電子元器件測量系統分析

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1.序言

計量是關于測量的科學，是實現單位統一、量值準確可靠的活動，是與測量結果置信度有關的、與不確定度聯系在一起的規范化測量。電子元器件的研制、生產以及服務所涉及的電、力、聲等需要測量的量值數以百計，根據質量管理體系要求，對包括測量標準在內的測量系統進行管理、確認和使用，必須建立和保持一個有效的計量體系文件。該文件應明確規定計量體系對計量設備的要求、職責分配及采取的措施，供方應向需方提供客觀證據，以證實是否滿足其所規定要求的準確度。體系設計應能確保所有測量系統使用符合預期的要求，及早發現問題，及時采取措施糾正，以防止誤差超出規定允許誤差極限。

2.計量體系的內容

ISO10012-2016規定，供方建立的計量體系應包含下列內容：2.1確保所有測量儀器使用符合預期要求，并能及早發現問題，及時采取糾正措施，以防止誤差超出規定允許誤差極限；2.2充分考慮全部有關（計量檢測或表面質量）數據和資料，包括由供方或為供方實施的過程統計控制系統得到的可用數據和資料；2.3對每一臺測量儀器，供方都應指定有資質的員工，授權其按體系的規定進行確認，以確保設備處于合格的技術狀態；2.4當供方的全部或部分確認工作（包括校準）通過其他單位的服務來替代或補充時，供方應保證這些單位也使用計量確認體系標準且符合規定。為保證測量數據準確可靠，確保所有測量設備的使用符合預期要求，就必須對測量設備的能力進行分析和確認，確保計量體系有效運行，保證產品研制生產過程處于受控狀態，保證產品檢測的可靠性。

3.測量系統分析控制和管理

現代管理學中測量數據的使用頻繁而廣泛，將測量數據或由它們計算出的統計量，與過程統計控制限值相比，決定是否調整電子元器件的生產過程。測量數據的質量與穩定條件下運行一個測量系統得到的多次測量結果的統計特性有關，因此對測量系統分析控制和管理，是十分有益的。一個測量系統的質量是由其測量數據的統計特性來確定的，在某一用途中最重要的統計特性在另一用途中不一定是最重要的特性。例如，對一個數據存儲示波器，它將產生與證明過的標準值“很近”的測量結果，該標準值能追溯到國家測量標準（即國家基準）。該數據存儲示波器的一些應用，其最重要的特性是“小”的偏倚和方差。但是不管其偏倚和方差可能如此的“小”，在另一些應用中，同一臺數據存儲示波器由于其錯誤分類比率太高而不能在好產品和壞產品之間做出可接收的分辨工作。因此在常用條件下，該數據存儲示波器用于現場檢測器具的計量校準和分析制造過程是可以接受的，但對直接用作現場最后項目的檢查則是不可接受的。盡管每一個測量系統可能需要不同的測量數據統計特性，但這些特性是所有測量系統必須共有的，包括：測量系統必須處于統計控制中，即測量系統中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的；測量系統的變異必須比生產制造過程的變異要??；變異應小于被測產品的公差帶；測量精度應高于過程變異和公差帶兩者中精度較高者，一般來說，測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的1/10；測量系統統計特性可能會隨被測項目的改變而變化。當變化時，則測量系統最大的（也是最壞的）變差應小于過程變差和公差帶兩者中的最小者。測量系統的評定程序應用于評價生產過程中的環境，特別是應用于評價測量系統的統計特性，如：重復性、再現性、偏倚、穩定性以及線性。

4.測量系統分析的目的

在實際工作中，一些測量往往找不到將它與已知量值直接進行比較的測量儀器，或者測量準確度不高，例如溫度、流量、加速度等，直接同它們的標準量比較相當困難，但可以將輸入量變換成其他量，諸如電流、電壓、電阻等易測量的電學量；或變換成大小不同的同種量，如將大電流變換成較易測量的安培量級的電流。準確區別和理解測量儀器的示值誤差、最大允許誤差和測量不確定度之間的關系是十分重要的。最大允許誤差是指技術規范所規定的允許的誤差極限，是一個判定是否合格的要求；而示值誤差是測量儀器某一示值的誤差的實際大小，是通過檢定、校準所得到的一個值，可以評價十分滿足最大允許誤差的要求，從而判斷該測量儀器是否合格；或根據實際需要提供一個修正值，以提高測量結果的準確度。測量不確定度是表征測量結果分散性的一個參數，它只能表述為一個區間或一個范圍。對測量系統進行分析的目的是為了更好地了解變差的來源，可定量的表示和傳遞特定的測量系統的局限性。對用來表示測量系統變差的分布可賦予以下特性：表述位置的有：穩定性、偏倚和線性；表述寬度或服務的有：重復性和再現性。在對測量系統的分析中，盡管可以采用數值技術來確定測量系統的變差，但每個分析還應包括圖形技術的應用。在對特定的測量系統分析中，最有效的統計工具取決于預期的變差主要來源。在選擇或分析測量系統時，測量系統的分辨能力也是十分重要的特性。由于經濟上或物理上的限制，測量系統將不能識別基本過程中所有被測量產品獨立的或不同的被測特性。被測特性根據測量值來分為不同的數據組，在同一數據分級中的所有產品對于被測特性來說具有同一數值。如果測量系統沒有足夠的分辨力，它將不是識別過程變差或定量表示單個產品特性值的合適系統；如果不能測定出過程的變差，這種分辨力用于分析是不能接受的；如果不能測定出特定原因的變差，它用于控制也是不能接受的。如果相對于過程變差，可視分辨率較小，測量系統將具有足夠的分辨率。因此為了得到足夠的分辨率，建議可視分辨率最多是總過程的6σ（標準偏差）的1/10，而不是傳統的公差范圍的1/10。

5.測量系統分析控制方法

測量系統的分析是可以采用統計過程控制圖來進行，測量過程統計控制圖與生產過程統計控制圖從原理上是一致的，其不同點是生產過程控制圖是建立在測量過程本身是穩定與可靠基礎上的；而測量過程的控制圖是要驗證測量系統本身具有統計穩定性的。分析測量系統穩定性的一個方法是按照常規畫出基準或基準件重復讀數的平均值和極差。從這種分析中可以確定，例如失控信號是需要校準測量系統的標志，沒有失控信號的校準很可能增加測量系統讀數的變差。還有可能由于基準或基準件變化而出現的失控信號。在分析測量系統時，沒有必要計算測量系統穩定性數值，系統的改進有時采用指數來度量，但采用了控制圖后，系統的改進可以在控制圖上看出來。改進的一種形式可能是從過程中排除特殊原因，從而形成穩定的測量過程。進一步的改進可視為變窄了控制極限，表明已經縮減了系統變差的一般原因。

6.結束語

ISO10012中要求對每一測量過程，應識別有關的過程要素和控制。要素和控制限的選擇要與不符合規定的要求時引起的風險相稱。測量結果應設計為能防止出現錯誤的測量結果，并確保能迅速檢測出存在的問題和及時采取的糾正措施。對于元器件生產過程中測量系統的分析方法是多種多樣的，一般采用控制圖的方法就可以滿足，但對關鍵工序的測量系統，需要采用測量過程統計控制，這樣就可以確保測量系統受控和保證生產過程受控，以滿足產品質量與可靠性的要求。

作者:王少軍 張蓉 王越 雷宵 單位:陜西群力電工有限責任公司

參考文獻

[1]GB/T19022-2003(idtISO10012:2003)《測量管理體系—測量過程和測量設備的要求》.