Messsystemanalyse MSA – Verfahren


Wie zuverlässig sind Messmittel? – Messsystemanalyse MSA

Die Messsystemanalyse (MSA) dient dazu, die Messmittelfähigkeit und die Messsystemfähigkeit zu beurteilen. Die Prüfmittelfähigkeit ist der Nachweis, dass die verwendeten Prüfmittel reproduzierbar richtige Messergebnisse liefern und dass auf dieser Basis verläßliche Entscheidungen getroffen werden können.
Vereinfacht gesagt: Die Messsystemanalyse (MSA) prüft, ob für ihre jeweilige Messaufgabe ihre Messergebnisse richtig sind, reproduzierbar sind und sie ermittelt, welche Einflussfaktoren sich wie stark bemerkbar machen.
Was erfahren Sie in diesem Beitrag? – Inhalte
Die Messsystemanalyse (MSA, engl. measurement system analysis) beurteilt die Tauglichkeit und Fähigkeit des Messmittels und des gesamten Messsystems. Nur wenn klar ist, welchen Schwankungen ein Messergebnis allein als Folge der Streuung des Messsystems unterliegt, kann eine sichere Beurteilung der Prozessgüte erfolgen.

Kenngrößen der Messsystemanalyse MSA

Kenngrößen der Messmittelfähigkeit bzw. Messsystemfähigkeit sind Cg, Cgk und GRR.  Das Erreichen der Sollwerte ist zwingend erforderlich um Prozesse sicher beurteilen und verbessern zu können.
  • Cg = Capability gauge
  • Cgk= Capability gauge (bei Nicht-Zentrierung)
  • GRR = Gauge Repeatability & Reproducibility

Merkmale der Messgeräte bzw. Messsysteme (inkl. Bediener), im Zuge des Verfahren 1 und Verfahren 2 untersucht werden sind:

  • Auflösung
  • Genauigkeit
  • Stabilität
  • Linearität
  • Wiederholpräzision
  • Vergleichspräzision

Eine bestandene Messsystemanalyse ist zwingende Voraussetzung für die statistische Prozesskontrolle SPC und die Einführung von Qualitäts-Regelkarten (QRK). Verläßliche Messdaten und die Kenntnis der Streubereiche ist ebenso „ein Muss“ zur erfolgreichen Bearbeitung von Qualitätsproblemen z.B. mit Hilfe von Shainin-Techniken oder im Six Sigma.

Serienanlauf – Prozessfähigkeit nicht erreicht – und jetzt?

Was vielleicht harmlos klingt „MSA nicht bestanden“ oder „Merkmal nicht spezifiziert, weil nicht messbar“ oder nur „vorläufige Prozessfähigkeit erreicht“ (weil Toleranzen geöffnet wurden) verursacht handfeste Konflikte, Diskussionen und Zeitverlust bei Produkt- und Serienanläufen. Eine weitere Folge sind teure Reklamationen zwischen Kunde und Lieferant, weil SOP und Markteinführung nicht verschoben werden, aber dadurch die Stückzahlen hoch laufen.

Sie gehören hoffentlich nicht zu diesen Fällen. Wenn doch, dann fragen Sie uns bitte an. Wir können Ihnen helfen. Hier ist der Kontakt zu uns.

Hintergrund der Messsystemanalyse

Messsystemanalyse für schnelle Leser

Messergebnisse unterliegen einer Vielzahl von Einflussfaktoren. Zum einen sind dies Faktoren aus dem Messgerät / Messmittel – z.B. Nichtlinearität, unzureichende Auflösung oder eine systematische Messabweichung. Weitere Faktoren sind Bedienereinflüsse sein – z.B. als Folge eines anders gearteten Handlings oder als Folge von gesundheitlichen Einschränkungen. Als dritte Gruppe von Einflussfaktoren auf das Messsystem können Abweichungen als Folge von Umwelt- und Umfeldfaktoren auftreten – z.B. Temperatur-, Feuchte- oder Druckänderungen.

die Verfahren der Messsystemanalyse MSA im Überblick

  • Verfahren 1 überprüft das Messgerät / Messmittel.
  • Verfahren 2 überprüft den Bedienereinfluss.
  • Verfahren 3 ist eine Sonderform von Verfahren 2, bei der kein  oder ein zu vernachlässigender Bedienereinfluss vorhanden ist.
  • Verfahren 7 überprüft die Fähigkeit von Prüfungen für attributive, d.h. nicht messbare Merkmale.

Was ist der Unterschied zwischen Messmittel und Prüfmittel?

Wird eine kontinuierliches Merkmal, das jede beliebige Größe annehmen kann, mit einem geeigneten Gerät gemessen, so spricht man von einem Messmittel. Beispiel sind z.B. Längen- oder Breitenmessungen mit einem Messschieber oder einer Messuhr.

Wird im Zuge dieser Messung überprüft, ob ein Soll-Maß oder eine Toleranz eingehalten wird – also eine Konformitätsprüfung erfolgt – , so ist dieses Messmittel gleichzeitig ein Prüfmittel. Als Prüfmittel unterliegt dieses Messmittel der Prüfmittelüberwachung.

Werden diskrete Merkmale  z.B. mit einer Lehre geprüft, wobei nur 2 Ausprägungen möglich sind – „Passt“ bzw. „Passt nicht“ – ,   so spricht man  ebenfalls von einem Prüfmittel. Ein Beispiel sind z.B. Bohrungen, die mittels eines Prüfdorns geprüft werden auf „vorhanden“ oder „nicht vorhanden“.

In der DIN ISO 13485 sind die Anforderungen an Messmittel, die als Prüfmittel verwendet werden, im Detail geregelt.

MSA – Verfahren 1 – Fähigkeit des Messmittels

Das MSA Verfahren 1 wird als erster Schritt  zur Beurteilung von neuen oder veränderten Messsystemen durchgeführt. In diesem  Verfahren wird die Genauigkeit (accuracy)  und Wiederholpräzision (repeatability) eines Messgeräts / Messmittels überprüft.

Dazu wird an einem Normal der bekanntem Merkmalswert mindestens 25-mal, besser 50-mal vermessen. Aus der  Standardabweichung der Messwerte und der systematischen Messabweichung werden die Indizes Cg und Cgk berechnet.

Die Streuung darf dabei einen in der Regel zuvor festgelegten Prozentanteil des Toleranzbereichs des Merkmals oder des Prozesses nicht überschreiten.

Wichtig für die Praxis: Es sollte als Grundlage eine ausreichend detaillierte Prüfanweisung vorliegen, die auf Basis der Erkenntnisse von Verfahren 1 (und später Verfahren 2) entsprechend angepasst und optimiert wird.

MSA Verfahren 2  – GRR

Dieses Verfahren untersucht die Wiederhol- und Vergleichspräzision eines Messsystems (repeatability  reproducibility (GR&R,  G für Gauge = Messgerät). Voraussetzung für Verfahren 2 ist das erfolgreiche Bestehen des Verfahren 1.

Beim Verfahren 2 werden in der Regel zehn Teile, die möglichst den gesamten Streubereich des gemessenen Merkmals abdecken sollten, mindestens zweimal von drei verschiedenen Bedienern vermessen. Umgebungs- und Umfeldeinflüsse sollten konstant bleiben.

Für jeden Bediener wird ein Gesamtmittelwert und mit Standardabweichung berechnet.

Die Differenz der Mittelwerte erlaubt eine Ausssage über die Vergleichspräzision. Der Gesamtmittelwert wird verwendet zur Beurteilung der Wiederholpräzision. Verfahren 2 gilt als bestanden, wenn die Gesamtstreuung des Messsystems eine vorher festgelegten Prozentwert der Prozessstreung oder Toleranzbreite des Merkmals unterschreitet.

MSA Verfahren 3 – Prüfungen ohne Bedienereinfluss

Das Verfahren 3 der MSA ist ein Sonderfall des Verfahrens 2. Hier wird davon ausgegangen, dass es keinen oder einen zu vernachlässigenden Bedienereinfluss gibt. (z.B. automatisierte Kamera-Messsysteme).

MSA Verfahren 7 – attributive Prüfung

Häufig lassen sich Merkmale nicht messen, sondern nur durch vergleichende Prüfungen bewerten im Sinne von „Gut“ bzw. „Schlecht“. In diesen Fällen spricht man von attributiver Prüfung. Typisches Beispiel ist die Prüfung einer Farbe oder des Glanzes einer Oberfläche. Die Prüfung diskreter Merkmale, die nur 2 Merkmalsausprägungen wie z.B.  „Bohrung vorhanden“ bzw. „Bohrung nicht vorhanden“ fällt nicht in diese Kategorie.

attributive Prüfung als Quelle für schwankende Ausschusszahlen

Die Bewertung der Bauteilqualität bei attributiven Prüfungen unterliegt häufig sehr stark individuellen, subjektiven Einflüssen durch die jeweiligen Prüfer. Diese können u.a.

  • von der Tagesform,
  • vom gesundheitlichen Zustand,
  • vom subjektiven Qualitäts- und Werte-Empfinden
  • von der Konzentrationsfähigkeit

abhängig und damit veränderlich sein. Alle diese Faktoren haben entsprechende Auswirkungen auf Prüfergebnisschwankungen, Ausschusszahlen und damit die Qualitätskosten.

Auch für attributiven Prüfungen – in vielen Fällen sind dies Sichtprüfverfahren oder Lehrenprüfungen – ist ein Eignungsnachweis erforderlich. Die Messsystemanalyse MSA bietet dazu mit dem Verfahren 7 das entsprechende Vorgehen.

Beurteilungskriterium Kappa

Generell gilt, dass ermittelt wird, wie oft das Ergebnis des Prüfers mit dem (korrekten) Vorgabe- bzw. Sollwert der Referenzteile übereinstimmt. Zur Beurteilung wird dieses Ergebnis in´s Verhältnis zu einer zufälligen Übereinstimmung gesetzt. 

Kenngröße ist der Fähigkeitsindex κ (Kappa) d.h. das Verhältnis der Anzahl an richtigen Bewertungen zur Gesamtzahl der geprüften Referenzteile.

Kappa κ=1 bedeutet 100% Übereinstimmung und wird für automatische Systeme in der Regel gefordert. Kappa κ=0 bedeutet, dass die berechnete Übereinstimmung dem Erwartungswert für zufällige Übereinstimmung entspricht.

Für attributive Prüfungen, die dem Einfluss des Prüfers unterliegen, wird ein Kappa κ=0.9 und besser gefordert. Prüfsysteme mit einem Kappa κ<0.7 gelten als „nicht fähig“.

Fleiss – Kappa vs. Cohen – Kappa

Die Berechnung des Kappa-Werts unterscheidet sich abhängig von der zugrunde liegenden Norm-Vorgabe. Gemäß Vorgabe AIAG wird mit Cohen – Kappa gerechnet. Wird mit Cohen – Kappa gerechnet, gilt die Beschränkung, dass nur 2 Prüfer bzw. 2 Messreihen verglichen werden können.
Deshalb wird in der Regel bevorzugt die Berechnung bzw. Bewertung mit Hilfe des Fleiss-Kappa durchgeführt, weil hierbei mehr als zwei Prüfer und/ oder mehrere Datenreihen verglichen werden können.

Generell gilt, dass, wenn man die Konsistenz eines Prüfers mit sich selbst prüfen will, mindestens 2 Datenreihen vorhanden sein müssen. Ebenso ist es erforderlich, wenn man 2 Prüfer vergleichen will, mindestens 1 Datenreihe pro Prüfer vorhanden ist.

Weil man bei Verfahren 7 erfahren möchte, ob und inwieweit die Prüfer „richtig“ entscheiden, ist das Vorhandensein der richtigen Standard- / Referenzwerte zwingend.

Schulung zu Messsystemanalyse

weitere MSA Verfahren

MSA Verfahren 4 – Linearität und Hysterese

Ziel des MSA – Verfahren 4 ist es, zu überprüfen, ob ein linearer, gleichbleibender Zusammenhang zwischen den realen (bekannten) Vorgabewerten eines Merkmals und dem vom Messsystem jeweilig bestimmten Messwert vorliegt. D.h. dass z.B. eine vorgegebene Kennwertkurve vom Messsystem entsprechend ohne Hystere und unverändertem, gleichbleibendem Offset richtig wiedergegeben wird.

MSA Verfahren 5 – Langzeitstabilität und Drift

Das Verfahren 5 der MSA beobachtet die Veränderung eines Merkmals an einem (identischen) Bauteil über die Zeit.  Dazu wird dieses Bauteil wiederholt,mehrfach in unterschiedlichen Zeitabständen vermessen. Weil die Veränderung von Mittelwert und Streuung als Kennwerte dienen, sind mehrere Bauteile in solchen Zeitreihenversuchen erforderlich.

MSA Verfahren 6  – diskretisierte Merkmale

Das Verfahren 6 der MSA prüft die Übereinstimmung der Prüfergebnisse von verschiedenen Prüfern an Referenzteilen mit diskretisierten (d.h. nicht kontinuierlichen) Merkmalen in unterschiedlicher Größenausprägung.

Weil es so schwierig klingt: Der typische Sehtest beim Augenarzt oder Optiker mit den Buchstaben bzw. Zahlen in unterschiedlicher, nicht kontinuierlichen Schrift- bzw. Zahlengröße ist ein solches MSA Verfahren 6 – allerdings erfolgt bei den meisten Augenärzten vermutlich keine statische Auswertung der Ergebnisse der „Prüfer“.

Wir bieten praxisorientierte offene Schulungen zur Messsystemanalyse MSA  an. Hier ist ihr Link zur Schulung Messsystemanalyse MSA

Natürlich bieten wir diese Schulungen auch inhouse  MSA – Training individuell an Ihre Messaufgaben und Prozesse angepasst an. Hier ist Ihr KONTAKT zu uns.

Sensitivität und Spezifität von Messverfahren

In der Regel wird bei der MSA davon ausgegangen, dass das Messverfahren ein Merkmal immer zu 100% richtig erkennt, wenn es vorhanden ist bzw. ebenso sicher, wenn es nicht vorhanden ist. Dies gilt für die wenigsten Prüfverfahren. In der Praxis gilt vielmehr, dass keine Prüfung und kein Test perfekt zuverlässig ist.

Insbesondere bei klinischen / medizinischen Tests ist dies bekannt und wird berücksichtigt.  Die Güte eines solchen Tests wird mit zwei Kenngrößen beschrieben:

  • Sensitivität
  • Spezifität

Die Sensitivität (Richtig-Positiv-Rate) eines Tests beschreibt seine Fähigkeit, tatsächlich erkrankte Personen korrekt zu identifizieren.
Die Spezifität (Richtig-Negativ-Rate) eines Tests beschreibt seine Fähigkeit, tatsächlich nicht-erkrankt („gesunde“) Personen korrekt zu identifizieren.
Neben Sensitivität und Spezifität haben zwei weiterer Faktoren Einfluss auf die absoluten Prüfergebnisse. Zum einen die Quote der tatsächlich erkrankten Personen in der Stichprobe (reale „Fehlerquote“) und zum zweiten die Art und Weise der Auswahl der Stichprobe. Dies ist z.B. relevant für Prüfpläne im QM. In der industriellen Praxis wird dies selten z.B.  in der Wareneingangskontrolle ausreichend berücksichtigt.

Konflikte mit Lieferanten und Kunden wegen mangelnder Qualität?

„Unser Lieferant liefert ausserhalb der Spezifikation! Wir haben die Teile nachgemessen!“ – Häufig ist diese Aussage richtig und dann ein Thema für einen Problemlösungs-Workshop mit geeigneten Problemlösungsmethoden. Ebenso häufig stellen wir allerdings auch fest, dass der Lieferant und der Kunde unterschiedliche Messsysteme verwendet oder nach unterschiedlichen Prüfanweisungen  gearbeitet wird. Und „selbstverständlich“ sind diese nicht harmonisiert oder abgesprochen. Ein typischer Fall für eine MSA unter Beteiligung beider Parteien.

Was vielleicht harmlos klingt „MSA nicht bestanden“ oder „Merkmal nicht spezifiziert, weil nicht messbar“, verursacht handfeste Konflikte und Diskussionen sowie teure Reklamationen zwischen Kunde und Lieferant.

Sie gehören hoffentlich nicht dazu. Wenn doch, dann fragen Sie uns bitte an. Wir können Ihnen helfen. Hier ist der Kontakt zu uns.

Prozessstabilisierung & Ausschuss – Ursachenanalyse Messsystem

Sie sind in der Qualitätssicherung mit schwankender Produktqualität konfrontiert? Ihre Prozesse zeigen unerklärliche Veränderungen, obwohl sie alles „unverändert“ lassen?

Wir empfehlen immer, im Zuge der Ursachenanalyse bei Qualitätsschwankungen und steigenden Ausschusszahlen das Messsystem zu überprüfen. In der Regel schwanken Prozesse weit weniger als die jeweiligen Messmittel und Prüfsysteme. Und nur auf Basis verläßlicher Kennzahlen ist erkennbar, ob die Massnahmen zur Prozessstabilisierung und Prozessoptimierung die gewünschte Verbesserung liefern.

Normen und Regelwerke zur Messsystemanalyse MSA

U.a. in den Regelwerken IATF 16949 und VDA Band 5 ist die Durchführung und Vorgehensweise zur Messsystemanalyse beschrieben.

Schulung zu Messsystemanalyse und SPC

Hier sind die Links zu unseren Schulungen der Messsystemanalyse und in der statistischen Prozesskontrolle SPC  . Natürlich bieten wir diese Schulungen auch als MSA und SPC inhouse-Training individuell an Ihre Messaufgaben und Prozesse angepasst an. Wir freuen uns auf Sie!

Beratung & Unterstützung bei Messsystemanalyse MSA und SPC

Ihre Messergebnisse schwanken unerklärlich? Sie können Ihre Prozesse nicht zuverlässig steuern, weil die Prozessüberwachung nicht funktioniert? Wir können helfen. Hier ist Ihr Kontakt zu uns.


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