在工作過(guò)程中，經(jīng)常有人會(huì)問(wèn)到SPC/MSA的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，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)，種種原因一直未能實(shí)現(xiàn)，今天算是開(kāi)了個(gè)頭。是的，只能開(kāi)頭，MSA內(nèi)容非常多，只能普及一些基本概念和個(gè)人的感悟，希望大家有不同看法，可以相互交流。
01 . MSA的概念
什么是MSA?
根據(jù)個(gè)人的理解給大家舉個(gè)例子：初中化學(xué)課上，我們都學(xué)習(xí)過(guò)讀取試管中溶液量的時(shí)候，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(wèn)題。
測(cè)量系統(tǒng)分析英文Measurement System Analysis，縮寫(xiě)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”。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”。
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。
什么是“分析”?
測(cè)量系統(tǒng)分析的根本對(duì)象不是零件，而是測(cè)量系統(tǒng)輸出的變差。“分析”代表了一系列的分析方法。
02 . MSA的目的
MSA的目的就是通過(guò)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(méi)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。
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，變差就是多樣性，本身就是一種美。
03 . 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，包括我自己。
為了便于理解記憶，我們先對(duì)“變差”進(jìn)行剝絲抽繭，即進(jìn)行結(jié)構(gòu)，看看那些指標(biāo)可以用于表征測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量變差。
第一層：
測(cè)量觀察到的總變差=零件間變差+測(cè)量系統(tǒng)誤差，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。
第二層：
測(cè)量系統(tǒng)誤差=精確度+準(zhǔn)確度，精確度研究的是測(cè)量變差的波動(dòng)范圍，沒(méi)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。
第三層：
A、精確度=重復(fù)性+再現(xiàn)性;
B、準(zhǔn)確度=偏倚+穩(wěn)定性+線性。
MSA的研究變差的指標(biāo)其實(shí)就是上面等號(hào)右邊的5個(gè)，所以MSA方法論包括了：
1.重復(fù)性研究：
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：你去買(mǎi)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：
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(wèn)題。
3.偏倚研究：
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：
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：接上面例子，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。
5.線性研究：
如測(cè)量結(jié)果隨量程的變化始終保持很小的偏倚，那么測(cè)量系統(tǒng)的線性就很好。
理解舉例：上面那個(gè)量具，第一次測(cè)量真值50g的金飾偏倚假比為0.5g，第二次測(cè)量真值200金飾得到偏差為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。
04 . MSA之不可忽視的分辨率
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)量裝置分辨率的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是：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)范或者過(guò)程變差的十分之一。
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。
總結(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(偏倚、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。比如在我們公司涉及檢具、操作者、三坐標(biāo)機(jī)等，三坐標(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)檢具的三坐標(biāo)精度校準(zhǔn)涉及穩(wěn)定性確認(rèn)。
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