第八講（jiǎng）  體係的監視

中（zhōng）國計量測（cè）試學會秘書長  趙若江（jiāng）

　　標（biāo）準8.2.4條中的監視對象是指（zhǐ）測量管理體係所涉及的過程，具（jù）體（tǐ）地說包（bāo）括計量確認過程和測量過程。過程監視的目的是通過監視來（lái）考核評（píng）價過程是（shì）否能實現策劃的（de）結果，能否達（dá）到規定（dìng）要求的能力，其最終目的是確保產品的符合性、達到顧客滿（mǎn）意。
　　監視計量確認過程和測（cè）量過（guò）程本身也是一個（gè）過程，其輸入是通過過（guò）程監視的策劃，確定過程監視的需（xū）求、哪些過程需要監視，以（yǐ）及有何要求；其輸出是過程監（jiān）視的結果，及其結果存在的問題所采取（qǔ）糾正措施的有（yǒu）效性；其過程的活動是過程監視的策（cè）劃，確定監視手段或監視裝置進行監視；取得監（jiān）視的結果或數據（jù），進行（háng）過（guò）程能力評價；提出存在的問（wèn）題，製定和實施糾正預（yù）防措施（shī）；實施跟蹤和驗證，進行統計分析；評價過程監視的有效性（xìng），做好記錄（lù），實施改進（jìn）。    

　　一、監視的概念

　　1.監視過程的概念和範圍
　　必須理解過程的廣義性，過程是輸入轉（zhuǎn）化為輸出的活動，可以對計量確（què）認和測量過程（chéng）的活（huó）動進行監視（shì），對過程的（de）結果（guǒ）進行監視。2003年版標準關於監（jiān）視的概念，實質上已經有所擴大，它包括定量也可以定性地進行，監視可（kě）以用測量裝（zhuāng）置，也可用監視裝（zhuāng）置(如圖視監控器)，還（hái）可以用相（xiàng）應的管理手段。在ISO10012:2003標準的所有過程中，都應研究每一過程有哪些監視要求，采用什（shí）麽方法和手段，如何實施控製；並把這（zhè）一環節（jiē）作為實施PDCA循（xún）環中檢查、處置的重要內容，以（yǐ）加（jiā）強對過程的（de）控製，確保體係實施的有效（xiào）性。

　　2.過程監視的輸出
　　應該說過（guò）程監視的輸出是監視其測量結果（guǒ）、測量設備和測量數據，所以過程監視的結果最（zuì）終是過程的符合性，可見過程監視的輸出要落實到過程的有（yǒu）效性和糾正措（cuò）施的（de）有效性上去，要注重效果，注重後續工作，以過程輸（shū）出是否達到目標要求進（jìn）行衡量。

　　3.體係（xì）監（jiān）視（shì）的重點（diǎn）是計（jì）量確認和測（cè）量過程（chéng）
　　主（zhǔ）要注重對計量確認過程和測量過程的監視。計量（liàng）確認過程的監視與測量過程監視方式不一樣。主要是監視（shì）的對象不同，一個是對測量過程，一個是對測量設備。測量過程的監視是監視其過程的（de）能力，測量設（shè）備的監視是監視測量設備特性，兩者具有明顯的區別。如熱處理加工過程中，用測量裝（zhuāng）置對退火爐溫度控製進行監視屬於過程監視，因為它（tā）的目的在（zài）於對退火過程溫度的（de）控製（zhì），是確保其過程符合規（guī）定的能力（lì），但（dàn）退火過程完成後對退火零件進行硬度試（shì）驗中對硬度計（jì）的監視，這屬於測量設備的（de）監視。過程的監視中包括了測量設備的監視，這二者是一致的。監視本身也是一個過程（chéng），其輸入（rù）主要（yào）是計量確認和測量（liàng）過程策劃所確（què）定的計量（liàng）要求和計量特（tè）性，當然還包括各種資源；其輸出是（shì）在實現計量確認和測量過程中進行有效控製的監（jiān）視結（jié）果；其活動是進行（háng）監視的（de）策劃，確定監視（shì）點，確定計量特性和（hé）計量要求，確定監視方法，製定接收準（zhǔn）則和驗收規範。配備相應的監視和測量裝置，確定經授權的驗證人（rén）員，實施監視，獲得監視結果，保持（chí）符（fú）合接收準則的證據（jù）記錄，控製測量過程，滿足顧客要求，對（duì）不合格過（guò）程、設備進行控製和數據分析，對監視和測量（liàng）裝置實施管理（lǐ）和控製，確保量值（zhí）的準確一致及評價的有效性，實施持續改進（jìn）。    

　　二、職責分配

　　監（jiān）視在工業企業（yè）中是一（yī）項十分重要的過程，因為測量過（guò）程是否在確認間隔有效期內一直（zhí）能保證處於滿足計量要求的控製（zhì）限內將通過對其的監視，即統計控製及其分析來確定。監視過程主要（yào）的責任部門是計量職能（néng）部門。
　　計量職能部門負責監視的歸口管理、監視和測量裝置的管理和控製。
　　計量技術部門負責編製計量要求和計量特性要求及其監視規範（fàn）、驗收準則，確定監視點（diǎn）、監視項目（mù）和方法。
　　供應部門（mén）負責監視裝置的購置和（hé）提供（gòng）。
　　測量部（bù）門負責提交（jiāo）測量過程的監視數據，並提出放行及（jí）放行（háng）的需求報（bào）告。
　　人力資源部門（mén）負（fù）責監視人員的培訓。    

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　　三、測量過程監視中核查標準的（de）應用

　　1.核查標準(check standard)的定義
　　在《國際通用（yòng）計量學基本（běn）術語（yǔ）》(VIM:1993)中對“核查標準（zhǔn）”給出的定義（yì）是:用於確保日常測量工作（zuò）正確進行的工作標準稱（chēng）為核查標（biāo）準。在GB/T19022.2-2000/ISO10012-2:1997標準中對“核查標（biāo）準”給出的定義是:為了對某個測量過程進行控製（zhì），通過對該過程的（de）測量（liàng）來收集數據（jù）所使用（yòng）的測量設備、產品或其（qí）他物體。上述兩個“核查（chá）標準”的（de）定義在表述上（shàng）有（yǒu）所不同，但是在本質上（shàng）是一致的，都（dōu）強調了“核（hé）查標準”的功能是用於對測量過（guò）程實施有效監視。

　　2.核查標準的概念（niàn）
　　通過對上述定義的分析，我們可以得到關於“核查標準”的一個完整的概念:核查標準是與通過受控測量過程進行測量的被（bèi）測物相（xiàng）似的某種裝置。人們通過對預期穩定的核查標準進行定期（qī）的測量，並繪製數據（jù）控製圖來獲得一個（gè）或多個測量不確定度的A類估算。當（dāng）某個核查標準的測（cè）量平均值（zhí）與先前確認的標（biāo）準值不（bú）同時，人們應該（gāi）懷（huái）疑這個測量過程已經存在明（míng）顯的偏（piān）移，並應通過檢驗來強調這個偏移（yí）十分嚴重。對這種檢驗應該已有統計檢驗方法。必要時，應消除或補償任何（hé）偏移。此外，核查標準也（yě）不（bú）一定是單個物體，例如兩個標準之間的差值（zhí），在被限定的特殊情況下，可作為核（hé）查標準使用。因此，核查標準的定義（yì）應建立在盡可能廣的範圍（wéi）內（nèi）。
　　應用核查標準控製和監視測量過程的原理與生產過程的統計控製原（yuán）理類似。在過程控製中必須建立（lì）一個反饋控製（zhì）係統，測量過程控製的反饋控製係統如圖1所示。
    

圖1  測量過程控製原理圖

　　用核查標（biāo）準（zhǔn）不斷地監視受控的測量過程，將核查的數（shù）據建成數據庫，並采用（yòng）控製圖來分析和檢驗測量過程（chéng）是否受控（kòng）。如（rú）果發現超出了（le）規定的控製範圍，則應對測量過程采取相應的糾正措施，直至測量（liàng）過程（chéng）返回到控製範圍之內，從而（ér）達到監控測量過程的目的。

　　3.用核查標準（zhǔn）實施控製和監視的優越性
　　在（zài）一般要求（qiú）的情況下，即對測量準確度要求（qiú）不高（gāo）的場合，計量確（què）認（rèn）已足以滿足保證測量結果（guǒ）準確、可靠的要求。但是，在對準確度要求比較高、過程比較複雜、結果比較重要的測量過程（chéng）的管理中，僅僅采取計量確認的方法是（shì）不能完（wán）全滿足質量保（bǎo）證的要求的。隻有聯合采用計量確（què）認（rèn）和測量過程的（de）控製方（fāng）法，才能確保測量過程（chéng）的測量不確定度持續地控製在規定的允許範圍之內。

　　計量確（què）認還（hái）存在（zài）一些不足之處，主要表現在以下幾個（gè）方麵:
　　 (1)在兩次校準的間隔期間不能完全（quán）保證測（cè）量設備的誤差不變。雖然多數測量設備是（shì）能夠保證其（qí）質量的（de），但不可避免地會發生偶然故障（zhàng）或由於預（yù）想不（bú）到的因素使（shǐ）測量設備準確度下降，有時，這種變化並不明顯且不（bú）易被察覺。如（rú）果繼續使用這樣的設備進行測量，將使測量結果的質量失去保證。

　　(2)實施計量確（què）認（rèn）通常是把測量設備從使用單位送到計量（liàng）檢定校準實驗（yàn）室校準。在正常情況下，返回的測量（liàng）設備（bèi）是正常的，但是不可（kě）避免地會因為運輸過程中的振（zhèn）動等原因（yīn），設備（bèi）返回後計（jì）量性能發生了變（biàn）化，引起（qǐ）了失準。使用該設備（bèi）進行測量（liàng）就會（huì）產（chǎn）生錯誤的結果（guǒ）。

　　(3)雖然在設（shè）計測量（liàng）過（guò）程時，對測量（liàng）過程的各項要素進行了研究和考核（hé），例如測量設備必須有（yǒu）確認（rèn）證書，人員必須培訓考核，有形成文件的測量程序，對環境（jìng）條件中的重要影響量（liàng）實施控製和記錄等。但是，在實際測量（liàng）過程中由於測量係統的連接不當、人員操作失誤、環境（jìng）條（tiáo）件（jiàn）失控等原因（yīn），將使測量（liàng）結果（guǒ）的誤差產生較大變化。即使使用（yòng）準確度很高的測量設備也可能得出不準確的測量結果。

　　應用核查保（bǎo）證實（shí）施（shī）測量過程控製和監視的優點在於:
　　(1)通過經常性的核查考驗及時發現測量過程的變化，無論這種變化是由於隨機誤差的增加還是係統誤差（chà）的增加（jiā）所引起的，也無論是突然變化還是逐漸出現（xiàn）的緩慢變化。一旦發現問題可隨時采取糾正措施，從（cóng）而實（shí）時（shí）地控製測量過程，使之（zhī）保持在（zài）規定的要求之內，使測量過程處於長期連續的質量控製之中。

　　(2)應用核查保證能定量估計（jì）測量過程（chéng）的測量（liàng）不確定度，從而（ér）可以報告測量結（jié）果的總體不確定度，以（yǐ）滿足需要確切了解測量結果不確定（dìng）度（dù）的顧客的要求。
　　但是，需要說明的是，測（cè）量過程控製的優越（yuè）性是以多次、連續的核查為代價的（de）。這就（jiù）意味著（zhe）不僅僅是比較高的技術要求，而且還（hái）增加（jiā）了工作量，提高了測量成本。因此，要根據實際情況決定（dìng）是否采取測量過程控製（zhì）和監視的方法，以及（jí）測量過程控製和監視的程度。選擇的原則取決於適宜性、經濟性、風險（xiǎn）與成本的比較等因素。

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　　4.標準（zhǔn）的應用方法
　　將核（hé）查標準應用於測量過程的控（kòng）製大致（zhì）包括下列步驟:選擇核查標準；選擇（zé）核查方案；選擇控（kòng）製圖；確定過程參數；實施過程控製；采取糾正措施等。核查標準應用的工作流程，如圖2所示。
    

    圖2  應用核查標準實施過程控（kòng）製的流程圖

　　(1)選擇核查標（biāo）準
　　①核查標準是與通過受控測量過程進行測量（liàng）的被測物相似的某種裝置。因此，核查標準必須根據受控測量過程中需要控製的量的計量要求來選取。核查標準所體現的量及其量程（chéng）應與測量（liàng）過程所測的量相一致。
　　②為了準確監（jiān）測（cè）測量（liàng）過程的變化，核查標準必（bì）須具有良好的穩定性（xìng）。如果穩定性不好，雖然監測（cè）到了測量（liàng）過程的變化量，但很難判（pàn）斷是測量過程引起的還是核查標準引起的，因而達不到監視測量過程變化的目的。
　　③核查標準應通（tōng）過獨立於受控測量過程的另（lìng）一個過程來（lái）測（cè）量或校準，這個過（guò）程比所要控製的過程更精密。

　　(2)方案的要求
　　①根據測量過程的特點建立數學模型（xíng），明確數據處理（lǐ）和統計分析方法，建立（lì）核查數據庫。
　　②核查方案應形成程序文件，內容應包括測量原理方框圖、測量（liàng）的數學模型、測量不確定度評定、核查方法、核（hé）查間隔以及相（xiàng）關的技術規範（fàn）或標準等。    

　　四、控製圖（tú）的繪製方法及種（zhǒng）類

　　1.圖的概念
　　控製圖是對過程質量（liàng）加以測定、記錄並（bìng）進（jìn）行極值（zhí）管理的一種用統計方法設計的圖。圖上有中心線(CL)、上控（kòng）製限(UCL)和下控製限(LCL)，並（bìng）有（yǒu）按時間順序抽取的樣本統（tǒng）計量數值的描點序列(如圖3所（suǒ）示)。UCL、CL、LCL統稱為控製限。若控製圖中的描點落在UCL和（hé）LCL之外，或描點在UCL和LCL之間的排列不隨機，則表示過程出現了異常。
    

    圖3  均值（zhí）控製（zhì）圖

　　在統計過程控製中，控製圖是核心工具（jù）。
　　2.圖的類型
　　常規控製圖（tú）主要（yào）有兩種類型:計（jì）量控製圖和計數控製圖。計（jì）量數據是指對考察組中每一個單位產品的特性值的數值大小進行測量與記錄所得到的（de）觀察值，例如以米表示的長度（dù）、以歐姆表示的電阻等（děng）。計量控製圖代表了控製圖對過程（chéng）控製的典型應用。在計量控製圖中常用的（de）類型包括均值控製圖、極差控（kòng）製圖和標準偏差控製圖（tú）。
　　①均值控製圖
　　均值控製圖主（zhǔ）要用於觀察測量結果的平均值的變化情況。為了（le）最有（yǒu）效地控製測量過程（chéng），核查結果的數據應（yīng）該是幾次觀（guān）察值的平（píng）均值，大多數情況下用3～5次觀察值進行平均。核查時將每（měi）組核查n次，以n次的平（píng）均值畫在控製（zhì）圖上(如圖4所示)。從圖4可見，測量觀察的平均值在t時發生了突變，說明測量觀（guān）察（chá）失去控製，引（yǐn）入（rù）了新的係統誤差。
    

    圖4  控製圖示例

　　②極差控製圖
　　極差控製圖主要用於觀察測量結果的分散情況，即測量結果的波動（dòng）情況。每組測量值（zhí）的最大值（zhí）和最小值之差稱為極值，用R表示。這種控製圖又稱為（wéi）R控製圖。當每次核查所觀察的（de）次數比較少時，用（yòng）極差控製圖比（bǐ）較有效和方便(如圖5所（suǒ）示)。
    

    圖（tú）5  極差控製圖

　　③標（biāo）準偏差控製圖
　　標準偏差（chà）控（kòng）製（zhì）圖主要用於觀察測（cè）量過程隨機誤差的分散情（qíng）況，由每次核查的有限次過（guò）程的數據列，可（kě）計算得到組內標準偏差，通常用表示，並畫在控製圖上。該控製圖又稱為S控製圖。它適用於過程次數比較多的（de）情況，當過（guò）程（chéng）次數超過12次以（yǐ）上，標準偏（piān）差控製圖是（shì）一種非常有效的方法(如圖6所示)。
    

    圖6  標準偏差控製圖

　　從圖6可見，在t時間（jiān）前，測量過程的（de）標準偏差在控製極限（xiàn）以內，說明（míng）測量過程的（de）隨（suí）機誤（wù）差沒有（yǒu）明顯的變化，但是從t時起,測量過程的標準偏差明顯增大，由於隨機誤差增大而使測量過程失去控製。當測量次數較少時，計算標準偏差有困難，所以不適宜用S控製圖，而（ér）宜用極值控製圖。
　　④均（jun1）值-極差控製圖(控製圖)
　　均值控製（zhì）圖主要用於（yú）觀察測（cè）量結果平均值的變化情（qíng）況，極差控（kòng）製（zhì）圖主要用於（yú）觀察測量結果的（de）分散情況，將二（èr）者聯合（hé）運用，可以觀察測量結果的變化。
　　⑤均值-標準偏差控（kòng）製圖(控製圖)
　　控製圖與控製圖相似，隻是用標準偏差控製圖代替極差控製圖。因為子組極差R的計算比子組標（biāo）準偏差的計算簡單，所（suǒ）以R圖（tú）得到了廣泛應用。但是，當子組測量次數大於10次時，極差對數據的（de）利用率大為下降，需要應用標（biāo）準偏差圖代替極差圖。由於計算機應用的普及，現在標準偏差（chà）的計算（suàn）已不困難，故控製圖的應用越來越廣泛（fàn）。

　　3.控製圖的應用方法
　　①確定控製極限。控製限是（shì）判（pàn）斷測量（liàng）過程是否存在異常情（qíng）況的準則。在測量過程控製中，上、下控製限與中心線相距3倍標準差，在大多數情況下是適宜（yí）的。如果有充分資料證明其（qí）他控製限更適（shì）合，也可以使用其他控製限。
　　②繪製控製圖。以縱坐標為（wéi）核查值，以橫坐標為時間，用虛線表示控製極限，以實線表示測量觀察的基線(如（rú）上述控製圖所示)。
　　③確定每一個子組核查時對核查標準的測量次數(n)。通（tōng）常n取3～5。用受控的測量過程（chéng）對核查標準進行n次測量，將測量結果按選定的控製圖的要求進行平（píng）均值（zhí）、極差或標準偏差的計算，並將（jiāng）計算結（jié）果繪製在相（xiàng）應的控製圖上。如果核查數據落在預先規定的控製限之內，表明測量（liàng）過程處於統計控製狀態，否則，就是測量過程（chéng）失控。通過對測量過程的“組內核查”可以考核測量（liàng）過程的短期（qī）穩定性。
　　④確定核查標準的測量頻次。核查標（biāo）準的（de）測量（liàng）頻次取（qǔ）決於:控製的量值；保證的程度和測量不確定度的嚴格程度，目的是（shì）充分暴露測（cè）量過程中各種影響量的變化。由核查標準測量頻次，可以確定兩次校準間隔(例如1年)的核查組(次)數m，通常m為6～24(半個月到（dào）2個月測量（liàng）1次)。通過對測量過程按一定頻次的“組間核查（chá）”，可以考核（hé）測量過程的長期穩定性和可靠性。