测量系统分析(Measurement Systems Analysis,MSA)
一、测量系统分析的基本内容
数据是通过测量获得的,对测量定义是：测量是赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系。这个定义由C．Eisenhart首次给出。赋值过程定义为测量过程，而赋予的值定义为测量值。
从测量的定义可以看出，除了具体事物外，参于测量过程还应有量具、使用量具的合格操作者和规定的操作程序，以及一些必要的设备和软件，再把它们组合起来完成赋值的功能，获得测量数据。这样的测量过程可以看作为一个数据制造过程，它产生的数据就是该过程的输出。这样的测量过程又称为测量系统。它的完整叙述是：用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、夹具、软件、人员、环境和假设的集合，用来获得测量结果的整个过程称为测量过程或测量系统。
众所周知，在影响产品质量特征值变异的六个基本质量因素(人、机器、材料、操作方法、测量和环境)中，测量是其中之一。与其它五种基本质量因素所不同的是，测量因素对工序质量特征值的影响独立于五种基本质量因素综合作用的工序加工过程，这就使得单独对测量系统的研究成为可能。而正确的测量，永远是质量改进的第一步。如果没有科学的测量系统评价方法，缺少对测量系统的有效控制，质量改进就失去了基本的前提。为此，进行测量系统分析就成了企业实现连续质量改进的必经之路。
近年来，测量系统分析已逐渐成为企业质量改进中的一项重要工作，企业界和学术界都对测量系统分析给予了足够的重视。测量系统分析也已成为美国三大汽车公司质量体系QS9000的要素之一，是6σ质量计划的一项重要内容。目前，以通用电气(GE)为代表的6σ连续质量改进计划模式即为：确认(Define)、测量(Measure)、分析(Analyze)、改进(Improve)和控制(Control)，简称DMAIC。
从统计质量管理的角度来看，测量系统分析实质上属于变异分析的范畴，即分析测量系统所带来的变异相对于工序过程总变异的大小，以确保工序过程的主要变异源于工序过程本身，而非测量系统，并且测量系统能力可以满足工序要求。测量系统分析，针对的是整个测量系统的稳定性和准确性，它需要分析测量系统的位置变差、宽度变差。在位置变差中包括测量系统的偏倚、稳定性和线性。在宽度变差中包括测量系统的重复性、再现性。
测量系统可分为“计数型”及“计量型”测量系统两类。测量后能够给出具体的测量数值的为计量型测量系统；只能定性地给出测量结果的为计数型测量系统。“计量型”测量系统分析通常包括偏倚(Bias)、稳定性(Stability)、线性(Linearity)、以及重复性和再现性(Repeatability＆Reproducibility，简称R＆R)。在测量系统分析的实际运作中可同时进行，亦可选项进行，根据具体使用情况确定。
“计数型”测量系统分析通常利用假设检验分析法来进行判定。
二、测量系统所应具有之统计特性
1.测量系统必须处于统计控制中，这意味着测量系统中的变差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的。这可称为统计稳定性。
2.测量系统的变差必须比制造过程的变差小。
3.变差应小于公差带。
4.测量精度应高于过程变差和公差带两者中精度较高者，一般来说，测量精度是过程变差和公差带两者中精度较高者的十分之一。
5.测量系统统计特性可能随被测项目的改变而变化。若真的如此，则测量系统的最大的变差应小于过程变差和公差带两者中的较小者。
三、测量系统分析的标准
1.国家标准;
2.第一级标准(连接国家标准和私人公司、科研机构等);
3.第二级标准(从第一级标准传递到第二级标准);
4.工作标准(从第二级标准传递到工作标准)。
四、测量系统分析的指标
1、测量系统
测量系统是指用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；是用来获得测量结果的整个过程。测量系统是指测量设备、测量人、测量方法、测量环境、被测工标准这一套与测量结果紧密关联的一套系统，用在某处以获取数据时是否适宜，是否可以接受。测量系统分析按照分析数据类型来分,可以分为“计数型”和“计量型”测量系统分析两类。“计量型”测量系统分析通常包括“稳定性”、“重复性”、“再现性”、“偏倚”及“线性”的分析和评价。在测量系统分析的实际运作中可同时进行，亦可选项进行，根据具体使用情况确定。
2、稳定性
测量系统的稳定性是指测量系统的各个计量特性（主要是偏倚和精度）在时间范围内保持恒定的能力。经过一段长时间下，用相同的测量系统以同一基准或零件的同一特性进行测量所获得的总变差，稳定性是整个时间的偏倚变化。
3、偏倚
偏倚是指多次测量的理论上的平均值与其参考值之间的差异。参考值的来源主要有：多个准确测量设备所得重复测量值的平均值；专业团体认可的值；当事方达成一致的值或者法律规定的值。
4、线性
线性是指在测量系统预期的量程范围内，各点处的偏倚与参考值呈线性关系。线性就是要求这些偏倚量在数学上表现为是其对应参考值的线性回归关系。
5、重复性
重复性误差指的是同一个操作者使用同一套测量设备，对同一个测量部件的同一特性在较短的时间间隔内进行多次。
五、测量系统分析时机
1）.新生产之产品PV有不同时;
2）.新仪器，EV有不同时;
3）.新操作人员，AV有不同时;
4）.易损耗之仪器必须注意其分析频率。
1.R&R之分析
决定研究主要变差形态的对象。
使用'全距及平均数'或'变差数分析'方法对量具进行分析。
于制程中随机抽取被测定材料需属统一制程。
选2-3位操作员在不知情的状况下使用校验合格的量具分别对10个零件进行测量, 测试人员将操作员所读数据进行记录, 研究其重复性及再现性(作业员应熟悉并了解一般操作程序, 避免因操作不一致而影响系统的可靠度)同时评估量具对不同操作员熟练度。
针对重要特性(尤指是有特殊符号指定者)所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/10, (即其最小刻度应能读到1/10过程变差或规格公差较小者; 如: 过程中所需量具读数的精确度是0.01m/m, 则测量应选择精确度为0.001m/m), 以避免量具的鉴别力不足，一般之特性者所使用量具的精确度应是被测量物品公差的1/5。
试验完后, 测试人员将量具的重复性及再现性数据进行计算如附件一(R&R数据表), 附件二(R&R分析报告), 依公式计算并作成-R管制图或直接用表计算即可。
2.结果分析
1)当重复性(EV)变差值大于再现性(AV)时:
量具的结构需在设计增强。
量具的夹紧或零件定位的方式(检验点)需加以改善。
量具应加以保养。
2)当再现性(AV)变差值大于重复性(EV)时:
作业员对量具的操作方法及数据读取方式应加强教育, 作业标准应再明确订定或修订。
可能需要某些夹具协助操作员, 使其更具一致性的使用量具。
量具与夹治具校验频率于入厂及送修纠正后须再做测量系统分析, 并作记录。
六、进行测量系统分析的基本要求
(1)量具
拟执行测量系统分析的量具必须经过计量确认合格，同时其分辨力应至少能直
接读取被测特性预期变差的1/10。
(2)评价人
执行测量作业的人员，均应经过必要的量具使用、维护训练，不至于出现因人
员操作问题所造成的测量误差。
(3)编制测量系统分析计划
在计划中明确所要进行分析的量具以及评价人、开始日期和预计完成日期等。
(4)测量过程为盲测
最大可能地减少评价人在测量过程中的主观影响。
七、进行测量系统分析的步骤
测量系统分析的评定通常分为两个阶段:
1.第一阶段：验证测量系统是否满足其设计规范要求。主要有两个目的：
(1)确定该测量系统是否具有所需要的统计特性，此项必须在使用前进行。
(2)发现哪种环境因素对测量系统有显着的影响，例如温度、湿度等，以决定其使用之空间及环境。
2.第二阶段
(1)目的是在验证一个测量系统一旦被认为是可行的，应持续具有恰当的统计特性。
(2)常见的就是“量具R&R”是其中的一种型式。
八、测量系统分析的案例
从选矿生产过程中选取10个铁精矿样品，选用3名化检验人员，使用同一套检验系统，按不同的顺序分别检测10个样品，重复3遍。检测结果数据如下表。
测量数据处理的结果及图表的解释
本实验的测量结果数据的处理采用Minitable软件处理。数据处理结果可用变差的方差分析表和图表两种方式来解释和说明。其中，变差的方差分析表从各项方差占总变差的百分比来说明变异情况，图表则以图来说明。
1.变差的方差分析表
本方法运用极差来计算方差，然后通过方差来计算各种变差及各变差占合计变异的比例，从而确定各变差的影响程度。计算结果如表2。由表2可知：。
(1)测量系统的合计量具R&R的研究变异值为17．38％，介于10％～20％之间，化检验系统变差较小，化验系统可以接受。
(2)测量系统的重复性为16．26％，介于10％～20％之间，波动较小，说明设备系统变差在可接受范围内。但重复性(16．26％)较大，也是引起合计量具R&R偏高的主要原因，应引起注意，查明原因。
(3)测量系统的再现性和检验人员的变异都为6．15％，小于10％，说明检验人员间的变差波动很小。化检验人员操作一致性较好。
(4)样品间的变异值为98．48％，变异显著，检验系统明显表示出样品间的品质差异。
(5)区别分类数(ndc)为7，大于5。因此，化验系统能够满足测量的需要。
2.图表结果
图表以较直观的方式来说明检验情况，并可以看出较细微的差异：
（1）各变异分量各变异分量情况由图1显示，从图1可以看出样品间的变异是变异的主要来源，系统能够区分试样品位的变化。
（2）Xbar控制图图2Xbar控制图(平均值图)显示A，B，C三位化检验人员每件样品3次化验的平均值情况。趋势基本一致，手法和条件控制基本一样。3位化检验人员3次化验结果的平均值超过半数的点在控制线以外，化验系统能够反应样品的区别。
（3）R控制图图3为R控制图，显示了A，B，C三位化验人员每件样品3次化验结果的极差。图中显示每名检验人员的3次结果的极差小于0．33％；同时小于国家标准中误差(<>
数据统计计算的结果与图表结果一致，可以确定：检验系统变差较小，检验人员之间差别不大，检验系统对样品的分辨率符合要求(区别分类数大于5)，能够体现样品间的品质变化，化检验系统可以接受，系统可正常发报结果。但应进一步规范检验人员的标准化操作，稳定检验系统操作条件。
MTBF分析（Mean Time Between Failure Analysis / MTBF Analysis，平均故障间隔时间分析）
一、MTBF分析
MTBF分析是分析设备停机维修作业是怎样发生的，把发生的时间、现象、原因、所需工时、停机时间等所有问题都记录下来做成分析表。
二、MTBF分析之目的
1．对于高频度故障零件的重点对策及零件寿命延长的技术改良依据。
2．零件寿命周期的推定及最适修理计划之研究。
3．有关点检对象、项目的选定与点检基准的设定、改良。
4．内外作业区分的检讨。根据公司内设备整备能力的评价，以设备个别作业种类个别来决定其分担修理品质与设备效率之风险，作为内外作业检讨之重要参考。
5．设定预备品基准。机械、电器零件的各常备项目及基本库存数量，应由MTBF的记录分析来判断，使其库存达最经济的状况。
6．作为选定修理整备方法改善重点之参考。为了提高设备稼动率，必须缩短设备停止的长时间修理作业及工程调整、变换的时间；因此，有必要对保养作业方法作检讨，而其检讨的项目、优先顺序的选定等基本情况，均须来自MTBF的分析记录表。
7．对设备对象设定预估时间标准，及其保养作业的选定与保养时间标准的研究。修理整备预估时间标准的设定及保养作业的选定，必须考虑设备保养重复频度或标准时间值与实际保养时间的差异及产生作业特性等因素，因此MTBF分析表是必要的。
8．图面整理及重新选定重点设备或零件之参考。MTBF的分析记录表所记录的设备零件改良项目、或磨耗劣化等情报，以及设备图面修正或预备制作等之整理，若能时常作分析检讨及重要度顺序管理，则使用图面管理变得容易。
9．运转操作标准的设定、改订及决定设备保养业务的责任分担。
10．提供设备之信赖性、保养性设计的技术资料。保养技术最重要的是以MTBF分析表为基础，收集有关设备之信赖性、保养性设计的技术情报，以便提供设计部门在设计设备时参考。
三、MTBF分析之应用
1．对于保养部门而言，很难了解保养活动与制品品质间的关联性。例如，以故障修理而言，一般多以机能修复为重点，不会去确认保养作业所达成产品的品质改良情形。如何将产品品质和保养活动相结合，是非常重要的，MTBF的分析表可作为参考性资料。
2．PM分析注重以设备诊断技术为中心的预知保养，但其具体课题结果是很难知道的；由MTBF表中，找出设备诊断技术开发的课题，为一有力的作法。
3．设备教育资料的制作：培育对设备熟悉，能力强的人员是PM的重要课题，然而一般教育多以市售书籍为范本，未充分考虑自己公司、单位的问题状况，且与书籍所述之背景间更存有差异；因此，若能利用MTBF分析，教育有关公司生产设备结构、机能、弱点及注意事项，是较具体的作法。
4．设备生命周期成本（Life Cycle Cost，L.C.C.）的把握及其研究资料：MTBF分析表，是以设备为主体，经长期而作成的一览表；因此，由设备所发生保养作业、费用、预备品及损失的发生状况，来掌握设备生命周期成本资料，是设备生涯管理的重要基础。如上所言，MTBF分析不仅是保养记录的方法之一，其保养记录更可作为保养活动、管理和技术活动指针的原始情报，价值非常大。
四、MTBF分析表制作注意事项
1．应具一览性，尽可能将相关资料整理在一张表上，不要散乱。
2．将一特定期间的保养数据及相关资料，应以时间为序列来整理，记录，如此会便于了解。
3．可同时进行保养的记录和分析。
4．多下点心思，在一张表内整理多种情报；不仅将设备故障或保养情报记录下，还可将品质、安全、成本等情报整理成与制造、设计、技术相关的参考资料。
5．经由MTBF分析表中即可了解管理的重点。
6．由MTBF分析表可判断故障和保养的关系。
7．了解对策及对策实施后的效果。
8．资料记入应使任何人都可容易执行。例如在一年设备稼动期间曾发生4次故障，则平均故障间隔时间为3个月。以下图为例，可以推估每3个月将会发生一次故障，另外，亦可依照这些故障点的分布状况，推断下次可能发生故障的设备部位及零件。
五、MTBF分析表制作五个步骤
步骤1：决定要分析的设备对象——通常先选择重点设备来记录，亦有以类似设备群或针对设备某重点部位来记录的。
步骤2：故障资料的收集——以过去3~5年或至少30件以上的设备故障资料来分析。
步骤3：故障MAP的绘制——将设备整体图形绘出，利用步骤2的资料，标示出故障部位。
步骤4：编制MTBF分析表（如表3-1）。
分析表之内容以能记入一年之资料为准。
将步骤3的内容，以部位类别、发生日期顺序记入。
尽可能以图形方式或颜色类别、记号记入，以增加易读性。
持续记录至[设备突发故障至零]为止。
步骤5：故障解析及对策的检讨
由MTBF分析表来作故障原因解析及对策检讨。
对策方法应采用易懂、易做的方式，以切实执行。
PM分析(PM Analysis / P-M analysis)——一种针对设备关联的物理性分析手法。
一、PM分析法
PM分析法，是找寻分析设备所生产的重复性故障及其相关原因的一种手法。
PM分析是把重复性故障的相关原因无遗漏地考虑进去的一种全面分析的方法，是日本所开发出来的方法。
所谓PM，是指下面几个英文单词第一个字母。
P指的是：Phenomena或Phenomenon（现象）及Physical（物理的）。
M指的是：Mechanism（机理）及其关联的Man（人）、Machine(设备)、Material（材料）。
二、PM分析法适用时机
当要求达成因设备所衍生的慢性损失为零的目标时，即可采用PM分析法，特点是以理论来指导事实，要求对设备具有相当的了解。尤其适用于设备慢性损失的个别改善。当要求达成因设备所衍生的慢性损失为零的目标时，即可采用，特点是以理论来指导事实，要求对设备具有相当的了解。
三、PM分析的步骤
PM分析的主要步骤包括：
第一步：明确故障现象
正确的认识故障现象是解决故障问题的先决条件。认识和分析故障现象的表现方式、状态、发生部位、设备种类差异等。
并对故障进行层次分析。
在进行故障现象进行探索调查时，要讲究研究方法，根据现象研究确定相关的调查、测定、检验、分析方法，确定调查项目、检测范围、容差、基准、限定值等。
第二步：对故障现象的物理分析、原理分析
所谓对现象的物理分析，就是对现象用物理、化学等探究原理的方法进行分析。
任何故障现象不会是无缘无故发生的，都存在其物理或化学背景。因此要力图用物理或者化学的科学原理来解释发生的故障现象。如果能够通过理化检验、验证的手段来辅助就更好。努力找出故障现象出现的物理、化学原理。
例如：机床主轴出现轴向裂纹，可以通过金相检验找出是原材料缺陷还是热处理应力，抑或是疲劳应力集中。
再如：物体出现伤痕，这是由于物体与物体之间接触、撞击而产生的现象。从物理的角度来看，伤痕肯定出现在物体软弱的部位。这样，通过探讨物体与物体有可能接触的部位，就能清楚地知道所要探讨的部位和发生现象的原因。
如果实在无法解释现象，可以做出假设来加以验证。
为什么要进行物理、化学等原理分析呢？
从理论上加以考虑并将问题展开，不会将因素遗漏，并能系统地进行解释。
能防止经常出现的主观感觉的判断。
对那种尽管采取了很多措施仍没有将慢性损失减少下来的对策，可从根本上对其原因、措施、管理要点重新加以修正。
第三步：故障现象成立的条件
根据科学原理、法则来探讨现象促成的条件。通过穷举方法尽可能多列举促成现象的条件，无论其出现概率大小都应加以考虑，然后再进行分析筛选。
从原理、原则角度探讨现象成立的条件，如果具备这种条件，现象就一定会发生，对此加以整理是解决问题的关键。这就需要从物理的角度来分析现象，说明其产生的机理、成立的条件。
一般对现象成立的条件掌握得不充分，在采取对策时只能对某些条件予以考虑并采取对策，而对其他的成立条件就不予以考虑，其结果是慢性损失往往没有降低。同时还应注意，对各种成立条件。不要考虑其概率的大小。
第四步：对故障原因进行多角度探讨
从生产现场五要素即（机器、工具、材料、方法、环境、作业者）这些方面寻找故障的原因。把与故障现象有关的原因列出来，从人、机、料、法、环等几个方面筛选最有关系的因素，并将所能考虑到的因素都提出来，画出因果关系图。
对设备细分到零件这一层次进行讨论是重要的，有时，各种原因会重复地影响到各自的促成条件。
第五步：确定主要原因
上一步骤中列出的一些原因可能不是主要原因，这一步就是要针对各项故障原因进行验证（调查、检验、分析），找出产生故障现象的主要原因。
针对各种原因，要具体地研究不同的验证方法、调查方法、测定方法、调查范围、标准面的确定方法、调查项目等。因为调查方法及所需调查的因素有所偏差的话，则验证的结果将无法取信他人，那么找出的原因也不是主要原因，这样未来的解决措施就会失效。
第六步：提出改进方案
根据各种验证后的故障要因，都要提出改进的方案
根据掌握的工具、手段和方法，确定如何解决问题或者改善问题。
制定出措施后，就要实施措施。针对故障问题点指定对策，实施改善，使其设备更趋完备。
在实施改善过程中，要作出记录。
四、PM分析法应用分析
然而，由于PM分析乃采用以理论来检讨事实，而且其内容多牵涉机构之解析，因此，除非对设备具备相当程度的了解，否则极难应用此分析法，所以，一般工厂在现场以5 WHY分析法来替代PM分析，而将PM分析留给专门保养单位应用。
五、PM分析法的案例
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