分析用控制图在检定/校准过程控制中的应用

zlshn830

  在过程控制中，运用统计技术的控制图方法是核心。在最新版的JJF1033-2008《计量标准考核规范》C.3.1中明确提出“对于准确度较高且重要的计量标准，如有可能，建议尽量采用控制图对其测量过程进行连续和长期的统计控制。”使得采用控制图(由于校准过程数据特性一般使用X-R控制图，又称休哈特控制图)对检定/校准过程进行控制成为趋势。统计过程控制在生产制造过程中被广泛接受并运用，但在检定/校准实验室统计过程控制中运用甚少，而且应用者往往忽视了该方法使用的关键环节——分析用控制图绘制。
    在运用控制图的过程中，如果分析用控制图的绘制环节被忽视或处理不当，将达不到控制校准过程的目的。
   
一、控制图使用的关键——绘制分析用控制图
    控制图能否发挥作用，关键是分析用控制图的绘制。控制图是过程的窗口，从控制图可以看出过程处于什么状态。一个检定/校准过程开始应用控制图时不一定处于稳态，即可能存在异因。如果以这种非稳态下的参数来建立控制图，控制限的间隔将变宽；以这样的控制图来控制校准过程，将导致错误的结论。因此，一开始总需要将非稳态的过程调整到稳态，或确定过程已处于稳态，这就是分析用控制图的阶段。等到过程调整或确定到稳态后，才能延长控制图的控制限作为控制用控制图，这就是控制用控制图阶段。经计算连续25个点未出界可将过程判为稳定，要求至少考察25组数据，才可作出过程稳定的判断。许多论述中均未提及这一关键点，而是由一组监控数据的前几组计算控制限，直接绘制控制用图，用以判断校准过程是否受控，这会造成控制限过宽，无法复现理想受控状态，而达不到真正监控过程的目的。因此，在形成日常使用的控制用控制图前，需要认真绘制分析用控制图。
   
二、分析用控制图的绘制
    步骤一:取预备数据。(1)至少取25组(根据判稳准则)；(2)样本量据国标取4或5；(3)依据合理子组原则:即“组内差异只由偶因造成，组间差异主要由异因造成”。因此，在取样本组时应在过程条件保持不变时来取或在短间隔内取，以避免异因进入。
    步骤二:计算

                               
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和Ri，Ri=max{xi}-min{xi}。
    步骤三:计算总平均值

                               
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和平均样本极差

                               
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。
    步骤四:计算R图控制限并作图。
    步骤五:将预备数据在R图中打点判稳。若稳，则进行步骤六；若不稳，则分析原因，进行调整后转入步骤二重新开始。
    步骤六:计算

                               
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图控制限并作图。将预备数据在

                               
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图中打点，判稳。若稳，则进入步骤七；若不稳，则分析原因，进行调整后转入步骤二重新开始。
    步骤七:延长

                               
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控制图的控制限，作控制用控制图进行日常管理。
   
三、实际运用举例
    工业压力表的检定/校准装置一般使用频繁，标准容易发生失准，用控制图监控检定/校准过程，及时发现并纠正问题，防止长时间偏离而造成大量检定/校准数据错误，以及所带来的不合格追溯压力。
    首先，我们按下列步骤建立

                               
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控制图:
    取预备数据，然后将数据合理分成25组。选择(0～4)MPa精密压力表的2MPa点作为核查对象，型号为Y-150B、准确度等级为1.5级的不锈钢工业压力表作为核查标准，选择在精密压力表被检定合格后(确保标准的状态)，在短时间内，由熟练检定员在实验室受控环境条件多次校准2MPa点，结果如表1所示。
   

                               
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    表1  校准数据

    计算R图参数:
    当样本量n=5，查表得:D3=0、D4=2.114，代入公式，得到
   

                               
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    值得注意的是

                               
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控制图的绘制顺序，如果先作

                               
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图，则由于这时R图还未判稳，

                               
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的数据不可用，故不可行。如果先作R图，则由于R图中只有

                               
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一个数据可行。故作

                               
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控制图应倒过来作，先作R图，R图判稳后，再作

                               
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图。若R图未判稳，则不能开始作

                               
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图。
    由图1发现第20组数据过程极差失控，分析原因是测量过程由于疏忽将压力值加过至3.6MPa后减压至2MPa处，引入回程误差造成去除该组数据重新计算R图参数:
   

                               
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  UCL′R=0.0088
    CL′R=0.0042  LCL′R=0
   

                               
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    图1

    可见R图判稳(见图2)，故接着利用剩余的24组数据建立

                               
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图，当样本量n=5，查表得:A2=0.577，代入公式，得到:

                               
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    图2

        发现第8组数据过程均值失控(见图3)，经检查分析，是由于校验台有轻微泄漏，该组数据读数较慢而引起的。紧固校验台解决其泄漏问题，去除8组数据再重新计算R图和

                               
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图参数:
   

                               
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  UCL″R=0.0087
    CL′R=0.0041  LCL′R=0
   

                               
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    图3

    可见R图判稳(见图4)，于是计算

                               
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图参数如下:
   

                               
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  UCL″X=2.0024
    CL″X=2.0000  LCL″X=1.9976
   

                               
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    图4

    可见

                               
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判稳(见图5)，由判稳准则可知过程的波动和均值均处于稳态。由于依据检定规程的要求配备标准及环境条件，因此可以不作过程能力判断，延长控制线作为控制用控制图界限使用。
   

                               
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    图5

四、结束语
    在短时间内，作了25组(每组样本量为5)数据，在作分析用控制图的过程中，的确碰到了过程极差失控和过程均值失控的情况，经过原因分析，将异因及失控数据排除，最后剩余数据判稳并延长使用，作为以后控制用控制图的判异控制限。可见，分析用控制图在调整过程稳定缩小控制范围方面起着关键性的作用，如被忽视或处理不当，将造成控制方法失效甚至无法正常使用。处理好分析用控制图的绘制，结合核查标准及核查时间的科学选择，再合理运用过程判异准则对控制用控制图进行分析，过程控制方法在检定/校准过程的控制中一定能够取得理想的效果。