一文讀懂 MSA（測量系統分析）｜概念篇
本文作者：一鳴 來源：質量管理筆記
一鳴一直想要就測量系統分析(MSA) 相關内容作一些總結, 種種原因一直沒能抽出時間做這個事，今天總算開了個頭。沒錯，隻能是開頭，MSA内容較多,這篇推文隻能涉及一些概念。
一、什麼是“測量系統分析”？
什麼是測量系統分析？也許我們不能解釋得很清楚，但其實每個人在我們初中化學課上都已經研實踐了：讀取試管中溶液量的時，為确保讀取值的準确度我們需要讓視線與頁面平直，這是一個簡單的測量系統分析的問題。
測量系統分析英文Measurement System Analysis，縮寫ＭＳＡ，簡單地說測量系統分析就是“對測量系統所作的分析“。
我想這麼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部分，一個是“測量系統“，一個是“分析“。
先看什麼是測量系統？
我們知道測量就是一個對被測特性賦值的過程，測量系統其實就是這個賦值過程涉及到的儀器或量具、标準、操作、方法、夾具、軟件、人員、環境等要素的集合。系統中各個要素對測量結果的影響可能是獨立的，也可能是相互影響的（交互作用）。
OK，再看什麼是“分析”？
其實，如果要較個真，我們可以說測量系統分析的根本對象不是測量系統，更不是零件，而是測量系統輸出的變差。所以也有用測量變差分析 Measurement Variation Staudy（MVS）替代測量系統分析MSA的。不管叫什麼名頭，這裡的“分析”都代表了一系列的分析方法，關于具體方法，下文将介紹。
二、測量系統分析的目的
理解了測量系統分析的含義，就不難清楚ＭＳＡ的目的：ＭＳＡ的目的就是通過對測量系統輸出變差的分析，判斷測量系統是不是可接受的，如果不可接受，進而采取相應的對策。需要注意的是，世界上沒有絕對完美的測量系統，因此測量系統誤差可以減少但不能絕對消除。
補充一句：在質量領域我們把變差視為頭号大敵，認為變差小是一種美。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，每一種都跟統計有關。對大多數人來說，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“變差” 進行“剝洋蔥”，即進行解構，看看哪些指标可用于表征測量系統的測量變差。
弄清楚了這些指标，ＭＳＡ方法論也就清晰可見了。
解構第一層：
測量觀察到的總變差（Observed Variation）
=零件間變差（Unit-to-unit variation）+ 測量系統誤差（Measurement system Error)
其中零件間變差是指不同零件間客觀存在的真實差異，由零件本身決定；測量系統誤差就是我們ＭＳＡ的對象，即由測量系統能力決定的測量偏差。
解構第二層：
測量系統誤差（Measurement system Error)=
精确度（precision) + 準确度（Accuracy）
精确度研究的是測量變差的波動範圍，沒有考慮與真值的差異；準确度研究的是測量變差離真值（或參考值）的差異。
解構第三層：
1）精确度（precision)=重複性Repeatability + 再現性Reproducibility
2）準确度（Accuracy）=偏倚Bias+穩定性Stability+線性Linearity
OK，MSA的研究變差的指标其實就是上面等号右邊的這5個，所以ＭＳＡ方法論包括了：
1、重複性研究 Repeatability Study
同一個人，用同樣的設備/方法/設置，在相同的環境，測量同一個産品多次所觀察到的變差；主要研究設備導緻的誤差。
理解舉例：你去金店買黃金飾品的時候，同一個營業員對你看上的金飾用相同的量具3次稱重，你發現3次測量結果波動很大，這就是重複性不好。
2、再現性研究 Reproducibility study
不同的人，用同樣的設備/方法/設置，在相同的環境，測量同一個産品所觀察到的變差；主要研究人導緻的誤差。
理解舉例：接上面的例子，這時另外一個營業員過來用同樣的工具、方法對同樣的金飾稱3次，發現和第一個人測量的平均值比，此人的測量平均值差異也很大，那麼就是說的再現性的問題。
3、偏倚研究Bias Study
觀測到的均值和基準值（參考值）之間的差異。
理解舉例：金飾的真值假設為50g,而今天你測量10次得到平均值為45g, 那麼5g的差異就是偏差。
4、穩定性研究 Stability Study
在不同時間區間測量時得到的偏倚大小的情況，好的穩定性意味着什麼時候測量偏倚都差不多。
理解舉例：接着上面偏倚的例子，一個月後，用同樣的量具測那個真值50g的飾品10次，得到平均值40g, 比一個月前少了10g，這說明穩定性很不好啊。
5、線性研究 Linearity Study
如測量結果随量程的變化始終保持很小的Bias，那麼測量系統的Linearity就好。
理解舉例：還是上面那個量具，第一次測量真值50g的金飾偏差假比為0.5g, 第二次測量真值200g金飾得到的偏差為5g.也就是說随着量程變大，變差也越來越大，這個系統的線性非常糟糕。
四、MSA之前提，不可忽視的分辨率
足夠的分辨率Resolution是進行MSA的前提。
分辨率即測量裝置的敏感度（最小刻度），分辨率高時被測對象的微小變差都可以被測出，分辨率低則不然；舉例，用最小單位分别為１分米和1厘米的軟尺來測量人的高度，哪個誤差更小不言而喻了吧。選取測量裝置分辨率是的一個經驗法則（Rule of thumb）是：裝置的分辨率即最小刻度值至少為被測特性的尺寸規範（specification）或者過程變差（6個過程标準差寬度）的十分之一。一般來說分辨率由測量設備/裝置自身決定，與人的操作和環境無關系。前面金飾的例子很誇張，也許我們應該從分辨率的角度找找原因。
五、小結
綜上，一個完整的ＭＳＡ過程邏輯上及理論上，應該遵循如下步驟：分辨率-〉準确度（偏移、線性、穩定性）-〉精确度（重複性、再現性）。
當然，在實際工作中，根據不同的情況會有所側重。比如在汽車行業，對于車身金屬結構件的測量系統（涉及檢具/檢支架、操作者、三座标機等），三座标機本身的定期校準也會涉及分辨率、偏倚、線性和穩定性；檢具上百分表的應用就涉及分辨率的确認；PPAP提交前一般需要作重複性再現性分析；每年度對檢具的三座标精度校定涉及穩定性确認。
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