本文作者：一鳴 來(lái)源：質(zhì)量管理筆記
一鳴一直想要就測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA) 相關(guān)內(nèi)容作一些總結(jié), 種種原因一直沒能抽出時(shí)間做這個(gè)事，今天總算開了個(gè)頭。沒錯(cuò)，只能是開頭，MSA內(nèi)容較多,這篇推文只能涉及一些概念。
一、什么是“測(cè)量系統(tǒng)分析”？
什么是測(cè)量系統(tǒng)分析？也許我們不能解釋得很清楚，但其實(shí)每個(gè)人在我們初中化學(xué)課上都已經(jīng)研實(shí)踐了：讀取試管中溶液量的時(shí)，為確保讀取值的準(zhǔn)確度我們需要讓視線與頁(yè)面平直，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量系統(tǒng)分析的問題。
測(cè)量系統(tǒng)分析英文Measurement System Analysis，縮寫ＭＳＡ，簡(jiǎn)單地說(shuō)測(cè)量系統(tǒng)分析就是“對(duì)測(cè)量系統(tǒng)所作的分析“。
我想這么解釋恐怕很難被接受，所以，為了理解MSA的含義，我們可以把它分解成兩個(gè)部分，一個(gè)是“測(cè)量系統(tǒng)“，一個(gè)是“分析“。
先看什么是測(cè)量系統(tǒng)？
我們知道測(cè)量就是一個(gè)對(duì)被測(cè)特性賦值的過(guò)程，測(cè)量系統(tǒng)其實(shí)就是這個(gè)賦值過(guò)程涉及到的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、方法、夾具、軟件、人員、環(huán)境等要素的集合。系統(tǒng)中各個(gè)要素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可能是獨(dú)立的，也可能是相互影響的（交互作用）。
OK，再看什么是“分析”？
其實(shí)，如果要較個(gè)真，我們可以說(shuō)測(cè)量系統(tǒng)分析的根本對(duì)象不是測(cè)量系統(tǒng)，更不是零件，而是測(cè)量系統(tǒng)輸出的變差。所以也有用測(cè)量變差分析 Measurement Variation Staudy（MVS）替代測(cè)量系統(tǒng)分析MSA的。不管叫什么名頭，這里的“分析”都代表了一系列的分析方法，關(guān)于具體方法，下文將介紹。
二、測(cè)量系統(tǒng)分析的目的
理解了測(cè)量系統(tǒng)分析的含義，就不難清楚ＭＳＡ的目的：ＭＳＡ的目的就是通過(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)輸出變差的分析，判斷測(cè)量系統(tǒng)是不是可接受的，如果不可接受，進(jìn)而采取相應(yīng)的對(duì)策。需要注意的是，世界上沒有絕對(duì)完美的測(cè)量系統(tǒng)，因此測(cè)量系統(tǒng)誤差可以減少但不能絕對(duì)消除。
補(bǔ)充一句：在質(zhì)量領(lǐng)域我們把變差視為頭號(hào)大敵，認(rèn)為變差小是一種美。然而在自然界，變差，也就是多樣性，本身就是一種美。
三、ＭＳＡ方法論
ＭＳＡ涉及多種方法，每一種都跟統(tǒng)計(jì)有關(guān)。對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，這些方法往往難以被記住，包括一鳴。為了便于理解記憶，我們先對(duì)“變差” 進(jìn)行“剝洋蔥”，即進(jìn)行解構(gòu)，看看哪些指標(biāo)可用于表征測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量變差。
弄清楚了這些指標(biāo)，ＭＳＡ方法論也就清晰可見了。
解構(gòu)第一層：
測(cè)量觀察到的總變差（Observed Variation）
=零件間變差（Unit-to-unit variation）+ 測(cè)量系統(tǒng)誤差（Measurement system Error)
其中零件間變差是指不同零件間客觀存在的真實(shí)差異，由零件本身決定；測(cè)量系統(tǒng)誤差就是我們ＭＳＡ的對(duì)象，即由測(cè)量系統(tǒng)能力決定的測(cè)量偏差。
解構(gòu)第二層：
測(cè)量系統(tǒng)誤差（Measurement system Error)=
精確度（precision) + 準(zhǔn)確度（Accuracy）
精確度研究的是測(cè)量變差的波動(dòng)范圍，沒有考慮與真值的差異；準(zhǔn)確度研究的是測(cè)量變差離真值（或參考值）的差異。
解構(gòu)第三層：
1）精確度（precision)=重復(fù)性Repeatability + 再現(xiàn)性Reproducibility
2）準(zhǔn)確度（Accuracy）=偏倚Bias+穩(wěn)定性Stability+線性Linearity
OK，MSA的研究變差的指標(biāo)其實(shí)就是上面等號(hào)右邊的這5個(gè)，所以ＭＳＡ方法論包括了：
1、重復(fù)性研究 Repeatability Study
同一個(gè)人，用同樣的設(shè)備/方法/設(shè)置，在相同的環(huán)境，測(cè)量同一個(gè)產(chǎn)品多次所觀察到的變差；主要研究設(shè)備導(dǎo)致的誤差。
理解舉例：你去金店買黃金飾品的時(shí)候，同一個(gè)營(yíng)業(yè)員對(duì)你看上的金飾用相同的量具3次稱重，你發(fā)現(xiàn)3次測(cè)量結(jié)果波動(dòng)很大，這就是重復(fù)性不好。
2、再現(xiàn)性研究 Reproducibility study
不同的人，用同樣的設(shè)備/方法/設(shè)置，在相同的環(huán)境，測(cè)量同一個(gè)產(chǎn)品所觀察到的變差；主要研究人導(dǎo)致的誤差。
理解舉例：接上面的例子，這時(shí)另外一個(gè)營(yíng)業(yè)員過(guò)來(lái)用同樣的工具、方法對(duì)同樣的金飾稱3次，發(fā)現(xiàn)和第一個(gè)人測(cè)量的平均值比，此人的測(cè)量平均值差異也很大，那么就是說(shuō)的再現(xiàn)性的問題。
3、偏倚研究Bias Study
觀測(cè)到的均值和基準(zhǔn)值（參考值）之間的差異。
理解舉例：金飾的真值假設(shè)為50g,而今天你測(cè)量10次得到平均值為45g, 那么5g的差異就是偏差。
4、穩(wěn)定性研究 Stability Study
在不同時(shí)間區(qū)間測(cè)量時(shí)得到的偏倚大小的情況，好的穩(wěn)定性意味著什么時(shí)候測(cè)量偏倚都差不多。
理解舉例：接著上面偏倚的例子，一個(gè)月后，用同樣的量具測(cè)那個(gè)真值50g的飾品10次，得到平均值40g, 比一個(gè)月前少了10g，這說(shuō)明穩(wěn)定性很不好啊。
5、線性研究 Linearity Study
如測(cè)量結(jié)果隨量程的變化始終保持很小的Bias，那么測(cè)量系統(tǒng)的Linearity就好。
理解舉例：還是上面那個(gè)量具，第一次測(cè)量真值50g的金飾偏差假比為0.5g, 第二次測(cè)量真值200g金飾得到的偏差為5g.也就是說(shuō)隨著量程變大，變差也越來(lái)越大，這個(gè)系統(tǒng)的線性非常糟糕。
四、MSA之前提，不可忽視的分辨率
足夠的分辨率Resolution是進(jìn)行MSA的前提。
分辨率即測(cè)量裝置的敏感度（最小刻度），分辨率高時(shí)被測(cè)對(duì)象的微小變差都可以被測(cè)出，分辨率低則不然；舉例，用最小單位分別為１分米和1厘米的軟尺來(lái)測(cè)量人的高度，哪個(gè)誤差更小不言而喻了吧。選取測(cè)量裝置分辨率是的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則（Rule of thumb）是：裝置的分辨率即最小刻度值至少為被測(cè)特性的尺寸規(guī)范（specification）或者過(guò)程變差（6個(gè)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)差寬度）的十分之一。一般來(lái)說(shuō)分辨率由測(cè)量設(shè)備/裝置自身決定，與人的操作和環(huán)境無(wú)關(guān)系。前面金飾的例子很夸張，也許我們應(yīng)該從分辨率的角度找找原因。
五、小結(jié)
綜上，一個(gè)完整的ＭＳＡ過(guò)程邏輯上及理論上，應(yīng)該遵循如下步驟：分辨率-〉準(zhǔn)確度（偏移、線性、穩(wěn)定性）-〉精確度（重復(fù)性、再現(xiàn)性）。
當(dāng)然，在實(shí)際工作中，根據(jù)不同的情況會(huì)有所側(cè)重。比如在汽車行業(yè)，對(duì)于車身金屬結(jié)構(gòu)件的測(cè)量系統(tǒng)（涉及檢具/檢支架、操作者、三座標(biāo)機(jī)等），三座標(biāo)機(jī)本身的定期校準(zhǔn)也會(huì)涉及分辨率、偏倚、線性和穩(wěn)定性；檢具上百分表的應(yīng)用就涉及分辨率的確認(rèn)；PPAP提交前一般需要作重復(fù)性再現(xiàn)性分析；每年度對(duì)檢具的三座標(biāo)精度校定涉及穩(wěn)定性確認(rèn)。
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