測量系統分析理論與方法研究

導語：測量系統分析理論與方法研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：測量系統分析（MSA，MeasurementSystemAnalysis）是一種關于檢驗的分析工具，是ISO/TS16949汽車行業質量管理體系中的五大工具之一。測量系統分析源于國外，但現在已經越來越被國內制造型企業所重視，因為它是一種比較系統，比較全面的客觀數據分析工具，是質量管理的重要手段之一。

關鍵詞：測量系統分析，質量管理，計數型，計量型

1、引言

近年來，產品質量已經成為企業核心競爭力之一。質量源于數據，數據源于測量，所以合格率、不良率等反映產品質量存在問題的數據的真實性至關重要，而且數據和測量貫穿在整個生產過程中，不管是在進貨質量控制中、過程質量控制中、還是在質量改進過程中都離不開數據支持和分析。測量系統分析是一種數據分析工具，通過有目的、有規律的系統的采集大量數據后，對數據進行可靠性、置信度、概率學分析研究，測算出此系統偏差的水平，及可能產生的原因（系統的、隨機的），綜合判定測量系統的狀態，評估測量系統的能力，根據計算結果，分析是否需要采取措施減小或消除誤差，從而保證數據的真實性和穩定性。

2、測量系統分析的理論與方法

2.1、測量系統分析的相關概念。測量被定義為“對某具體事物賦予數字（或數值），以表示它們對于特定特性之間的關系”。測量過程被定義為這個對某具體事物賦予數字（或數值）的過程。測量值被定義為通過測量過程所得到的數值。測量設備是指用來獲得測量值的設備，一般是指在企業中的檢測儀器或設備。測量系統是指在測量過程中，為了得到測量結果，所使用的操作者、設備、軟件、環境等因素的集合，包括所有測量過程中的影響因素。測量系統分析是指通過統計學的方法，對測量數據進行誤差或標準差等計算，通過數據波動情況來分析整個測量過程中存在的問題，找到誤差來源并進行消除，從而保證所得到的測量結果的準確性。測量系統分析實際上是分析測量系統所帶入的變異相對于工序過程總變異的大小。其有五大特性，偏倚、線性和穩定性屬于位置變差；重復性和再現性屬于寬度變差。通過測量過程能得到準確數值的測量系統稱為計量型測量系統；通過測量過程不能得到準確數值，只能定性的得到合格或不合格判定的測量系統稱為計數型測量系統。偏倚、線性、穩定性、重復性和再現性的分析方法屬于計量型測量系統；假設檢驗分析法（KAPPA）屬于計數型測量系統。在實際生產應用過程中，根據生產現場中測量系統的特性特點及應用情況，需選用不同的分析方法來進行判定。2.2、測量系統分析的特性。從理論上來說，測量系統測試出來的數據應該是0偏差、0偏倚、錯誤概率為0的統計特性，是絕對準確和穩定的數值。但是在現實中，由于各類影響因素的影響，根本做不到0變差。識別變差源的工具有因果圖等。變差源各式各樣，例如：產品清潔度、人員態度、溫濕度、檢驗設備維護保養等。每一個變差對測量系統都會產生影響，且影響唯一。在實際應用中，如果測量系統是在受控的條件下，大多數測量過程的變差都應該呈現為正態分布，或是說是接近正態分布。如果測量系統是在不受控的條件下，則不適合用統計學的方法對其進行研究和分析，會得出錯誤的結論，因為統計學方法是以正態分布為前提假設的。對不同變差源的影響應經過短期和長期的分析：短期分析是指短時間內測量系統隨機誤差。由偏倚、線性、重復性和再現性所得的誤差所合成。長期分析指在一定時間內測量系統隨機誤差。由穩定性所得的誤差所組成。測量系統變差的特性是指過程在受控條件下，標準的正態分布曲線主要包括兩種變差因素：位置變差和寬度變差。位置偏差一般用偏倚、線性和穩定性來表示；寬度變差一般用重復性和再現性來表現。再加上分辨力，就形成通常所說的測量系統能力的“六性”。2.2.1、分辨力。分辨力是指一個測量設備能夠檢測并顯示相對于參考值的變化量。也被稱為解析度。通常是指測量設備上的最小刻度值。測量設備的分辨力一般要至少等于被測物體的值的十分之一。例如要測量一個盒子的長度大概是10cm，就必須找一把最小刻度在1mm的尺子去進行測量，才能保證基本的精度，如果找一把最小刻度在1cm的尺子去進行測量，精度就會很差，測量偏差就會增大。如果找一把最小刻度在1um的尺子去進行測量，精度會很高，但可能會精度過剩，造成浪費。2.2.2、偏倚。偏倚是指對于同一產品上的同一特性的多次測量平均值與真值（參考值）的差異。偏倚也可以被稱為是“準確度”。偏倚是測量系統的系統誤差。偏倚和變差經常被用來形容一組數據的好壞，偏倚小和變差小的數據是高質量數據；偏倚大和變差大的數據是低質量數據。由于各因素的影響，測量系統不可能為0偏倚，所以對于每個測量系統來說，或多或少都會存在偏倚。2.2.3、穩定性。穩定性是指偏倚隨時間的變化程度，在一定的監控時間范圍內，用同一個操作人員用同一臺檢測設備對同一個樣品的同一特性進行多次測量所獲得的總變差。如圖1所示。穩定性反映出測量系統的過程受控，印象因素中只有普通原因沒有特殊原因，只有受控條件下對其進行研究才有意義。2.2.4、線性。線性可以被理解為對于不同量程的偏倚的變化。理想狀態下，量程大和量程小對偏倚不造成影響，但是由于量具的做工問題、老化問題、人員操作問題等，在實際應用的時候，量程大和量程小的部分都會產生偏倚，這個偏倚我們可以用校準的方法進行有效地修正。如圖2所示。2.2.5、重復性。重復性是指一個操作人員用同一臺檢測設備對同一個樣品的同一特性進行多次測量而得到的測量變差，是設備本身的固有變差，也可以被理解為是一種普遍原因的變差，就是指在其他條件（測量人員、測量設備、測量環境、測量方法等）都被限定住的情況下，系統內部的變差。圖3表示了測量系統的重復性。2.2.6、再現性。再現性是指不同的操作人員使用同一臺檢測設備對同一個樣品的同一特性進行多次測量而得到的測量變差，手動檢測設備受不同操作者的操作手法的影響比較大，但不代表自動檢測設備不存在此類影響，環境的微小變化、產品的擺放位置等都會對結果產生影響，而且在再現性的計算中還會包括重復性。2.2.7、GRR或量具的重復性和再現性（GageR&R）GRR指的是重復性和再現性的聯合估算值。2.3、測量系統分析的方。法2.3.1、計量型測試系統的分析方法。計量型測試系統主要針對的是能測量出具體數值的測量系統，分析方法主要有：極差法、均值‐極差法和方差分析法。極差法最為簡單，用于快速判定系統是否有變差，但無法分辨出變差來源。均值‐極差法在極差法的方法上更進一步，能體現出重復性和再現性，但對兩者的關系不進行評價；方差分析法是統計學標準方法，計算比較復雜，估算值比較準確，能體現出各因素之間的交互作用等。在實際應用的過程中，需要根據現場情況選擇適用的分析方法來進行分析。2.3.2、計數型測量系統的分析方法。計數型測量系統分析方法是一種針對只能進行合格與否判定的，無法測量出具體數值的測量方式而進行的統計學分析，常用的分析方法有假設實驗分析‐交叉表法。由于其沒有計量型測量系統準確，故能選用計量型方法的，還是需要選用計量型分析方法。

3、結論

測量系統分析（MSA）是一種對大量測量數據進行統計學分析的手段。是一種數據分析工具，通過有目的、有規律的系統的采集大量數據后，對數據進行可靠性、置信度、概率學分析研究，測算出此系統偏差的水平，及可能產生的原因（系統的、隨機的），綜合判定測量系統的狀態，評估測量系統的能力，根據計算結果，分析是否需要采取措施減小或消除誤差，從而保證數據的真實性和穩定性。

參考文獻：

[1]葉衛民、趙德勇、劉沃野、高翠娟，測量系統分析方法評述及應用[J]，統計與決策，2013.1，83-85.

[2]MeasurementSystemsAnalysis(MSA)WorkGroup.MeasurementSystemAnalysis（Version3.0）[M].AIAG，2002.

[3]馬林，六西格瑪管理，北京：中國人民大學出版社，2004.

[4]馬逢時，六西格瑪管理統計指南—MINITAB使用指導，北京：中國人民大學出版社，2007.

作者:孫晨光 呂瑩 李諾 張晉會 劉琦 單位:天津中環領先材料技術有限公司