第八講  體系的監視

中國計量測試學(xué)會(huì )秘書(shū)長(cháng)  趙若江

　　標準8.2.4條中的監視對象是指測量管理體系所涉及的過(guò)程，具體地說(shuō)包括計量確認過(guò)程和測量過(guò)程。過(guò)程監視的目的是通過(guò)監視來(lái)考核評價(jià)過(guò)程是否能實(shí)現策劃的結果，能否達到規定要求的能力，其最終目的是確保產(chǎn)品的符合性、達到顧客滿(mǎn)意。
　　監視計量確認過(guò)程和測量過(guò)程本身也是一個(gè)過(guò)程，其輸入是通過(guò)過(guò)程監視的策劃，確定過(guò)程監視的需求、哪些過(guò)程需要監視，以及有何要求；其輸出是過(guò)程監視的結果，及其結果存在的問(wèn)題所采取糾正措施的有效性；其過(guò)程的活動(dòng)是過(guò)程監視的策劃，確定監視手段或監視裝置進(jìn)行監視；取得監視的結果或數據，進(jìn)行過(guò)程能力評價(jià)；提出存在的問(wèn)題，制定和實(shí)施糾正預防措施；實(shí)施跟蹤和驗證，進(jìn)行統計分析；評價(jià)過(guò)程監視的有效性，做好記錄，實(shí)施改進(jìn)。    

　　一、監視的概念

　　1.監視過(guò)程的概念和范圍
　　必須理解過(guò)程的廣義性，過(guò)程是輸入轉化為輸出的活動(dòng)，可以對計量確認和測量過(guò)程的活動(dòng)進(jìn)行監視，對過(guò)程的結果進(jìn)行監視。2003年版標準關(guān)于監視的概念，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)有所擴大，它包括定量也可以定性地進(jìn)行，監視可以用測量裝置，也可用監視裝置(如圖視監控器)，還可以用相應的管理手段。在ISO10012:2003標準的所有過(guò)程中，都應研究每一過(guò)程有哪些監視要求，采用什么方法和手段，如何實(shí)施控制；并把這一環(huán)節作為實(shí)施PDCA循環(huán)中檢查、處置的重要內容，以加強對過(guò)程的控制，確保體系實(shí)施的有效性。

　　2.過(guò)程監視的輸出
　　應該說(shuō)過(guò)程監視的輸出是監視其測量結果、測量設備和測量數據，所以過(guò)程監視的結果最終是過(guò)程的符合性，可見(jiàn)過(guò)程監視的輸出要落實(shí)到過(guò)程的有效性和糾正措施的有效性上去，要注重效果，注重后續工作，以過(guò)程輸出是否達到目標要求進(jìn)行衡量。

　　3.體系監視的重點(diǎn)是計量確認和測量過(guò)程
　　主要注重對計量確認過(guò)程和測量過(guò)程的監視。計量確認過(guò)程的監視與測量過(guò)程監視方式不一樣。主要是監視的對象不同，一個(gè)是對測量過(guò)程，一個(gè)是對測量設備。測量過(guò)程的監視是監視其過(guò)程的能力，測量設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(guò)程中，用測量裝置對退火爐溫度控制進(jìn)行監視屬于過(guò)程監視，因為它的目的在于對退火過(guò)程溫度的控制，是確保其過(guò)程符合規定的能力，但退火過(guò)程完成后對退火零件進(jìn)行硬度試驗中對硬度計的監視，這屬于測量設備的監視。過(guò)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(gè)過(guò)程，其輸入主要是計量確認和測量過(guò)程策劃所確定的計量要求和計量特性，當然還包括各種資源；其輸出是在實(shí)現計量確認和測量過(guò)程中進(jìn)行有效控制的監視結果；其活動(dòng)是進(jìn)行監視的策劃，確定監視點(diǎn)，確定計量特性和計量要求，確定監視方法，制定接收準則和驗收規范。配備相應的監視和測量裝置，確定經(jīng)授權的驗證人員，實(shí)施監視，獲得監視結果，保持符合接收準則的證據記錄，控制測量過(guò)程，滿(mǎn)足顧客要求，對不合格過(guò)程、設備進(jìn)行控制和數據分析，對監視和測量裝置實(shí)施管理和控制，確保量值的準確一致及評價(jià)的有效性，實(shí)施持續改進(jìn)。    

　　二、職責分配

　　監視在工業(yè)企業(yè)中是一項十分重要的過(guò)程，因為測量過(guò)程是否在確認間隔有效期內一直能保證處于滿(mǎn)足計量要求的控制限內將通過(guò)對其的監視，即統計控制及其分析來(lái)確定。監視過(guò)程主要的責任部門(mén)是計量職能部門(mén)。
　　計量職能部門(mén)負責監視的歸口管理、監視和測量裝置的管理和控制。
　　計量技術(shù)部門(mén)負責編制計量要求和計量特性要求及其監視規范、驗收準則，確定監視點(diǎn)、監視項目和方法。
　　供應部門(mén)負責監視裝置的購置和提供。
　　測量部門(mén)負責提交測量過(guò)程的監視數據，并提出放行及放行的需求報告。
　　人力資源部門(mén)負責監視人員的培訓。    

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　　三、測量過(guò)程監視中核查標準的應用

　　1.核查標準(check standard)的定義
　　在《國際通用計量學(xué)基本術(shù)語(yǔ)》(VIM:1993)中對“核查標準”給出的定義是:用于確保日常測量工作正確進(jìn)行的工作標準稱(chēng)為核查標準。在GB/T19022.2-2000/ISO10012-2:1997標準中對“核查標準”給出的定義是:為了對某個(gè)測量過(guò)程進(jìn)行控制，通過(guò)對該過(guò)程的測量來(lái)收集數據所使用的測量設備、產(chǎn)品或其他物體。上述兩個(gè)“核查標準”的定義在表述上有所不同，但是在本質(zhì)上是一致的，都強調了“核查標準”的功能是用于對測量過(guò)程實(shí)施有效監視。

　　2.核查標準的概念
　　通過(guò)對上述定義的分析，我們可以得到關(guān)于“核查標準”的一個(gè)完整的概念:核查標準是與通過(guò)受控測量過(guò)程進(jìn)行測量的被測物相似的某種裝置。人們通過(guò)對預期穩定的核查標準進(jìn)行定期的測量，并繪制數據控制圖來(lái)獲得一個(gè)或多個(gè)測量不確定度的A類(lèi)估算。當某個(gè)核查標準的測量平均值與先前確認的標準值不同時(shí)，人們應該懷疑這個(gè)測量過(guò)程已經(jīng)存在明顯的偏移，并應通過(guò)檢驗來(lái)強調這個(gè)偏移十分嚴重。對這種檢驗應該已有統計檢驗方法。必要時(shí)，應消除或補償任何偏移。此外，核查標準也不一定是單個(gè)物體，例如兩個(gè)標準之間的差值，在被限定的特殊情況下，可作為核查標準使用。因此，核查標準的定義應建立在盡可能廣的范圍內。
　　應用核查標準控制和監視測量過(guò)程的原理與生產(chǎn)過(guò)程的統計控制原理類(lèi)似。在過(guò)程控制中必須建立一個(gè)反饋控制系統，測量過(guò)程控制的反饋控制系統如圖1所示。
    

圖1  測量過(guò)程控制原理圖

　　用核查標準不斷地監視受控的測量過(guò)程，將核查的數據建成數據庫，并采用控制圖來(lái)分析和檢驗測量過(guò)程是否受控。如果發(fā)現超出了規定的控制范圍，則應對測量過(guò)程采取相應的糾正措施，直至測量過(guò)程返回到控制范圍之內，從而達到監控測量過(guò)程的目的。

　　3.用核查標準實(shí)施控制和監視的優(yōu)越性
　　在一般要求的情況下，即對測量準確度要求不高的場(chǎng)合，計量確認已足以滿(mǎn)足保證測量結果準確、可靠的要求。但是，在對準確度要求比較高、過(guò)程比較復雜、結果比較重要的測量過(guò)程的管理中，僅僅采取計量確認的方法是不能完全滿(mǎn)足質(zhì)量保證的要求的。只有聯(lián)合采用計量確認和測量過(guò)程的控制方法，才能確保測量過(guò)程的測量不確定度持續地控制在規定的允許范圍之內。

　　計量確認還存在一些不足之處，主要表現在以下幾個(gè)方面:
　　 (1)在兩次校準的間隔期間不能完全保證測量設備的誤差不變。雖然多數測量設備是能夠保證其質(zhì)量的，但不可避免地會(huì )發(fā)生偶然故障或由于預想不到的因素使測量設備準確度下降，有時(shí)，這種變化并不明顯且不易被察覺(jué)。如果繼續使用這樣的設備進(jìn)行測量，將使測量結果的質(zhì)量失去保證。

　　(2)實(shí)施計量確認通常是把測量設備從使用單位送到計量檢定校準實(shí)驗室校準。在正常情況下，返回的測量設備是正常的，但是不可避免地會(huì )因為運輸過(guò)程中的振動(dòng)等原因，設備返回后計量性能發(fā)生了變化，引起了失準。使用該設備進(jìn)行測量就會(huì )產(chǎn)生錯誤的結果。

　　(3)雖然在設計測量過(guò)程時(shí)，對測量過(guò)程的各項要素進(jìn)行了研究和考核，例如測量設備必須有確認證書(shū)，人員必須培訓考核，有形成文件的測量程序，對環(huán)境條件中的重要影響量實(shí)施控制和記錄等。但是，在實(shí)際測量過(guò)程中由于測量系統的連接不當、人員操作失誤、環(huán)境條件失控等原因，將使測量結果的誤差產(chǎn)生較大變化。即使使用準確度很高的測量設備也可能得出不準確的測量結果。

　　應用核查保證實(shí)施測量過(guò)程控制和監視的優(yōu)點(diǎn)在于:
　　(1)通過(guò)經(jīng)常性的核查考驗及時(shí)發(fā)現測量過(guò)程的變化，無(wú)論這種變化是由于隨機誤差的增加還是系統誤差的增加所引起的，也無(wú)論是突然變化還是逐漸出現的緩慢變化。一旦發(fā)現問(wèn)題可隨時(shí)采取糾正措施，從而實(shí)時(shí)地控制測量過(guò)程，使之保持在規定的要求之內，使測量過(guò)程處于長(cháng)期連續的質(zhì)量控制之中。

　　(2)應用核查保證能定量估計測量過(guò)程的測量不確定度，從而可以報告測量結果的總體不確定度，以滿(mǎn)足需要確切了解測量結果不確定度的顧客的要求。
　　但是，需要說(shuō)明的是，測量過(guò)程控制的優(yōu)越性是以多次、連續的核查為代價(jià)的。這就意味著(zhù)不僅僅是比較高的技術(shù)要求，而且還增加了工作量，提高了測量成本。因此，要根據實(shí)際情況決定是否采取測量過(guò)程控制和監視的方法，以及測量過(guò)程控制和監視的程度。選擇的原則取決于適宜性、經(jīng)濟性、風(fēng)險與成本的比較等因素。

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　　4.標準的應用方法
　　將核查標準應用于測量過(guò)程的控制大致包括下列步驟:選擇核查標準；選擇核查方案；選擇控制圖；確定過(guò)程參數；實(shí)施過(guò)程控制；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(shí)施過(guò)程控制的流程圖

　　(1)選擇核查標準
　?、俸瞬闃藴适桥c通過(guò)受控測量過(guò)程進(jìn)行測量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(guò)程中需要控制的量的計量要求來(lái)選取。核查標準所體現的量及其量程應與測量過(guò)程所測的量相一致。
　?、跒榱藴蚀_監測測量過(guò)程的變化，核查標準必須具有良好的穩定性。如果穩定性不好，雖然監測到了測量過(guò)程的變化量，但很難判斷是測量過(guò)程引起的還是核查標準引起的，因而達不到監視測量過(guò)程變化的目的。
　?、酆瞬闃藴蕬ㄟ^(guò)獨立于受控測量過(guò)程的另一個(gè)過(guò)程來(lái)測量或校準，這個(gè)過(guò)程比所要控制的過(guò)程更精密。

　　(2)方案的要求
　?、俑鶕y量過(guò)程的特點(diǎn)建立數學(xué)模型，明確數據處理和統計分析方法，建立核查數據庫。
　?、诤瞬榉桨笐纬沙绦蛭募?，內容應包括測量原理方框圖、測量的數學(xué)模型、測量不確定度評定、核查方法、核查間隔以及相關(guān)的技術(shù)規范或標準等。    

　　四、控制圖的繪制方法及種類(lèi)

　　1.圖的概念
　　控制圖是對過(guò)程質(zhì)量加以測定、記錄并進(jìn)行極值管理的一種用統計方法設計的圖。圖上有中心線(xiàn)(CL)、上控制限(UCL)和下控制限(LCL)，并有按時(shí)間順序抽取的樣本統計量數值的描點(diǎn)序列(如圖3所示)。UCL、CL、LCL統稱(chēng)為控制限。若控制圖中的描點(diǎn)落在UCL和LCL之外，或描點(diǎn)在UCL和LCL之間的排列不隨機，則表示過(guò)程出現了異常。
    

    圖3  均值控制圖

　　在統計過(guò)程控制中，控制圖是核心工具。
　　2.圖的類(lèi)型
　　常規控制圖主要有兩種類(lèi)型:計量控制圖和計數控制圖。計量數據是指對考察組中每一個(gè)單位產(chǎn)品的特性值的數值大小進(jìn)行測量與記錄所得到的觀(guān)察值，例如以米表示的長(cháng)度、以歐姆表示的電阻等。計量控制圖代表了控制圖對過(guò)程控制的典型應用。在計量控制圖中常用的類(lèi)型包括均值控制圖、極差控制圖和標準偏差控制圖。
　?、倬悼刂茍D
　　均值控制圖主要用于觀(guān)察測量結果的平均值的變化情況。為了最有效地控制測量過(guò)程，核查結果的數據應該是幾次觀(guān)察值的平均值，大多數情況下用3～5次觀(guān)察值進(jìn)行平均。核查時(shí)將每組核查n次，以n次的平均值畫(huà)在控制圖上(如圖4所示)。從圖4可見(jiàn)，測量觀(guān)察的平均值在t時(shí)發(fā)生了突變，說(shuō)明測量觀(guān)察失去控制，引入了新的系統誤差。
    

    圖4  控制圖示例

　?、跇O差控制圖
　　極差控制圖主要用于觀(guān)察測量結果的分散情況，即測量結果的波動(dòng)情況。每組測量值的最大值和最小值之差稱(chēng)為極值，用R表示。這種控制圖又稱(chēng)為R控制圖。當每次核查所觀(guān)察的次數比較少時(shí)，用極差控制圖比較有效和方便(如圖5所示)。
    

    圖5  極差控制圖

　?、蹣藴势羁刂茍D
　　標準偏差控制圖主要用于觀(guān)察測量過(guò)程隨機誤差的分散情況，由每次核查的有限次過(guò)程的數據列，可計算得到組內標準偏差，通常用表示，并畫(huà)在控制圖上。該控制圖又稱(chēng)為S控制圖。它適用于過(guò)程次數比較多的情況，當過(guò)程次數超過(guò)12次以上，標準偏差控制圖是一種非常有效的方法(如圖6所示)。
    

    圖6  標準偏差控制圖

　　從圖6可見(jiàn)，在t時(shí)間前，測量過(guò)程的標準偏差在控制極限以?xún)?，說(shuō)明測量過(guò)程的隨機誤差沒(méi)有明顯的變化，但是從t時(shí)起,測量過(guò)程的標準偏差明顯增大，由于隨機誤差增大而使測量過(guò)程失去控制。當測量次數較少時(shí)，計算標準偏差有困難，所以不適宜用S控制圖，而宜用極值控制圖。
　?、芫?極差控制圖(控制圖)
　　均值控制圖主要用于觀(guān)察測量結果平均值的變化情況，極差控制圖主要用于觀(guān)察測量結果的分散情況，將二者聯(lián)合運用，可以觀(guān)察測量結果的變化。
　?、菥?標準偏差控制圖(控制圖)
　　控制圖與控制圖相似，只是用標準偏差控制圖代替極差控制圖。因為子組極差R的計算比子組標準偏差的計算簡(jiǎn)單，所以R圖得到了廣泛應用。但是，當子組測量次數大于10次時(shí)，極差對數據的利用率大為下降，需要應用標準偏差圖代替極差圖。由于計算機應用的普及，現在標準偏差的計算已不困難，故控制圖的應用越來(lái)越廣泛。

　　3.控制圖的應用方法
　?、俅_定控制極限?？刂葡奘桥袛鄿y量過(guò)程是否存在異常情況的準則。在測量過(guò)程控制中，上、下控制限與中心線(xiàn)相距3倍標準差，在大多數情況下是適宜的。如果有充分資料證明其他控制限更適合，也可以使用其他控制限。
　?、诶L制控制圖。以縱坐標為核查值，以橫坐標為時(shí)間，用虛線(xiàn)表示控制極限，以實(shí)線(xiàn)表示測量觀(guān)察的基線(xiàn)(如上述控制圖所示)。
　?、鄞_定每一個(gè)子組核查時(shí)對核查標準的測量次數(n)。通常n取3～5。用受控的測量過(guò)程對核查標準進(jìn)行n次測量，將測量結果按選定的控制圖的要求進(jìn)行平均值、極差或標準偏差的計算，并將計算結果繪制在相應的控制圖上。如果核查數據落在預先規定的控制限之內，表明測量過(guò)程處于統計控制狀態(tài)，否則，就是測量過(guò)程失控。通過(guò)對測量過(guò)程的“組內核查”可以考核測量過(guò)程的短期穩定性。
　?、艽_定核查標準的測量頻次。核查標準的測量頻次取決于:控制的量值；保證的程度和測量不確定度的嚴格程度，目的是充分暴露測量過(guò)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(gè)月到2個(gè)月測量1次)。通過(guò)對測量過(guò)程按一定頻次的“組間核查”，可以考核測量過(guò)程的長(cháng)期穩定性和可靠性。