揚(yáng)子石油化工有限公司計(jì)量中心站  李理

　　在過(guò)程控制中，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)的控制圖方法是核心。在最新版的JJF1033-2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》C.3.1中明確提出“對(duì)于準(zhǔn)確度較高且重要的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，如有可能，建議盡量采用控制圖對(duì)其測(cè)量過(guò)程進(jìn)行連續(xù)和長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)控制。”使得采用控制圖(由于校準(zhǔn)過(guò)程數(shù)據(jù)特性一般使用X-R控制圖，又稱休哈特控制圖)對(duì)檢定/校準(zhǔn)過(guò)程進(jìn)行控制成為趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制在生產(chǎn)制造過(guò)程中被廣泛接受并運(yùn)用，但在檢定/校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制中運(yùn)用甚少，而且應(yīng)用者往往忽視了該方法使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——分析用控制圖繪制。

　　在運(yùn)用控制圖的過(guò)程中，如果分析用控制圖的繪制環(huán)節(jié)被忽視或處理不當(dāng)，將達(dá)不到控制校準(zhǔn)過(guò)程的目的。    

　　一、控制圖使用的關(guān)鍵——繪制分析用控制圖

　　控制圖能否發(fā)揮作用，關(guān)鍵是分析用控制圖的繪制?？刂茍D是過(guò)程的窗口，從控制圖可以看出過(guò)程處于什么狀態(tài)。一個(gè)檢定/校準(zhǔn)過(guò)程開始應(yīng)用控制圖時(shí)不一定處于穩(wěn)態(tài)，即可能存在異因。如果以這種非穩(wěn)態(tài)下的參數(shù)來(lái)建立控制圖，控制限的間隔將變寬；以這樣的控制圖來(lái)控制校準(zhǔn)過(guò)程，將導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，一開始總需要將非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程調(diào)整到穩(wěn)態(tài)，或確定過(guò)程已處于穩(wěn)態(tài)，這就是分析用控制圖的階段。等到過(guò)程調(diào)整或確定到穩(wěn)態(tài)后，才能延長(zhǎng)控制圖的控制限作為控制用控制圖，這就是控制用控制圖階段。經(jīng)計(jì)算連續(xù)25個(gè)點(diǎn)未出界可將過(guò)程判為穩(wěn)定，要求至少考察25組數(shù)據(jù)，才可作出過(guò)程穩(wěn)定的判斷。許多論述中均未提及這一關(guān)鍵點(diǎn)，而是由一組監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的前幾組計(jì)算控制限，直接繪制控制用圖，用以判斷校準(zhǔn)過(guò)程是否受控，這會(huì)造成控制限過(guò)寬，無(wú)法復(fù)現(xiàn)理想受控狀態(tài)，而達(dá)不到真正監(jiān)控過(guò)程的目的。因此，在形成日常使用的控制用控制圖前，需要認(rèn)真繪制分析用控制圖。    

　　二、分析用控制圖的繪制

　　步驟一:取預(yù)備數(shù)據(jù)。(1)至少取25組(根據(jù)判穩(wěn)準(zhǔn)則)；(2)樣本量據(jù)國(guó)標(biāo)取4或5；(3)依據(jù)合理子組原則:即“組內(nèi)差異只由偶因造成，組間差異主要由異因造成”。因此，在取樣本組時(shí)應(yīng)在過(guò)程條件保持不變時(shí)來(lái)取或在短間隔內(nèi)取，以避免異因進(jìn)入。
　　步驟二:計(jì)算和R_i，R_i=max{x_i}-min{x_i}。
　　步驟三:計(jì)算總平均值和平均樣本極差。
　　步驟四:計(jì)算R圖控制限并作圖。
　　步驟五:將預(yù)備數(shù)據(jù)在R圖中打點(diǎn)判穩(wěn)。若穩(wěn)，則進(jìn)行步驟六；若不穩(wěn)，則分析原因，進(jìn)行調(diào)整后轉(zhuǎn)入步驟二重新開始。
　　步驟六:計(jì)算圖控制限并作圖。將預(yù)備數(shù)據(jù)在圖中打點(diǎn)，判穩(wěn)。若穩(wěn)，則進(jìn)入步驟七；若不穩(wěn)，則分析原因，進(jìn)行調(diào)整后轉(zhuǎn)入步驟二重新開始。
　　步驟七:延長(zhǎng)控制圖的控制限，作控制用控制圖進(jìn)行日常管理。    

　　三、實(shí)際運(yùn)用舉例

　　工業(yè)壓力表的檢定/校準(zhǔn)裝置一般使用頻繁，標(biāo)準(zhǔn)容易發(fā)生失準(zhǔn)，用控制圖監(jiān)控檢定/校準(zhǔn)過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正問(wèn)題，防止長(zhǎng)時(shí)間偏離而造成大量檢定/校準(zhǔn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，以及所帶來(lái)的不合格追溯壓力。
　　首先，我們按下列步驟建立控制圖:
　　取預(yù)備數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)合理分成25組。選擇(0～4)MPa精密壓力表的2MPa點(diǎn)作為核查對(duì)象，型號(hào)為Y-150B、準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)的不銹鋼工業(yè)壓力表作為核查標(biāo)準(zhǔn)，選擇在精密壓力表被檢定合格后(確保標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài))，在短時(shí)間內(nèi)，由熟練檢定員在實(shí)驗(yàn)室受控環(huán)境條件多次校準(zhǔn)2MPa點(diǎn)，結(jié)果如表1所示。
    

表1  校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

　　計(jì)算R圖參數(shù):
　　當(dāng)樣本量n=5，查表得:D₃=0、D₄=2.114，代入公式，得到
    
　　值得注意的是控制圖的繪制順序，如果先作圖，則由于這時(shí)R圖還未判穩(wěn)，的數(shù)據(jù)不可用，故不可行。如果先作R圖，則由于R圖中只有一個(gè)數(shù)據(jù)可行。故作控制圖應(yīng)倒過(guò)來(lái)作，先作R圖，R圖判穩(wěn)后，再作圖。若R圖未判穩(wěn)，則不能開始作圖。

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　　由圖1發(fā)現(xiàn)第20組數(shù)據(jù)過(guò)程極差失控，分析原因是測(cè)量過(guò)程由于疏忽將壓力值加過(guò)至3.6MPa后減壓至2MPa處，引入回程誤差造成去除該組數(shù)據(jù)重新計(jì)算R圖參數(shù):
      UCL′_R=0.0088
    CL′_R=0.0042  LCL′_R=0
    

 圖1

　　可見R圖判穩(wěn)(見圖2)，故接著利用剩余的24組數(shù)據(jù)建立圖，當(dāng)樣本量n=5，查表得:A₂=0.577，代入公式，得到:
    

圖2

　　發(fā)現(xiàn)第8組數(shù)據(jù)過(guò)程均值失控(見圖3)，經(jīng)檢查分析，是由于校驗(yàn)臺(tái)有輕微泄漏，該組數(shù)據(jù)讀數(shù)較慢而引起的。緊固校驗(yàn)臺(tái)解決其泄漏問(wèn)題，去除8組數(shù)據(jù)再重新計(jì)算R圖和圖參數(shù):
      UCL″_R=0.0087
    CL′_R=0.0041  LCL′_R=0
    

 圖3

　　可見R圖判穩(wěn)(見圖4)，于是計(jì)算圖參數(shù)如下:
      UCL″_X=2.0024
    CL″_X=2.0000  LCL″_X=1.9976
    

 圖4

　　可見判穩(wěn)(見圖5)，由判穩(wěn)準(zhǔn)則可知過(guò)程的波動(dòng)和均值均處于穩(wěn)態(tài)。由于依據(jù)檢定規(guī)程的要求配備標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境條件，因此可以不作過(guò)程能力判斷，延長(zhǎng)控制線作為控制用控制圖界限使用。
    

 圖5    

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　在短時(shí)間內(nèi)，作了25組(每組樣本量為5)數(shù)據(jù)，在作分析用控制圖的過(guò)程中，的確碰到了過(guò)程極差失控和過(guò)程均值失控的情況，經(jīng)過(guò)原因分析，將異因及失控?cái)?shù)據(jù)排除，最后剩余數(shù)據(jù)判穩(wěn)并延長(zhǎng)使用，作為以后控制用控制圖的判異控制限?？梢姡治鲇每刂茍D在調(diào)整過(guò)程穩(wěn)定縮小控制范圍方面起著關(guān)鍵性的作用，如被忽視或處理不當(dāng)，將造成控制方法失效甚至無(wú)法正常使用。處理好分析用控制圖的繪制，結(jié)合核查標(biāo)準(zhǔn)及核查時(shí)間的科學(xué)選擇，再合理運(yùn)用過(guò)程判異準(zhǔn)則對(duì)控制用控制圖進(jìn)行分析，過(guò)程控制方法在檢定/校準(zhǔn)過(guò)程的控制中一定能夠取得理想的效果。