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MSA GRR研究时的样本问题及解决策略

按照AIAG 《MSA参考手册》第四版中第95页中的要求,GRR(测量系统的重复性和再现性)研究时应当“取得一个能够代表过程变差实际或预期范围的样本”。我相信那些参考过该手册做过MSA的朋友已经意识到了:这个要求,在新产品开发的阶段是难以满足的!我们先了解一下GRR的3个指标:

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其中,
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可见,%GRR对过程总变差的指标P/TV,以及对零件变差的指标ndc(分辨率)均会受到零件间变差σp的影响。因此,这就是为什么《MSA参考手册》规定用作评估样本的零件应能代表实际的过程变差或预期变差,这样评价出的测量系统,才能够适用于当前产品的测量。

然而,在新产品开发阶段,测量系统和制造过程是同步开发的,在测量系统的预验收阶段,是没有那么多的产品样本供我们测量的,也就是2-3个样品,甚至还不能满足GRR评估时最少的样本数量5个的要求(注:MSA参考手册中的要求得到至少45个测量值,以确保评估结果的置信度)。

到了测量系统的最终验收阶段,虽然可以满足GRR的样本量的要求,但是这个时候的样本之间的变差也是相当大的,因为过程还远未达到量产时的稳定状态和能力水平!而我们开发的测量系统,是为了用于量产以后的测量的,如果仅仅使用试生产时的产品作为样本来评价GRR,它的这两个指标即使满足了要求(P/TV<=10%,ndc>=5),在量产后,也很可能会因零件变差的减小而不再满足要求的!但是量产后,量具及测量工装已经定型和安装到位了,已经不能推倒重来了!

那么,如何才能避免这种尴尬和被动的局面呢?

在测量系统的预验收阶段,如果用于样本的零件数量不能满足5个的要求,我们就只能评估它的量具能力Cgk了。评价Cgk时,只使用一个样本进行重复测量就可以了。Cgk可以反应测量系统的重复性和偏倚误差,Cg反应测量系统重复性误差,以及在这两个方面满足产品公差要求的能力,如下图所示,

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等到了测量系统的最终验证阶段,我们可以使用量产后过程能力指数CP的目标值来导出过程总变差的目标值,使用这个目标值来评估测量系统是否满足预期的测量精度要求,即:

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这样,我们可以得到期望的过程总变差的目标值σc,在把试生产时的样品测量完成后,再将这个σc代入到GRR的上述两个指标的计算公式中,用它评价出来的测量系统的指标,就可以适用于量产后过程稳定时产品的测量。

这样,我们就可以成功地避免上面所讲的尴尬和被动的局面了。

但是,如果量产后实际的过程能力相当高,远高于过程能力指数CPK的目标值(如1.33),即过程总变差可能是很小,这样的话,P/TV和ndc的指标值就有可能不能满足要求了(<=10%和>=5)。那么我们还应当升级测量系统吗?升级测量系统,就意味着更换测量仪器,就需要更高的投资!

我在此的看法是:可以根据企业自己的情况来决定是否升级、如何升级。可以分为以下几种情况来考虑:

1、首先来判断指标P/TV和ndc不满足要求(如<=10%),真的是由于过程能力提高了,还是测量系统变差了。判断的方法是:使用GRR对公差的指标P/T,如果这个指标的值相比之前的评估没有增加,那么就说明测量系统没变,而是由于过程能力提高了。

2、如果本来用的就是精度很高的测量仪器,如CMM、OMM等,这样就基本不存在测量系统精度不满足过程能力提高的情况;

3、如果测量系统的指标不能满足实际过程能力的提高,且测量的数据不做统计分析如SPC控制图等,只用于检测产品合不合格,就可以暂时不用升级测量系统。

4、如果测量系统的指标不能满足实际过程能力的提高,但必须要做控制图来监控生产过程,那么就应当升级测量系统。如果不升级测量系统,其分辨率就不能满足控制图的要求,做出的控制图就会存在下面的问题:

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5、如果实际的过程能力达到了非常高的水平,如CPK=3.0,那么,如果要求测量系统来适应过程能力,就可能需要巨额的投入去采购高端的测量仪器,管理层不太可能批准的!这个时候,我们甚至连控制图也不做了!

但是,无论是上述哪种情形,我们必须坚守住过程能力目标值这个“底线”,以及在该目标值下对应的测量系统的精度水平。

如何去坚守这个”底线“呢?就是按照MSA的计划,定期抽取产品样本进行测量,使用过程变差的目标值(用CP的目标值推出来)来对测量系统进行评估,看看测量系统有没有变差。

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