浅谈测量系统分析(MSA)的有效应用

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【第一部分 选题的缘由:深刻体会到MSA的重要性】

选定分享测量系统分析(以下简称“MSA”)这个主题,源于十几年以前在企业参加六西格玛绿带培训的一段经历。当时,绿带培训采用3×3×3集中式学习的形式开展,最后一天是测试:各小组做实验,拟合关于5个变量的回归方程,合理布局参数设计,要求精准定位,黑带大师指哪打哪,采用投石机点投到指定位置,3次皆一次性100%命中目标计为通过测试。

由于我们小组一直到晚上才通过测试,所以一直到现在,对于测试过程,仍然记忆犹新,历历在目。测试当天的上午,大家收集数据做试验时,小组成员有的人在忙工作,有的在收集数据,在分析模型时,都想着快速完成优化设计、回归方程,模拟测试,并没有去验证数据本身的可靠性。下午一开始,请黑带大师来检验成果,结果是命中目标1次,偏离目标2次,以失败而告终。失败意味着回归方程不精准,意味着数据出了问题,再重新验证MSA时,发现%GRR30%,即一开始收集的数据就是不可接受。这也意味着一上午的分析工作都是徒劳的,浪费了小组每个人上午的时间。这个时候,有些小组已经接近听到成功的脚步声了,可以提前去火车站或机场,准备回家了。我们小组成员这时感觉非常尴尬,重新开始认真严谨的做实验,回到收集数据的起点,确认MSA数据的可接受性,做SPC,计算Cpk能力,做DOE,做优化设计,做回归方程等等,小组成员多次测试点投率达到100%以后,再次请黑带大师来检验成果,3次点投,皆一次性正中目标,测试通过。这个时候已经华灯初上。

正是因为这次经历,让我对数据的可靠性非常重视。在成为咨询师以后,给学员做培训或给企业做咨询的过程中,也非常强调MSA的重要性。

【第二部分 重点分享通过图形和文本信息语言,提高ndc的方法】

言归正传到今天的主题上。作为咨询师,经常发现学员在提高ndc和降低%GRR的过程中,不能依靠图形和数据快速找到解决问题的方法,提高决策的效率。企业一直强调要依据数据来决策,应用以数据为决策的收益,主要还是要取决于测量系统的质量和管理人员的决策力。

以下内容主要探讨计量型测量系统的可接受性(假设前提是偏倚、线性和稳定性都是可接受的)。可接受的参数主要为2项:

浅谈测量系统分析(MSA)的有效应用

1)ndc;

2)%GRR;

参数1:ndc称为分级数或可区分的类别数,将零件变差与测量系统的重复性再现性变差相比较,ndc = 1.41(PV/GRR)。

可接受的标准为:ndc≥5

当ndc5时,说明测量系统的有效分辨率、灵敏度不够,不能识别零件间的差异,测量系统存在误发报警Ⅰ和漏发报警Ⅱ的风险大,不受控。此时继续看%GRR是没有意义的。

提高ndc的方法,

提高测量系统的分辨力(采用公差的十分之一或过程变差的十分之一,取决于进行产品控制或是过程控制)。在培训过程中,经常讲一个生活化的场景是:第一次碰到长得非常像的双胞胎小朋友们时,通常父母先介绍一下谁是老大,谁是老二,然后小朋友们出门玩一会儿再回来,这时,往往分不清谁是老大,谁是老二,可能第二次第三次相遇还是分辨不出来,这个时候,我们眼睛的分辨率是不足够的,不能够把双胞胎小朋友们各自特点辨识出来,容易错判,这个时候,需要升级到父母能够正确识别的更高级的测量系统上来。核验PV即零件的变差。首先核验抽取的零件样本是否是覆盖整个过程的零件,如包含合格品、不合格品、临界上下限的可疑品等(抽样过程同样重要)。然后根据PV=K3*Rp的公式要求,核验Rp(详见附MSA表格)的数据即所有均值,尤其是零件均值的最大值和最小值的采集和计算过程是否有误。核验GRR即重复性再现性变差。此项内容并到以下%GRR的说明中。

补充说明:可借助GRR图形,从以下“左图一”、“左图三”进行可视化的助力分析,"左图一"可直观的观察GRR与零件变差的贡献度,期望的是GRR越低越好,Part-to-Part越高越好;重点解析“左图三”,"左图三"控制图与SPC控制图的含义不一样,“左图三”期望的是点超出控制线,代表测量系统分辨力强,能够把零件进行更多的分区,识别的更清楚。图形是帮我们进行大致的分析,对于临界状态的情形,是否满足ndc≥5,存在不确定性,需要进一点看文本信息中ndc的具体数值,如以下图形和对应的文本数据显示结果为ndc=4,不可接受,须改进。

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ndc在Minitab软件中“显示会话文件夹”说明中的位置

以下显示为ndc5的图示,特殊说明:此实验特意将零件变差放大,可与上图“左图三”进行比较,仅为初学者提供显著的可视化差异的感受。

【第三部分 重点分享通过图形和文本信息语言,降低%GRR的方法】

参数2:%GRR为测量系统变差,接收准则为(客户有特定的接收准则要求时,按客户的要求执行):

%GRR <10% :测量系统可以接受;

10%≤%GRR ≤30% :基于应用的重要性以及测量系统的成本,可能是可以接受的;

%GRR> 30% :不可接受。

%GRR计算公式如下:

%GRR = 100 (GRR/TV)

若客户要求%GRR10%,同时当前的测量系统呈现以下的GRR图形和数据显示结果时:以下“左图二”存在2个超出控制线的点,以下文本结果显示ndc=6,%GRR=22.61%。即极差处于非受控状态,%GRR10%,不满足客户要求。

降低%GRR的方法:

1.首先要使极差图处于受控状态,需要重新复测,直至极差控制图受控为止。如下图所示。

2.在极差受控的情况下,为了达成%GRR10%,根据公式定义,其中XDIFF的均值变差需要减小,即要求每位检验员重复检验每个零件的均值变差要减小。换言之,每个检验员的一致性要好。

以下GRR图形,“右图一”、“右图二”、“右图三”可直观的助力找到改进方向:

1)右图二显示3位检验员中,检验员“王”的测量结果中位数明显大于“李”和“赵”的测量结果,期望三位检验员的中位数是同一水平线上;同时检验员“李”“王”的测量结果中出现了特殊原因。

2)右图三显示三位检验员在测量第3-9件零件时,出现明显的不一致的情形,期望三条线完全拟合。

3)右图一显示未充分拟合的点,是改进的机会;

基于以上图形显示信息,再结合文本信息,我们持续复核测量系统的方法是否一致、检验员测量手法是否一致等等,有针对性的培训、沟通确认,持续改进,最终将达到%GRR10%的客户要求。

以下为特意制作,供直观感受的图形化语言(重点提醒:ndc和%GRR满足可接受标准的测量系统,就是好的测量系统,无须过度要求):

最后,推荐除评估%GRR(过程控制)以外,同时评估%PT(产品控制)的可接受性,如以下数据所示:

请有兴趣的朋友们思考,以下2个选项,哪项数据代表测量系统能力不足,哪项数据代表测量系统能力过剩:

%GRR %PT

1) 15% 45%

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2) 45% 15%

【结语】

做好MSA,保证数据的准确性和可靠性,提高测量系统的质量。合理的策划MSA的抽样频次,能用计数型测量时,不用计量型测量,能免检时,制定免检制度,提高测量设备的寿命,提升测量系统的效率。有效的制定MSA的策略,用最小的测量系统资源,获得最大的产出,降低成本。

欢迎朋友们来共同探讨MSA的有效应用的话题。

若有初学者朋友们,希望了解偏倚、稳定性、线性的相关内容,或希望掌握在Minitab 软件中,关于MSA的各种作图方法,请持续关注。

附MSA表格:

文思特在线课堂

原文来源:小康简公众号

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