卷烟计量型测量系统的分析

1/6卷烟计量型测量系统的分析摘要：为准确了解卷烟计量型测量系统现状，将工序自检、过程巡检、出厂检验3个环节相同质量指标测量单元视为一个测量系统，采用MSA新方法对质量、圆周、长度、吸阻、硬度5个测量系统进行了分析。结果表明：5个测量系统的研究公差比（%P/T）在10%～30%之间，说明测量系统能力满足对产品质量判定的要求；除硬度测量系统外，4个测量系统的研究变异比（%R&R）在10%～30%之间，说明测量系统能力满足对生产过程改进分析的要求。关键词：计量型；测量系统分析（MSA）；测量系统波动（R&R）；研究公差比（%P/T）；研究变异比（%R&R）AnalysisofCigaretteMetrologicalMeasurementSystemAbstract:Inordertoknowthestatusquoofcigarettemeasurementsystem,fivesystemsformeasuringcigaretteweight,circumference,length,drawresistanceandhardnessseparatelyinoperator’sself-inspection,regularprocessinspectionandex-factoryinspectionwereanalyzedwithMSA(measurementsystemanalysis)method.Theresultsshowedthattheprecisiontotoleranceratio(%P/T)ofthefivemeasurementsystemsrangedfrom10%to30%,whichindicatedthatthecapacityofmeasurementsystemssatisfiedtherequirementsforproductqualityassessment;therepeatabilityandreproducibilityratio(%R&R)offourmeasurementsystems(excludinghardnessmeasurementsystem)rangedfrom10%to30%,whichindicatedthatthecapacityofthemeasurementsystemssatisfiedtherequirementsforanalysisandimprovementofproductionprocess.Keywords:Measuringtype;Measurementsystemanalysis(MSA);Measurementsystemvariation(R&R);Precisiontotoleranceratio(%P/T);Repeatabilityandreproducibilityratio(%R&R)测量系统分析（MSA，MeasurementSystemAnalysis）是指用统计学方法了解测量系统中的各种波动源及其对测量结果的影响，判断测量系统是否符合使用要求的过程[1]。质量、长度、圆周、吸阻、硬度是重要的卷烟计量型物理参数，目前，业内对计量型测量系统评估的方法有仪器比对法[2]、王雷等[3]报道的假设检验法、刘海文等[4]报道的配对数据检验法，以及张博等[5]报道的MSA传统方法。前三种方法仅对测量系统的再现性进行了评估，分析不够全面；MSA传统方法直接以产品为分析样品，由于烟支产品的可重复测量性较差，该方法也不适合用于分析卷烟计量型测量系统。目前，尚未见有关采用MSA新方法（以标准件或固定件为分析样品）分析卷烟测量系统的报道。因此，将工序自检、过程巡检、出厂检验3个环节相同质量指标测量单元视为一个测量系统，采用MSA新方法对卷烟质量、圆周、长度、吸阻、硬度5个测量系统进行分析，旨在准确评估卷烟计量型测量系统，保证各检验环节的测量一致性。1材料与方法1.1材料和仪器SYB-Y(T)-1型烟支物检设备溯源比对棒（标准件，郑州瀚天科技发展公司）；QTM型综合测试台（英国斯如林公司）3台，每台配备质量、圆周、长度、吸阻、硬度5个测量单元。1.2方法在工序自检、过程巡检、出厂检验3处各选1台QTM综合测试台，校准并使其处于稳定状态；取烟支2/6物检设备溯源比对棒10支并编号，在每台QTM综合测试台上按编号顺序重复测试[6-10]3次并记录测量数据；采用MSA方法对数据进行分析，得到评价测量系统精度的两项指标研究公差比（%P/T）和研究变异比（%R&R）[11]，以两项指标≤10%、10%＜两项指标＜30%、任一项指标≥30%对测量系统相应做出“良好”、“可接受”、“须改进”的判定。MSA具体实现方法的选择，需考虑对测量系统波动（R&R）以及测量总波动（TV）的度量是否准确。MSA传统方法以产品为分析样品，由于烟支的可重复测量性较差，所获得的R&R并非全部来自测量系统本身，此方法还直接以样品波动作为生产过程实际波动（PV，TV的分量），对TV的度量也不够准确。因此，本研究采用MSA新方法实现对测量系统的评估，即①使用标准件（烟支物检设备溯源比对棒）作为分析样品；②使用6倍过程总体标准差（6σTotal）[12]作为测量总波动（TV）。2结果与分析2.1质量测量系统分析3台QTM综合测试台对烟支物检设备溯源比对棒质量指标的测量数据见表1。测量系统波动(R&R)由重复性波动（EV）和再现性波动（AV）两方面构成，其公式为：2122AVEVR&R（1）重复性波动是指同一测量仪器，对同一测量部件的同一特性在较短时间间隔内进行多次测量，所得结果一致性，其公式为：*21116dRkEVkii（2）式中：k—测量仪器数；iR—测量仪器i重复测量同一个部件的极差的平均值；*2d—由测量轮数和测量仪器数量所决定的系数，可通过查“*2d=*2d（m,g）的数值表”[2]得到。再现性波动是指在各种可能变化的测量条件下，对同一测量部件的同一特性进行多次测量，所得结果一致性。该波动普遍情况下主要由不同测量人员引起，但对于自动化程度很高的数字式测试仪器，人员波动很小可以忽略不计[12]。就本研究而言，再现性波动主要来自不同仪器。其公式为：212*212*2minmax1)11()(6nmdRkdXXAVkii（3）式中：n—测量对象个数；m—重复测量次数；X—单台测量仪器nm个测量值的总平均，maxX，minX分别表示k个X中最大和最小的一个。利用表1中的数据采用均值极差法，按照公式（1）～（3）分别计算EV，AV和R&R。然后结合测量指标技术公差T和历史平均的过程总体标准差σTotal（表2），求取评价测量系统精度的两项重要指标：研究公差比（%P/T）和研究变异比（%R&R）,其公式分别为：3/6%P/T=%100&TRR（4）式中：T—被测对象质量特性的容差（公差）。%1006&%100&TotalRRTVRRR&%R（5）式中：TV—总波动；Total—过程总体标准差，本研究使用历史均值。经计算，EV=0.0110，AV=0.0320，R&R=0.0338，%P/T=28.16%，%R&R=24.48%，测量系统能力可接受。由于%AV%EV，说明系统的再现性是造成测量系统能力达不到良好状态的主要原因，由表1知工序自检QTM与过程巡检QTM测量均值接近，而出厂检验QTM测量均值与前二者相差较大，说明再现性波动过大主要由出厂QTM测量均值偏大造成，应对其进行再次校准。表1烟支物检设备溯源比对棒质量指标测量数据（g）测量仪器试验号样品自检QTM巡检QTM检验员C出厂QTM样本编号平均值12345678910工序自检QTM12.4132.4132.4122.4132.4092.4082.4122.4102.4062.41222.4082.4102.4092.4122.4052.4062.4092.4082.4052.41032.4082.4102.4082.4122.4052.4052.4082.4062.4032.410均值2.4102.4112.4102.4122.4062.4062.4102.4082.4052.4112.409极差0.0050.0030.0040.0010.0040.0030.0040.0040.0030.0020.003过程巡检QTM12.4122.4152.4142.4162.4102.4102.4132.4122.4092.41522.4112.4142.4122.4152.4102.4102.4142.4132.4102.41632.4122.4152.4152.4172.4112.4122.4162.4142.4122.418均值2.4122.4152.4142.4162.4102.4112.4142.4132.4102.4162.413极差0.0010.0010.0030.0020.0010.0020.0030.0020.0030.0030.002出厂检验QTM12.4162.4182.4172.4202.4142.4152.4182.4172.4152.42122.4172.4202.4192.4222.4172.4172.4202.4192.4172.42232.4192.4222.4212.4232.4192.4182.4222.4222.4192.425均值2.4172.4202.4192.4222.4172.4172.4202.4192.4172.4232.419极差0.0030.0040.0040.0030.0050.0030.0040.0050.0040.0040.004表2卷烟物理指标公差及过程总体标准差历史均值参数质量（g）圆周（mm）长度（mm）吸阻（Kpa）硬度（%）T0.1200.401.00.40020.0σTotal0.0230.0550.140.0502.902.2圆周测量系统分析3台QTM综合测试台对烟支物检设备溯源比对棒圆周指标的测量数据见表3。经计算，EV=0.0544，AV=0.00704，R&R=0.0890，%P/T=22.24%，%R&R=26.96%，测量系统能力可接受。由于%AV%EV，说明系统的再现性是造成测量系统能力达不到良好状态的主要原因，由表3知工序自检QTM与过程巡检QTM测量均值接近，而出厂检验QTM测量均值与前二者相差较大，说明再现性波动过大主要由出厂QTM测量均值偏小造成，应对其进行再次校准。4/6表3烟支物检设备溯源比对棒圆周指标测量数据(mm)测量仪器试验号样品自检QTM巡检QTM检验员C出厂QTM样本编号平均值12345678910工序自检QTM124.3124.3124.3524.3324.3124.3124.3224.3024.3124.31224.3324.3124.3524.3324.3124.3124.3224.3024.3024.31324.3224.3124.3524.3324.3124.3124.3224.3024.3024.31均值24.32024.31024.35024.33024.31024.31024.32024.30024.30324.31024.316极差0.0200000000.0100.003过程巡检QTM124.3024.2724.2924.2624.2924.3224.3024.2824.3024.31224.3224.4124.3324.2824.2824.3124.3124.2724.3124.30324.3524.3024.3724.3024.3124.3124.3324.2924.3124.31均值24.32324.32724.33024.28024.29324.31324.31324.28024.30724.30724.307极差0.050.140.080.040.030.010.030.020.010.010.042出厂检验QT