測量系統(tǒng)分析(Measurement Systems Analysis，MSA) ，數(shù)據(jù)是通過測量獲得的。
對測量定義是：測量是賦值給具體事物以表示他們之間關(guān)于特殊特性的關(guān)系。這個定義由C.Eisenhart首次給出。賦值過程定義為測量過程，而賦予的值定義為測量值。
測量系統(tǒng)分析(MSA)的定義：通過統(tǒng)計分析的手段，對構(gòu)成測量系統(tǒng)的各個影響因子進(jìn)行統(tǒng)計變差分析和研究以得到測量系統(tǒng)是否準(zhǔn)確可靠的結(jié)論。
基本內(nèi)容
從測量的定義可以看出，除了具體事物外，參與測量過程還應(yīng)有量具、使用量具的合格操作者和規(guī)定的操作程序，以及一些必要的設(shè)備和軟件，再把它們組合起來完成賦值的功能，獲得測量數(shù)據(jù)。這樣的測量過程可以看作為一個數(shù)據(jù)制造過程，它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就是該過程的輸出。這樣的測量過程又稱為測量系統(tǒng)。它的完整敘述是：用來對被測特性定量測量或定性評價的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、夾具、軟件、人員、環(huán)境和假設(shè)的集合，用來獲得測量結(jié)果的整個過程稱為測量過程或測量系統(tǒng)。
眾所周知，在影響產(chǎn)品質(zhì)量特征值變異的六個基本質(zhì)量因素(人、機(jī)器、材料、操作方法、測量和環(huán)境)中，測量是其中之一。與其它五種基本質(zhì)量因素所不同的是，測量因素對工序質(zhì)量特征值的影響?yīng)毩⒂谖宸N基本質(zhì)量因素綜合作用的工序加工過程，這就使得單獨(dú)對測量系統(tǒng)的研究成為可能。而正確的測量，永遠(yuǎn)是質(zhì)量改進(jìn)的第一步
如果沒有科學(xué)的測量系統(tǒng)評價方法，缺少對測量系統(tǒng)的有效控制，質(zhì)量改進(jìn)就失去了基本的前提。為此，進(jìn)行測量系統(tǒng)分析就成了企業(yè)實現(xiàn)連續(xù)質(zhì)量改進(jìn)的必經(jīng)之路。
如今，測量系統(tǒng)分析已逐漸成為企業(yè)質(zhì)量改進(jìn)中的一項重要工作，企業(yè)界和學(xué)術(shù)界都對測量系統(tǒng)分析給予了足夠的重視。測量系統(tǒng)分析也已成為美國三大汽車公司質(zhì)量體系QS9000的要素之一，是6σ質(zhì)量計劃的一項重要內(nèi)容。
此時，以通用電氣(GE)為代表的6σ連續(xù)質(zhì)量改進(jìn)計劃模式即為：確認(rèn)(Define)、測量(Measure)、分析(Analyze)、改進(jìn)(Improve)和控制(Control)，簡稱DMAIC。
從統(tǒng)計質(zhì)量管理的角度來看，測量系統(tǒng)分析實質(zhì)上屬于變異分析的范疇，即分析測量系統(tǒng)所帶來的變異相對于工序過程總變異的大小，以確保工序過程的主要變異源于工序過程本身，而非測量系統(tǒng)，并且測量系統(tǒng)能力可以滿足工序要求。測量系統(tǒng)分析，針對的是整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，它需要分析測量系統(tǒng)的位置變差、寬度變差。在位置變差中包括測量系統(tǒng)的偏倚、穩(wěn)定性和線性。在寬度變差中包括測量系統(tǒng)的重復(fù)性、再現(xiàn)性。
測量系統(tǒng)可分為“計數(shù)型”及“計量型”測量系統(tǒng)兩類。測量后能夠給出連續(xù)性的測量數(shù)值的為計量型測量系統(tǒng);而只能定性地給出測量結(jié)果的為計數(shù)型測量系統(tǒng)。
“計量型”測量系統(tǒng)分析通常包括偏倚(Bias)、穩(wěn)定性(Stability)、線性(Linearity)、以及重復(fù)性和再現(xiàn)性(Repeatability&Reproducibility，簡稱R&R)
在測量系統(tǒng)分析的實際運(yùn)作中可同時進(jìn)行，亦可選項進(jìn)行，根據(jù)具體使用情況確定。
“計數(shù)型”測量系統(tǒng)分析通常利用假設(shè)試驗分析法(二維頻數(shù)表)、信號探測法及解析法(GPC)來進(jìn)行判定
測量系統(tǒng)分析，是指用統(tǒng)計學(xué)的方法來了解測量系統(tǒng)中的各個波動源，以及他們對測量結(jié)果的影響，最后給出本測量系統(tǒng)是否符合使用要求的明確判斷。進(jìn)一步地，如果不符合使用要求，則利用工程方法對測量系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
波動是表示在相同的條件下進(jìn)行多次重復(fù)測量結(jié)果分布的分散程度，常用測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差或過程波動表示。這里的測量過程波動是指99.73%的測量結(jié)果所占區(qū)間的長度。通常測量結(jié)果服從正態(tài)分布N(u，σ^2)，99.73%的測量結(jié)果所占區(qū)間的長度為6σ。
目的
確定所使用的數(shù)據(jù)是否可靠
評估新的測量儀器
將兩種不同的測量方法進(jìn)行比較
對可能存在問題的測量方法進(jìn)行評估
確定并解決測量系統(tǒng)誤差問題
組成
測量系統(tǒng)
量具 ( instruments or gages)
標(biāo)準(zhǔn)(standards)
操作(operations)
夾具(fixtures)
軟件(software)
人員 ( personnel )
被測工件 ( parts )
環(huán)境(environment)
程序、方法 ( procedure, methods )
假設(shè)(assumptions)
理想測量系統(tǒng)
理想的測量系統(tǒng)在每次使用時，應(yīng)只產(chǎn)生“正確”的測量結(jié)果。每次測量結(jié)果總應(yīng)該與一個標(biāo)準(zhǔn)值相符。一個能產(chǎn)生理想測量結(jié)果的測量系統(tǒng)，應(yīng)具有零方差、零偏倚和所測的任何產(chǎn)品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性。
理想測量系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下表所示
注意事項
量具和測量設(shè)備是否能夠被正確使用，很大程度上決定了過程變差與產(chǎn)品公差。為了保證結(jié)果的正確性和整個系統(tǒng)性能的最優(yōu)化，需要對設(shè)備進(jìn)行評估。當(dāng)然，設(shè)備評估不只是在實驗室里，而且也要在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行。
特性
測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中，這意味著測量系統(tǒng)中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。這可稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性。
測量系統(tǒng)的變差必須比制造過程的變差小。
變差應(yīng)小于公差帶。
測量系統(tǒng)統(tǒng)計特性可能隨被測項目的改變而變化。若如此，則測量系統(tǒng)的最大的變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。
標(biāo)準(zhǔn)
1.計量
基準(zhǔn)(國家標(biāo)準(zhǔn))——最高計量特性，不必參考其他標(biāo)準(zhǔn)。
副基準(zhǔn)(國家標(biāo)準(zhǔn))——與基準(zhǔn)比對而定值的一種工作基準(zhǔn)。為了防止基準(zhǔn)頻繁地被使用而影響基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，所以才引入副基準(zhǔn)。
2.計量標(biāo)準(zhǔn)
最高計量標(biāo)準(zhǔn)(參考標(biāo)準(zhǔn))——在給定地區(qū)或給定組織內(nèi)，通常具有最高計量學(xué)特性的測量標(biāo)準(zhǔn)，在該處所做的測量均從它導(dǎo)出。
次級計量標(biāo)準(zhǔn)(工作標(biāo)準(zhǔn))——校準(zhǔn)或核查測量儀器的標(biāo)準(zhǔn)。
3.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
4.工作標(biāo)準(zhǔn)
Golden Master
最高計量標(biāo)準(zhǔn)(參考標(biāo)準(zhǔn))
客戶提供的唯一參考標(biāo)準(zhǔn)
Silver Master
次級計量標(biāo)準(zhǔn)(工作標(biāo)準(zhǔn))
產(chǎn)線最高測量標(biāo)準(zhǔn)——雖然屬于生產(chǎn)量具，但這種量具不是企業(yè)內(nèi)部可以校準(zhǔn)的，它的準(zhǔn)確度等級比其它同類型(如長度類)生產(chǎn)量具高出一個數(shù)量級。
Working Master
產(chǎn)線通用外購標(biāo)準(zhǔn)——如標(biāo)準(zhǔn)電阻、Hg標(biāo)液等，這些標(biāo)準(zhǔn)均能溯源到國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)線自制樣件標(biāo)準(zhǔn)——這些標(biāo)準(zhǔn)是拿產(chǎn)品制作的，其計量特性在指定的時間范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，其有專門的維護(hù)和核查確認(rèn)，同樣可以溯源到國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。
評估指標(biāo)
1.重復(fù)性：在相同測量程序、相同操作者、相同測量設(shè)備、相同操作條件和相同地點(diǎn)，并在短時間內(nèi)對同一或相類似被測對象重復(fù)測量的一組測量條件下，對同一或類似被測對象重復(fù)測量所得示值或測得值間的一致程度。
2.再現(xiàn)性：在不同地點(diǎn)、不同操作者、不同測量設(shè)備，對同一或相類似被測對象重復(fù)測量的一組測量條件下，在規(guī)定條件下，對同一或類似被測對象重復(fù)測量所得示值或測得值間的一致程度。(不同的測量系統(tǒng)可以采用不同的測量程序)
3.穩(wěn)定性：測量系統(tǒng)保持其位置變差和寬度變差隨時間恒定的能力。
4.偏倚：觀測平均值(在重復(fù)條件下的測量)與一參考值之間的差值。
5.線性：在量具正常的工作范圍內(nèi)偏倚的變化程度。
6.屬性的一致性 ：計數(shù)型(屬性)測量系統(tǒng)中系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間及系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)之間判定結(jié)果的一致程度。
分析時機(jī)
新產(chǎn)品;
新量具或量具的特性能力不同時;
新操作員或操作員崗位變更;
設(shè)計變更(DCN);
工程變更(ECN);
環(huán)境變更;
易損耗之儀器必須注意其分析頻率;
客戶要求的頻次。
基本要求
量具
擬執(zhí)行測量系統(tǒng)分析的量具必須經(jīng)過計量確認(rèn)合格，同時其分辨力應(yīng)至少能直
接讀取被測特性預(yù)期過程變差或公差范圍的1/10.
d≤6σ總/10;或 d≤Tolerance/10
評價人
執(zhí)行測量作業(yè)的人員，均應(yīng)經(jīng)過必要的量具使用、維護(hù)訓(xùn)練，不至于出現(xiàn)因人員操作問題所造成的測量誤差。
分析計劃
在計劃中明確所要進(jìn)行分析的測量系統(tǒng)、評價人、分析的特性、產(chǎn)品公差、開始日期和預(yù)計完成日期等。
測量過程為盲測
最大可能地減少評價人在測量過程中的主觀影響。
盲測的定義 ：在實際測量環(huán)境下，由一事先不知正在對該測量系統(tǒng)進(jìn)行評估的操作者所獲得的測量結(jié)果;通過適當(dāng)?shù)墓芾恚鶕?jù)得到的試驗結(jié)果通常不受眾所周知的霍桑效應(yīng)所干擾。
步驟
第一階段
驗證測量系統(tǒng)是否滿足其設(shè)計規(guī)范要求。主要有兩個目的：
(1)確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計特性，此項必須在使用前進(jìn)行。
(2)發(fā)現(xiàn)哪種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)有顯著的影響，例如溫度、濕度等，以決定其使用之空間及環(huán)境。
第二階段
(1)目的是在驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認(rèn)為是可行的，應(yīng)持續(xù)具有恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計特性。
(2)常見的就是“量具R&R”是其中的一種型式。
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