李耀文

質(zhì)量控制圖在監(jiān)視直讀光譜儀檢測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性中的應(yīng)用

李耀文

(杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司高精齒輪檢測中心，杭州 311203)

DV4-1000型直讀光譜儀（美國BAIRD公司）其重要光學(xué)部件易受溫度、濕度、使用年限等因素影響，檢測數(shù)據(jù)有不同程度的波動。結(jié)合質(zhì)量管理中控制圖統(tǒng)計方法(6σ原理)和數(shù)理統(tǒng)計最小概率原理，利用在相對恒溫、恒濕的環(huán)境條件下在一段時間內(nèi)積累的數(shù)據(jù)，繪制成-R控制圖，用判異準(zhǔn)則判別直讀光譜儀是否處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

直讀光譜儀；監(jiān)視；控制圖；判異準(zhǔn)則

美國DV4-1000型光電直讀光譜儀是用于金屬材料中化學(xué)成分快速分析的先進(jìn)儀器，它具有精度高、快速、準(zhǔn)確、低耗等特點(diǎn)，但其測試結(jié)果的影響因素除了人、測量方法外，儀器本身的穩(wěn)定性也是不可忽視的。為保證儀器的穩(wěn)定性，除了按周期對其進(jìn)行校準(zhǔn)外，還應(yīng)自我監(jiān)視，有效控制其工作狀態(tài)。

控制圖是美國W.A.Shewhart于1924年提出的過程控制理論和監(jiān)控工具，是將一個過程定期收集的樣本數(shù)據(jù)按順序點(diǎn)繪而成的一種圖示技術(shù)；通過圖形方法，顯示質(zhì)量特性隨時間的波動性。以此可以監(jiān)察過程是否處于控制狀態(tài)，展示過程變異，分析和判斷是由于偶然原因還是系統(tǒng)性原因造成的質(zhì)量波動，從而提醒操作者做出準(zhǔn)確判斷并提出有效對策。任何反映產(chǎn)品或過程特性的變量（計量數(shù)據(jù)）或?qū)傩裕ㄓ嫈?shù)數(shù)據(jù)）都可以繪制控制圖，前者稱為計量型控制圖，后者都稱計數(shù)型控制圖。計量型控制圖中，一般采用兩張圖組合使用，一個用來監(jiān)控過程中心（均值）的變化，一個用于監(jiān)控過程的變異（極差或標(biāo)準(zhǔn)差）的變化。筆者采用計量型控制圖考察了DV4-1000型光電直讀光譜儀檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性[1-2]。

1 控制圖原理及基本形式

控制圖是假設(shè)分析儀器處于受控狀態(tài)時，總體分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量特性呈正態(tài)分布N(μ，σ2)。由正態(tài)分布性質(zhì)可知，質(zhì)量指標(biāo)值落在±3σ以外的概率只有0.3%。在一次實(shí)踐中超出±3σ以外的概率是不會發(fā)生的，若發(fā)生了，則說明分析儀器已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。質(zhì)量控制圖的基本形式見圖1。

圖1 控制圖的基本形式

圖1中UCL表示上控制線，通常表示工序要求的上偏差限，CL表示中心線一般指的是平均值或標(biāo)準(zhǔn)值，LCL表示下控制線，通常表示工序要求的下偏差限。

2 控制過程

(1)控制分析對象：美國DV4-1000型光電直讀光譜儀（2012年11月4日校準(zhǔn)）。

(2)環(huán)境條件：溫度(22.5±2.5)℃，相對濕度不大于70%。

(3)監(jiān)視時間：2013.03.01～2013.05.01，頻率：3次／周。

(4)核查標(biāo)準(zhǔn)：BHG 0607標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（0607-4 碳含量0.45%，S=0.002%），大冶鋼廠研制。

(5)檢測依據(jù)：GB／T 4336-2002碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法（常規(guī)法）。

(6)控制圖：采用X-R圖觀察正態(tài)分布的均值的變化，用R控制圖觀察正態(tài)分布的分散或變異情況的變化，二者聯(lián)合運(yùn)用，觀察正態(tài)分布的變化。

3 X-R控制圖繪制與分析

3.1 數(shù)據(jù)采集及參數(shù)計算

搜集一定時間內(nèi)DV4-1000型光電直讀光譜儀對BHG0607標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碳含量的檢測結(jié)果，共23組數(shù)據(jù)，見表1。

表1 BHG0607標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)碳含量試驗(yàn)數(shù)據(jù) %

極差： Ri=Ximax—Ximin

則控制圖的中心線及控制限[3-4]：

控制圖系數(shù)A2的參考值，見表2。

表2 A2參考值

R圖的中心線及控制限[3-4]：

系數(shù)D4，D3是與樣本量n有關(guān)的系數(shù)，參考值見表3。

表3 D3，D4參考值

3.2 控制圖繪制

按照UCL，CL，LCL計算值，繪制上下控制線和中心線，將表1中收集的樣本點(diǎn)平均值和極差分別在圖上打點(diǎn)，并按順序鏈接各點(diǎn)，見圖2、圖3。根據(jù)點(diǎn)子是否超越上、下控制線及點(diǎn)子的排列情況來判斷儀器是否處于正常的控制狀態(tài)。

圖2 碳含量X控制圖

圖3 碳含量R控制圖

3.3 控制圖分析

用DV4-1000光譜儀在2013.03.01至2013.05.01間每周對同一個樣品的碳含量重復(fù)測量5次，通過分析圖2、圖3可知：

(1)無任何超過控制限的點(diǎn)；

(2)無連續(xù)7點(diǎn)全在中心線之上或之下；

(3)無連續(xù)7點(diǎn)上升或下降；

(4)無任何其它明顯非隨機(jī)的圖形。

由此可以判斷，DV4-1000光譜儀整個測量過程穩(wěn)定可靠，處于受控狀態(tài)。

4 結(jié)語

(1)統(tǒng)計過程控制理論的研究雖然是從加工過程開始的，但其研究成果已被證明可廣泛適用于各種過程，如設(shè)計、管理、生產(chǎn)、服務(wù)等。美國，日本等國家早在20世紀(jì)四、五十年代就已經(jīng)在各個行業(yè)得到全面的運(yùn)用。

(2)筆者結(jié)合實(shí)際工作，將統(tǒng)計控制圖用于考察實(shí)驗(yàn)室儀器測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，可及時了解儀器的工作狀態(tài)，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

［1］ 羅旭.化學(xué)統(tǒng)計學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2001:175.

［2］ 中國質(zhì)量管理協(xié)會.全面質(zhì)量管理基本知識［M］.北京：科學(xué)出版社，1991.

［3］ 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局質(zhì)量管理司.質(zhì)量專業(yè)綜合知識(中級)下冊：統(tǒng)計過程控制［M］.北京：中國人事出版社，2003.

［4］ GB／T 4336-2002 碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法(常規(guī)法)［S］.

Application of Quality Control Chat in Monitoring the Stability of Direct Reading Spectrometer Test Data

Li Yaowen
(Inspection Center of High Precision Gear，Hangzhou Advance Gearbox Group Co., Ltd, Hangzhou 311203, China )

The important optical components of DV4-1000 direct reading spectrometer (made in United States BAIRD company) were affected by temperature，humidity, life expectancy and so on, so that its test data had fl uctuation. Combined with the graph statistic process control in quality management (6 Sigma principle) and statistical minimum probability principle, test data accumulated in a period was used to draw-R control chart, on the basis of it, judgment rule was used to judge the stability of the DV4-1000 direct reading spectrometer.

direct reading spectrometer; monitoring; control chart; judgmen rule

O631

A

1008-6145(2014)01-0080-03

聯(lián)系人：李耀文；E-mail: LYW8105@126.com

2013-11-08

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.01.023