測(cè)量系統(tǒng)及其分析方法綜述與分析MSA

1.引言

用系統(tǒng)的方法研究測(cè)量過(guò)程，通過(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的分析來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性是十分有意義的。在美國(guó)，通用、福特和克萊斯勒三大著名的汽車公司聯(lián)合制定推行的“QS9000標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的分析提出了具體的要求和簡(jiǎn)潔實(shí)用的指南，但只適用于汽車業(yè)評(píng)定供應(yīng)商，具有一定的局限性。在ISO相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中也提到過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的控制，其強(qiáng)調(diào)的是測(cè)量過(guò)程（果），沒(méi)有直接提出對(duì)測(cè)量系統(tǒng)（因）動(dòng)態(tài)性能的要求，具有一定的不完整性。而對(duì)于與測(cè)量系統(tǒng)有重要關(guān)系的不確定度的研究和應(yīng)用，目前還停留在靜態(tài)的水平，還沒(méi)有形成動(dòng)態(tài)地研究測(cè)量不確定度的完善理論。美國(guó)海軍航空系統(tǒng)指揮中心（NAVAIR）立項(xiàng)研究系統(tǒng)的可持續(xù)維護(hù)計(jì)劃，得到世界的關(guān)注。在國(guó)內(nèi)，有關(guān)測(cè)量系統(tǒng)分析和動(dòng)態(tài)地研究不確定度才剛剛起步。基于測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，將測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，研究測(cè)量系統(tǒng)全壽命過(guò)程中的性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)變化規(guī)律，從而為組建最優(yōu)的測(cè)量系統(tǒng)，評(píng)價(jià)確認(rèn)測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量，通過(guò)預(yù)防性維護(hù)和糾正性維護(hù)計(jì)劃來(lái)提高測(cè)量系統(tǒng)的有效性和可靠性，經(jīng)濟(jì)地延長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的使用壽命提供依據(jù)。

2．測(cè)量系統(tǒng)的分類和指標(biāo)

測(cè)量是指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。這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的賦值過(guò)程，而應(yīng)看成是融合于生產(chǎn)中的一道工序，它與其他工序緊密聯(lián)系，相互影響，具有承接性。任何一次測(cè)量不準(zhǔn)確，都會(huì)影響下一道工序的操作，導(dǎo)致廢品的增加和成本的上升。其次，與測(cè)量的定義相對(duì)應(yīng)，測(cè)量系統(tǒng)的概念已不再僅僅局限于測(cè)量所涉及的量具，而是擴(kuò)展到了用來(lái)對(duì)被測(cè)特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件及操作人員的集合，是獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程。

傳統(tǒng)上，人們從不同的角度對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了多種分類，如線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)以及靜態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)，可修復(fù)系統(tǒng)和不可修復(fù)系統(tǒng)等。也可從結(jié)構(gòu)的角度將測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分類。這里結(jié)構(gòu)主要指測(cè)量系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)/信號(hào)結(jié)構(gòu)/空間結(jié)構(gòu)/自動(dòng)化結(jié)構(gòu)等。從方便特性分析的角度，將測(cè)量系統(tǒng)分為計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)。

盡管測(cè)量系統(tǒng)的類型很多，但它們都是為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能，也就具有相同之處，即有共同的特性指標(biāo)和可靠性指標(biāo)。比較典型且有普遍意義的性能指標(biāo)有：分辨率、偏差、重復(fù)性、再現(xiàn)性、穩(wěn)定性和線性等。

典型的可靠性指標(biāo)有可靠性參數(shù)R(t)和系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間MTBF，其定義是

      f(t)為失效概率密度函數(shù)

現(xiàn)有的資料中，還沒(méi)有將測(cè)量不確定度列入測(cè)量系統(tǒng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。也沒(méi)有用測(cè)量不確定度的理論來(lái)研究測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

3. 測(cè)量系統(tǒng)的分析方法

對(duì)測(cè)量系統(tǒng)分析的目的是為了盡可能了解影響測(cè)量系統(tǒng)變化的來(lái)源，這些來(lái)源可以影響測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生的規(guī)律和結(jié)果。

對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)特性指標(biāo)的分析，主要采用統(tǒng)計(jì)分析的方法。對(duì)計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)，主要用獨(dú)立樣本法、圖表法、極差法、方差分析法等。對(duì)計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)主要采用小樣法和大樣法進(jìn)行分析。

對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)的分析通常采用的方法有：故障樹(shù)分析法，故障模式、影響及危害性分析法，潛在狀態(tài)分析法，共因故障分析法，初步危險(xiǎn)分析法，權(quán)衡分析法和壽命周期費(fèi)用分析等。

什么是最優(yōu)的測(cè)量系統(tǒng)分析方法，不同類型的測(cè)量系統(tǒng)采用什么樣的分析方法最優(yōu)，以及測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)的關(guān)聯(lián)和變化規(guī)律仍然是需要深入研究的。用測(cè)量不確定度理論來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的特性，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)分析方法中將性能指標(biāo)分析和可靠性指標(biāo)分析方法分離研究的不足。同時(shí)，用不確定度理論來(lái)動(dòng)態(tài)的研究測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性將會(huì)更加科學(xué)和有效。

4.        結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的分析來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量，用現(xiàn)代測(cè)量不確定度理論，動(dòng)態(tài)地研究測(cè)量系統(tǒng)不確定度變化的規(guī)律，并將測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)研究，尋找它們之間的關(guān)系和規(guī)律性。同時(shí)，針對(duì)不同類型的測(cè)量系統(tǒng)尋找最優(yōu)的分析方法，是值得我們深入研究的課題。隨著對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量質(zhì)量和效率要求的不斷升高，最大限度地滿足降低測(cè)量成本的要求。關(guān)于測(cè)量系統(tǒng)的分析方法的研究將成為計(jì)量學(xué)和管理學(xué)研究的重要方向。

                 參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉智敏.不確定度及其實(shí)踐 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

Anton F P Van Putten.IOPPublishing Ltd,1996