測量系統分析在煤質檢測設備能力評價中的應用

祝柵

摘要：分析了現有的保證煤質化驗準確性和精確性的方法和存在的問題，應用測量系統分析（MSA）評價煤質檢測設備的能力，以統計學原理為依據，通過界定煤礦同一產品批次的范圍，研究煤礦破壞性實驗測量系統分析單樣本實現多次測量的方法。借助MINITAB軟件，應用測量系統分析方法綜合評價檢測設備的測量能力。

Abstract： This paper analyzes the existing methods and existing problems of ensuring the accuracy and precision of the coal quality analysis， applying the measurement system analysis （MSA） to evaluating the ability of coal quality testing equipment. Based on statistical principle， and by defining the scope of the same product batch in the coal mine， and study on the method of single sample to realize multiple measurements in the analysis of the destructive experiment measurement system of coal mine， and introduces the repeatability and reproducibility and the variation of the ratio and resolution% data set three index comprehensive evaluation method of equipment measurement capability. With the software of MINITAB， the method of measuring system analysis is used to evaluate the ability of the equipment.

關鍵詞：測量系統分析（MSA）；R&R（重復性和再現性）；P/TV（研究變異比）；P/T（研究公差比）

Key words： measurement system analysis （MSA）；R&R （repeatability and reproducibility）；percent study variation ratio （%P/TV）； percent tolerance ratio （%P/T）

中圖分類號：C81 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0070-02

0 引言

測量系統分析，是指用統計學的方法來了解測量系統中的各個波動源，以及他們對測量結果的影響，最后給出本測量系統是否符合使用要求的明確判斷。

從統計質量管理的角度來看，測量系統分析實質上屬于變異分析的范疇，即分析測量系統所帶來的變異相對于工序過程總變異的大小，以確保工序過程的主要變異源于工序過程本身，而非測量系統，并且測量系統能力可以滿足工序要求。測量系統分析，針對的是整個測量系統的穩定性和準確性，它需要分析測量系統的位置變差、寬度變差。在位置變差中包括測量系統的偏移、穩定性和線性。在寬度變差中包括測量系統的重復性、再現性。

隨著市場對煤炭產品質量要求的不斷提高，煤質的檢測頻次和精度的要求也不斷提高，煤質檢測準確性和精確性不足一方面會造成產品質量不合格，客戶拒卸或退貨，因而造成企業的經濟損失，影響了企業的資質和信譽；另一方面由于檢測精度不足會造成企業內部以好充次的問題，損失企業自身的利益。因此，對煤質測量系統的能力進行分析評價，提高煤質化驗的準確性和精確性具有很重要的意義。現以化驗儀器馬弗爐為例，借助MINITAB工具來分析評價該儀器對煤質灰分的測量能力。

1 實驗設計

1.1 實驗原理

重復性是用一個評價人使用相同的測量儀器對同一被測對象上的同一特性，進行多次測量所得到的測量變差，它是設備本身的固有變差或能力。重復性反映了測量系統中量具本身的波動，通常被記為EV（Equipment Variation）。再現性是用不同評價人使用相同的測量儀器對同一被測對象上的同一特性，進行測量所得的平均值的變差。再現性反映的是在測量過程中不同操作者所帶來的波動，常被記為AV（Appraiser Variation）。

測量系統分析所關注的是測量過程是否有能力準確可靠地反映被測對象的波動，評價測量系統能力的方法有2種。

1.2 實驗步驟

在進行破壞性試驗過程中，測量數據的同時，樣件遭到破壞，則不能對其進行多次測量，比如煤質灰分化驗。煤的灰分化驗屬于破壞性實驗，無法對同一樣本多次測量。針對該問題，常用的方法是認為同批次內樣本間的差異小到可以忽略不計，采用同一批次中多個樣本當作單個樣本來評價測量系統的波動。

同取樣水平同取樣批次下，采用混合及分離方法，首先確保化驗儀器馬弗爐運行情況是正常的，實驗所用灰皿是齊全完好的，其次，對灰分進行重復性和再現性測試。實驗操作員設定2人，制樣人員依照GB474-2008：《煤樣制備方法》中制樣方法對同一樣本循環制作4份平行分析煤樣。然后將4份煤樣匯總到1個干燥的封閉器皿中，旋轉，搖勻，然后均勻分入4個新的煤樣瓶中，貼上標簽作為最終的分析煤樣。因為采用混合分離法制作的4份煤樣可認為是同一批次、同取樣水平和同取樣時間條件下單個樣本的多次測量，所以，測量系統分析實驗由破壞型轉化為非破壞型。

經測試后整理，煤質灰分的測試數據如表2所示。

2 測量系統分析應用

將測量所得數據對應輸入MINITAB軟件中，MINITAB軟件分析結果如圖1和圖2所示。

圖1和圖2說明了該實驗中量具的方差分量貢獻率3.03%，%研究變異比17.41%<30%，測量系統能力勉強可以接受，可根據實際需要和成本而定是否需要改進，可區分的類別數NDC=7>5，符合要求，但是重復性小于再現性說明操作員不同所引起的波動要大于測量設備引起的波動，因此需要對操作人員加強培訓。

3 結論

煤的灰分化驗屬于破壞性實驗，無法對同一樣本多次測量。通過采用同取樣水平同取樣批次下，采用混合及分離的方法，實現單個樣本的多次測量，把測量系統分析實驗由破壞型轉化為非破壞型。

通過試驗分析，煤質測量系統的研究變異比（%P/TV）小于 30%，可區分的類別數NDC=7>5，因此這種煤質測量系統的能力分析方法可以接受。

將測量系統分析應用在煤質化驗設備能力分析中，可以使選煤廠更好的掌握煤質化驗設備在生產過程中的準確性和精確性，為日常生產提供可靠的數據支持。

參考文獻：

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