，以此為儀器設備系統管理的依據。

測量系統：包含儀器設備(Gauge)、使用人員、方法、樣品及環境。

測量系統準確性(Accuracy)：同一人員使用同一儀器設備，重複測量同一樣品的同一特性，所得數據的平均數與真值的差。準確性可依儀器的校準計劃來調整其偏差。

測量系統精密度(Precision)：綜合影響測量系統的再現性、再生性及其他因素引起的變異。

再現性(Repeatability)：
同一人員使用同一儀器設備，重複測量同一樣品的同一特性，所得數據的變異。是儀器設備本身的變異，或稱Equipment Variation，一般以標準偏差σEV 表示。
再生性(Reproducibility)：
不同人員使用同一儀器設備，重複測量同一樣品的同一特性，所得數據的變異。不同人員之間的差異，或稱Appraisers Variation，一般以標準偏差σAV 表示。
穩定性(Stability)：
一儀器設備依時間的不同，隨環境的改變、電力的變動或儀器設備的老化造成的變異。

因準確性可依儀器的校準計劃來調整其偏差，而再現性及再生性一般影響較大，容易造成產品的誤驗，而且在現場就可進行分析。為了使問題單純化，我們將測量系統變異只考慮再現性及再生性的變異。

GRR（Gauge Repeatability and Reproducibility）指「測量系統的再現性和再生性」，表示測量的再現性（Repeatability）與再生性（Reproducibility）。

計量值數據的測量系統分析

計量值由儀器設備直接或經由人員操作讀取測量結果。
計數值由儀器設備自動判定或由人員目視判定OK/NG或GO/NOGO，兩者皆受儀器設備本身或操作人員的影響。

計量值數據的測量系統分析流程：

1. 計劃目的

儀器設備是否需要校準？
儀器設備是否可供使用？
儀器設備是否有人為因素？
儀器設備是否需要修正校準周期及頻率？

2. 計劃內容

組成項目小組。
選定平常使用該儀器設備的檢驗員，人數m=2~3人，當儀器設備的能力未知時m=3人，當儀器設備以前的能力曾合格者時m=2人。
決定重複次數n=2~3次，當儀器設備的能力未知時n=3次，當儀器設備以前的能力曾合格時n=2次。
選取實驗樣品，個數k=5~10個，當儀器設備的能力未知時k=10個，當儀器設備以前的能力曾合格時k=5個。
儀器設備的最小刻度讀數：至少為公差範圍的十分之一，如公差範圍為0.01mm，最小刻度讀數至少為0.001mm。

3. 計劃實施

識別組成的檢驗人員，若樣品的測量位置有兩個以上，則在每個樣品上標記同一測量位置。
將每個樣品加以編號以識別。
開始測量之前先將儀器設備校準。
第一位檢驗員以隨機的次序測量各樣品一次並登記至測量系統%GRR記錄表。再由第二位檢驗員以同樣的方式進行並登記至記錄表，同樣由第三位檢驗員登記至記錄表。
重複前一作業直到重複次數完成，作業進行中檢驗員不要相互參考測量結果，也不得參考前一次的結果。
將數據登記於適當的計算機軟體，業界流通許多Excel檔案，可以直接輸入就可計算出%GRR的結果，分析功能最完整的要屬MINITAB。

4.計算%GRR

一般在業界流通的方法大概有幾種：

以變異的估計法分為：

Xbar-R分析法
變異數分析法(ANOVA)

以%GRR的計演算法分為：

變異數分量(Variance Component) %GRR
標準偏差(Standard Deviation) %GRR

計數值的測量系統分析

計量值由儀器設備直接或經由人員操作讀取測量結果。
計數值由儀器設備自動判定或由人員目視判定OK/NG或GO/NOGO，兩者皆受儀器設備本身或操作人員的影響。

假如測量系統是以GO-NOGO方式判定產品良或不良，而不以測量的值來記錄。在製造業的現場存在許多用GO-NOGO量規、目視檢驗、儀器直接判定OK/NG等等。這類數據稱為計數值，其測量系統分析就需應用其他的統計方法來分析。

這種缺點的判定受人為因素影響很大，計數值測量系統分析主要在評估：

一檢驗員本身的一致性(重複檢驗一個產品判定是否一致)；
不同檢驗員之間的一致性(不同檢驗員檢驗同一產品判定是否一致)；
檢驗員的正確性(檢驗員判定正確的程度)。

計數值數據的測量系統分析流程：

1. 計劃目的

評估檢驗員本身判定的一致程度是否充分。
評估不同檢驗員之間判定的一致程度是否充分。
評估檢驗員判定的正確程度如何。

2.計劃內容

組成項目小組。
各製程檢驗站選定檢驗專家2人，協助選擇良品及不良品供評估用。
各製程檢驗站製作數個標準樣品，如：30個。其中良品及不良品數量差不多各半，不良品的現象不要太明顯(限度質量)，若樣品的檢驗位置有兩個以上，則在每個樣品上標記同一檢驗位置。
將樣品編號並依其編號記錄良品(OK)或不良品(NG)。

3. 計劃實施

若有使用儀器，開始評估之前先校準儀器設備。
識別被評估的檢驗員，每次評估可選三位以上檢驗員，各檢驗兩次。
由第一位檢驗員以隨機的次序檢驗各樣品一次並登記至計數值測量系統分析記錄表，判定是『良品』記錄『OK』，判定是『不良品』記錄『NG』。再由第二位檢驗員以同樣的方式進行並登記至計數值測量系統分析記錄表。再由第三位檢驗員以同樣的方式進行並登記至計數值測量系統分析記錄表。
重複前一作業直到重複次數完成，作業進行中檢驗員不要相互參考檢驗結果，也不得參考前一次的結果。
檢驗完成後，由評估小組依記錄表將結果記錄於計數值測量系統計算表，統計方式為當檢驗員判斷正確時，合格判合格；不合格判不合格，記錄『1』。當檢驗員判斷不正確時，合格判不合格；不合格判合格，記錄『0』。
記錄A、B、C檢驗員各自的差異，若同一樣品每次判定都相同，即兩次都是『1』或兩次都是『0』，則記錄『1』。若同一樣品兩次判定不相同，則記錄『0』。

計數值測量系統計算表(特徵GRR)：

依測量系統計數值計算表指示計算。

PA＝A/60：檢驗員A判定正確的比率；（PA＝A/60=45/60=75%）
PB＝B/60：檢驗員B判定正確的比率；（PB＝B/60=44/60=73.33%）
PC＝C/60：檢驗員C判定正確的比率；（PC＝C/60=49/60=81.66%）
PAD＝AD/30：檢驗員A判定一致的比率；（PAD＝AD/30=29/30=96.67%）
PBD＝BD/30：檢驗員B判定一致的比率；（PBD＝BD/30=26/30=86.67%）
PCD＝CD/30：檢驗員C判定一致的比率。（PCD＝CD/30=23/30=76.67%）

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