基于六西格瑪工具對SSL光電測量系統的質量改進

田江波 史躍 樊倩慧 韓立成

摘要：CNAS-CL01 A003對電氣領域的應用說明中，對檢測結果的有效性提出了具體的要求，本文將結合北京泰瑞特檢測技術服務有限責任公司的SSL光電實驗室的測量系統的改進案例，分析一種基于六西格瑪工具在SSL光電測量系統實驗室的質量改進方法。

關鍵詞：六西格瑪;SSL;測量系統;質量改進

1、六西格瑪工具介紹及發展

時至今日，六西格瑪管理在傳統的流程改進基礎上，有了一些新的發展領域，包括與精益生產相結合，產生了精益六西格瑪;在產品的設計開發領域，有六西格瑪設計（DF$S）等，隨著六西格瑪管理在企業界的不斷推廠廣和運用，六西格馬管理的價值將不斷體現。我國于2018年3月發布了GB/T 36077-2018《六西格瑪管理評價準則》，為我國企業在標準化方面實施六西格瑪管理起到了有力推動的作用。

2、六西格瑪評定步驟

六西格瑪改進的 DMAIC五階段，定義階段（D），測量階段（M），分析階段（A），改進階段（I），控制階段（C），以改進項目形式進行的，每個六西格瑪改進項目的實施，都遵循的嚴謹的邏輯順序，共計為五個階段。

3、泰瑞特光電實驗室的測量系統改進案例

3.1 案例背景

泰瑞特光電實驗室根據CNAS-CL01 A003的實驗室應用能力要求，為確保檢測結果的有效性，實施日常的質量監控工作，該實驗室經過與外部實驗室進行實驗室比對后，En值大于1，結果不理想。導致檢測數據的波動性較大。

在SSL產品（solid -state lighting）--固態照明產品（以下簡稱SSL產品）的測量上，由于區別于傳統照明產品，其測試方法主要是依據北美IES的LM-79標準-Electrical and photometric Measurements of solid-state lighting以及國內的GB/T 24824，其測試方法中由于SSL產品的光電測量中對設備要求，測試方法，測試環境因素的均有嚴格的區間和精度要求，導致SSL的光電測量存在較大的測量不確定度。

在發現需要改進之處后，公司管理人員選擇六西格瑪工具來解決問題，把該改進項目定為六西格瑪黑帶項目，這也符合了福特重視“團隊高效工作”的策略。

使用 DMAIC方法改進質量

該項目于2021年1月啟動。實驗室有1名六西格瑪黑帶和2名六西格瑪綠帶，這是實施項目的質量團隊成員的堅實的基礎。團隊領導人張某是六西格瑪黑帶，他根據候選人的以下條件來選擇項目團隊成員：職責、專業知識、負責的測試流程、溝通技巧和候選人在團隊中的互動能力。結果來自檢測中心、質量部、業務部以及比對實驗室的6名成員構成了跨職能團隊。

3.2.界定

通過應用界定—測量—分析—改進—控制（DMAIC）方法。

涉及界定項目的范圍是SSL光電測量的不確定度，實驗室比對的En值的改善。

項目的目標項是：1、SSL光電測量的不確定度減小30%及以上;2、實驗室比對的En值控制在小于1;

3.3 測量

改進前的本次實驗是對燈具在室溫環境25.3℃下的光通量進行測量，實際測試讀取的為1124.2lm。

測量不確定度有許多來源，按國家計量技術規范JJF1059 -1999《測量不確定度評定與表示》中規定可將其分為2 類：

1） 不確定度的A類評定

根據本實驗的實際測試情況，5次測量數據如下（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類評定

根據JJF1059 -1999《測量不確定度評定與表示》規定，標準不確定度的B類評定的公式為：（ a=儀器誤差等級× 實驗標準差）

B類不確定度來源有以下

2.1） 由于變頻交流電源APS-9102的波動造成的不確定度

變頻交流電源APS-9102的波動誤差為：電壓穩定度≤0. 2%。

設交流電源APS-9102的波動在該區間為均勻分布，則，靈敏系數，估計其相對不確定度25%，故

2.2） 由于PMS-80高精度快速光譜輻射計的誤差造成的不確定度

PMS-80高精度快速光譜輻射計測量誤差為≤0.3%

設PMS-80高精度快速光譜輻射計誤差在該區間為均勻分布，則，靈敏系數，估計其相對不確定度10%，故

2.3） 由于標準燈D204的測量不確定度造成的不確定度

標準燈D204在250-1600nm波段測試誤差為0.47%-1.74%;

設標準燈D204誤差在該區間為均勻分布，則，靈敏系數，估計其相對不確定度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準級為±1%;

設光度探頭的誤差在該區間為均勻分布，則，靈敏系數，估計其相對不確定度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） 合成標準不確定度

由A 類和B 類標準不確定度合成的標準不確定度為

4） 有效自由度的計算及包含因子的確定

置信水準95% 時，則

5） 擴展不確定度

6） 不確定度的最后報告

判斷結果的擴展不確定度為U p =37.0lm

（Up 由合成標準不確定度uc =17.50，按置信水準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

以上是沒有經過測量系統分析驗證的一個積分球測量系統的不確定度，從上面不確定度分量來看，重復性誤差的貢獻率比較大，我們可以通過MSA測量系統分析來定量客觀地分析和改善測量系統。可以直觀得得出測量系統的缺陷點和改進方法。從而，減少測量不確定度。

從圖1和圖2可以看出，重復性和再現性的不確定度的貢獻分量和部件間的不確定度的貢獻分量較高，主要是人員測試方法的不規范和不統一，以及積分球的表面反射誤差的所導致;

3.5. 改進

通過對檢測工程師的測試方法的培訓和考核，達到在測試手法上的標準和統一，以及對積分球詩貝倫涂層的重新噴涂和校驗，改進后的光電檢測測量系統的不確定度計算如下：

3.5.1 不確定度的A類評定

根據本實驗的實際測試情況，5次測量數據如下：（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類評定

根據JJF1059 -1999《測量不確定度評定與表示》規定，標準不確定度的B類評定的公式為：

3.5.3 合成標準不確定度

由A 類和B 類標準不確定度合成的標準不確定度為

3.5.4有效自由度的計算及包含因子的確定

4.3.5 擴展不確定度

3.5.6 不確定度的最后報告

判斷結果的擴展不確定度為U p =26.6lm

（Up 由合成標準不確定度uc =13.30，按置信水準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光電測量的不確定度減小30%及以上;實驗室比對的En值控制在小于1;

3.6控制

綜上所述，在測量系統分析中，把握住偏倚、線性、穩定性、重復性與再現性的指標，可以保證測量系統的穩定性和良好的操作性，同時，就該積分球測量系統，通過測量系統分析，發現穩定性和重復性與再現性（R&R）存在一定問題，通過檢查，發現積分球的反射率影響了測量的穩定性，人員測量方法的差異影響了重復性和再現性，通過改進，從而減小了測量系統的不確定度。

4 總結

本研究擬通過使用MINITAB軟件，按照測量系統分析的方法，對測量系統從測量環境、測量人員、測量儀器等變異來源及影響量獲取數據，對測量系統的偏倚項目，線性分析項目，穩定性分析，重復性和再現性分析項目上進行分析評價，確保測量系統達到準確穩定的狀態，從而控制SSL產品的測量不確定度變異的分量，達到減小SSL產品光電測量不確定度。在測量系統分析中，把握住偏倚、線性、穩定性、重復性與再現性的指標，可以保證測量系統的穩定性和良好的操作性，同時，就該積分球測量系統，通過測量系統分析，發現穩定性和重復性與再現性（R&R）存在一定問題，通過檢查，發現積分球的反射率影響了測量的穩定性，人員測量方法的差異影響了重復性和再現性，通過改進，從而減小了測量系統的不確定度。

參考文獻：

[1]質量管理體系測量過程和測量設備的要求GB/T19022-2003[S]. 北京：中國標準出版社，2003.

[2]中國認證認可協會組編 質量管理方法工具[M]. 北京：高等教育出版社，2020.