测量系统及其分析方法综述与分析MSA

1.引言

用系统的方法研究测量过程，通过对测量系统的分析来评价测量系统和测量数据的质量和可靠性是十分有意义的。在美国，通用、福特和克莱斯勒三大著名的汽车公司联合制定推行的“QS9000标准”对测量系统的分析提出了具体的要求和简洁实用的指南，但只适用于汽车业评定供应商，具有一定的局限性。在ISO相关的标准中也提到过测量系统的控制，其强调的是测量过程（果），没有直接提出对测量系统（因）动态性能的要求，具有一定的不完整性。而对于与测量系统有重要关系的不确定度的研究和应用，目前还停留在静态的水平，还没有形成动态地研究测量不确定度的完善理论。美国海军航空系统指挥中心（NAVAIR）立项研究系统的可持续维护计划，得到世界的关注。在国内，有关测量系统分析和动态地研究不确定度才刚刚起步。基于测量系统的动态性，将测量系统的性能指标和可靠性指标联系起来，研究测量系统全寿命过程中的性能指标和可靠性指标变化规律，从而为组建最优的测量系统，评价确认测量系统的质量，通过预防性维护和纠正性维护计划来提高测量系统的有效性和可靠性，经济地延长测量系统的使用寿命提供依据。

2．测量系统的分类和指标

测量是指赋值给具体事物以表示他们之间关于特殊特性的关系。这不是一个简单的赋值过程，而应看成是融合于生产中的一道工序，它与其他工序紧密联系，相互影响，具有承接性。任何一次测量不准确，都会影响下一道工序的操作，导致废品的增加和成本的上升。其次，与测量的定义相对应，测量系统的概念已不再仅仅局限于测量所涉及的量具，而是扩展到了用来对被测特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件及操作人员的集合，是获得测量结果的整个过程。

传统上，人们从不同的角度对测量系统进行了多种分类，如线性系统和非线性系统，连续系统和离散系统，数字系统和模拟系统以及静态系统和动态系统，开环系统和闭环系统，可修复系统和不可修复系统等。也可从结构的角度将测量系统进行分类。这里结构主要指测量系统的功能结构/信号结构/空间结构/自动化结构等。从方便特性分析的角度，将测量系统分为计量型测量系统和计数型测量系统。

尽管测量系统的类型很多，但它们都是为了实现测量功能，也就具有相同之处，即有共同的特性指标和可靠性指标。比较典型且有普遍意义的性能指标有：分辨率、偏差、重复性、再现性、稳定性和线性等。

典型的可靠性指标有可靠性参数R(t)和系统的平均无故障时间MTBF，其定义是

      f(t)为失效概率密度函数

现有的资料中，还没有将测量不确定度列入测量系统质量的评价指标。也没有用测量不确定度的理论来研究测量系统的动态特性。

3. 测量系统的分析方法

对测量系统分析的目的是为了尽可能了解影响测量系统变化的来源，这些来源可以影响测量系统产生的规律和结果。

对于测量系统特性指标的分析，主要采用统计分析的方法。对计量型测量系统，主要用独立样本法、图表法、极差法、方差分析法等。对计数型测量系统主要采用小样法和大样法进行分析。

对于测量系统的可靠性指标的分析通常采用的方法有：故障树分析法，故障模式、影响及危害性分析法，潜在状态分析法，共因故障分析法，初步危险分析法，权衡分析法和寿命周期费用分析等。

什么是最优的测量系统分析方法，不同类型的测量系统采用什么样的分析方法最优，以及测量系统的性能指标和可靠性指标的关联和变化规律仍然是需要深入研究的。用测量不确定度理论来评价测量系统的特性，可以弥补传统测量系统分析方法中将性能指标分析和可靠性指标分析方法分离研究的不足。同时，用不确定度理论来动态的研究测量系统的统计特性将会更加科学和有效。

4.        结束语

通过对测量系统的分析来评价测量系统的质量，用现代测量不确定度理论，动态地研究测量系统不确定度变化的规律，并将测量系统的性能指标和可靠性指标联系起来研究，寻找它们之间的关系和规律性。同时，针对不同类型的测量系统寻找最优的分析方法，是值得我们深入研究的课题。随着对测量系统的测量质量和效率要求的不断升高，最大限度地满足降低测量成本的要求。关于测量系统的分析方法的研究将成为计量学和管理学研究的重要方向。

                 参 考 文 献

[1] 刘智敏.不确定度及其实践 中国标准出版社，2000.

Anton F P Van Putten.IOPPublishing Ltd,1996