Minitab 测量系统分析

随着现代市场竞争日益激烈，决策的准确性和可靠性变得尤为重要。有效的测量系统分析（MSA）能帮助企业评估和改进其产品质量，提高生产效率，最终提升客户满意度。

MSA（measurement systems analysis）旨在通过建立一套可靠的测量系统，消除测量系统中的误差和变异，确保测量系统与实际结果之间的一致性。

然而，我们在此分析中普遍面临的挑战是：在收集数据并进行分析时，如何信任测量数据，并判断是否获得了足够精确的测量结果，从而为正确的关键决策提供支持？

为帮助企业更好地解决这个问题，Minitab 22 版本提供了全新的量具研究解决方案—— EMP 交叉研究。

什么是 EMP 交叉研究？

这是基于惠勒方法 （Wheeler’s Method）构建的新功能，可从以下两个方面评估测量差异：

重复性（Repeatability）：同一操作员使用相同的测量仪器、在相同条件下多次测量同一零件所观察到的变异。

再现性（Reproducibility）：不同操作员使用相同的测量仪器、在相同条件下多次测量同一零件所观察到的变异。

基于这两个方面，EMP 交叉研究会将测量系统从第一（最佳）到第四（最差）进行评级分类。不同分类对应不同的类内相关系数（ICC，又称组内相关系数），以解释测量系统检测到至少 3 个标准差的过程均值偏移程度。

第一类和第二类测量系统一般通过控制图上有限数量的测试和子组来检测偏移程度；

第三类测量系统的典型做法是将检验添加到控制图中，以增加检测过程均值偏移的概率；

第四类测量系统通常需要改进，以监控过程或过程改进活动。

如果测量系统能够检测到这样的移动，那么它就应该对其他过程改进活动有用。例如，许多控制图使用与总体均值相差超过 3 个标准差的子组均值，作为特殊原因影响过程的信号。

如何评估测量系统是否达标？

举例来说，一家生产消费类食品的厂商会监控麦片盒子的填充重量。为了能够进行其他的过程改进分析，这家厂商需要确保不同测量结果之间的差异足够小。EMP 交叉研究输出的结果将有助于确定测量系统是否达标以及如何进行改进。

如下图，“EMP 统计量” 表提供了该测量系统的所属分类，本例为第一类（First Class）。这个评级结果让团队可以确信测量系统足够好，并可用于其他过程改进活动。

图示：Minitab 22 中的 EMP 统计量

如何改进测量系统？

EMP 交叉研究的结果中还提供了其他信息，可用于决定如何优先和改进测量系统。其中，均值极差分析（ANOMR） 图和主效应分析（ANOME） 图呈现了：相对于过程变异而言，再现性较低的情况。

在本例的均值极差分析（ANOMR） 图中，操作员 B 的测量一致性低于其他两位操作员。这意味着，提高操作员 B 的一致性有助于改善测量系统。

图示：Minitab 22 中的均值极差分析（ANOMR）

而在本例的主效应分析（ANOME） 图中，不同操作员倾向于测量出比其他人更高或更低的值。这意味着，如果能让不同操作员的测量均值更相近，将有助于改善测量系统。

图示：Minitab 22 中的主效应分析（ANOME）

如何确保测量数据的可信度？

为确保结果有效，在收集数据、执行分析和解释结果时，请考虑以下准则：

01、操作员应以随机顺序测量部件

为确保数据收集顺序不影响结果，每个操作员都应随机测量重复中的所有零件。在所有操作员一次测量所有零件后，对所有重复该过程。

02、操作员应测量至少 10 个零件以进行充分研究

可以从大量历史数据或研究中的部件数据来评估过程变异。如果你有工艺变化的历史评估，则通常要求 10 个零件是可以接受的。

如果没有历史估计值，应考虑使用 10 个以上的部件。尽管需大量部件才能获得非常精确的过程变异估计值，但使用 15 至 35 个部件获得的估计值比使用 10 个部件要好。

03、选择表示实际或预期过程变化范围的部件

从整个过程范围内选择部件，以提高对部件间变化进行良好估计的可能性。例如，不要测量连续部件、来自单个批次或单个生产线的部件，或来自一批不合格品的部件。

04、必须交叉操作员和部件因子

当一个因子的每个水平与另一个因子的每个水平组合出现时，因子就是交叉的。例如，如果操作员和部件因子是交叉的，则每个操作员必须对每个部件进行评估。

05、运算符和部件因子必须是随机的

当因子具有许多可能的水平时，因子是随机的，但数据中仅包含水平的随机样本。例如，当为研究选择的部件旨在表示生产过程中的所有可能部件时，部件是随机因子。

再例如，当企业中有许多员工进行测量，但你随机选择几个运算符进行研究时，运算符是一个随机因子。

06、操作员必须至少测量每个零件两次

测量变化分为两个部分：再现性和可重复性。再现性就是当不同人员测量同一部件时所发生的变异。重复性则是当同一人员重复测量同一部件时所发生的变异。

如果使用至少 10 个部件和至少 3 个操作员，应让每个操作员以随机顺序测量每个部件两次，这样才能获得足够的重复性估计值。

07、应该至少有 3 个操作员进行充分的研究

为获得最佳结果，请在研究中包括 3 到 5 个算子。研究中的算子不应少于 3 个，除非使用测量系统的算子数量实际上少于 3 个。

如果你怀疑运算符之间存在很大差异，则应考虑使用 3 到 5 个以上的运算符。如果识别出操作员之间的差异，例如测量值低于其他操作员的操作员，则通常可以通过训练提高一致性。

在为研究选择操作员时，请确保他们代表使用测量系统的所有操作员。如仅使用最佳（或最差）算子执行研究，则结果将有偏差，且无法准确估计算子差异。确保准确度的最佳方法是随机选择操作员进行研究。

为了根据数据采取行动， 你需要确保数据是准确的。Minitab 统计软件中的 EMP 交叉研究可以让你评估测量系统是否达标以及如何改进测量系统。当评估测量精度时，你可以确信后续的所有工作都基于可信赖的数据之上。