不確定度在工程產品質量合格評定中的應用

摘 要：工程產品質量的極限判定準則沒有考慮實際存在的測量誤差，可能導致合格品被拒收或不合格品被接收。為減少質量誤判，在產品質量評定時，應考慮測量不確定度的影響。原則上，不確定度的應用總是不利于提供測量結果一方。測量方應努力提高測量能力，以降低測量不確定度，使不確定區(qū)盡可能小一些。

關鍵詞：質量；不確定度；合格；評定；不確定區(qū)

1引言

在工程產品質量的合格評定中，常通以其技術指標的估值來判定產品是否合格，這就是所謂的極限判定準則。受隨機效應和沒修正的系統(tǒng)效應影響，被測量的估值總是存在誤差。由于測量誤差的大小是無法知道的，極限判定準則可能將合格品誤判為不合格品，或者相反。

在給定保證率的情況下，隨機效應和沒修正的系統(tǒng)效應對被測量的影響量，可以通過評估、計算獲得，其絕對值就是測量不確定度之半寬，它表征對測量結果的懷疑程度。我們不應簡單地以被測量的估值是否落在規(guī)范或設計要求的范圍內來判定產品合格與否，還應考慮測量不確定度的影響，在提供測量結果時，應同時提供其不確定度。

2不確定度對極限判定準則的影響

除特殊情況外，工程產品技術指標測量結果的擴展不確定度U的包含因子，通常使用概率為95%對應的正態(tài)分布分位數u0.95，即測量結果為x±U95。如果忽略測量不確定度，僅以被測量估值x作為合格判定依據，就可能出現合格品被誤判為不合格品，導致合格品被拒收，也可能將不合格品誤判為合格品，使不合格品被接收。

就大多數工程產品而言，不確定度是以絕對值大小來表示，不確定度末位與被測量估值的末位對齊。有些測量結果，使用相對不確定度能更好地反映其可靠程度，如土的滲透系數等。

2.1單側限產品合格判定的影響分析

就大多數工程產品而言，產品的技術要求往往是單向，即只有下單側限，如填土干密度、鋼筋強度等，或者只有上單側限，如有機質含量、吸水率等。

如圖1，某種材料抗拉強度要求為≥x0，當測量結果x落在[x0-U95，x0+U95]時，無法準確判定產品合格與否。因此，在實施測量之前，有關各方應就測量不確定度大小及其應用達成一致。一般原則是，不確定度的應用總是不利于提供測量結果一方。

對產品質量的誤判概率分為誤接收概率Lar（p） 和誤拒收概率Lrr（p） 。如圖1，假設A線為樣本的真值分布，Lar（p） 等于四邊形bcfe的面積Sbcfe，Lrr（p） 等于四邊形efih的面積Sefih。不確定度越大，產品質量被誤判的概率越大。為了降低測量不確定度，除了樣本要有足夠的代表性外，還應使用精度足夠高且性能好的測量設備，合理的測量程序，由熟練的測量人員實施測量，并控制好測量環(huán)境。

2.2雙側限產品合格判定的影響分析

有些工程產品的技術指標為雙側公差限，如閘門寬度、螺桿直徑、砂石粒組含量，等等。如圖2，技術指標x要求為：x [xL， xU]，這時，當測量結果X落在[xL-U95，xL+U95]或[xU-U95，xU+U95]時，無法準確判定產品合格或不合格。

Lar（p） 等于四邊形bcfe和nolk的面積之和（Sbcfe+ Snolk），Lrr（p） 等于四邊形efih和qron的面積之和（Sefih+ Sqron）。

事實上，產品技術指標的真值分布是不知道的，所以，誤接收概率和誤拒收概率都是無法準確計算的，實際應用中，可用測量結果分布代替真值分布來估計Lar（p） 和Lrr（p） 。

3合格判定原則

以2.1中的單側限產品為例，直線ac左側為不合格區(qū)，直線gi右側為合格區(qū)，當測量結果落在直線ac與直線gi之間時，我們無法確定該產品是否合格，這個區(qū)域為不確定區(qū)。

不確定度的應用一般原則是：不確定度總是不利于提供測量結果一方。因此，如果由供方提供測量結果，則當測量結果落在不確定區(qū)時，產品將被判為不合格。反之，如果由需方提供測量結果，則當測量結果落在不確定區(qū)時，產品將被判為合格。

當由供方進行測量時，往往會提供較小的測量不確定度，以使合格區(qū)擴大，提高合格率。同樣地，當由需方進行測量時，也希望測量不確定度盡可能小一些，以使不合格區(qū)較大，從而獲得質量較好的產品。測量不確定度大小，應根據測量方的實際情況評定，ISO/TS14253-3[1]規(guī)定了當供方或需方對對方給出的測量不確定度不認可時的處理程序。

在工程實踐中，曾有測量方將測量結果落在不確定區(qū)的產品判為“基本合格”品，這種不嚴格的結論在工程實踐中難以應用。在產品驗收時，人們可能習慣性將“基本合格”的產品與合格品等同對待，所以，實際是人為將不確定區(qū)劃入了合格區(qū)。因此，有必要指出，合格判定應符合國內或國際標準，有些工程可以由供需雙方共同約定。

4測量不確定度的確定

測量不確定度反映測量結果的可靠程度，應根據實際情況作出科學評定。測量不確定度的大小，一定程度上反映實驗室的測量能力。

由于合格判定依據與測量不確定度有關，所以，無論由供方還是需方進行測量，雙方應對測量不確定度大小及其應用方法達成一致意見。如果測量前沒有達成一致，工程在接收或拒收方面的爭端就不得不使用ISO14253-1[2]的缺省規(guī)則。合格判定的原則是測量不確定度將總是不利于進行測量并提供合格或不合格證明的一方。

5.結語

產品質量評定應考慮測量不確定度。如果供、需雙方沒有就測量不確定度及其應用達成一致，在合格判定時，測量不確定度將總是不利于提供測量結果一方。

當前大多數工程產品質量測量并非業(yè)主或施工方親自實施，而是委托第三方進行。所以，為了減少誤判，應盡量委托信譽好的測量機構，由高水平的測量人員實施檢測，以降低測量不確定度，降低產品質量被誤判的概率。

有些產品的技術規(guī)范給出了平行測量允差，可從平行測量允差推算測量不確定度的規(guī)范最大值及不確定區(qū)的規(guī)范最大范圍。如果測量方給出的不確定度超出這個范圍，表明其測量能力不勝任此項測量工作。[3]

參考文獻：

[1]吳國永.填土合格干密度的判定[J].東北水利水電，2006，（3）：62～63.

作者簡介：

吳國永（1961，4），男。巖土工程高級工程師。從事巖土工程質量檢測、研究工作。

從事巖土工程質量檢測、教學、研究工作，以第一作者發(fā)表土的直剪試驗有效抗剪強度指標的特性、快速擊實試驗、廣東常見筑壩土料固結快剪與慢剪抗剪強度指標的對比、填土干密度檢測抽樣方案與接收概率、填土合格干密度的判定、全站儀測距不確定度研究、工程質量檢測多樣本樣本一致性比較等二十多遍論文，部分研究成果已在工程實踐中應用多年，得到實踐的檢驗。