測量系統及其分析方法綜述與分析MSA

1.引言

用系統的方法研究測量過程，通過對測量系統的分析來評價測量系統和測量數據的質量和可靠性是十分有意義的。在美國，通用、福特和克萊斯勒三大著名的汽車公司聯合制定推行的“QS9000標準”對測量系統的分析提出了具體的要求和簡潔實用的指南，但只適用于汽車業評定供應商，具有一定的局限性。在ISO相關的標準中也提到過測量系統的控制，其強調的是測量過程（果），沒有直接提出對測量系統（因）動態性能的要求，具有一定的不完整性。而對于與測量系統有重要關系的不確定度的研究和應用，目前還停留在靜態的水平，還沒有形成動態地研究測量不確定度的完善理論。美國海軍航空系統指揮中心（NAVAIR）立項研究系統的可持續維護計劃，得到世界的關注。在國內，有關測量系統分析和動態地研究不確定度才剛剛起步。基于測量系統的動態性，將測量系統的性能指標和可靠性指標聯系起來，研究測量系統全壽命過程中的性能指標和可靠性指標變化規律，從而為組建最優的測量系統，評價確認測量系統的質量，通過預防性維護和糾正性維護計劃來提高測量系統的有效性和可靠性，經濟地延長測量系統的使用壽命提供依據。

2．測量系統的分類和指標

測量是指賦值給具體事物以表示他們之間關于特殊特性的關系。這不是一個簡單的賦值過程，而應看成是融合于生產中的一道工序，它與其他工序緊密聯系，相互影響，具有承接性。任何一次測量不準確，都會影響下一道工序的操作，導致廢品的增加和成本的上升。其次，與測量的定義相對應，測量系統的概念已不再僅僅局限于測量所涉及的量具，而是擴展到了用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設備、軟件及操作人員的集合，是獲得測量結果的整個過程。

傳統上，人們從不同的角度對測量系統進行了多種分類，如線性系統和非線性系統，連續系統和離散系統，數字系統和模擬系統以及靜態系統和動態系統，開環系統和閉環系統，可修復系統和不可修復系統等。也可從結構的角度將測量系統進行分類。這里結構主要指測量系統的功能結構/信號結構/空間結構/自動化結構等。從方便特性分析的角度，將測量系統分為計量型測量系統和計數型測量系統。

盡管測量系統的類型很多，但它們都是為了實現測量功能，也就具有相同之處，即有共同的特性指標和可靠性指標。比較典型且有普遍意義的性能指標有：分辨率、偏差、重復性、再現性、穩定性和線性等。

典型的可靠性指標有可靠性參數R(t)和系統的平均無故障時間MTBF，其定義是

      f(t)為失效概率密度函數

現有的資料中，還沒有將測量不確定度列入測量系統質量的評價指標。也沒有用測量不確定度的理論來研究測量系統的動態特性。

3. 測量系統的分析方法

對測量系統分析的目的是為了盡可能了解影響測量系統變化的來源，這些來源可以影響測量系統產生的規律和結果。

對于測量系統特性指標的分析，主要采用統計分析的方法。對計量型測量系統，主要用獨立樣本法、圖表法、極差法、方差分析法等。對計數型測量系統主要采用小樣法和大樣法進行分析。

對于測量系統的可靠性指標的分析通常采用的方法有：故障樹分析法，故障模式、影響及危害性分析法，潛在狀態分析法，共因故障分析法，初步危險分析法，權衡分析法和壽命周期費用分析等。

什么是最優的測量系統分析方法，不同類型的測量系統采用什么樣的分析方法最優，以及測量系統的性能指標和可靠性指標的關聯和變化規律仍然是需要深入研究的。用測量不確定度理論來評價測量系統的特性，可以彌補傳統測量系統分析方法中將性能指標分析和可靠性指標分析方法分離研究的不足。同時，用不確定度理論來動態的研究測量系統的統計特性將會更加科學和有效。

4.        結束語

通過對測量系統的分析來評價測量系統的質量，用現代測量不確定度理論，動態地研究測量系統不確定度變化的規律，并將測量系統的性能指標和可靠性指標聯系起來研究，尋找它們之間的關系和規律性。同時，針對不同類型的測量系統尋找最優的分析方法，是值得我們深入研究的課題。隨著對測量系統的測量質量和效率要求的不斷升高，最大限度地滿足降低測量成本的要求。關于測量系統的分析方法的研究將成為計量學和管理學研究的重要方向。

                 參 考 文 獻

[1] 劉智敏.不確定度及其實踐 中國標準出版社，2000.

Anton F P Van Putten.IOPPublishing Ltd,1996