基于六西格玛工具对SSL光电测量系统的质量改进

田江波 史跃 樊倩慧 韩立成

摘要：CNAS-CL01 A003对电气领域的应用说明中，对检测结果的有效性提出了具体的要求，本文将结合北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司的SSL光电实验室的测量系统的改进案例，分析一种基于六西格玛工具在SSL光电测量系统实验室的质量改进方法。

关键词：六西格玛;SSL;测量系统;质量改进

1、六西格玛工具介绍及发展

时至今日，六西格玛管理在传统的流程改进基础上，有了一些新的发展领域，包括与精益生产相结合，产生了精益六西格玛;在产品的设计开发领域，有六西格玛设计（DF$S）等，随着六西格玛管理在企业界的不断推厂广和运用，六西格马管理的价值将不断体现。我国于2018年3月发布了GB/T 36077-2018《六西格玛管理评价准则》，为我国企业在标准化方面实施六西格玛管理起到了有力推动的作用。

2、六西格玛评定步骤

六西格玛改进的 DMAIC五阶段，定义阶段（D），测量阶段（M），分析阶段（A），改进阶段（I），控制阶段（C），以改进项目形式进行的，每个六西格玛改进项目的实施，都遵循的严谨的逻辑顺序，共计为五个阶段。

3、泰瑞特光电实验室的测量系统改进案例

3.1 案例背景

泰瑞特光电实验室根据CNAS-CL01 A003的实验室应用能力要求，为确保检测结果的有效性，实施日常的质量监控工作，该实验室经过与外部实验室进行实验室比对后，En值大于1，结果不理想。导致检测数据的波动性较大。

在SSL产品（solid -state lighting）--固态照明产品（以下简称SSL产品）的测量上，由于区别于传统照明产品，其测试方法主要是依据北美IES的LM-79标准-Electrical and photometric Measurements of solid-state lighting以及国内的GB/T 24824，其测试方法中由于SSL产品的光电测量中对设备要求，测试方法，测试环境因素的均有严格的区间和精度要求，导致SSL的光电测量存在较大的测量不确定度。

在发现需要改进之处后，公司管理人员选择六西格玛工具来解决问题，把该改进项目定为六西格玛黑带项目，这也符合了福特重视“团队高效工作”的策略。

使用 DMAIC方法改进质量

该项目于2021年1月啟动。实验室有1名六西格玛黑带和2名六西格玛绿带，这是实施项目的质量团队成员的坚实的基础。团队领导人张某是六西格玛黑带，他根据候选人的以下条件来选择项目团队成员：职责、专业知识、负责的测试流程、沟通技巧和候选人在团队中的互动能力。结果来自检测中心、质量部、业务部以及比对实验室的6名成员构成了跨职能团队。

3.2.界定

通过应用界定—测量—分析—改进—控制（DMAIC）方法。

涉及界定项目的范围是SSL光电测量的不确定度，实验室比对的En值的改善。

项目的目标项是：1、SSL光电测量的不确定度减小30%及以上;2、实验室比对的En值控制在小于1;

3.3 测量

改进前的本次实验是对灯具在室温环境25.3℃下的光通量进行测量，实际测试读取的为1124.2lm。

测量不确定度有许多来源，按国家计量技术规范JJF1059 -1999《测量不确定度评定与表示》中规定可将其分为2 类：

1） 不确定度的A类评定

根据本实验的实际测试情况，5次测量数据如下（单位：lm）：x1=1124.30，x2=1125.90，x3=1123.60，x4=1126.40，x5=1120.80，平均光通Φ =1124.20;

2） 不确定度的B类评定

根据JJF1059 -1999《测量不确定度评定与表示》规定，标准不确定度的B类评定的公式为：（ a=仪器误差等级× 实验标准差）

B类不确定度来源有以下

2.1） 由于变频交流电源APS-9102的波动造成的不确定度

变频交流电源APS-9102的波动误差为：电压稳定度≤0. 2%。

设交流电源APS-9102的波动在该区间为均匀分布，则，灵敏系数，估计其相对不确定度25%，故

2.2） 由于PMS-80高精度快速光谱辐射计的误差造成的不确定度

PMS-80高精度快速光谱辐射计测量误差为≤0.3%

设PMS-80高精度快速光谱辐射计误差在该区间为均匀分布，则，灵敏系数，估计其相对不确定度10%，故

2.3） 由于标准灯D204的测量不确定度造成的不确定度

标准灯D204在250-1600nm波段测试误差为0.47%-1.74%;

设标准灯D204误差在该区间为均匀分布，则，灵敏系数，估计其相对不确定度10%，故

2.4） 由于光度探头的误差造成的不确定度

光度探头的误差的误差标准级为±1%;

设光度探头的误差在该区间为均匀分布，则，灵敏系数，估计其相对不确定度10%，故

2.5） 由于积分球的反射误差造成的不确定度

积分球的反射误差为2%;

3） 合成标准不确定度

由A 类和B 类标准不确定度合成的标准不确定度为

4） 有效自由度的计算及包含因子的确定

置信水准95% 时，则

5） 扩展不确定度

6） 不确定度的最后报告

判断结果的扩展不确定度为U p =37.0lm

（Up 由合成标准不确定度uc =17.50，按置信水准p=95%，自由度v =18.89，所得t分布临界值——包含因子k =2.10而得）

3.4. 分析

以上是没有经过测量系统分析验证的一个积分球测量系统的不确定度，从上面不确定度分量来看，重复性误差的贡献率比较大，我们可以通过MSA测量系统分析来定量客观地分析和改善测量系统。可以直观得得出测量系统的缺陷点和改进方法。从而，减少测量不确定度。

从图1和图2可以看出，重复性和再现性的不确定度的贡献分量和部件间的不确定度的贡献分量较高，主要是人员测试方法的不规范和不统一，以及积分球的表面反射误差的所导致;

3.5. 改进

通过对检测工程师的测试方法的培训和考核，达到在测试手法上的标准和统一，以及对积分球诗贝伦涂层的重新喷涂和校验，改进后的光电检测测量系统的不确定度计算如下：

3.5.1 不确定度的A类评定

根据本实验的实际测试情况，5次测量数据如下：（单位：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 不确定度的B类评定

根据JJF1059 -1999《测量不确定度评定与表示》规定，标准不确定度的B类评定的公式为：

3.5.3 合成标准不确定度

由A 类和B 类标准不确定度合成的标准不确定度为

3.5.4有效自由度的计算及包含因子的确定

4.3.5 扩展不确定度

3.5.6 不确定度的最后报告

判断结果的扩展不确定度为U p =26.6lm

（Up 由合成标准不确定度uc =13.30，按置信水准p=95%，自由度v =18.89，所得t分布临界值——包含因子k =2.10而得）

3.5.7 SSL光电测量的不确定度减小30%及以上;实验室比对的En值控制在小于1;

3.6控制

综上所述，在测量系统分析中，把握住偏倚、线性、稳定性、重复性与再现性的指标，可以保证测量系统的稳定性和良好的操作性，同时，就该积分球测量系统，通过测量系统分析，发现稳定性和重复性与再现性（R&R）存在一定问题，通过检查，发现积分球的反射率影响了测量的稳定性，人员测量方法的差异影响了重复性和再现性，通过改进，从而减小了测量系统的不确定度。

4 总结

本研究拟通过使用MINITAB软件，按照测量系统分析的方法，对测量系统从测量环境、测量人员、测量仪器等变异来源及影响量获取数据，对测量系统的偏倚项目，线性分析项目，稳定性分析，重复性和再现性分析项目上进行分析评价，确保测量系統达到准确稳定的状态，从而控制SSL产品的测量不确定度变异的分量，达到减小SSL产品光电测量不确定度。在测量系统分析中，把握住偏倚、线性、稳定性、重复性与再现性的指标，可以保证测量系统的稳定性和良好的操作性，同时，就该积分球测量系统，通过测量系统分析，发现稳定性和重复性与再现性（R&R）存在一定问题，通过检查，发现积分球的反射率影响了测量的稳定性，人员测量方法的差异影响了重复性和再现性，通过改进，从而减小了测量系统的不确定度。

参考文献：

[1]质量管理体系测量过程和测量设备的要求GB/T19022-2003[S]. 北京：中国标准出版社，2003.

[2]中国认证认可协会组编 质量管理方法工具[M]. 北京：高等教育出版社，2020.