測量系統(tǒng)分析MSA簡介

1、測量系統(tǒng)分析（MSA）簡介  通常我們買東西時會遇到短斤少兩的情形，那可能是商家或售賣者有意的投機行為。在工業(yè)活動中，無論是正常的生產運作還是品質的改善，常常都需要通過測量數(shù)據(jù)來進行決策，那么，是不是只要我們不是有意制造錯誤就能得到真實的測量結果呢？事實上并非如此簡單，造成測量結果的不真實的原因，還可能會有測量設備、測試方法等方面的問題。測試系統(tǒng)分析（MSA）就是以數(shù)理統(tǒng)計方法，來量化并識別造成結果不真實的原因，以判斷測量系統(tǒng)的適用性。  這里，我們先來看看幾個測量系統(tǒng)分析的基本概念： 準確度（Accuracy）-它指的是測量值與真值的偏離程度。真值可以是國際標準、國家標準

2、、企業(yè)自定的標準等。應注意的是，準確度是一個定性的概念，準確度的定量描述是偏倚（Bias），偏倚等于測量值與真值之差。比如，如果我們認定工商局的量具是準確的話，那么，商家量具的測量結果與它的測量結果的差值就是偏倚。量具在測量范圍內偏倚隨測量值大小的變化狀況就是其線性（Linearity）；量具的偏倚隨時間變化的狀況，就是其穩(wěn)定性（Stability）。 精密度（Precision）-它指的是測量數(shù)據(jù)的離散程度。也就是說，如果我們把同樣的一件東西重復地在量具上測量多次，看看每次得到的結果差異是大還是小，差異大，精密度就差，差異小，精密度就好。同樣，精密度也是一個定性的概念，它的定量描述是重復性（

3、Repeatability）和再現(xiàn)性（Reproducibility）。重復性和再現(xiàn)性分析是測量系統(tǒng)分析的主要內容，重復性描述的是由于測量系統(tǒng)造成的測量值的離散程度；再現(xiàn)性描述的是由于測量人員造成的測量值的離散程度。 為了解準確度和精密度這兩個概念，可參閱下圖：  準確度與精密度示意圖 測量系統(tǒng)穩(wěn)定性示意圖 分辨力（Discrimination 或 Resolution）-它指的是測量系統(tǒng)檢出并如實指示被測量特性的極小變化的能力。分辨力的量化方式有兩種，一種是以量具的最小增量為分辨力，如某種卡尺的分辨力為0.25cm，這時的分辨力也稱為可視分辨力；另一種是以過程變異（如標準差）乘以1

4、.41再除以測量系統(tǒng)變異（即GRR值），所得的值就等于測量系統(tǒng)的分辨力（DR），這時的分辨力也稱為有效分辨力。有效分辨力與%RR及P/TV之間可以轉換，見以下分辨力與%RR及P/TV對照表。  分辨力示意圖  DR 2 3. 4 5 6 7 8 %RR 0.333 0.182 0.111 0.074 0.053 0.039 0.030 P/TV 0.577 0.426 0.333 0.272 0.229 0.198 0.174 DR 9 10 11 12 13 14 15 %RR 0.024 0.02 0.016 0.014 0.012 0.010 0.009 P/TV 0

5、.155 0.14 0.128 0.117 0.108 0.101 0.094 DR 16 17 18 19 20     %RR 0.008 0.007 0.006 0.006 0.005     P/TV 0.088 0.083 0.078 0.074 0.071     分辨力與%RR及P/TV對照表  記住：當測量系統(tǒng)的能力是不充分的時，我們用其測量的數(shù)據(jù)所作的決策也是不充分的！ “測量系統(tǒng)分析”的運作方法信華科技（廈門）有限公司  特約撰稿人：吳健康   

6、2003-5-13在QS9000（或ISO/TS16949等）汽車業(yè)質量體系中，均具有針對測量系統(tǒng)分析的強制性要求，亦即：企業(yè)除應對相關量具（或測量儀器）執(zhí)行至少每年一次的定期校正以外，還必須對其實施必要的“測量系統(tǒng)分析”（即：MSA）。    MSA目前除了已被汽車零組件生產企業(yè)所應用之外，同時也被廣泛運用于其他行業(yè)。    MSA的目的是：汽車整車廠（顧客）認為汽車零組件生產廠家若僅針對量具定期“校正”，并不能確保產品最終的測量品質，“校正”只能代表該量具在特定場合（如校正場所）的某種“偏倚”狀況，尚不能完全反

7、映出該量具在生產制造現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種變差問題；因此，對于汽車零組件生產企業(yè)來說，為避免可能存在的潛在零件質量問題及顧客車輛可能因此而被“召回”的風險，必須對相關的“測量系統(tǒng)”進行分析。    由于MSA作業(yè)的繁雜性，大多企業(yè)在執(zhí)行MSA時均感到困擾；當然，這種困擾主要是來自于人力資源的不足以及人員對MSA的不理解等方面；另外，由于MSA能夠直觀地反映現(xiàn)用量具的問題點，亦可能導致該量具無法再投入使用的風險（盡管該量具的“校正”結果為正常）。    針對測量系統(tǒng)的分析可被分為“計數(shù)型”及“計量型”測量系統(tǒng)分析共兩類；

8、由于“計數(shù)型”測量系統(tǒng)的分析方法較為簡單，故在此處不作說明，而僅介紹“計量型”測量系統(tǒng)分析的運作方法；當然，在此所介紹的這一方法均已在實踐中獲得良好應用并得到修訂提高，以至于可以達到簡單、易于理解和便于操作的效果，同時亦完全符合美國三大汽車廠（戴姆勒克萊斯特、福特、通用）所制定測量系統(tǒng)分析的要求。    有必要先明確的一些概念：    測量系統(tǒng)：系指用來獲得測量結果的整體（可能包括：量具、測量者、測量方法等）；    “計量型”數(shù)據(jù)：測量后所給出的具體測量數(shù)值； &

9、#160;  “計量型”測量系統(tǒng)分析的途徑：包括“穩(wěn)定性”、“重復性”、“再現(xiàn)性”、“偏倚”及“線性”（五性）的分析、評價；    穩(wěn)定性：系指測量系統(tǒng)變差隨時間變化的結果；    重復性：系指于測量某零件的某一特性時，一位測量者同一量具多次執(zhí)行這一測量所獲得的變差結果；    再現(xiàn)性：系指于測量某零件的某一特性時，由不同測量者使用同一量具執(zhí)行這一測量所獲得的變差的結果；    偏倚(偏離)：系指測量所得數(shù)值與基準值

10、之間的差距；    線性：系指在量具預期工作量程內，各量測數(shù)據(jù)與相應基準值之間的差值（偏倚）之變化情況；    量具的分辨力：若被測特性的變差要求為0.01，測該量具應能讀出0.001的變化（分辨能力），即：量具的分辨能力應至少能直接讀取被測特性預期變差的十分之一。    執(zhí)行“計量型”測量系統(tǒng)分析初步：    執(zhí)行測量作業(yè)的人員，均應經過必要的量具使用、維護訓練，不至于出現(xiàn)因人員操作問題所造成的測量誤差；  

11、60; 擬執(zhí)行分析的量具均已經過“校正”（于“校正有效期”之內），同時其分辨力亦能符合要求；    本企業(yè)已確定了相應的“測量系統(tǒng)分析計劃”（該計劃謹用于明確擬執(zhí)行分析的具體量具以及擔當者、開始日期和預計完成日期等）；    “計量型”測量系統(tǒng)之穩(wěn)定性、重復性、再現(xiàn)性、偏倚、線性（五性）分析可同時進行，亦可逐項進行（為拿取時間通常采用同步方式）。   “計量型”測量系統(tǒng)分析運作辦法：    需按照上述所擬“測量系統(tǒng)分析計劃”進行，并由各

12、項分析之擔當者負責取樣：    “穩(wěn)定性”分析方法：    取樣：可選擇標準件作為測量樣本（如：塊規(guī)、標準樣件等）；    測量執(zhí)行者：該量具的現(xiàn)行使用者；    測量：每天（或每班）對相關樣本進行一次測量，且每次測量4遍（得一組數(shù)據(jù)），并記錄數(shù)據(jù)；需要至少測量25組數(shù)據(jù)；    由該項分析之擔當者使用X&R控制圖進行描點分析、判定，其判定準則如下：   &#

13、160;·不能有點超出上、下控制線；    ·不能有連續(xù)7點位于平均值一側；    ·不能有連續(xù)7點上升或下降；    ·不能有顯著多于2/3以上的描點位于控制線中間1/3區(qū)域；    ·不能有顯著少于2/3以下的描點位于控制線中間1/3區(qū)域；    當有違背上述“判定準則”時，該量具的“穩(wěn)定性”則不可接受（有待進行維修或更換）； 

14、60;  “重復性”和“再現(xiàn)性”分析方法：    取樣：從現(xiàn)行產品中取樣，共取10個產品（零件）；    測量執(zhí)行者：選三位測量執(zhí)行者，且使用同一個量具（擬用于分析的量具）；    測量：每位測量者對各樣品測量3遍；    由該項分析之擔當者記錄上述測量結果，并計算出如下數(shù)據(jù)：    各測量結果的均值X及極差R（每位測量者所測結果）；   

15、0;依以上數(shù)據(jù)另需計算出：    Rp由各零件均值所組成之數(shù)列的極差；    R三位測量者所測值的平均極差的均值；    XDIFF三位測量者所測數(shù)據(jù)之最大均值與最小均值之差；    UCLR=2.58*R    LCLR=0    再從上述結果，計算出如下數(shù)據(jù)：    設備變差EV=3.05R  

16、   人員變差AV=(2.7*XDIFF)2(EV2/30)    零件變差PV=1.62*Rp     重復性及再現(xiàn)性R&R=EV2+AV2     總變差TV=R&R2+PV2    最終通過上述數(shù)據(jù)計算出“%R&R”值；    %R&R=100R&R/TV    運用“%R&R”判定該

17、量具“重復性及再現(xiàn)性”是否適宜：    ·%R&R10%：則該量具可接受（適宜）；    ·10%R&R30%：需根據(jù)該測量作業(yè)的重要程度來判定是否適宜；    ·%R&R30%：該量具不可接受（不適宜）。圖中的縱軸表示一個過程真實的Cp值，橫軸表示通過測量數(shù)據(jù)算出的Cp值。圖中的曲線顯示出在不同的R&R下兩種Cp值之間的關系。舉例來說，當實際的Cp=2時，從上述一些曲線可以看出： V2z* 務信息，同時

18、也是國外用戶了解中國Internet新聞、新動向的窗口。 DsR在R&R70時，觀察到的Cp1.15； qro3l   fP&S2在R&R60時，觀察到的Cp1.30； nAIa   skC9在R&R50時，觀察到的Cp1.45； ,S   *在R&R40時，觀察到的Cp1.60； u/7ENY   VW在R&R30時，觀察到的Cp1.75； ;dc0V   q0C在R&R20時，觀察到的Cp2.00；O-m、商業(yè)服務信息，同時也是國外用戶

19、了解中國Internet新聞、新動向的窗口。 O可見，隨著R&R的減少，觀察到的Cp值在增加，并愈來愈接近真實的Cp值。所以，努力提高測量系統(tǒng)質量，特別是降低重復性與再現(xiàn)性，對統(tǒng)計質量管理有重要意義。在質量管理要求不斷提高的今天，高質量的產品必定要求有高質量的測量系統(tǒng)相配合，缺少這一環(huán)節(jié)，談論高質量產品是不可想像的。N8-    “線性”和“偏倚”的分析方法：    取樣：取5個大小不一的零件或標準件（如：塊規(guī)、標準樣件等）；    其中：最小測量特性該量具正常作業(yè)之

20、預計的最小測量值；    最大測量特性該量具正常作業(yè)之預計的最大測量值；    測量者：該量具的使用者；    基準植Xi的確定：    對各樣品測10次，求得其平均值，以作為“基準值”；    若為標準件（如塊規(guī)等），可直接取其標準值；    測量：由選定的測量者對每個樣品（共5個）各測量12次，并記錄結果；    

21、由該項分析之擔當者對上述測量數(shù)據(jù)進行匯總和計算：    ·各樣品零件公差或計算出6；    ·各樣品基準值Xi；    ·各樣品測量數(shù)據(jù)（12個）之平均值Mi    ·各樣品偏倚平均值Yi=MiXi    ·各樣品“偏倚%”=100*Yi/過程變差（“過程變差”可使用6或各樣品的零件公差）。    線性計算：

22、    %線性=Xi*Yi(Xi*Yi/n)/Xi2/n(Xi)2/n*100%    （或直接在電腦依據(jù)上述公式予以設定后直接計算得出）；    “偏倚”判定準則：    ·偏倚(偏移)%10%：可用于測量重要特性;    ·偏倚%30%：可用于測量一般特性;    ·偏倚%30%：該量具不可接受;  &#

23、160; “線性”判定準則：    ·線性%5%：該量具可接受;    ·線性%10%：應根據(jù)該測量的重要程度決定是否可接受;    ·線性%10%：該量具不可接受。    四、在執(zhí)行“計量型”測量系統(tǒng)分析時，應對上述“五性”作出全面的分析，除非本企業(yè)具有前期可作利用的該測量系統(tǒng)之分析結果或獲得顧客的特別許可。    由于測量系統(tǒng)分析作業(yè)是為了追求一種更可靠

24、的測量品質，因此，作為企業(yè)在運用這種分析手法之前，內部應有至少一、兩位人員能夠較全面地理解美國三大車廠之測量系統(tǒng)分析，并可將其中的參考表單加以修整，以運用于上述方法之中。    企業(yè)在運用“測量系統(tǒng)分析”時，可能面臨針對測量系統(tǒng)的“可接受”或“不可接受”之判定，當出現(xiàn)“不可接受”時，企業(yè)必須對測量系統(tǒng)之各方面可能存在的問題點進行檢討，假若人員操作不存在缺失，同時亦排除被測量之樣品零件的變異，那么該企業(yè)就只能更換或維修現(xiàn)有的量具了，否則將不能滿足汽車業(yè)顧客的要求。    當然，對于一家遵從美國三大車廠QS9000要求

25、（或遵從ISO/TS16949要求）的中小型汽車零組件生產廠家，當遇到新產品，產品的變更或量具更換等情況時，應開展“測量系統(tǒng)分析”，這是一項強制性規(guī)定；同時，由于在QS9000（或ISO/TS16949）之中除了必須執(zhí)行“測量系統(tǒng)分析”之外，另在“產品質量先期策劃（APQP）”中還有“控制計劃（CP）”、“潛在失效模式及后果分析(FMEA)”和“生產件批準程序(PPAP)”，并要求在制程中應用“統(tǒng)計技術（SPC）”等，都需要企業(yè)在人力資源方面予以支持；但無論如何，對企業(yè)而言，仍然需要將所有面臨的作業(yè)變得簡單易懂，以便可使僅具有一般知識水準的人員均能予掌握自如；本文所介紹的MSA運作方法也就是出

26、自于這一目的，以使企業(yè)易于操作，并降低運作成本。"計量"與"測量"辨析安徽省計量測試研究所 宋建生Measurement本意為"測量"。但是早期漢譯受日文"計量"、"計測"等詞匯的影響，在漢語中出現(xiàn)了"計量"和"測量"兩種表達。由于沒有準確定義兩者異同，在一個長期的混亂由此而生。近幾年有關名詞的討論逐步深入，不少專家認為計量、測量不宜混用，并建議在漢譯和使用中以"計量"或"計量學"對應"metrology&

27、quot;，以"測量"對應"measurement"。越來越多的人趨向這種認識。然而新的問題又會出現(xiàn)：既然metrology定義為關于測量的科學，為何不選用"測量學"或"測量"來表達？這就暗示了"測量"和"計量"之間的糾葛還將可能延續(xù)下去。事實上，遠在metrology一詞傳入中國之前，漢語就已?quot;計量"和"測量"來對應measurement了。由于對基本術語定義或理解不夠統(tǒng)一，才引發(fā)了問題?，F(xiàn)在通用計量術語及定義已修訂，我們應在新規(guī)范指

28、導下，認真總結"測量"和"計量"兩詞的用法，分清"測量"和"計量"之異同。一、 關于"計量"和"測量"定義的反思"測量"在漢語使用習慣中基本上與measurement在VIM定義相一致，即"以確定量值為目的的一組操作"。測量活動存在于全部科學技術領域。在有的部門，例如天文、氣象、測繪等部門，測量甚至成為其主要工作。然而，所有這些測量都不稱作"計量"，唯有計量部門從事的測量才被稱作"計量"。這已形成

29、習慣。在通用計量名詞及定義（JJF1001-99）中，為了照顧習慣，對應measurement做出了"計量"和"測量"兩個詞條的定義。其中，"測量"的定義與VIM相符，而"計量"定義為"實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準確可靠的測量"。這個"計量"詞條這天文館表達得相當含糊。什么叫"實現(xiàn)單位統(tǒng)一"，難道其他測量就不須單位統(tǒng)一？什么叫"量值準確可靠的測量"，難道"計量"和"測量"之間的區(qū)別就在于技術水平的高低？這

30、種定義似是而非，沒有抓抓住本質?；仡櫇h語使用習慣，"測量"就是為獲取量值信息的活動；"計量"不僅要獲取量值信息，而且要實現(xiàn)量值信息的傳遞或溯源。"測量"作為一類操作，其對象很廣泛?quot;計量"作為一類操作，其對象就是測量儀器。"測量"可是以孤立的；"計量"則存在于量值傳遞或溯源的系統(tǒng)中。綜上所述，經過進一步歸納，漢語習慣使用的"計量"作為一類操作，應該這樣來理解：為實現(xiàn)量值傳遞或溯源而對測量儀器的測量。從這個角度看，"計量"作為一類操作在實際

31、工作中表現(xiàn)為檢定、校準、比對及（對測量儀器）測試等活動。上述觀點，揭示了漢語習慣中"計量"作為一類操作的本質特性，能夠將以往對應measurement的"計量"和"測量"在用法上加以明確區(qū)分。最新修訂的JJF1001-1998通用計量術語及定義中，將"計量"定義為：實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動。有兩點值得注意：這次修訂將"計量"對應英文metrology，而非measurement；定義的對象主體是"活動"，而非"測量"。這是計量術語研究的重要進步。從

32、這個定義出發(fā)，我們不難理解為何唯有計量部門從事的測量才被稱作"計量"。因為計量部門從事的測量是"實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動"之一。計量對于其他如天文、氣象、測繪等部門所從事的測量提供了實現(xiàn)單位的統(tǒng)一、量值準確可靠的基本保證。而這些基本保證是這些部門測量活動自身無法做到的。我們可以這樣來理解：凡是保證"計量"這一類操作有效進行以及為實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的各項活動，都稱作"計量工作"。這些工作包括測量單位的統(tǒng)一，測量方法（如儀器、操作、數(shù)據(jù)處理等）的研究，量值傳遞系統(tǒng)的建立和管理，以及同這些工作有關的法律、

33、法規(guī)的制定和實施等。二、習慣用法的分析在過去的用法中，最常見的混亂出現(xiàn)在所有與measurement有關的術語上。由VIM不同版本中文譯本中有關術語的變化可以看出，譯者們?yōu)閙easurement傷透了腦筋。VIM中譯本對于同一術語，有的版本用"測量"，有的版本用"計量"。例如："可測的量"和"可計量的量"，"被測的量"和"被計量的量"，"測量方法"和"計量方法"，"測量誤差"和"計量誤差"，等等。

34、人們會感到在這些術語中使用"測量"更通順些。這是因為以上術語都可以在量值傳遞以外使用，即可以在實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動以外存在。反之，在涉及"實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動"或活動對象是測量儀器時，就一定要采用"計量"。例如"計量法"、"法制計量"、"計量部門"、"計量監(jiān)督"等。實際上，在有的場合使用"計量"還是"測量"并無嚴格區(qū)分的必要，只有是否更合習慣的差別。例如，人們使用"計量標準"顯然比"測量標準"更通順。但使用"測量標準"也不會引起誤會。一般情況如本文總結的，在量值傳遞系統(tǒng)中的活動或活動對象是測量儀器的，采用"計量"，其他（為確定量值的操作）為"測量"。但在涉及測量儀器自身時，則冠以"計量"和"測量"兩種表達均可。例如"測量儀器"和"計量器具"；"測量標準"和"計量基準（標準）&qu