What is MSA
MSA’s full name is “Measurement System Analysis”. Before you do any measurement, we have to confirm that we can measurement correct and repeatable result base on current method, process, equipment and sample. Thus, this kind of evaluation procedure for measurement be called MSA. So called system, because MSA cover all of process of measurement including sample preparing, operation, device and correction. We have to consider all of factor that can impact measurement result in MSA. In this article, we will introduce Turness, Precision and Resolution and five measurement error from MSA definition.
什麼是MSA?
MSA全名是量測系統分析，在我們做任何的量測前，我們必須了解量測工具、量測過程、操作者以及被測物，是否可以量測出”準確”以及”穩定”的結果，這個評估的過程就是MSA。之所以稱作系統，則是因為這個MSA涵蓋了整個量測的過程，從樣品準備、操作過程、操作員、量測設備、校正，所有會影響量測結果的因素都是MSA所關心的。在這篇文章中，我們將會介紹評價量具的三個指標準度、精度及解析度，接下來會說明MSA中的五大分析。
準度(Turness)與精度(Precision)
既然量測系統的準確跟穩定是我們所關心的，那我們就要先介紹兩個專有名詞為準度(Turness)、精度(Precision)他的定義如下圖(ISO 5725)，由下圖。
準度(Turness)：由大量測試結果得到的平均數與接受參照值間的一致程度。
精度(Precision)：在規定條件下，獨立測試結果間的一致程度。
精準度(Accuracy)：測試結果與接受參照值間的一致程度，由準度(Turness)與精度(Precision)組成。
其實英文與中、在準度Turness都有些混用以及混肴不清的狀況。以下是我整理的用詞表，依我的實務經驗中，2、4、6是在大陸、美國、台灣常用的。
| 1 | ISO 5725 | Turness | Precision | Accuracy |
| 2 | Common technical definition | Accuracy | Precision | – |
| 3 | Other Word | Bias | Repeatability | – |
| 4 | GB/T 6379-2004 | 正確度 | 精密度 | 準確度 |
| 5 | GB/T 14911-2008 | 準確度 | 精密度 | – |
| 6 | 台灣常用 | 準度 | 精度、精密度、重複精度 | 精準度 |
講完了準度與精度的概念，那又跟量測系統有什麼關係?當我們在使用量具時，多次重複量測同一個被測物時，每次得到的數值會不同，這個數值間的變化程度，我們稱作量具的變異性又稱為量具的”精度”。另外，在我們使用量具前，會使用標準件校準量具，量具量測出來與標準件的差異，即為量具的準度。
分辨率(Resolution)
分辨率也是量具上的一個重要性質，分辨率指的是量具上的最小讀數，依經驗法則來說，我們會要求是待測物變化程度的1/10。不是量具領域的人常會跟精度搞混，但這兩個是完全不同的東西，用一個比喻，你是一個投手，每次有沒有投在同一個位置叫做精度，整體有沒有投對位置叫準度，分辦率就是那顆球的大小。
MSA定義的五種量測誤差
了解完準度、精度的概念，在MSA中從這兩個大類又可以分為五個小類。準度誤差有分為三種，偏倚(Bias)、穩定度(Stability) 、線性(Linearity)，精度則分為兩種，再現性(Repeatability)、再生性(Reproducibility)，以下我們分別解釋各個項目，另外在準度的三種誤差的研究中，我們是需要標準件來協助我們分析，此外再現性與再生性，我們也合稱為Gage R&R。
- 偏倚(Bias) ：量測值與基準值的差異程度，偏倚愈小的精度愈好。例如：我用尺量一個10mm的標準件得到10.1mm，偏倚就是10.1-10=0.1mm。
- 穩定度(Stability) ：經過一段時間後偏倚的變化程度，變化程度愈小穩定度愈好。例如：每經過一個月我用尺量一個10mm的標準件，連續量了3個月，得到了10.1, 9.05, 10.11，穩定度就是在+0.11~-0.05之間。
- 線性(Linearity)：我們希望在不同量程上的偏倚是一致的，可以使我們在精度的校正上更容易，若不一致代表偏倚會隨著量程而變化並放大，換句話說，量程與偏倚有線性關係時是我們不樂見。線性的例子：我用尺分別量測5mm, 10mm, 15mm的標準件得到5.010, 10.009,15.011，由數據可以看到，在不同的長度下，得到的偏倚都很接近，那我可以說不同的長度跟偏倚沒有線性關係，是一個好的量測系統。
- 再現性：量測機台本身所產生的變異。
- 再生性：操作員與量測手法所產生的變異。
Gage R&R 再生性與再現性
Gage R&R是使用統計方法將量測系統變異分離為機器部分的變異以及機器之外的變異，並稱之為再現性與再生性。透過這樣的方法我們可以了解到一個量測系統的變異是來自於什麼因素，如果再現性差我們可以針對機器改進。如果是再生性差則針對操作過程與操作員做訓練。他的分析是透過統計的計算，利用所謂的因子分析，來分離出不同的因素，實際的過程與分析我們再專文介紹。
結論
綜合我們上面所討論，將MSA整理成以下重點。
- MSA是研究量測過程可能會影響量測結果的過程
- 量具在MSA中有三個重要性質：精度、準度、解析度。
- 精度分為機器部分的再現性，以及機器以外的再生性，又稱為Gage R&R，可以透過因子分析，分離不同的變異。
- 準度透過標準塊校準與分析，分為偏倚、穩定性、線性，準度。
- 精度、準度、五種誤差的定義是重點。
