問：為什麼需要考慮測量不确定度？

答：當報告物理量的測量結果時，應對測量結果的質量給出定量的說明，以便使用者能評價其可靠程度。 如果沒有這樣的說明，測量結果之間不能進行比較，測量結果與标準或規範中給定的參考值之間也不能進行比較。所以必須要有一個便于實現、容易理解和公認的方法來表征測量結果的質量，也就是要評定和表示其測量不确定度。

1：什麼是測量不确定度？

在ISO 指南 99:2007《國際計量學詞彙 基礎和通用概念及相 關術語》(縮寫 VIM)中，對測量不确定度的定義如下：

利用可獲得的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負參數。

在傳統的定義中也可以認為是, 由測量結果給出的被測量的估計值中可能存在的誤差的度量; 表征被測量的真值所處的量值範圍的估計。

以下與不确定度相關的概念也經常在VDA5中碰到。

标準不确定度：以标準差表示的測量不确定度。

不确定度的A類評定：對在規定測量條件下測得的量值用統計分析的方法進行的測量不确定度分量的評定。

不确定度的B類評定：用不同于測量不确定度 A 類評定的方法對測量不确定度分量進行的評定。

合成标準不确定度：由在一個測量模型中各輸入量的标準測量不确定度獲得的輸出量的标準測量不确定度。

擴展不确定度：合成标準測量不确定度與一個大于 1 的數字因子的乘積。

2:測量不确定度的曆史是怎樣的？

正如國際單位制(SI)在全世界的普遍使用已經與所有科學和技術測量相結合一樣，全世界對測量不确定度的評定和表示方法取得共識，給出易于理解和有恰當釋義的規則，将會對科學、工程技術、商 貿、工業中大量的測量結果具有極為重要的意義。在市場全球化的時代，在全世界統一不确定度的評定和表示方法勢在必行，以便使不同國家進行的測量可以容易地相互比較。

由于國際上對測量不确定度的表示缺乏一緻的意見，國際最高計量權威機構——國際計量委員會 (CIPM)于 1977 年要求國際計量局(BIPM)與各國家标準實驗室協調解決這一問題，并制定出一份建 議書。

BIPM 召集了一次會議，其目的是為了對不确定度規定 一個統一的能被大家所接受的評定和表示方法; 會議成 立的不确定度聲明工作組起草了一份建議書 INC-1(1980)《實驗不确定度的表示》

INC-1(1980)建議書《實驗不确定度的表示》

(1) 測量結果的不确定度通常包含若幹個分量，根據其數值的評估方法不同分為兩類:

A 類:用統計方法評定的分量;

B 類:用其他方法評定的分量。

A 類和 B 類不确定度與以前所用的“随機”和“系統”不确定度之間并不總是存在簡單的對應關系。

“系統不确定度”這個術語容易引起誤解，應該避免使用。 任何有關不确定度的詳細報告應該有一個完整的分量明細表，對每個分量應該說明其數值的獲得方法。

(2) A 類分量用估計方差 si2(或估計标準差 si)及自由度v i 表征。适當時，應該給出協方差。

(3) B 類分量應該用 uj2 表征。可以認為 uj2 是假設存在的相應方差的近似。可以像方差那樣處理 uj2，并像标準差那樣去處理 uj。适當時，也應該以同樣方法給出協方差。

(4) 合成不确定度應該采用常用的方差合成方法得到的數值表征。合成不确定度及其分量應該用 “标準差”的形式表示。

(5) 對于特殊應用，有必要用合成不确定度乘以一個因子獲得總不确定度，并且必須聲明被乘因子。

CIPM 于 1981 年 批準了該建議書，并于 1986 年再次肯定了該建議書 。

CIPM 委托國際标準化組織(ISO)來編制一個詳細的指導性文件,因為 ISO 能更好地反映工業和商業各界的廣泛 需要; ISO 指定其所屬的計量技術顧問組(TAG 4)來承擔此項任務, 在 TAG 4 工作組中，還有與 ISO 在這一領域有共同興趣的 6 個國際組織: 國際電工委員會(IEC)(它是 ISO 在全球标準化方面的合作夥伴)，國際計量委員會(CIPM)，國際法 制計量組織(OIML)，國際理論化學和應用化學聯合會(IUPAC)，國際理論物理和應用物理聯合會 (IUPAP)，國際臨床化學聯合會(IFCC)。

BIPM、IEC、IFCC、ISO、IUPAC、IUPAP 和 OIML 1993 發布的GUM:1993 并于 1995 年勘誤重印的《測量不确定度表示指南》(GUM:1995)。

GUM 建立了測量不确定度評定和表示的通用規則，适用于廣泛的測量領域。GUM 基于 CIPM 的 建議書 CI-1981 和不确定度聲明工作組的建議書 INC-1(1980)。該工作組是 BIPM 應 CIPM 的要求成立的。

不同測量領域的實驗室目前已形成用于評價測量結果質量的測量不确定度方法，包括建立測量模型，計算A/B兩類測量不确定度，計算合成測量不确定度，計算擴展不确定度。但就象GUM中說明的那樣，通常隻有明确了無窮多的信息，被測量真實值才能被定義出來，故所有的模型都僅僅是基于現有可利用知識建立的模型。

CIPM 建議書是唯一被政府間國際組織采用的關于測量不确定度表示的建議

3:總結

以福特和通用汽車為代表的汽車行業在質量控制領域提出用統計的方法，對測量過程中的變異來源進行分析，最有名的就是目前大家所熟知的GR&R研究，這種研究是基于誤差理論，評估測量過程的随機誤差，從測量不确定的角度來講，這隻是不确定度A類評定方法的具體實踐，在GR&R的研究中，将測量的随機誤差與過程變差或公差的百分比計算出來，提出測量過程的能力的概念，強調觀測測量值的變差中由于測量過程所導緻的變差是否可以忽略不計。

雖然在汽車行業MSA的分析方法應用非常普遍，但仍然有兩個重要問題沒有解決，一是進行MSA分析時，沒有考慮零件特征值内部的變差，另一個是MSA研究時，對環境溫度對測量特征值的變差沒有精确的評估。

在2010年第二版VDA5中，一方面滿足GUM的要求，評估在測量條件下的各種"現實"的測量不确定度分量，同時将MSA分析出來的測量誤差做為測量不确定度的分量集成在最終的合成不确定度中，并将擴展測量不确定度與測量要求相關的公差相比較，計算測量系統能力和測量過程能力。在ISO22514-7中，同樣參照了VDA5:2010的做法，考慮測量過程中所有已知的不确定度分量。在ISO14253中也提出需要評估測量不确定度，以判斷産品合格的公差區域範圍。已經有越來越多的汽車主機廠開始重視基于測量不确定度評價的測量過程能力評估方法了。

随着工業大數據時代的來臨，對數據質量的評價将會變得越來越重要，測量不确定度的分量分析及評價對于提高數據質量必将有更多的實際意義。

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