分析用控制图在检定/校准过程控制中的应用

分析用控制图在检定/校准过程控制中的应用



    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:计算和Ri，Ri=max{xi}-min{xi}。
    步骤三:计算总平均值和平均样本极差。
    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:计算图控制限并作图。将预备数据在图中打点，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。
   

    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
   
    值得注意的是控制图的绘制顺序，如果先作图，则由于这时R图还未判稳，的数据不可用，故不可行。如果先作R图，则由于R图中只有一个数据可行。故作控制图应倒过来作，先作R图，R图判稳后，再作图。若R图未判稳，则不能开始作图。
    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:
      UCL′R=0.0088
    CL′R=0.0042  LCL′R=0
   

    图1

    可见R图判稳(见图2)，故接着利用剩余的24组数据建立图，当样本量n=5，查表得:A2=0.577，代入公式，得到:
   

    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图和图参数:
      UCL″R=0.0087
    CL′R=0.0041  LCL′R=0
   

    图3

    可见R图判稳(见图4)，于是计算图参数如下:
      UCL″X=2.0024
    CL″X=2.0000  LCL″X=1.9976
   

    图4

    可见判稳(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。
   

    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。

控制图原理介绍的清楚，示例有借鉴作用。

分析用控制图在检定/校准过程控制中的应用可以借鉴的，我有控制图国标规范电子版，可以发给有需要的同仁；）

控制图的出现是用在生产上的。是控制产品的。上述分析不知所云。

1033宣贯材料中貌似有相关章节

　　控制图(又称休哈特控制图)不仅仅是控制产品的，更是控制过程的。控制图用于对测量过程的控制，能判断并提供测量过程中是否存在异常因素的信息，以便于查明产生异常的原因，并采取措施使测量过程重新处于统计控制状态。
　　计量检定/校准过程是使用计量标准对被检测量设备计量特性进行测量的一种测量过程。使用控制图控制计量检定/校准过程，自然也是一种非常有效的控制方法。所以JJF1033-2008的C.3条专门介绍了控制图在计量检定/校准过程中的应用。C.3.1条还特别指出“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”。我认为楼主的帖子就是对JJF1033的C.3条的解读和应用，讲的非常清楚也非常有实际参考价值，值得推崇和借鉴。
　　对楼主帖子，我的修改和补充建议如下：
　　1.所谓“分析用控制图”可以解读为对检定/校准过程“控制图的设计”，所谓“控制用控制图”可以解读为“控制图的使用”。楼主重点介绍了检定/校准过程控制图的设计方法和注意事项。控制图的设计重点是确定控制图的三条控制限，即中心线CL、上控制线UCL、下控制线LCL。设计好的控制图如果用于实际检定/校准过程控制，只需要把时间坐标轴延长即可。
　　2.控制图设计时需要通过重复性试验获得“预备数据”。楼主关于获得预备数据的“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；……”应修改为“步骤一　取预备数据：(1)至少取20组，实际工作中最好取25组，以确保即使出现个别子组异常而被剔除时，仍可保持多于20组；(2)每个子组测量的次数取为5；……”。
　　3.核查标准选择原则应该是相对于被核查的计量标准而言是稳定的。因此，楼主案例中把“(0～4)MPa精密压力表……作为核查对象”，选择“准确度等级为1.5级的不锈钢工业压力表作为核查标准”就有点不妥。至于选择的核查标准准确度等级高低其实并不重要，哪怕是报废的压力表都可以，关键是核查标准的稳定性一定要优于被核查的精密压力表稳定性。这个核查标准将被永久妥善保存，不再挪作他用。
　　4.相邻两次核查的时间间隔（简称核查周期）应该给予规定。由于计量标准的检定周期是12个月，因此建议核查周期定为1个月，或者2个月、3个月，最长不要超过3个月。核查周期的期长一旦确定，就必须严格执行，按期核查。超过一天未核查，就应该以“测量过程超期使用”判定该计量检定/校准过程失控，责令计量室停止该项计量检定/校准工作。这种处理测量过程超期使用的方法有点与处理计量器具超期使用的方法类似。

4楼的，控制图分分析用控制图和控制用控制图，虽然最初用于生产管理，但检测机构也可以拿来做统计分析啊，比如期间核查，用这个同样能达到目标，不过要求更高。