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：


 
其中，


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，



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：



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：



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。