汽车电子测试系统验证方法 - MSA介绍

MSA是汽车行业IATF16949质量体系的五个主要工具之一。最近对汽车芯片做了一系列的解读和检查，朋友们不知道如何检查测试系统。我不知道如何检查产品工艺的稳定性，所以我会添加两篇文章来介绍MSA和PPAP。

MSA的英文名称是MeasurementSystemAnalysis，中文翻译是测量系统分析。

其主要目的是确保汽车行业使用的测试和测量系统满足要求。本文仅以汽车电子制造工艺作为解释的重要参考。

MSA简介

制造公司（尤其是汽车行业）质量控制计划(ControlPlan)中使用的测量系统的功能必须通过测量系统分析(MSA)的结果来证明。这是相关标准的要求（例如：ISO/TS、AIAGMSA、VDA5也是汽车质量管理体系IATF16949的五个主要工具之一）。本文通过作者长期应用MSA以及实际项目的质量管理过程，介绍了MSA的计算和统计过程。

第一章MSA简介

测量系统的MSA分析是一种基于质量控制计划的应用来检查测量系统性能的方法。即把测量误差和公差带与被测产品的参考参数进行比较，检查其离散度，以确保测量系统用于批量生产的能力。MSA在汽车行业中占有重要地位的测量系统分析。

MSA方法开发的参考手册涵盖了汽车行业的绝大多数客户群体：

AIAG测量系统分析参考手册，第四版(MSA-4)，由汽车工业行动小组出版。客户认可：如克莱斯勒、福特、通用汽车。

VDA5测量过程能力(VDA-5)，由Verband汽车工业出版社出版。客户认可：奥迪、大众、戴姆勒、宝马等客户要求。

两本MSA参考手册对MSA验证方法的设计（偏倚、稳定性、线性、重复性和再现性的评估）有非常相似的要求，但在数据分析方法和各自的验收标准上有部分不同。

该标准以AIAGMSA第四版为基础，简要介绍了汽车行业MSA研究的一般要求和方法。通过这篇文章，我们基本上可以提供完整的MSA标准和指南，如果按照这个方法实施，我们基本上可以满足所有客户的要求。

首先我们要知道什么情况下需要进行MSA分析？

·购买的新测试系统包括试验机、附件、测量工具以及生产过程中用于测试和测量的所有其他工具；

·根据客户要求或工艺质量要求；

·持续改进过程中，重启量产前；

·根据PPAP要求，需要对CP中列出的所有量具进行分析。当使用同一个测量工具测量多个尺寸时，选择KPC尺寸（关键产品特性）或具有最小公差的尺寸进行分析。

简单解释一下，MSA什么时候完成？

1购买新的测试系统时一定要这样做，无论是自动化测试机还是滑尺，只要系统是用来读取特定值的，就必须做MSA以确保稳定性。测试工具。

2工艺质量要求例如，一个新项目投产前，即使设备经过了MSA的测试，但并不意味着它对新产品特性的测试仍然准确，因此该项目的新产品需要MSA认证。。

还有一种情况，产品和设备都通过了MSA，但是设备发生了变化，比如虽然没有更换测试板；或者设备发生了改变、移动，环境也可能发生了变化。严格的工厂要求要求，如果设备移动超过1米，则需要重新进行MSA。

3、在持续改进的过程中，比如测试程序优化、测试时间优化、硬件电路优化，总之只要测试系统有变化就应该做MSA，防止测试系统能力出现偏差。

在4PPAP中，MSA结果要输入到Cpk计算公式中，只要PPAP要求的测试参数必须是MSA。

在实际操作中，如果产品和设备没有变化，每年也需要进行MSA验证，以保证设备测试能力。所以MSA的要求是极其严格的，但是我们会发现很多企业应用不到位，甚至不明白MSA到底是做什么的。这就是本文的初衷。

第二章部分术语的定义

测量测量被定义为给物质或事物分配数字（或值），以表示它们之间关于特定属性或特定特征的关系。这种分配数值的过程被定义为测量过程，分配的值被定义为测量值。

这是一个衡量标准任何用于测量的设备，通常专门用来表示车间测试设备，也包括非批量生产设备（如加工站的万用表等）。

测量系统测量系统是一组仪器或仪表、标准、操作、方法、设备、软件、人员、环境和假设，用于量化测量单位或根据测量值确定产品的估计特性，用于获得测量结果的完整过程。

AttributeDate属性数据具有有限数量的离散（唯一）值。属性数据可分为两类：属性数据只有两个分数（匹配/不匹配、通过/失败、存在/未命中）属性数据具有两个以上分数（低/中/高、红/黄/绿/蓝））。数字信号测试中最常见的属性数据是高、中、低电平检测。

VariableDate数据具有（理论上）无限数量的潜在唯一值。事实上，变量数据必须至少有10个唯一值，模拟数据就是典型的变量数据。

参考值参考值是指该特征公认的标准值，这也是我们测试的目标值，也是测量的重点。

偏差是样品或零件重复测量的观察平均值与参考值之间的差异。

稳定性稳定性是测量值或偏差随时间的变化（假设参考值不随时间变化）。

线性度是正常工作范围内偏差的变化。

重复性重复性是指使用仪表重复测量样品，同时尽可能保持对测量结果的所有可能影响恒定（例如相同的设备、相同的装置、相同的方法、相同的评估者、相同的位置）。

重复性重复性是指使用仪表对样品进行重复测量，如上所述（重复性），但一个或多个因素发生变化（例如不同的固定器、不同的位置、不同的评估者）。可能会出现测量变化的其他来源。传统的MSA方法主要关注“评估者”作为重复性变异的标准来源，但其他因素也会影响重复性，可能比评估者影响更大。

RR（重复性和再现性）是多种测量变异来源的总和。为了评估测量系统，组合的RR应分为两个或多个不同的变化分量。

MSA中有很多术语，最重要的是以蓝色突出显示的五个项目。让我们在下图中详细解释它们。

偏差：实际测量值与真实值之间的差异

·通常称为“准确性”，但由于准确性有许多其他含义，因此不建议使用准确性来代替“偏差”。

·偏差是针对同一零件上的相同特征。例如，零件的标准直径为100毫米，但测量结果的平均值为101毫米，则这是1毫米的偏差。

稳定性：位移随时间的变化。（又称漂移，是用同一测量系统测量同一参考值或零件的相同特性所得到的总变异。）也就是说，测试结果不稳定，有时较大有时较小，每次测试结果这是实际测试中常见的情况。

线性度：是指在正常工作范围内的偏差变化。简单来说，量程的不同会导致测试结果的准确性发生变化，偏差越大。

重复性：评估者内部的变异是由于外部条件相同而引起的，例如同一产品、同一人员、同一工具设备、同一温度等所有外部因素造成的测试结果的偏差、环境等。设备产生的偏差用EV值表示。

可重复性：评估者之间的差异通俗地说，这意味着改变操作测试系统的人员，并考虑到操作员因素。这还包括一些外部条件的变化，如温度、刀具夹具等。由于人员和环境造成的再现性结果以AV值表示。

这五种属性不适合不同的场合。尤其对于复杂的汽车电子设备，更能交付品质和客户。

第3章MSA统计流程简介

在校准仪表（整个测试系统）之前，将对仪表的分辨率进行评估，以确保仪表制造商针对产品公差发布的分辨率适合预期用途。

使用仪表前，检查其分辨率是否小于公差宽度的5%（1/20）：提前检查变量测量系统的分辨率是否足够。测量系统应能够为每个公差宽度提供至少20个可测量的测量结果。

使用量规之前，请先检查量规已正确校准，当前校准尚未过期，并且在认证完成之前校准不会过期。测量系统稳定且受控如果存在无法控制的特殊变量，则验证无法启动。

评估测试系统的重复性

测量偏差和重复性研究的首要目标是对测量系统的重复性进行初步评估。如果基于此过程进行验证并且发现重复性结果不可接受，则必须改进、纠正测量系统，然后重新评估。

估计测量偏差

测量偏差和重复性该研究的另一个目的是评估测量系统的偏差。该评估假设测量系统的重复性是可以接受的。如果重复性不可接受，请优先考虑重复性校正，并且不要继续进行测量偏差评估。

执行偏差和重复性认证程序

1取样并对照标准测定其参考值。参考样品值应在生产测量值的中间范围内，通常称为GoldenSample标准。

如果不存在这样的样本，则选择处于生产测量中间范围的生产零件，并将其指定为偏差分析的主样本。

2、有专门的测试人员，熟悉测量系统，正常操作下至少测量样品25次。我们通常会采样50倍的数据。

分析的重现性

注意：在分析方差之前一定要分析重复性，以确保重复性是可以接受的。

再现性分析需要图形和数值分析

重复性图形分析

1将测量读数绘制为直方图。查看直方图以确定是否有任何特殊结果或异常。如果出现特殊结果或异常，请在继续进一步分析之前解决它们。

2计算m个测量读数的平均值，

3计算测量读数的标准偏差m。这是重复性(EV)的标准偏差。

4（步骤4是可选的）按读数的时间顺序绘制测量读数。

将以下水平参考线添加到画板：

大多数测量结果应该在上限和下限之内。少数测试结果超过上下限，本质上会导致重现性失败。

重复性数值分析

1此步骤中使用的计算取决于测量系统的使用方式：

产品控制：如果仪表测量仅用于确定是否符合规范，则应根据上限和下限评估重复性。在我们的实际情况中，这是最常见的情况，因此总变异（TV）计算如下：

过程控制：如果仪表测量用于确定过程稳定性(SPC)、过程能力、过程改进（散点图、直方图、实验设计），或作为过程调整（反馈环）的变量输入，则再现性估计与过程变化相关，并且没有定义上限和下限。这种情况只是为了了解，在实际应用中很少有人遇到过，或者说很少有人这样实现过。

由于目前生产过程不稳定，无法获得对过程变化的预期，我们必须使用过程变化的历史进行估计。如果过程变异由标准差(sigma)定义；那么总变异(TV)由过程能力指数(sigma)定义：

2、通过计算确定重复性是否合格（注：重复性图形分析中计算EV）

EV和TV值都来自上面的输出，仔细阅读它们。

3可重复数值分析的验收标准：

使用下表确定重复性的可接受性：

如果%EV值低于10%，则可以接受；如果是10%-30%，可以选择性接受；如果超过30%，除非买家同意，否则不可接受。

如果%EV可接受，则继续分析。如果不是，请将仪表的重复性降低到可接受的水平，然后再继续对测量系统进行进一步分析。

如果%EV重复性值太高，原因可能是：

仪器可能需要维护

仪器可能需要修理或重新设计

标准或零件的固定、夹紧或定位可能需要改进

一个部分内可能存在过多的变化

即使重复性是可以接受的，也必须使用涉及多个部件的仪表重复性和再现性研究来对重复性进行更完整的评估。

总结

在上面的内容中，我们介绍了关键术语、计算方法和常见的MSA流程。

下图来自真实案例测试项目

我们需要根据图像中的50组测试结果计算％EV重复性值来评估该内容是否合格。对于简单的测试我们可以使用Minitab、Matlab、Excel等工具进行手动输入和实现。需要Excel表格计算的朋友可以私信，我稍后发给你。

然而，在汽车电子自动化测试过程中，测试内容往往达到数千项。此时此刻我们对于MSA认证、MES系统预算不能再采用手工统计和计算，而是假设我们的测试系统必须能够保存测试报告并提取测试数据。

MSA对于后期设备和生产的稳定性至关重要，如果在项目调试初期能够顺利通过MSA和PPAP，后期的生产就不会有太多的问题，为后期的量产带来隐患。并且不被严格的质量法规所允许。

本文介绍了MSA的基本内容，稍后将介绍PPAP的内容。

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