质量控制图的原理.ppt

质量控制图的原理质量控制图的原理方法及应用方法及应用东北师大东北师大 闫吉昌闫吉昌2011.07.192011.07.1921702517025和和资质认定评审准则资质认定评审准则都都要求要求u在在结结果果质质量量控控制制(5.7(5.7结结果果质质量量控控制制)中中规规定定：实实验验室室应应有有质质量量控控制制程程序序和和质质量量控控制制计计划划，以以监监控控检检测测和和校校准准结结果果的的有有效效性性；实实验验室室应应分分析析质质量量控控制制的的数数据据，当当发发现现质质量量控控制制数数据据将将要要超超出出预预先先确确定定的的判判断断依依据据时时，应应采采取取有有计计划划的的措措施施来来纠纠正正出出现现的的问问题题，并防止报告错误的结果。并防止报告错误的结果。u质质量量控控制制图图就就是是监监视视和和分分析析数数据据质质量量的的有有效效措措施施之一之一3 19241924年年美美国国休休哈哈特特（W.A.W.A.ShewhartShewhart）首首先先在在生生产产管管理理中中采采用用控控制制图图的的方方法法,以以后后推推广广到到其其它它方方面面应应用用。他他认认为为一一个个产产品品的的可可测测量量的的特特性性会会由由于于偶偶然然事事件件而而引引起起小小量量的的变变差差。这这个个偶偶然然变变差差在在任任何何生生产产、检检测测、测测量量或或试试验验系系统统中中是是固固有有的的。可可以以测测量量和和用用图图标标出出偶偶然然变变差差，并并利利用用系统本身给出的控制限来发现作用于系统外部的干扰因素。系统本身给出的控制限来发现作用于系统外部的干扰因素。控控制制图图是是通通过过图图形形的的方方法法,显显示示质质量量特特性性随随时时间间变变化化的的波波动动曲曲线线。可可以以直直观观的的分分析析和和判判断断是是由由于于偶偶然然原原因因还还是是由由于于系系统统性性原原因因所所造造成成的的质质量量波波动动,从从而而提提醒醒操操作作者者作作出出准准确确判判断断和和提提出出有有效效对对策策,消消除除系系统统性性原原因因的的影影响响,使使检检测测处于稳定而又进行动态的处于稳定而又进行动态的控制统计方法。控制统计方法。介介绍绍：质质量量控控制制图图的的原原理理和和方方法法及及结结合合实实际际探探讨讨控控制制图法在分析检测中的图法在分析检测中的应用应用。前前 言言4目目 录录一、一、质量质量控制图的原理控制图的原理二、质量控制图的种类二、质量控制图的种类三、质量控制图的基本形式三、质量控制图的基本形式四、质量控制图样品与数据积累四、质量控制图样品与数据积累五、均值五、均值-极差控制图极差控制图六、质量控制图的分析六、质量控制图的分析七、质量控制图在啤酒分析中的应用七、质量控制图在啤酒分析中的应用八、质量控制图对于仪器分析工作的指导作用八、质量控制图对于仪器分析工作的指导作用5一、一、质量控制图的原理质量控制图的原理 质质量量控控制制图图是是假假设设分分析析测测试试处处于于受受控控状状态态时时,总总体体分分析析数数据据的的质质量量特特性性呈呈正正态态分分布布N(N(s s2 2 )。其其图图形形来来自自于于正正态态分分布布曲曲线线图图。当当将将正正态态分分布布图图按按顺顺时时针针方方向向旋旋转转90,90,再再上上下下翻翻转转180180时时,即即成成为为图图1 1的的质质控控基基本本图图形形。由由正正态态分分布布性性质质可可知知,质质量量指指标标值值落落在在3s3s以以外外的的概概率率只只有有0.27%,0.27%,这这是是一一个个小小概概率率。按按照照小小概概率率事事件件原原理理,在在一一次次实实践践中超出中超出3s3s的范围的小概率事件几乎是不会发生的。的范围的小概率事件几乎是不会发生的。图1 控制图的演变6 在正态分布中，在正态分布中，68.2668.26在在 s;95.44s;95.44在在2s;2s;99.7399.73在在3s3s内。这是质量控制图的理论基础。内。这是质量控制图的理论基础。当一个值在当一个值在 3s3s内只有正态偶然变差出现在体系内只有正态偶然变差出现在体系中，称作中，称作“控制中控制中”的值；若在控制线以外，则说明存在的值；若在控制线以外，则说明存在大于正态偶然变差的因素，称作大于正态偶然变差的因素，称作“控制外控制外”的值。的值。7u在在 3s 3s之外，出现的概率为：之外，出现的概率为：10010099.7399.730.270.27，即即检检验验10001000个个样样品品，可可能能有有997997个个落落在在3s3s之之内内，而在而在3s3s之外的检验结果不会超过之外的检验结果不会超过3 3个。个。u确确切切地地说说，大大于于3s3s或或小小于于3s3s概概率率为为0.270.272 20.1350.1350.10.1。u因因此此，在在控控制制图图中中，测测定定值值超超出出3s3s或或 3s3s界界限限只只有有0.10.1，即即小小概概率率事事件件实实际际上上不不发发生生的的原理原理。如果发生了，就判为异常。如果发生了，就判为异常。8 3 3s s方方法法确确定定的的质质量量控控制制图图控控制制界界限限,被被认认为为是是最最经经济济合合理理的的方方法法。因因此此,大大多多数数国国家家都都采采用用这这个个方方法法,并并称称为为“3 3s s”原理。原理。美国、日本和我国都采用美国、日本和我国都采用3 3s s为控制图的控制界限。为控制图的控制界限。9二、质量控制图的种类二、质量控制图的种类u在分析检测中在分析检测中主要主要使用的质量控制图有以下几种：使用的质量控制图有以下几种：u1.1.平平均均值值控控制制图图：应应用用最最广广泛泛，它它是是检检验验测测量量过过程程是是否否存存在在粗粗差差，检检验验平平均均值值漂漂移移以以及及数数据据缓缓慢慢波波动动的的有有效效方方法法，主要用于观察分布的平均值的变化。主要用于观察分布的平均值的变化。u2.2.极极差差控控制制图图：是是检检验验变变动动性性漂漂移移以以及及数数据据快快速速波波动动的的有有效效方方法法，还还能能用用于于检检验验粗粗差差的的存存在在。是是检检验验平平行行测测定定误误差差的工具的工具u3.3.均均值值-极极差差控控制制图图：两两者者联联合合起起来来使使用用，则则可可以以用用来来观观察分布的全面变化情况，保证检验的准确度和精密度。察分布的全面变化情况，保证检验的准确度和精密度。u4.4.准准确确度度质质量量控控制制图图：在在分分析析检检测测质质量量控控制制中中主主要要用用于于测测试样品的加标回收率测定控制。试样品的加标回收率测定控制。10三、质量控制图的基本形式三、质量控制图的基本形式 纵纵坐坐标标为为质质量量特特性性值值；横横坐坐标标为为抽抽样样时时间间或或样样本本序序号。号。图图2 2 控制图的基本形式控制图的基本形式11 测定结果的预期值为中心线；测定结果的预期值为中心线；3s3s为为控制控制限域限域,限内表示可接受域；限内表示可接受域；2s2s为超出此范围即应引起注意的为超出此范围即应引起注意的警告警告限域限域;1s1s为检查测定结果质量的为检查测定结果质量的辅助辅助指标范围。指标范围。12 这这五五条条线线是是通通过过搜搜集集过过去去在在测测试试稳稳定定状状态态下下某某一一段段时时间间的的数数据据计计算算出出来来的的。使使用用时时,定定时时抽抽取取样样本本,把把所所测测得得的的质质量量特特性性数数据据用用点点子子一一一一描描在在图图上上。根根据据点点子子是是否否超超越越上上、下下控控制制线线和和点点子子的的排排列列情情况况来来判判断断测测试试过过程程是是否否处处于于正正常常的的控控制制状态。状态。图图3 3 准确度控制图实例准确度控制图实例13四、质量控制图样品与数据积四、质量控制图样品与数据积累累u质质量量控控制制样样品品是是为为控控制制分分析析质质量量配配制制的的，常常随随被被测测样样品品发发下下，并并用用相相同同的的方方法法同同时时进进行行分分析析，以以检检查查分分析析质质量量是否稳定。是否稳定。u质量控制样品的选用：质量控制样品的选用：u质量控制样品的质量控制样品的组成组成应尽量与所要分析的样品应尽量与所要分析的样品相似相似。u质质量量控控制制样样品品中中待待测测组组分分的的含含量量应应尽尽量量与与待待测测样样品品相相近近。当当待待测测组组分分的的含含量量很很小小时时，其其浓浓度度极极不不稳稳定定，故故常常将将质质量量控控制制样样品品先先配配制制成成较较高高浓浓度度的的溶溶液液，临临用用时时再再按按规定方法稀释至要求浓度。规定方法稀释至要求浓度。u实验实验的环境样的环境样条件条件应该波动不大。应该波动不大。14u数据积累：数据积累：u 每每次次至至少少平平行行分分析析两两次次，分分析析结结果果的的相相对对偏偏差差不不得得大大于于标标准准分分析析方方法法中中所所规规定定的的相相对对偏偏差差（变异系数）的两倍，否则应重做。（变异系数）的两倍，否则应重做。u 建建立立质质量量控控制制图图，至至少少需需要要累累积积质质量量控控制制样样品品重重复复实实验验的的2020个个数数据据，此此项项重重复复分分析析应应在在短短期期内内陆陆续续进进行行，例例如如每每天天分分析析平平行行质质量量控控制制样样一一次次，而而不不应应将将2020个个重重复复实实验验的的分分析析同同时时进进行行，一次完成。一次完成。u 如如果果各各次次分分析析的的时时间间间间隔隔较较长长，在在此此期期间间可可能能由由于于气气温温波波动动较较大大而而影影响响测测定定结结果果，必必要要时时可对质量样品的测定进行温度可对质量样品的测定进行温度校正校正。15u分分析析数数据据的的运运算算：当当质质量量分分析析样样品品的的分分析析数数据据累累积积至至2020个个以以上上时时，即即可可按按下下列列公公式式计计算算出出总总均值均值 、标准偏差、标准偏差S S、平均极差、平均极差 等等。式中：式中：X X1 1和和X X2 2为平行分析质量控制样品的测定值为平行分析质量控制样品的测定值16五、均值五、均值-极差控制图极差控制图 均均值值-极极差差控控制制图图是是平平均均值值和和极极差差控控制制图图上上下下对对应应地地画画在在一一起起的的综综合合控控制制图图。平平均均值值控控制制图图用用来来观观察察分分析析数数据据平平均均值值的的变变化化,极极差差控控制制图图用用来来观观察察分分析析数数据据分分散散程程度度的的变变化化。两两图图同同时时使使用用,可可以以综综合合地地了了解解质质量量特特性性数数据据的的分布形态。分布形态。17 以以光光电电直直读读光光谱谱法法测测定定碳碳素素钢钢中中碳碳含含量量为为例例,阐述仪器分析中阐述仪器分析中均值均值-极差控制图极差控制图的作图步骤。的作图步骤。(1)(1)搜搜集集数数据据 在在分分析析测测试试处处于于稳稳定定状状态态下下,搜搜集集近近期期质质量量数数据据,并并把把数数据据按按组组号号(或或分分析析时时间间)顺顺序序分分组组。每每次次抽抽取取的的样样本本个个数数n=5n=5个个,搜搜集集数数据据一一般般为为N=100N=100个个(最最少少5050个个以以上上),),并并分分成成组组。把把搜搜集集到到的的每每组组数数据据,按按次次序序填填入入控控制制图图数数据据记记录录表表中中。见表见表1 1。18192021式中式中A A2 2,D,D3 3,D,D4 4是是控制图系数控制图系数,可由控制图系数选用可由控制图系数选用表查得表查得,表表2 2列出了部分系数列出了部分系数,供计算时使用。供计算时使用。22(5)(5)画控制图画控制图u按按计计算算值值分分别别画画平平均均值值和和极极差差图图。画画中中心心线线(用用实实线线),),画画上上、下下控控制制线线(用用虚虚线线),),并并在在各各条条线线上上分分别别标标出出、数数值值和和值值。然然后后将将搜搜集集到到的的各各组组样样本本的的平平均均值值和和极差值分别在图上极差值分别在图上打点打点,并顺序并顺序连接连接各点。见图各点。见图4 4、图、图5 5。23图4 碳素钢中碳含量平均值控制图图5 碳素钢中碳含量极差控制图图6 碳素钢中碳含量准确度控制图24 从图从图5 5、图、图6 6可以看出：可以看出：在在连连续续2020点点中中的的第第6 6点点处处已已超超出出控控制制线线,也也就就是是说说分分析析测测试中碳的测定已处于非控制状态试中碳的测定已处于非控制状态,需要对测试进行校验。需要对测试进行校验。25六、质量控制图的分析六、质量控制图的分析 对对控控制制图图进进行行分分析析是是为为了了判判断断分分析析过过程程是是否否处处于于控控制制状状态态还还是是失失控控状状态态,以以便便决决定定是是否否有有必必要要采采取取措措施施,消消除除异异常常因因素素,使使测测试试恢恢复复到到受受控控状状态态。在在用用控控制制图图时时,当当发发现现点点子子超超出出控控制制线线或或控控制制线线内内点点子子排排列列异异常常时时,应应调调查查当当时时的的分分析析现现状状、找找出出原原因因并并加加以以消消除除,并并剔剔除除该该点点,重重新新按按新新的的组组数重新计算、打点、鉴别。数重新计算、打点、鉴别。26u控控制制图图的的判判断断,一一般般要要应应用用到到数数理理统统计计中中“小小概概率率事事件件”的的原原理理。其其判判断断准准则则为为分分析析用用控控制制图图上上的的点点子子同同时时满满足足下下述条件时述条件时,可认为仪器处于统计的可认为仪器处于统计的受控制状态受控制状态:（1 1）没有点越出控制界限；）没有点越出控制界限；（2 2）点的排列是随机的。）点的排列是随机的。（3 3）连续）连续2525点以上都在控制界限内；点以上都在控制界限内；（4 4）连续）连续3535点中，落在控制界限外的点在点中，落在控制界限外的点在1 1以内；以内；（5 5）连续）连续100100点中，落到控制界限外的点在点中，落到控制界限外的点在2 2以内时，以内时，（一）控制状态的判定（一）控制状态的判定27（二）非控制状态的判定（二）非控制状态的判定标准标准1 1：有一个点在控制界限外。：有一个点在控制界限外。标准标准2 2：9 9个点均在中心线的同一侧。个点均在中心线的同一侧。标准标准3 3：6 6个点连续上升或下降。个点连续上升或下降。标准标准4 4：1414个点交替上升下降。个点交替上升下降。标标 准准 5 5：连连 续续 三三 点点 中中，有有 2 2个个 点点 在在 区区 域域 2 2 3 3 或在控制界限外。或在控制界限外。标标准准6 6：连连续续5 5点点中中，有有4 4个个点点在在区区域域1 1 2 2 或或落到该区域之外。落到该区域之外。标准标准7 7：连续：连续1515点都在区域点都在区域CLCL 1 1中。中。标准标准8 8：连续：连续8 8点都落在区域点都落在区域CLCL 1 1之外。之外。2829标标准准1 1：非非控控制制状状态态。点点落落在在控控制制界界限限外外，是是观观察察控制图的基本方法。控制图的基本方法。标标准准2 2：在在中中心心线线的的上上侧侧或或下下侧侧连连续续出出现现9 9点点以以上上。过过去去连连续续7 7点点即即可可判判定定为为异异常常，现现改改为为连连续续9 9点点。连续连续6-86-8点时，就必须注意对过程进行观察。点时，就必须注意对过程进行观察。标标准准3 3：控控制制图图上上的的点点即即使使在在控控制制界界限限，6 6个个点点连连续续上升或下降即可判定为异常。由过去上升或下降即可判定为异常。由过去7 7点改为点改为6 6点。点。标标准准4 4：这这是是新新的的标标准准，伪伪造造的的数数据据经经常常出出现现这这种种情况。情况。3031标标准准5 5：连连续续的的3 3个个点点中中有有2 2个个点点在在A A区区域域。除除此此之之外外，过过去去7 7点点中中有有3 3点点，1010点点中中有有4 4点点以以上上即即可可判判定定为为异异常。常。标标准准6 6：连连续续5 5点点中中，有有4 4个个点点在在B B区区域域或或超超出出该该区区域域。与标准与标准5 5相同，是由过程平均变化引起的。相同，是由过程平均变化引起的。标标准准7 7：是是对对控控制制图图的的分分组组、分分层层进进行行分分析析。产产生生这这种模式的可能性是控制限有误种模式的可能性是控制限有误,或存在取样问题或存在取样问题标标准准8 8：是是对对控控制制图图的的分分组组、分分层层进进行行分分析析。产产生生原原因可能是更换操作人员或环境的变化因可能是更换操作人员或环境的变化32u在在啤啤酒酒双双乙乙酰酰检检测测过过程程中中，发发现现控控制制样样品品的的数数值值变变动动较较大大，在在几几乎乎相相同同的的条条件件下下，有有时时甚甚至至连连续续进进样样后后所所得得数数据据也也会会变变动动较较大大。在在引引入入了了质质量量控控制制图图后后，发发现现这这些些都都是是正正常常的的偶偶然然误误差差，是是由由某某些些不不可可欲欲知知的的因因素素如如环环境境、温温度度、湿湿度度和和气气压压的的微微小小波波动动、仪仪器器电电压压电电流流的的波波动动、载载气气流流量量的的微微小小变变动动、试试样样处处理理条条件件的的微微小小差差异异都都会会给给最最后后的的结果带来影响。结果带来影响。u啤啤酒酒中中双双乙乙酰酰含含量量在在10-1000ug/L10-1000ug/L，属属痕痕量量分分析析范围。范围。七、质量控制图在啤酒分析中七、质量控制图在啤酒分析中的应用的应用33u由由于于痕痕量量分分析析标标准准偏偏差差较较大大，偏偏差差的的大大小小和和方方法法本本身身有有关关，包包括括实实验验条条件件如如样样品品处处理理过过程程、进进样样系系统统、检检测测器器的的种种类类等等，我我们们必必须须采采用用适适当当的的方方法法对对分分析析过过程程加加以以控控制制，以以保保证证检检测测处处于于正正常常的的工工作作状状态态下下，避避免免系系统统误误差差的的产产生生并并尽尽量量减减少少偶偶然误差。然误差。u下下面面以以青青岛岛二二厂厂生生产产的的易易拉拉罐罐作作为为控控制制样样品品，连连续续分分析析双双乙乙酰酰2020批批次次，绘绘制制质质量量控控制制图图，分分析析数数据见表据见表3 334表3 分析数据 3536图图7 7 平均值控制图平均值控制图37图图8 8 极差控制图极差控制图38八、质量控制图对于仪器分析工作的指八、质量控制图对于仪器分析工作的指导作用导作用1 1）清清晰晰地地反反应应出出分分析析体体系系包包括括操操作作人人员员、仪仪器器等等是是否否处处于于统统计计控控制制状状态态中中。如如果果发发生生失失控控，它它可可以以帮帮助助我我们们指指出出什什么么时时间间、什什么么位位置置和和多多大大置置信信度度下下发发生了问题。生了问题。2 2）作为观测值取舍的标准和依据。）作为观测值取舍的标准和依据。3 3）判判定定检检测测过过程程是是否否存存在在系系统统误误差差，并并指指出出偏偏差差方方向。向。4 4）检验不同实验室数据是否一致）检验不同实验室数据是否一致，39u如如果果控控制制样样品品的的结结果果超超出出上上下下限限，说说明明分分析析过过程程可可能能出出现现系系统统误误差差，应应该该立立即即停停止止分分析析测测试试工工作作，及时找出原因，通常采取以下措施予以校正：及时找出原因，通常采取以下措施予以校正：a a）回顾分析过程，找出可能引入误差的步骤。）回顾分析过程，找出可能引入误差的步骤。b b）重复测定，观测结果是否已经纠正。）重复测定，观测结果是否已经纠正。c c）查查看看仪仪器器各各种种设设置置参参数数是是否否正正确确。检检查查系系统统是是否否漏漏气气、更更换换毛毛细细管管柱柱、密密封封垫垫、载载气气净净化化器器填填料和进样口隔垫料和进样口隔垫;d d）配制新鲜的标准试剂进行校正。）配制新鲜的标准试剂进行校正。40 总之，利用质量控制图对分析过程总之，利用质量控制图对分析过程进行控制和管理，会受到满意的结果！进行控制和管理，会受到满意的结果！