可靠性工程之測量因素分析與控制*

張根保 徐人月

(重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,重慶 400044)

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可靠性工程之測量因素分析與控制*

張根保 徐人月

(重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,重慶 400044)

張根保：重慶大學(xué)教授，機(jī)械制造專業(yè)博士生導(dǎo)師，機(jī)械設(shè)計制造研究所所長。

在影響產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的人機(jī)料法環(huán)測六因素中，測量因素的控制具有重要意義。本文給出了測量的定義，分析了測量因素及其控制對于產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的重要性，分析了測量過程的具體內(nèi)容及其對可靠性的影響，論述了測量因素分析與控制的主要內(nèi)容。本文內(nèi)容對機(jī)床制造企業(yè)開展測量因素控制并保障產(chǎn)品可靠性具有積極的參考作用。

測量；測量分析；測量控制；可靠性

測量是影響產(chǎn)品質(zhì)量特征值變異的六個基本因素(人員、機(jī)器、材料、方法、測量和環(huán)境，簡稱5M1E)中的一個，正確的測量永遠(yuǎn)是質(zhì)量改進(jìn)的第一步，如果沒有科學(xué)的測量系統(tǒng)及其評價方法，缺少對測量系統(tǒng)的有效控制，則質(zhì)量改進(jìn)也失去了基本的前提。

對測量的控制主要分為測量過程的控制和測量儀器的控制。測量過程控制的目的是為了充分保證測量過程是在要求的被測對象(具體見3.6小節(jié))和不確定度限值之內(nèi)進(jìn)行的，以防止出現(xiàn)錯誤的測量結(jié)果，而且通過實施監(jiān)測能迅速地發(fā)現(xiàn)存在的問題以便及時采取糾正措施。測量儀器的控制則是因測量儀器在長時間使用過程中，有些參數(shù)會發(fā)生漂移，為了保證及時發(fā)現(xiàn)這些問題的所在從而有效防止相關(guān)問題發(fā)生或者發(fā)生后采取的一些補(bǔ)救措施。只有讓測試儀器校準(zhǔn)更精確，做到更加規(guī)范，才能保證測試的準(zhǔn)確性。由此可見測量控制的重要性。孫文濤[1]等針對光電式測量設(shè)備，基于簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(simple network management protocol，SNMP)管理分布于不同地點的測量設(shè)備，顯示出了更好的自動化和實時性；李霞[2]等通過Oracle EAM平臺建立了有效的閉環(huán)測量設(shè)備管理系統(tǒng)；邱春玲[3]利用Windows操作平臺和Vfp6.0數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立了動態(tài)的測量設(shè)備管理信息系統(tǒng)；祝紅軍[4]利用Excel應(yīng)用程序開發(fā)了對測量設(shè)備實時監(jiān)控的管理軟件。

1　測量及測量系統(tǒng)的定義

測量，是利用某種儀表或設(shè)備，通過實驗的方法確定被測量的數(shù)值大小的過程，即測量是為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程。例如，如果需要測量某物體的質(zhì)量，可通過磅秤的砝碼相比較而直接獲得；測量某容器中氣體的壓力，可用機(jī)械式壓力表指針的位移直接讀出壓力的數(shù)值[5]。

從測量的定義可以看出，除了具體事物外，參于測量過程的還應(yīng)有量具(測量設(shè)備)、使用量具的合格操作者和規(guī)定的操作程序，以及一些必要的設(shè)備和軟件，再把它們組合起來完成測量功能，獲得測量數(shù)據(jù)。這樣的過程可以看作是一個數(shù)據(jù)制造過程，它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就是該過程的輸出。因此我們一般將用來對被測特性定量測量或定性評價的儀器或量具、標(biāo)準(zhǔn)、操作、夾具、軟件、人員、環(huán)境的集合，用來獲得測量結(jié)果的整個過程稱為測量過程或測量系統(tǒng)。一個測量系統(tǒng)具體如圖1所示。

2　測量誤差分析

2.1測量誤差的基本概念

測量誤差是指測得值與被測量真值之差，即:式中：δ為測量誤差，l為測得值，L是被測量真值。由于測得值可能大于或者小于直值，因此真值可以表示為L=1±δ?？梢钥闯觯?1)測量誤差絕對值的大小決定了測量的精確程度；(2)測量結(jié)果在表達(dá)時必須在給出測得值的同時，還要對其測量誤差的大小或極限范圍做出合理的估計才算是完整的表達(dá)。

研究測量誤差的目的主要是在一定的測量條件下，盡可能使測得值接近于真值，并對測得值的可靠性做出科學(xué)合理的評價。

2.2測量誤差來源

在測量過程中，測量誤差的產(chǎn)生主要有以下四類[8]：

(1)基準(zhǔn)件的誤差，基準(zhǔn)件是指以某種物體或元件為基準(zhǔn)測量其他物體的標(biāo)準(zhǔn)件，如量塊或砝碼等。任何基準(zhǔn)件誤差都是不可避免的，會直接影響測量的精確度。因此在選擇基準(zhǔn)件時，應(yīng)該考慮基準(zhǔn)件的精度，但是必須適度，一般取被測件誤差的1/5～1/3為宜。

(2)測量方法誤差，主要指選用的測量方法不完善而引起的誤差。方法不完善主要包括：測量方法、測量方案選擇不當(dāng)以及定位基準(zhǔn)、測頭形狀選擇不正確等；如使用游標(biāo)卡尺時發(fā)生偏斜就會產(chǎn)生方法誤差。

(3)計量器具的誤差，包括原理性誤差和制造、裝配誤差。原理性誤差是指在量儀設(shè)計時，為了簡化結(jié)構(gòu)，經(jīng)常采用近似機(jī)構(gòu)取代理論上要求的運動機(jī)構(gòu)。如用均勻刻度的標(biāo)尺近似代替理論上應(yīng)為非均勻刻度的標(biāo)尺等。因此造成的誤差均屬計量器具在設(shè)計時已經(jīng)固有的誤差。除此之外，在計量器具制造或裝配過程中，也會產(chǎn)生一系列的誤差，這些誤差會在使用過程中體現(xiàn)出來。如標(biāo)尺刻度不精確、裝配間隙不當(dāng)?shù)?。其主要影響計量器具示值穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

(4)主客觀因素造成的誤差，主要指測量者的觀測誤差及環(huán)境條件引起的誤差。測量過程中，造成誤差的客觀環(huán)境因素主要有溫度、濕度、振動、氣壓或灰塵等。其中，溫度的影響最為明顯，溫度既會造成測量儀器伸縮，也會造成被測件伸縮。如在長度測量中，因測量溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度(20℃)而引起測量誤差可由式(1)計算。

?L=L(α?t-α0?t0) (1)

式中：α、α0分別為被測件和基準(zhǔn)量具的線膨脹系數(shù)；?t、?t0分別為被測件和基準(zhǔn)量具相對標(biāo)準(zhǔn)溫度的差值。由式(1)推導(dǎo)可得反映溫度變化對配合松緊程度影響的公式：

?=L(αH?tH-αs?ts) (2)

式中：L為孔軸基本尺寸，αH、αs為孔、軸線膨脹系數(shù)，?tH、?ts為孔、軸相對標(biāo)準(zhǔn)溫度的溫度差，?為孔、軸配合間隙或者過盈的變化量。

總之，為了提高測量精度，應(yīng)該在了解誤差形成原因的基礎(chǔ)上，分析測量誤差的內(nèi)在規(guī)律性，采取相應(yīng)的措施去減小或消除其對測量結(jié)果的影響。

2.3測量誤差的分類

測量誤差主要分為三大類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差[8-9]。

(1)系統(tǒng)誤差，指在同一條件下，多次測量同一量值時，其誤差的絕對值與符號保持不變，這種屬于定值系統(tǒng)誤差，如量儀零位的一次調(diào)整誤差?；蛟陔S著條件的變化，按某一確定的規(guī)律變化的誤差稱之為系統(tǒng)誤差，或稱為變值系統(tǒng)誤差，如溫度均勻變化以及刻度盤偏心等引起的誤差。

從理論上講，系統(tǒng)誤差是可以消除的，特別是對絕大多數(shù)定值系統(tǒng)誤差而言，一般是可以發(fā)現(xiàn)并易于消除的。但是實際中，也有一些系統(tǒng)誤差難以完全查明和消除，只能估計誤差的極限范圍，可視之為隨機(jī)化的系統(tǒng)誤差，運用概率論與統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法按隨機(jī)誤差予以分析和消除。

(2)隨機(jī)誤差，指在同一條件下，多次測量同一量值時，誤差的絕對值與符號不定。

通常，隨機(jī)誤差是難于被消除的，因為它的存在與變化不受人為支配與控制，單次測量值之間無確定的規(guī)律可循。但是，對于同一被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量，其隨機(jī)誤差從總體上卻能反映出一定的統(tǒng)計規(guī)律，運用概率論與統(tǒng)計數(shù)學(xué)的方法可以對其進(jìn)行分析與處理，減小隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響，并評定出其影響程度，即誤差的極限范圍。

(3)粗大誤差，指超過規(guī)定條件下預(yù)計的誤差。該誤差一般是由于人為疏忽或環(huán)境條件突變等因素造成的，對測量結(jié)果有明顯地扭曲。因此在正常測量過程中，必須按照一定的原則，發(fā)現(xiàn)并消除粗大誤差。

3　測量因素對可靠性的影響

一個測量系統(tǒng)具體含有如圖2所示的7個方面，下面則針對這7個方面具體闡述測量因素對質(zhì)量和可靠性的影響。

3.1測量儀器

在機(jī)床制造過程中，所涉及的測量儀器按照其用途、測量原理及結(jié)構(gòu)特點等，可以分成以下幾類[6-7]：

(1)標(biāo)準(zhǔn)量具——在測量中體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量的器具，有定值量具與變值量具之分。常用的定值量具有：量塊、直角尺、曲線樣板等；變值量具有：游標(biāo)卡尺、千分尺、游標(biāo)量角器等。(2)量規(guī)——是一種沒有刻度的專用檢驗工具，用來判斷被測產(chǎn)品的合格性，不能得出被測量的具體數(shù)值。如用光滑極限量規(guī)檢驗光滑圓柱形工件的合格性，不能得到工件的實際尺寸，只能判斷其合格與否。

(3)計量儀器——能夠?qū)⒈粶y量值轉(zhuǎn)換成可直接觀察的指示值或等效信息的儀器，其一般具有傳動放大系統(tǒng)。比如比較儀、干涉儀、測長機(jī)等。

(4)測量裝置——確定被測幾何量值所必需的測量器具和輔助設(shè)備的總體。它能夠測量較多幾何量和復(fù)雜的零件，并有助于實現(xiàn)檢測的自動化和半自動化，一般是用于大批量的生產(chǎn)中，用來提高檢測精度和檢測效率。如齒輪綜合精度檢查儀及三坐標(biāo)測量儀等。

在機(jī)床制造中，測量儀器對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的影響是毋庸置疑的。機(jī)床制造中涉及的各種測量，如在制造過程中涉及的零件幾何精度測量或表面質(zhì)量檢驗，使用了不可靠的測量儀器或者精度不高的測量儀器(測量儀器的精度必須比被測量量高1-2個數(shù)量級)會直接導(dǎo)致檢驗時的存?zhèn)位蛉フ?，最終使機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性降低(零件不符合可靠性設(shè)計時的要求)或產(chǎn)品直接不合格。同時在機(jī)床裝配中，如在安裝導(dǎo)軌時，若測量儀器(水平儀、校準(zhǔn)儀等)的不合格，會導(dǎo)致誤認(rèn)為導(dǎo)軌的裝配精度達(dá)標(biāo)，最終影響了機(jī)床整機(jī)的精度和可靠性。

3.2標(biāo)準(zhǔn)

這里的標(biāo)準(zhǔn)主要是測量過程中或測量儀器控制中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體分為計量基準(zhǔn)和計量標(biāo)準(zhǔn)。

計量基準(zhǔn)是指對用于統(tǒng)一量值并作為最高依據(jù)的測量標(biāo)準(zhǔn)器所賦予的專有名稱。指為了定義、實現(xiàn)、保存、復(fù)現(xiàn)量的單位或者一個或多個量值，用作有關(guān)量的測量標(biāo)準(zhǔn)定值依據(jù)的實物量具、測量儀器、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或者測量系統(tǒng)。具有法律效力。

計量標(biāo)準(zhǔn)是計量標(biāo)準(zhǔn)器具的簡稱，指準(zhǔn)確度低于計量基準(zhǔn)的，用于檢定其它計量標(biāo)準(zhǔn)或工作計量器具。是通過比較把計量基準(zhǔn)單位或量值傳遞到其他測量器具。

計量基準(zhǔn)和計量標(biāo)準(zhǔn)都是為了控制測量過程中測量儀器的準(zhǔn)確性，是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)，是否得到有效的校準(zhǔn)等。相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)會影響測量儀器的可靠性，屬于從上到下的可靠性控制措施。

3.3程序或方法

程序或方法指的是測量過程中的相關(guān)程序(包括測量過程設(shè)計、測量過程分析，測量不合格控制程序等)及測量方法(包括測量操作方法、測量數(shù)據(jù)分析方法等)。

測量過程的設(shè)計和測量過程分析，規(guī)定了測量過程中需要注意的各個方面。通過設(shè)計與分析保證整個測量過程的可靠性，防止出現(xiàn)測量結(jié)果的不準(zhǔn)確，保證機(jī)床產(chǎn)品生產(chǎn)過程處于可控的狀態(tài)，從系統(tǒng)層面上保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

在測量方法上，如果采用不完善的測量方法，則會產(chǎn)生測量方法的誤差，如2小節(jié)所述。例如先測出圓的直徑，再用公式：S=πd計算出周長，由于π取近似值，所以計算結(jié)果中帶有方法誤差，這種誤差無法消除，只有盡可能的減少誤差傳遞。同時還有工件安裝不合理、基準(zhǔn)選擇不恰當(dāng)?shù)?。具體參考文獻(xiàn)[8]。這種測量方法的誤差也會對產(chǎn)品可靠性帶來直接的影響。

測量過程中還有許多原則用于保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，如阿貝測長原則、閉合原則、最小變形原則、最短測量鏈原則、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則、重復(fù)原則、隨機(jī)原則等。具體見文獻(xiàn)[8]。

測量數(shù)據(jù)分析中尺寸鏈的計算、控制圖、直方圖分析、伯德圖分析、不確定度分析等，都是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析方法。對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性意義重大，具體見參考文獻(xiàn)[8]。

3.4夾具這里的夾具指在測量過程中使用的輔助工具，與各種測量儀器配套使用時，能夠方便的檢測更多、更復(fù)雜的參數(shù)。它是在大量或成批生產(chǎn)過程中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，專門為被測量工件上某一參數(shù)或幾個特性參數(shù)而設(shè)計的一種檢驗工具。

夾具可以幫助測量過程操作更加方便，使以往難以測量或測量成本高的測量過程都可以方便操作，同時可以減少在無夾具測量操作過程中的誤差，用來提高測量質(zhì)量，使檢驗精度得到更好的保障,從而可以保證產(chǎn)品的可靠性，目前有著眾多的研究成果，具體見參考文獻(xiàn)[13-15]等。

3.5測量人員

測量人員即參與整個測量過程的相關(guān)人員，包括測量操作、測量儀器控制及制定測量過程文件的相關(guān)人員。對于這些人員首先必須具備相關(guān)的專業(yè)知識，同時需要有效的管理或培訓(xùn)才能參與測量過程。參與人員的素質(zhì)會直接影響測量結(jié)果的好壞，間接的影響機(jī)床產(chǎn)品的可靠性。如粗大誤差一般都是人員直接造成的誤差，因此測量人員的素質(zhì)在測量因素中具重要的作用，對機(jī)床產(chǎn)品可靠性的影響是很大的。

雖然現(xiàn)在隨著自動化檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的減少人為疏忽造成的影響，更好的提高產(chǎn)品可靠性，但人員在測量過程中的許多活動(如儀器操作、儀器校準(zhǔn)等)還是無法替代的，因此企業(yè)需重視對測量人員的培訓(xùn)。

3.6被測對象

被測對象即需要被測的參數(shù)，在進(jìn)行一個測量過程前需要識別整個過程中的相關(guān)計量要求，大致可分為三類：(1)顧客的計量要求(從產(chǎn)品要求中導(dǎo)出)。(2)組織的計量要求(從工藝文件中導(dǎo)出)。(3)法律法規(guī)的計量要求(從法律法規(guī)中導(dǎo)出)。

如果識別出錯誤的計量要求或識別的要求不夠，例如在導(dǎo)軌的安裝過程中，只確認(rèn)需要保證的平行度，卻沒進(jìn)行相關(guān)的水平度檢測，這樣會直接導(dǎo)致在機(jī)床最后的檢測調(diào)試中運動精度、定位精度或者重復(fù)定位精度等不合格，影響機(jī)床的整體可靠性。

被測對象的識別過程需要從上述3個要求中識別出，根據(jù)測量對象、測量目的的不同，具體歸納起來大致分為三類：

(1)量值的測定，具體指在一定的測量誤差范圍內(nèi)給出被測量的量值。如進(jìn)場物料的計量，水、電、油、氣的消耗量的計量，相關(guān)環(huán)境如溫度、濕度、噪聲的計量，相關(guān)力與熱變形的計量等。

(2)生產(chǎn)過程中檢測或合格驗收，具體指判定被測對象是否在允許的變化范圍內(nèi)。如加工的軸是否處在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，整機(jī)的運動精度、定位精度和重復(fù)定位精度等是否在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，零件的粗糙度、表面硬度是否在允許范圍內(nèi)等。

(3)工藝過程參數(shù)監(jiān)測，具體指在生產(chǎn)過程中對被測參數(shù)連續(xù)或按一定時間間隔進(jìn)行測量，將測量結(jié)果提供給操作者及時進(jìn)行控制或自動進(jìn)行控制。如自動磨削機(jī)床上的軸徑檢測等。

明確被測對象，才能在機(jī)床生產(chǎn)的各個階段更好的保證產(chǎn)品的可靠性。

3.7環(huán)境條件

測量過程中的環(huán)境條件對測量結(jié)果的影響也是重大的。其中包括溫度、溫度變化率、濕度、照明、振動、塵埃量、清潔度、電磁干擾等。環(huán)境的變化往往會產(chǎn)生測量結(jié)果的誤差。

環(huán)境不僅會對測量過程產(chǎn)生影響，還會對測量儀器產(chǎn)生影響。如濕度及電磁干擾等可能會直接影響測量儀器的精度和可靠性，從而影響到測量結(jié)果。因此需要定期的校準(zhǔn)測量儀器。

環(huán)境的變化還會直接影響產(chǎn)品的可靠性，測量過程中往往通過抽樣檢驗或控制圖的方法消除環(huán)境對產(chǎn)品的影響。

4　測量因素的分析與控制

4.1測量過程設(shè)計與控制

4.1.1測量過程設(shè)計

針對每一個測量過程，需要識別有關(guān)的過程要素，這些過程要素應(yīng)包括設(shè)備、環(huán)境條件、操作者、應(yīng)用方法和影響。一般在測量過程中需要確定：(1)確保產(chǎn)品質(zhì)量所需的測量項目；(2)規(guī)定進(jìn)行測量所需要的設(shè)備；(3)確定測量方法；(4)執(zhí)行測量人員所要求的技能和資格。

測量過程需設(shè)計成可以防止出現(xiàn)錯誤的測量結(jié)果，并且要確保能夠快速檢測出存在的問題并及時采取糾正措施。在測量過程控制上的花費應(yīng)與測量對最終產(chǎn)品質(zhì)量的重要性相匹配。如對于非關(guān)鍵部分的簡單測量，就可以采用簡單級別的過程控制。

4.1.2測量過程分析

過程設(shè)計完成后還需要對整個過程進(jìn)行分析，這里的分析一般指分析一個測量過程的統(tǒng)計特性和與其相關(guān)的性能指標(biāo)，通過分析確保測量過程的可靠性。測量過程分析的目的是為了了解變差的產(chǎn)生原因，同時確定儀器是否具有足夠的分辨力、過程是否具有有效的分辨率、是否具備不隨時間變化的統(tǒng)計穩(wěn)定性等。測量過程分析的前提是被測零件不受測量改變或破壞[10]。一個測量過程首先應(yīng)具有以下的統(tǒng)計特性：

(1)測量過程必須處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，這意味著測量過程中的變差只能是由于隨機(jī)原因而不是由于特殊原因造成的。這可稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性。

(2)測量過程的變差必須比制造過程的變差小。(3)測量變差應(yīng)小于公差帶一個數(shù)量級以上。

(4)測量精度應(yīng)高于過程變差和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量誤差是過程變差和公差帶兩者中精度較高者的十分之一。

(5)測量過程統(tǒng)計特性可能隨被測項目的改變而變化，測量過程的最大的變差應(yīng)小于過程變差和公差帶兩者中的較小者。

整個測量過程的分析還需要確定具體的指標(biāo)，主要是量具的重復(fù)性、量具的再現(xiàn)性、穩(wěn)定性、偏移、線性及測量的不確定度[11]。具體如表1所示。

測量過程分析時測量應(yīng)按隨機(jī)順序進(jìn)行，以確保整個過程中產(chǎn)生的任何漂移或變化是隨機(jī)分布；其次測量結(jié)果的讀數(shù)應(yīng)估計到可得到的最接近的數(shù)字；最后測量過程的研究工作應(yīng)由知其重要性且仔細(xì)認(rèn)真的人員進(jìn)行。測量過程中的分析不僅針對測量過程的相關(guān)性能指標(biāo)，還需要對影響測量過程結(jié)果可靠性的相關(guān)因素進(jìn)行分析及控制以使測量系統(tǒng)的性能指標(biāo)更符合要求。

表1 測量過程分析的具體指標(biāo)

4.1.3形成測量過程文件

一個完整的測量過程文件應(yīng)該包括：所有有關(guān)設(shè)備的標(biāo)識、測量過程的相關(guān)程序、測量過程中所要求的環(huán)境條件、測量過程的相關(guān)分析報告、操作者的能力要求、影響測量結(jié)果可靠性的因素、控制方法等。

(1)測量設(shè)備標(biāo)識。為確保所有測量設(shè)備得到清楚、正確的標(biāo)識，防止未授權(quán)使用或錯用。

(2)測量過程的相關(guān)程序。明確每個測量過程需要采用的測量方法及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)測量過程中所要求的環(huán)境條件。影響測量結(jié)果的環(huán)境條件包括：溫度、溫度變化率、濕度、照明、振動、塵埃量、清潔度、電磁干擾等；同時還包括測量設(shè)備制造商通常給出的測量范圍、最大負(fù)載、環(huán)境條件限制等測量設(shè)備的技術(shù)規(guī)范。文件中還應(yīng)給出造成測量結(jié)果誤差的相關(guān)修正方法。

(4)測量過程的相關(guān)分析報告。

(5)操作者的能力要求。

(6)影響測量結(jié)果可靠性的因素。

(7)控制方法。應(yīng)該在文件中明確每個測量過程所需要的控制方法。一般主要的控制方法有：①簡單控制方法：利用相同或不同的方法進(jìn)行重復(fù)測量；對保留的物品進(jìn)行再測量；分析一個物品不同特性結(jié)果的相關(guān)性；對測量過程中使用的測量設(shè)備進(jìn)行抽樣檢查；對測量過程的環(huán)境條件進(jìn)行監(jiān)測；比較不同人員對同一物品的測量結(jié)果；對測量人員的工作實施監(jiān)督檢查等；②復(fù)雜控制方法：利用核查標(biāo)準(zhǔn)和控制圖，采用統(tǒng)計技術(shù)，對測量過程的全部要素按規(guī)定的程序和時間間隔實施測量過程控制。

無論簡單控制或者復(fù)雜控制都應(yīng)制定控制程序，并按照規(guī)定的程序和時間間隔進(jìn)行，控制的結(jié)果和采取的措施應(yīng)形成文件，以證明測量過程持續(xù)地滿足測量結(jié)果。在選擇控制方法和控制限的時候需要注意要與不符合規(guī)定的要求時引起的風(fēng)險相稱。例如高級別的測量過程控制對那些包含有嚴(yán)格要求的或復(fù)雜環(huán)節(jié)的測量過程，對保證生產(chǎn)安全的測量過程及由于測量結(jié)果的不正確會造成重大經(jīng)濟(jì)損失的測量來說是合適的，而對于一些非關(guān)鍵零部件的簡單測量，最簡單的過程控制就足夠了。

4.1.4測量過程的實現(xiàn)

測量過程的實現(xiàn)就是進(jìn)行具體的測量，測量過程必須在為滿足測量過程文件中的相關(guān)受控條件下實現(xiàn)。具體的受控條件如表2所示。

4.2測量儀器控制

測量儀器的控制包括測量儀器的校準(zhǔn)和測量儀器的驗證，即計量確認(rèn)以及整個設(shè)備控制的相關(guān)流程。其目的是確保測量儀器的計量特性滿足測量過程的計量要求。

4.2.1計量確認(rèn)

計量確認(rèn)包括測量設(shè)備的校準(zhǔn)和測量儀器的驗證。測量儀器的驗證是評定設(shè)備的計量特性是否符合法定的要求或者顧客的要求，其結(jié)論是該測量儀器是否合格，在機(jī)床制造過程中是否可以使用。測量儀器的校準(zhǔn)則是在規(guī)定的條件下，為確定單個測量儀器或者整個測量過程的示值與相對應(yīng)的由參考標(biāo)準(zhǔn)確定的量值之間的比較或關(guān)系。

測量儀器的計量特性通常包括測量范圍、偏移、重復(fù)性、滯后、穩(wěn)定性、影響量、漂移、分辨力、誤差、死區(qū)和鑒別力等。測量儀器的計量特性是影響測量不確定度的因素，可以與計量要求直接比較以實現(xiàn)計量確認(rèn)。計量確認(rèn)中通常會進(jìn)行測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源。儀器使用者將其依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)件，送往上一級較精確與國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)聯(lián)性的試驗室進(jìn)行校驗或驗證，使較低層次的測量結(jié)果，能與國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)測量系統(tǒng)相連接，使其具有公信力，且相互之間能達(dá)到一致性。與測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源相反的是測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，它是指將國際或國家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)由校驗(或者其他傳遞方式)傳給下一等級的測量標(biāo)準(zhǔn)，并依次逐級傳遞到最終使用者的測量儀器，以保證被測量的對象的值準(zhǔn)確一致，相當(dāng)于國家法制性的測量控制。一般其模式如圖3。

表2 測量過程實現(xiàn)中的受控條件

進(jìn)行量值傳遞的目的是用適當(dāng)?shù)燃壍挠嬃繕?biāo)準(zhǔn)來檢定新制造的測量儀器，因設(shè)計、加工、裝配和元件質(zhì)量等原因引起的誤差是否在允許范圍內(nèi)，判斷其是否合格，保證測量儀器的一致性。

4.2.2測量儀器的標(biāo)識

測量儀器的標(biāo)識是為確保測量控制體系中所有測量儀器得到清楚、正確的標(biāo)識，防止未授權(quán)使用或錯用。

(1)標(biāo)識的識別與設(shè)計。識別標(biāo)識的種類，具體有入庫驗收證、合格證、準(zhǔn)用證、計量確認(rèn)合格證、限用證、禁用、封存、報廢、溶液標(biāo)簽等類型。保證各類標(biāo)識均采用不同的格式與顏色，以便明確區(qū)分，防止誤用。明確標(biāo)識的內(nèi)容，各種標(biāo)識中應(yīng)包含確認(rèn)狀態(tài)、日期(入庫日期、有效日期、禁用日期、封存日期、報廢日期)等、確認(rèn)單位或確認(rèn)人員、設(shè)備編號、測量儀器的分類標(biāo)識(一般填寫在計量確認(rèn)標(biāo)識上)等內(nèi)容。

(2)標(biāo)識的方法。具體方法有①入庫驗收證使用在驗收合格入庫的測量儀器。②限用標(biāo)識使用在經(jīng)確認(rèn)測量儀器僅限于使用某一量限或某些功能的場合；③禁用標(biāo)識使用在禁止使用的測量儀器；④封存標(biāo)識使用在處于合格狀態(tài)辦理封存手續(xù)的測量儀器；⑤報廢標(biāo)識使用在經(jīng)確認(rèn)不合格被批準(zhǔn)報廢的測量儀器。

(3)計量確認(rèn)。

(4)標(biāo)識。包括標(biāo)識的填寫和粘貼要求。標(biāo)識的填寫：①測量儀器經(jīng)確認(rèn)后，由計量確認(rèn)人員按標(biāo)識內(nèi)容如實填寫,字跡要求清晰、工整，不得涂改；②計量確認(rèn)人員填寫各種標(biāo)識時必須使用黑色鋼筆、簽字筆、圓珠筆，不得使用鉛筆。簽名時必須簽全名，任何人不得冒用計量確認(rèn)人員簽名；③計量確認(rèn)人員填寫各種標(biāo)識時，必須以檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)(無檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范時，以測量儀器的技術(shù)說明書或其它技術(shù)文件規(guī)定的技術(shù)指標(biāo))和相應(yīng)的計量要求作為判斷測量儀器狀況和簽發(fā)確認(rèn)標(biāo)識的依據(jù)。標(biāo)識的粘貼：①標(biāo)識的粘貼應(yīng)牢固耐久；②標(biāo)識應(yīng)粘貼在測量儀器醒目且不影響讀數(shù)的位置，以便觀察。同一種類的測量儀器的標(biāo)識應(yīng)粘貼在同一部位，以示整齊美觀；③送外檢測量儀器的標(biāo)識由負(fù)責(zé)送檢的人員依據(jù)證書，或測試報告并結(jié)合相應(yīng)計量要求比較后粘貼確認(rèn)標(biāo)識。強(qiáng)檢的測量儀器由檢定人員粘貼標(biāo)識。

(5)標(biāo)識的維護(hù)。①企業(yè)應(yīng)對使用的標(biāo)識進(jìn)行管理，防止標(biāo)識丟失、損壞或超過確認(rèn)間隔；②標(biāo)識損壞、丟失應(yīng)及時申報，未及時申報的由設(shè)備管理部予以考核。③標(biāo)識一旦損壞、丟失或超過確認(rèn)間隔時，其所標(biāo)識的對象按不合格測量儀器處理。

4.2.3測量儀器調(diào)整控制

在經(jīng)過確認(rèn)的測量儀器上，要對影響其性能的調(diào)整裝置采取封印或其他保護(hù)措施，防止未經(jīng)授權(quán)的改變。保護(hù)或封印裝置的設(shè)計和實施應(yīng)保證一旦改變則會被發(fā)現(xiàn)。目的是為了防止未經(jīng)授權(quán)擅自調(diào)整或改變測量儀器的計量性能。封印的材料可以是標(biāo)簽、封料、線材、涂料等。一般僅允許在修理或校準(zhǔn)之后可以調(diào)整的測量儀器，而在使用時不允許調(diào)整的部位，必須實施封印。

4.2.4測量儀器控制流程

測量儀器的控制是為了保證測量儀器的準(zhǔn)確度和精度，確保其提供數(shù)據(jù)的真實性，一般控制流程如圖4。購置申請一般是由廠內(nèi)的相關(guān)部門提出申請，金額較小的或小型檢測儀器(如卷尺，游標(biāo)卡尺或溫度計等)，直接填寫申請單報相關(guān)采購負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，而金額較大的則需詳細(xì)的說明設(shè)備名稱、型號規(guī)格、數(shù)量、申請原因等，先報技術(shù)負(fù)責(zé)人審核后再報給采購負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。

過后的流程則是采購，若需要時則由專業(yè)技術(shù)人員協(xié)助采購。在驗收過程中，試驗室或相關(guān)負(fù)責(zé)部門按儀器的有關(guān)說明書或相關(guān)性能進(jìn)行驗收。驗收不合格的儀器應(yīng)在“儀器驗收報告”上注明不合格原因，并通知倉庫退回給供應(yīng)商，驗收合格，填寫“儀器驗收報告”。過后分配相關(guān)人員領(lǐng)用儀器，必要時進(jìn)行使用前培訓(xùn)。對各個領(lǐng)用的儀器應(yīng)按有關(guān)的說明或相關(guān)證明材料建立測量檢測儀器設(shè)備檔案，并編號管理。

測量儀器的校驗一般分為免校、內(nèi)校和外校。免校是對于一些直接用于生產(chǎn)及對產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系不大，或其精度準(zhǔn)確度不因使用過程而受影響，或其檢測結(jié)果僅供參考的測量檢測儀器，需由相關(guān)負(fù)責(zé)部門在“測量檢測儀器檔案”中注明。內(nèi)校為對于一些直接用于生產(chǎn)或需經(jīng)常性進(jìn)行校驗的儀器，需要由相關(guān)負(fù)責(zé)部門在測量檢測儀器檔案中注明，內(nèi)校類檢測儀器應(yīng)安排相關(guān)技術(shù)人員按儀器進(jìn)行外校，同時，不能直接作為檢驗或試驗的一般檢查工具使用。外校為對于一些精密度要求較高且對產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系較大或內(nèi)校時使用的標(biāo)準(zhǔn)件，法令、法規(guī)規(guī)定或上級主管部門規(guī)定要求的儀器，由相關(guān)負(fù)責(zé)部門在儀器檔案中注明，外校儀器除另有規(guī)定外一年應(yīng)校驗一次，還需按廠內(nèi)制定的校驗周期和儀器要求定期校驗。

外校合格均要貼相應(yīng)合格標(biāo)簽，不合格者要貼暫停使用標(biāo)簽，對于某些功能喪失或精度降低，而其主要功能又可以正常使用且符合精度要求的，應(yīng)在儀器校驗報告上判定限定使用。在所有儀器維修后必須進(jìn)行一次外?；騼?nèi)校。

校驗時，發(fā)現(xiàn)儀器精度超出要求并足以影響產(chǎn)品質(zhì)量時，應(yīng)對所測量產(chǎn)品加以追溯。各類儀器應(yīng)保持標(biāo)簽、檢驗記錄和檔案的完整和清晰。

儀器在使用時要注意保護(hù)，并在合適的環(huán)境條件下進(jìn)行，搬運時輕拿輕放，貯存時防塵、防潮，以免儀器損壞。發(fā)現(xiàn)儀器精度不合要求或有故障時，要立即掛上暫停使用標(biāo)識，并由相關(guān)負(fù)責(zé)部門提出維修申請，批準(zhǔn)后則交相關(guān)部門送法定計量部門進(jìn)行維修和校驗，合格后才可使用。

儀器經(jīng)維修或校驗后，其精度或性能達(dá)不到相關(guān)要求時，由使用部門填寫“儀器報廢申請單”提出報廢要求，由技術(shù)負(fù)責(zé)人審核，交總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。儀器在批準(zhǔn)報廢后，需保存儀器報廢申請單并在儀器檔案中注明報廢日期，并同時將有關(guān)檔案和儀器報廢申請單一起保存，期限為一年。

5 結(jié)語

本文先介紹了測量因素分析和控制的概念，闡述了測量因素分析和控制的重要性。然后介紹了測量的定義，明確了測量的具體含義。同時闡述了測量誤差的具體內(nèi)容，重點分析了測量系統(tǒng)中各個因素對保證可靠性的重要性。論述了測量分析與控制措施，其中包含測量過程以及測量儀器的相關(guān)控制。

測量對于生產(chǎn)過程的質(zhì)量保證非常重要，測量、控制與儀器精度保證在質(zhì)量控制中有著舉足輕重的地位。儀器是測量或控制產(chǎn)品質(zhì)量的工具，測量是使用儀器的目的，而控制是為了正確獲取信息的工具。隨著現(xiàn)代工業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的要求更高，測量系統(tǒng)會向更高的測量精度、更快的測量速度和更方便的測量操作方向發(fā)展。[1] 孫文濤，許萍.SNMP在分布式光電測量設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2006，29(4)：36-38.

[2] 李霞，劉曉敏. 基于Oracle EAM平臺的測量設(shè)備管理系統(tǒng)[J].中國計量，2007(11):69-70.

[3] 邱春玲.建立動態(tài)肋測舅設(shè)備信息系統(tǒng)[J].工業(yè)計量，2002(S1): 217.

[4] 祝紅軍.利用Excel應(yīng)用程序?qū)y量設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控管理軟件[J].中國計量，2014(4):106.

[5] 周生國，李世義，等.機(jī)械工程測試技術(shù)[M].2版.北京：國防工業(yè)出版社，2005:11-331.

[6] 林玉池.測量控制與儀器儀表前沿技術(shù)及發(fā)展趨勢[M].天津：天津大學(xué)出版社，2008：211-281.

[7] 常健生，石要武，常瑞.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：123-268.

[8] 張琳娜.精度設(shè)計與質(zhì)量控制基礎(chǔ)[M].北京：中國計量出版社，2006：111-112.

[9] 李柱，徐振高，蔣向前.互換性與測量技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004：24-68.

[10] 余文超，齊二石. 在線測量技術(shù)應(yīng)用于白車身的生產(chǎn)尺寸監(jiān)控[J].機(jī)械設(shè)計與研究，2014,30(2):96-98.

[11] 丁言波.用六西格瑪改善方法(DMAIC)解決螺絲質(zhì)量問題[D].上海：上海交通大學(xué)，2011.

[12] GB/T 19022-2003, 測量管理體系測量過程和測量設(shè)備的要求.

[13] 祁志遠(yuǎn).深孔內(nèi)小平面對中孔垂直度的檢驗夾具[J].機(jī)械制造，1993(12)，25-26.

[14] 楊正瑛，趙忠興，陳婷，等. 套管或空心軸類零件同軸度誤差檢驗夾具[J]. 汽車工藝與材料，2012(2)：55-56.

[15] 楊正瑛，趙忠興，唐大春.一種新開發(fā)的位置誤差檢驗夾具[J].機(jī)械制造，2011，50(570)：67-68.

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Measure analysis and control in reliability engineering

ZHANG Genbao, XU Renyue

(College of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, CHN)

In the man, machine, materials, method, measure and environment the six factors that affect the product quality and reliability, the control in measure factor is significant. This paper makes a define to the measurement, and makes a statement about the importance of measurement and measure control for the quality and reliability of products. Also makes a analysis about the details of measure process and states the influence on reliability. Then explains the main contents about the measure analysis and control. This paper has a positive reference on machine tool manufacturing enterprises to carry out the measurement factor control and guarantee product reliability.

measurement;measure analysis;measure control;reliability

TH17

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.001

160801

*國家自然科學(xué)基金資助項目(51175527)；國家“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(2013ZX04005-012；2014ZX04001-031)“數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)”專題(二十五)