一文搞懂 MSA德系方法一：Cg/Cgk (量具能力指数)

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关于MSA测量系统分析，相信大家都不陌生，在汽车行业，不管是ISO 16949 还是PPAP手册，都规定了企业必须对量具进行测量系统分析研究，因为测量的准确性是一切数据分析和质量管控的前提。

                             《生产件批准程序》（PPAP）第四版, 2.2.8

在美系公司，通常倾向于采用%GRR来评估计量型量具的MSA, 可是如果仅采用%GRR分析是否足够？ 今天我们详解下来自于德系标准中的方法一：量具能力指数——Cg Cgk

1.测量的准确性和精确性

对于理想的测量系统，我们当然希望每次的测量值都准确无误地落在零件的理论真值上，但是由于“不确定性原理”（也称“测不准原理”），实际测量中一定会存在误差，我们一般会用“准确性”和“精确性”来衡量测量系统的误差。

就像图中所示的那样，如果我们把零件的理论“真值”想象成靶心，而每次的测量结果是靶上的落点，左边的图显示落点比较分散，但基本围绕着靶心（其均值离真值很近），我们说“准确性”较好，而“精确性”不足；

而右边的图，所有的落点都很集中，但明显的偏离了靶心（测量值偏离了真值），我们说“精确性”较好，而“准确性”不足；

当然我们希望这两者都好，在计量型量具的MSA中，我们一般通过“五性一力”来评估测量系统的“准确度”和“精确度”。

我们熟知的%GRR(重复性和再现性)就是用来评估测量系统的精确度的，而“分辨力”在最初采购量具时也一定是默认评估项。但是大家会发现，这3者都是针对“精确度”的，所以严谨地说我们至少还需要评估一项“准确度”指标。这里就要引出量具能力指数CgCgk了。

2. 德系MSA方法1（Cg/Cgk）量具能力指数

2.1) 概念和公式

偏倚（Bias）指多次测量均值与标准件真值的差距，有的朋友可能会问：标准件的真值怎么来？一般有2种方法：

1）从有资质的第三方（如计量院）采购附有证书的标准件；

2）采用高一级的测量设备测量的零件作为评估下一级量具的标准件。（如：采用三坐标测量结果作为零件参考值用于评估现场千分尺的MSA）

Cg（测量精度指数）: 采用公差T * 加严系数0.2，和6倍的量具波动的标准差Sg 作比较——反映量具自身的“重复性”相对公差是否足够小；（Tips: 对于正态分布来说，±3σ覆盖99.73 %数据量，因此这里用6σ代表分布波动范围）

Cgk（包含偏倚的测量能力指数）: 在 Cg 的基础上，再叠加“偏倚”——评估测量均值是不是偏离了真值，偏倚越大，Cgk越小，Cgk≤Cg（只有当“偏倚”为0时，Cgk=Cg）。

一句话：Cg 告诉你量具测量的“稳不稳”，Cgk 还告诉你测量的“准不准”。

2.2)实施方法

评估量具Cg/Cgk的前提：已有标准件及其真值  和  规格限（双侧），然后按以下步骤操作：

• 第一次测量前必须校准测量系统，必要时进行调整。
• 标准件应选择参考值尽可能位于特征公差的中心；
• 为了消除其它因素的影响，在测试过程中，被测部件应保持同一方向（朝向）；
• 对标准件至少测量25次。每次测量后，将测试部件从夹具上取下，然后重新放入进行下一次测量。

2.3）评估标准

Cg/Cgk的验收标准：

3. Minitab操作演示

完成CgCgk现场试验后，数据录入minitab，分析路径：统计->质量工具->量具研究->类型 1 量具研究

在弹出框中选择测量数据，录入参考值并输入公差限宽度，点击确定。

Minitab 数据量具运行图以及Cg Cgk 指标。

4.一些特殊情况及问题解答

4.1 单边公差情况如何计算CgCgk ？

单边公差minitab只绘制运行图，无法计算CgCgk：

对于单边公差情况，可以基于已知的公差下限或上限，结合【偏倚】和【标准差】的结果，给出一个“内控边界”（收紧公差）。

单边公差的“内控边界”计算方法如下：

特征值范围< 公差上限 + 偏倚 – 4倍的标准差

特征值范围> 公差下限 + 偏倚 + 4倍的标准差

（来自网络）

4.2 CgCgk（方法一）也能考察重复性，能否取代%GRR（方法二）？

不可以，CgCgk只是测量一个零件的单点重复性效应，而%GRR是在所选全部零件范围内考察重复性的平均效应。这也是为什么在德系标准中，要求先过CgCgk(方法一)，才能做%GRR(方法二)，两者都合格才视MSA通过。

而且在德系企业里，对新检测设备的预验收通常采用CgCgk来执行，因为这个时候可能还收集不到能够覆盖过程变差的零件用于%GRR评估，待CgCgk通过之后再设法补充%GRR评估。

4.3 CCD检测的CgCgk的常见错误？

之前看到过用CCD只拍了一张照片，然后对这张照片自动分析25次的错误方法，别忘了操作步骤中要求有取放的多次测量，千万不要为了省时间“走捷径”，最后把风险带入制程。

还有连接器一个产品包含多个Pin针，如希望对Pin针的位置度做CgCgk，也一定是要区分单个针来做，不能将多针的数据混在一起分析。

4.4 CgCgk 不过的常见原因？

一般来自于测量仪器或测量方法，比如：测头磨损、夹具松动、环境温度漂移、标准件磨损或过期等……

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【结语】

把 Cg/Cgk 当成量具的驾照考试：

• 没驾照（Cg/Cgk 不过）坚决不上路。
• 驾照到手，再跑长途（%GRR、SPC、CPK）才安心。