基于六西格瑪工具對(duì)SSL光電測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量改進(jìn)

田江波 史躍 樊倩慧 韓立成

摘要：CNAS-CL01 A003對(duì)電氣領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明中，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的有效性提出了具體的要求，本文將結(jié)合北京泰瑞特檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司的SSL光電實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)案例，分析一種基于六西格瑪工具在SSL光電測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：六西格瑪;SSL;測(cè)量系統(tǒng);質(zhì)量改進(jìn)

1、六西格瑪工具介紹及發(fā)展

時(shí)至今日，六西格瑪管理在傳統(tǒng)的流程改進(jìn)基礎(chǔ)上，有了一些新的發(fā)展領(lǐng)域，包括與精益生產(chǎn)相結(jié)合，產(chǎn)生了精益六西格瑪;在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，有六西格瑪設(shè)計(jì)（DF$S）等，隨著六西格瑪管理在企業(yè)界的不斷推廠廣和運(yùn)用，六西格馬管理的價(jià)值將不斷體現(xiàn)。我國(guó)于2018年3月發(fā)布了GB/T 36077-2018《六西格瑪管理評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》，為我國(guó)企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)化方面實(shí)施六西格瑪管理起到了有力推動(dòng)的作用。

2、六西格瑪評(píng)定步驟

六西格瑪改進(jìn)的 DMAIC五階段，定義階段（D），測(cè)量階段（M），分析階段（A），改進(jìn)階段（I），控制階段（C），以改進(jìn)項(xiàng)目形式進(jìn)行的，每個(gè)六西格瑪改進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施，都遵循的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬳樞颍灿?jì)為五個(gè)階段。

3、泰瑞特光電實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量系統(tǒng)改進(jìn)案例

3.1 案例背景

泰瑞特光電實(shí)驗(yàn)室根據(jù)CNAS-CL01 A003的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用能力要求，為確保檢測(cè)結(jié)果的有效性，實(shí)施日常的質(zhì)量監(jiān)控工作，該實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)與外部實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室比對(duì)后，En值大于1，結(jié)果不理想。導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)性較大。

在SSL產(chǎn)品（solid -state lighting）--固態(tài)照明產(chǎn)品（以下簡(jiǎn)稱SSL產(chǎn)品）的測(cè)量上，由于區(qū)別于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，其測(cè)試方法主要是依據(jù)北美IES的LM-79標(biāo)準(zhǔn)-Electrical and photometric Measurements of solid-state lighting以及國(guó)內(nèi)的GB/T 24824，其測(cè)試方法中由于SSL產(chǎn)品的光電測(cè)量中對(duì)設(shè)備要求，測(cè)試方法，測(cè)試環(huán)境因素的均有嚴(yán)格的區(qū)間和精度要求，導(dǎo)致SSL的光電測(cè)量存在較大的測(cè)量不確定度。

在發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)之處后，公司管理人員選擇六西格瑪工具來(lái)解決問(wèn)題，把該改進(jìn)項(xiàng)目定為六西格瑪黑帶項(xiàng)目，這也符合了福特重視“團(tuán)隊(duì)高效工作”的策略。

使用 DMAIC方法改進(jìn)質(zhì)量

該項(xiàng)目于2021年1月啟動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室有1名六西格瑪黑帶和2名六西格瑪綠帶，這是實(shí)施項(xiàng)目的質(zhì)量團(tuán)隊(duì)成員的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人張某是六西格瑪黑帶，他根據(jù)候選人的以下條件來(lái)選擇項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員：職責(zé)、專業(yè)知識(shí)、負(fù)責(zé)的測(cè)試流程、溝通技巧和候選人在團(tuán)隊(duì)中的互動(dòng)能力。結(jié)果來(lái)自檢測(cè)中心、質(zhì)量部、業(yè)務(wù)部以及比對(duì)實(shí)驗(yàn)室的6名成員構(gòu)成了跨職能團(tuán)隊(duì)。

3.2.界定

通過(guò)應(yīng)用界定—測(cè)量—分析—改進(jìn)—控制（DMAIC）方法。

涉及界定項(xiàng)目的范圍是SSL光電測(cè)量的不確定度，實(shí)驗(yàn)室比對(duì)的En值的改善。

項(xiàng)目的目標(biāo)項(xiàng)是：1、SSL光電測(cè)量的不確定度減小30%及以上;2、實(shí)驗(yàn)室比對(duì)的En值控制在小于1;

3.3 測(cè)量

改進(jìn)前的本次實(shí)驗(yàn)是對(duì)燈具在室溫環(huán)境25.3℃下的光通量進(jìn)行測(cè)量，實(shí)際測(cè)試讀取的為1124.2lm。

測(cè)量不確定度有許多來(lái)源，按國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059 -1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中規(guī)定可將其分為2 類(lèi)：

1） 不確定度的A類(lèi)評(píng)定

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測(cè)試情況，5次測(cè)量數(shù)據(jù)如下（單位：lm）：x1=1124.30，x2=1125.90，x3=1123.60，x4=1126.40，x5=1120.80，平均光通Φ =1124.20;

2） 不確定度的B類(lèi)評(píng)定

根據(jù)JJF1059 -1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類(lèi)評(píng)定的公式為：（ a=儀器誤差等級(jí)× 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差）

B類(lèi)不確定度來(lái)源有以下

2.1） 由于變頻交流電源APS-9102的波動(dòng)造成的不確定度

變頻交流電源APS-9102的波動(dòng)誤差為：電壓穩(wěn)定度≤0. 2%。

設(shè)交流電源APS-9102的波動(dòng)在該區(qū)間為均勻分布，則，靈敏系數(shù)，估計(jì)其相對(duì)不確定度25%，故

2.2） 由于PMS-80高精度快速光譜輻射計(jì)的誤差造成的不確定度

PMS-80高精度快速光譜輻射計(jì)測(cè)量誤差為≤0.3%

設(shè)PMS-80高精度快速光譜輻射計(jì)誤差在該區(qū)間為均勻分布，則，靈敏系數(shù)，估計(jì)其相對(duì)不確定度10%，故

2.3） 由于標(biāo)準(zhǔn)燈D204的測(cè)量不確定度造成的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)燈D204在250-1600nm波段測(cè)試誤差為0.47%-1.74%;

設(shè)標(biāo)準(zhǔn)燈D204誤差在該區(qū)間為均勻分布，則，靈敏系數(shù)，估計(jì)其相對(duì)不確定度10%，故

2.4） 由于光度探頭的誤差造成的不確定度

光度探頭的誤差的誤差標(biāo)準(zhǔn)級(jí)為±1%;

設(shè)光度探頭的誤差在該區(qū)間為均勻分布，則，靈敏系數(shù)，估計(jì)其相對(duì)不確定度10%，故

2.5） 由于積分球的反射誤差造成的不確定度

積分球的反射誤差為2%;

3） 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由A 類(lèi)和B 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

4） 有效自由度的計(jì)算及包含因子的確定

置信水準(zhǔn)95% 時(shí)，則

5） 擴(kuò)展不確定度

6） 不確定度的最后報(bào)告

判斷結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U p =37.0lm

（Up 由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc =17.50，按置信水準(zhǔn)p=95%，自由度v =18.89，所得t分布臨界值——包含因子k =2.10而得）

3.4. 分析

以上是沒(méi)有經(jīng)過(guò)測(cè)量系統(tǒng)分析驗(yàn)證的一個(gè)積分球測(cè)量系統(tǒng)的不確定度，從上面不確定度分量來(lái)看，重復(fù)性誤差的貢獻(xiàn)率比較大，我們可以通過(guò)MSA測(cè)量系統(tǒng)分析來(lái)定量客觀地分析和改善測(cè)量系統(tǒng)?？梢灾庇^得得出測(cè)量系統(tǒng)的缺陷點(diǎn)和改進(jìn)方法。從而，減少測(cè)量不確定度。

從圖1和圖2可以看出，重復(fù)性和再現(xiàn)性的不確定度的貢獻(xiàn)分量和部件間的不確定度的貢獻(xiàn)分量較高，主要是人員測(cè)試方法的不規(guī)范和不統(tǒng)一，以及積分球的表面反射誤差的所導(dǎo)致;

3.5. 改進(jìn)

通過(guò)對(duì)檢測(cè)工程師的測(cè)試方法的培訓(xùn)和考核，達(dá)到在測(cè)試手法上的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一，以及對(duì)積分球詩(shī)貝倫涂層的重新噴涂和校驗(yàn)，改進(jìn)后的光電檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的不確定度計(jì)算如下：

3.5.1 不確定度的A類(lèi)評(píng)定

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測(cè)試情況，5次測(cè)量數(shù)據(jù)如下：（單位：lm）x1=1124.30，x2=1125.90，x3=1123.60，x4=1126.40，x5=1124.50，平均光通Φ=1124.94;

3.5.2 不確定度的B類(lèi)評(píng)定

根據(jù)JJF1059 -1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類(lèi)評(píng)定的公式為：

3.5.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由A 類(lèi)和B 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.5.4有效自由度的計(jì)算及包含因子的確定

4.3.5 擴(kuò)展不確定度

3.5.6 不確定度的最后報(bào)告

判斷結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U p =26.6lm

（Up 由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc =13.30，按置信水準(zhǔn)p=95%，自由度v =18.89，所得t分布臨界值——包含因子k =2.10而得）

3.5.7 SSL光電測(cè)量的不確定度減小30%及以上;實(shí)驗(yàn)室比對(duì)的En值控制在小于1;

3.6控制

綜上所述，在測(cè)量系統(tǒng)分析中，把握住偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性與再現(xiàn)性的指標(biāo)，可以保證測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的操作性，同時(shí)，就該積分球測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性和重復(fù)性與再現(xiàn)性（R&R）存在一定問(wèn)題，通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)積分球的反射率影響了測(cè)量的穩(wěn)定性，人員測(cè)量方法的差異影響了重復(fù)性和再現(xiàn)性，通過(guò)改進(jìn)，從而減小了測(cè)量系統(tǒng)的不確定度。

4 總結(jié)

本研究擬通過(guò)使用MINITAB軟件，按照測(cè)量系統(tǒng)分析的方法，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)從測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員、測(cè)量?jī)x器等變異來(lái)源及影響量獲取數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的偏倚項(xiàng)目，線性分析項(xiàng)目，穩(wěn)定性分析，重復(fù)性和再現(xiàn)性分析項(xiàng)目上進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，確保測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)確穩(wěn)定的狀態(tài)，從而控制SSL產(chǎn)品的測(cè)量不確定度變異的分量，達(dá)到減小SSL產(chǎn)品光電測(cè)量不確定度。在測(cè)量系統(tǒng)分析中，把握住偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性與再現(xiàn)性的指標(biāo)，可以保證測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的操作性，同時(shí)，就該積分球測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性和重復(fù)性與再現(xiàn)性（R&R）存在一定問(wèn)題，通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)積分球的反射率影響了測(cè)量的穩(wěn)定性，人員測(cè)量方法的差異影響了重復(fù)性和再現(xiàn)性，通過(guò)改進(jìn)，從而減小了測(cè)量系統(tǒng)的不確定度。

參考文獻(xiàn)：

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