破坏性试验测量系统分析方法

1.什么是MSA1.1 测量系统：指被测试特性赋值的操作、程序、量具、设备、软件及操作人员的集合，是用来获得测量结果的整个过程。

1.2 量具：指任何用来获得测量结果的装置，包括用来测量合格或不合格的装置。

1.3 测量系统的分辨率：测量系统检出并如实指示被测特性中极小变化的能力（也称为分辨力）。

特别提醒：单独一个测量仪器不是测量系统，如一把卡尺、一台电子称等。

2.测量系统的作用2.1 评估测量系统误差的大小，是否能被客户接受。

2.2 评估测量系统的稳定性，随着时间的推移，变异是否受控。

2.3 评估测量系统的偏倚值是否能被客户接受。

2.4 评估几种不同测量系统的优劣。

通过MSA评估，找到测量系统改善的着力点，确定是进行人员培训，还是调整测量方法或调整仪器。

第一份X-R图显示过程正常，分辨力0.001，第二份X-R图显示过程不正常，分辨力0.01。

虽然这是针对同一制程，但是为什么会有这么大的差异呢？从以上数据来看，第二份控制图的测量系统分辨力太低，导致虚发报警。

因此可以推断出，做SPC的前提是MSA必须合格，虚发报警导致成本过高。

3.MSA评估的仪器和责任人员3.1 测量系统一般由仪校人员或品质部的负责人来主导，由参与检测或试验人员来测量，以提供测量数值。

不可以由品质部领导或仪校人员来测量和提供数值，需要特别注意的是：测量人员不可知道自己上次测量结果和别人测量结果，要保证盲测。

MSA要识别的误差是测量人员、设备、环境、方法、标准值导致的误差，品质部领导和仪校人员一般不亲自测量产品，所以分析他们的测量数据基本没有价值。

3.2 MSA分析的范围来自控制计划所有的测量系统，包括计量性、计数性。

3.3 破坏性的测量系统现在一般不做分析，除非客户有特殊要求，如盐雾试验测量系统。

特别提醒：MSA分析的包括控制计划中所有测量系统，而不仅仅是测量特殊特性的测量系统。

4.MSA专业术语解释4.1 准确度（Accuracy）准确度或称偏移（BIAS），是指测量值与相对真值之间的差异。

破坏性试验，也称为强制降解试验（stressing test），它是在人为设定的特殊条件下，如酸、碱、氧化、高温、光照等，引起药物的降解，通过对降解产物的测定，验证检测方法的可行性，分析药物可能的降解途径和降解机制。

每项破坏性试验通常包括以下内容：酸降解一般采用0.1mol/L－1mol/L盐酸或硫酸；碱降解采用0.1mol/L－1mol/L的氢氧化钠溶液；氧化降解采用合适的过氧化氢溶液。

以上三种试验，为了加快反应或者提高降解强度，必要时可以加热或提高浓度；高温试验通常温度高于加速试验温度的10℃，如50℃、60℃等，对于原料药有时需考虑水溶液或混悬液的降解，或者考虑在不同的pH值条件下的降解；光照试验条件可采用4500LX。

破坏性试验的具体条件，与具体药物密切相关，需结合具体药物的特点，选择合适的条件，使药物有一定量的降解，并对可能的降解途径和降解机制进行分析，保证实验的意义。

药物经强力破坏产生的降解产物通常采用色谱法测定，需结合药物和可能降解产物的理化性质，选择不同的色谱方法（HPLC、GC、TLC）或检测器，有时可采用不同分离机理的色谱系统。

下面以HPLC法分析降解产物为例，说明在进行破坏性试验时的关注点和存在的问题：1、在选定的破坏条件下，药物应有一定量的降解。

虽然不是每一种破坏性条件都使药物产生降解产物，但一般情况下，很少有一种化合物对每一种破坏性试验条件都稳定，因此，可以通过试验，选择合适的条件，如提高酸、碱、氧化的浓度或者通过加热等，使药物降解。

对于采用HPLC法测定降解产物时，以主成分计算，一般降解10%左右。

应采用有效的方法对降解产物进行检测，关注测定的回收量，通常应达到90%左右，证明检测方法的有效性。

对于破坏性试验时降解量较大的降解产物，建议结合稳定性研究中加速试验和长期试验的具体杂质数据，参考ICH对新原料药中杂质的规定（每日服用最大剂量不超过2克时，鉴定阈值为0.10%；每日服用最大剂量超过2克时，鉴定阈值为0.05%。

破坏性试验(也称为强制降解试验)破坏性试验，也称为强制降解试验（stressing test），它是在人为设定的特殊条件下，如酸、碱、氧化、高温、光照等，引起药物的降解，通过对降解产物的测定，验证检测方法的可行性，分析药物可能的降解途径和降解机制。

每项破坏性试验通常包括以下内容：酸降解一般采用0.1mol/L－1mol/L 盐酸或硫酸；碱降解采用0.1mol/L－1mol/L的氢氧化钠溶液；氧化降解采用合适的过氧化氢溶液。

以上三种试验，为了加快反应或者提高降解强度，必要时可以加热或提高浓度；高温试验通常温度高于加速试验温度的10℃，如50℃、60℃等，对于原料药有时需考虑水溶液或混悬液的降解，或者考虑在不同的pH值条件下的降解；光照试验条件可采用4500LX。

破坏性试验的具体条件，与具体药物密切相关，需结合具体药物的特点，选择合适的条件，使药物有一定量的降解，并对可能的降解途径和降解机制进行分析，保证实验的意义。

药物经强力破坏产生的降解产物通常采用色谱法测定，需结合药物和可能降解产物的理化性质，选择不同的色谱方法（HPLC、GC、TLC）或检测器，有时可采用不同分离机理的色谱系统。

下面以HPLC法分析降解产物为例，说明在进行破坏性试验时的关注点和存在的问题：1、在选定的破坏条件下，药物应有一定量的降解。

虽然不是每一种破坏性条件都使药物产生降解产物，但一般情况下，很少有一种化合物对每一种破坏性试验条件都稳定，因此，可以通过试验，选择合适的条件，如提高酸、碱、氧化的浓度或者通过加热等，使药物降解。

对于采用HPLC法测定降解产物时，以主成分计算，一般降解10%左右。

应采用有效的方法对降解产物进行检测，关注测定的回收量，通常应达到90%左右，证明检测方法的有效性。

对于破坏性试验时降解量较大的降解产物，建议结合稳定性研究中加速试验和长期试验的具体杂质数据，参考ICH对新原料药中杂质的规定（每日服用最大剂量不超过2克时，鉴定阈值为0.10%；每日服用最大剂量超过2克时，鉴定阈值为0.05%。

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破坏性试验的测量系统分析
所谓破坏性试验的测量系统分析是指在测取数据的同时，部件遭到破坏，如强度试验或使用寿命试验等。

这时，对部件多次重复测量是不可能的，我们需要采取其他办法进行测量系统分析。

普通的测量系统分析采用的是可以重复测量的测量员与部件见的交叉（crossed）结构，而破坏性试验不可能交叉，因而它在统计分析中采用的是测量员与部件间的嵌套（nested）结构。

这两者间的区别，显示如下图：
测量系统分析的数据结构类型
由于重复测量的不可能实现，破坏性试验下的测量系统分析中就没有“重复性”误差的分量“再现性”误差的含义也有相应变化。

实际工作中最常使用的分析方法是，认为同批次内部件间的差异可以忽略不计，采用同一批次中的多个部件当作单个部件来用。

例如，在传统的MSA中，我们选择S个部件，R个操作者，每个操作者重复测试T次的方法评价测量系统的波动。

在这些操作中，共进行了RST次测量操作，操作者与部件是交叉关系。

在破坏性试验的情况下，我们就选SR个批次（假设同一批次的输出结果是在相同的条件下产生的），从每批选取T个部件，用这些部件替代在非破坏性试验情况下的那一个部件的重复测量作用，这时可以近似得到重复性误差，但批次不可能太大，因此要求一批次部件仅供一个操作者使用。

该方法同样适用于不可重复性试验的测量系统分析。

量具R&R 研究（交叉）：摘要：每次测量过程结果时都会发现某些变异。

产生这样的变异的变异源有两个：一是任何按照过程制造的部件都会存在差别，二是任何测量方法都不是完美无缺的?因此，重复测量同一部件不一定会产生同样的测量结果。

使用量具R&R 可以确定测量产生的变异性中哪一部分是由测量系统本身引起的。

测量系统变异性包括由量具本身和操作员之间的变异性引起的变异。

此方法适用于非破坏性试验。

当满足下列假定条件时它也可用于进行破坏性实验：（1）同一批内的所有部件都极为相似，以至于可以认为是同一种部件；（2）所有操作员都测量同一批部件。

可使用方差分析法、均值和R 法进行交叉量具R&R 研究。

其中使用均值和R法时计算更为简单，而方差分析法则更为准确。

在进行量具R&R 研究时，测量应按随机顺序进行，所选部件在可能的响应范围内提供了代表性样本，这一点非常重要。

1.1.1 数据说明选择了十个表示过程变异预期极差的部件。

由三名操作员按照随机顺序测量每个部件的厚度，每个部件测量两次。

1.1.2 方差分析法与均值-R 法的比较由于利用控制图进行计算比较简单，因而首先产生了均值-R 法。

但是，在某些方面方差分析法更为准确：（1）利用方差分析法可以研究操作员和部件之间会产生哪些交互作用，而均值-R 法却不同。

（2）利用方差分析法所用的方差分量对变异性进行的估计比使用均值-R 法的极差进行估计更准确。

1.1.3 量具R&R 的破坏性实验量具R&R 研究的主要目的之一是要查看同一个操作员或多个操作员对同一个部件的重复测量结果是否相似。

如果要进行破坏性实验，则无法进行重复测量。

要对破坏性测试应用Minitab 的量具R&R 研究，则需要假定某些部件“完全相同”，可视为同一个部件。

如果假定是合理的，则可将同一批产品中的部件当作同一个部件。

如果上述情形满足该条件，则可以根据部件具体的测试方法选择使用交叉量具R&R 研究或嵌套量具R&R 研究。

破坏性试验测量系统分析方法前些日子，我在回复一个坛友关于破坏性测量系统分析的相关问题时作了简单的答复，现重新整理了一下，单独作为一个主题发表，就算是抛砖引玉吧！希望大家踊跃发言，积极参与讨论！MSA手册（第三版）中，关于破坏性测量系统分析的内容作为复杂测量系统中的一种只在第四章中作了简单的介绍，而没有像简单测量系统分析一样有比较详尽的解释。

因此，当我们进行破坏性测量系统分析时往往无所适从。

根据手册的要求，破坏性测量系统分析一般要做稳定性分析和变异性分析。

稳定性分析可分为S3和S4两种情况。

S3是从稳定过程中的大量样本，S4是分割样本（一般），每次采用单一样本。

变异性分析可分为V3和V4两种情况。

V3是分割样本(m=2)，V4是分割样本（一般）。

大家可以根据取样的具体情况选取相应的分析方法。

下面，我结合大家用得较多的拉力试验机测量系统分析对从稳定过程中进行大量取样的S3分析法作一个简要介绍。

一、分析方案：根据拉力试验机的特点，一般是从稳定的过程中进行大量取样。

因此，对拉力试验机进行测量系统分析时，一般只要采用S3分析法进行稳定性分析，而不必做变异性分析。

考虑到用拉力试验机进行检测时对样本的破坏性，一般要化费较高的成本，故推荐用需要较少样本的单值移动极差图进行分析。

二、取样问题：从稳定过程中进行大量取样时，要求过程是受控的，而要判断过程是否受控，可进行过程能力分析，方法就不用我多说了吧。

问题在于，进行过程能力分析必须要由可靠的测量系统来保证，这也正是进行测量系统分析的目的所在。

这就产生了循环论证的问题。

怎么解决呢？其实，MSA手册（第三版）中对此也作了解释。

先看看手册147页中的这段话：“通过对n≥30个零件的能力研究，以确定总变差（这种初步研究也应该被用来验证样本的一致性，即所有零件（样本）来自单边形式的分布）”。

也就是说，在进行破坏性测量系统分析的时候，我们先假定测量系统是可靠的（或者使用原有的经过验证的可靠的测量系统），并对过程能力进行初步研究，以保证样本的一致性。

测量系统分析(M S A)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March测量系统分析（MSA）1目的和范围规范测量系统分析，明确实施方法、步骤及对数据的处理、分析。

2规范性引用文件无3定义3.1测量系统：用来对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。

3.2稳定性：是测量系统在某持续时间内测量同一基准或零件的单一特性时获得的测量值总变差。

稳定性是整个时间的偏倚的变化。

3.3分辨率：为测量仪器能够读取的最小测量单位。

别名：最小读数单位、刻度限度、或探测度、分辨力；要求低于过程变差或允许偏差（tolerance）的十分之一。

Minitab中常用的分辨率指标：可区分的类别数ndc=(零件的标准偏差/ 总的量具偏差)* ，一般要求它大于等于5才可接受，10以上更理想。

3.4过程总波动TV=6σ。

σ——过程总的标准差3.5准确性（准确度）：测量的平均值是否偏离了真值，一般通过量具计量鉴定或校准来保证。

3.5.1真值：理论正确值，又称为：参考值。

3.5.2偏倚：是指对相同零件上同一特性的观测平均值与真值的差异。

%偏倚=偏倚的平均绝对值/TV。

3.5.3线性：在测量设备预期的工作量程内，偏倚值的差值。

用线性度、线性百分率表示。

3.6精确性（精密度）：测量数据的波动。

测量系统分析的重点，包括：重复性和再现性3.6.1重复性：是由一个评价人，采用一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时获得的测量值变差。

重复性又被称为设备波动（equipment variation，EV）。

3.6.2再现性：是由不同的评价人，采用相同的测量仪器，测量同一零件的同一特性时测量平均值的变差。

再现性又被称为“评价人之间”的波动（appraiser waration，AV）。