抽樣檢驗指從批量為N的一批產品中隨機抽取其中的一部分單位產品組成樣本,然后對樣本中的所有單位產品按產品質量特性逐個進行檢驗,根據樣本的檢驗結果判斷產品批合格與否的過程。抽樣檢驗的研究起始于二十世紀20年代,那時就開始了利用數理統計方法制定抽樣檢查表的研究。1944年,道奇和羅米格發表了合著《一次和二次抽樣檢查表》,這套抽樣檢查表目前在國際上仍被廣泛地應用。1974年,ISO發布了“計數抽樣檢查程序及表”(ISO2859-1974)。我國也在ISO標準同等采用基礎上建立了抽樣檢驗國家標準GB2828-87“逐批檢查計數抽樣程序及抽樣表”。此外,我國于1991年發布了GB/T13262-91“不合格品率的計算標準型一次抽樣檢查及抽樣表(適用于孤立批的檢查)”等國家標準。
一 抽樣檢驗基本術語與分類
(一) 術語
1.批:相同條件下制造出來的一定數量的產品,稱為“批”。在5M1E基本相同的生產過程中連續生產的一系列批稱為連續批;不能定為連續批的批稱為孤立批。
2.單位產品:為了實施抽樣檢查而對產品劃分的基本單位。單位產品可按自然劃分,如一批燈泡中的每個燈泡稱為一個單位產品。有些時候必須人為規定,如一米布、一匹布等
3.批量和樣本大小:批量是指批中包含的單位產品個數,以N表示。樣本大小是指隨機抽取的樣本中單位產品個數,以n表示。
4.抽樣檢驗方案:規定樣本大小和一系列接受準則的一個具體方案。
5.兩類風險α和β:由于抽樣檢驗的隨機性,將本來合格的批,誤判為拒收的概率,這對生產方是不利的,因此稱為第I類風險或生產方, 風險,以α表示;而本來不合格的批,也有可能誤判為可接受,將對使用方產生不利,該概率稱為第II類風險或使用方風險,以β表示。
(二) 抽樣方案分類
1.按產品質量特性分類,抽樣方案有兩大類
(1)計數抽樣方案:單位產品質量特征值為計點值(缺陷數)或計件值(不合格品數)的抽樣方案。
(2)計量抽樣方案:單位產品質量特性值為計量值(強度、尺寸等)的抽樣方案。
2.按抽樣方案的制定原理來分類,有三大類:
(1)標準型抽樣方案:該方案時為保護生產方利益,同時保護使用方利益,預先限制生產方風險α的大小而制定的抽樣方案。
(2)挑選型抽樣方案:所謂挑選型方案是指,對經檢驗判為合格的批,只要替換樣本中的不合格品;而對于經檢驗判為拒收的批,必須全檢,并將所有不合格全替換成合格品。
(3)調整型抽樣方案:該類方案由一組方案(正常方案、加嚴方案和放寬方案)和一套轉移規則組成,根據過去的檢驗資料及時調整方案的寬嚴。該類方案適用于連續批產品。
3.按抽樣的程序分類
(1)一次抽樣方案:僅需從批中抽取一個大小為n樣本,便可判斷該批接受與否。
(2)二次抽樣方案:抽樣可能要進行兩次,對第一個樣本檢驗后,可能有三種結果:接受,拒收,繼續抽樣。若得出“繼續抽樣”的結論,抽取第二個樣本進行檢驗,最終做出接受還是拒收的判斷。
(3)多次抽樣:多次抽樣可能需要抽取兩個以上具有同等大小樣本,最終才能對批做出接受與否判定。是否需要第i次抽樣要根據前次(i-1次)抽樣結果而定。多次抽樣操作復雜,需做專門訓練。ISO2859的多次抽樣多達7次,GB2898-87為5次。因此,通常采用一次或二次抽樣方案。
下面介紹兩個常用抽樣方案:計數標準型一次抽樣方案和計數調整型抽樣方案。
二 計數標準型一次抽樣方案(GB/T13262-91)
(一)基本概念
1.接受上界p0和拒收下界p1
接受上界p0:設交驗批的不合格率為p,當p≤p0時,交驗批為合格批,可接受。
拒收下界p1:設交驗批的不合格率為p,當p≥p1時,交驗批為不合格批,應拒受。
2.一次抽樣方案(n;A)
一次抽樣方案(n;A)是指從批中抽取一個大小為n的樣本,如果樣本的不合格品個數d不超過預定指定的數A,判定此批為合格,否則判為不合格。A稱為“合格判定數”或“接受數”。一次抽樣實施程序如圖5-7所示。
3.OC函數和OC曲線
OC函數亦稱為操作特性函數,表示不合品率為p的交驗批被抽樣方案(n;A)判定為接受的概率,計算公式如下:
式中:p=d/n
OC函數具有下列性質:
(1)P(0)=1,即當交驗批沒有不合格品時,應被百分之百接受。
(2)P(1)=0,即當交驗批沒有不合格品時,應被百分之百拒受。
(3)P(p)為p的減函數。即當交驗批不合格品率變大時,被接受的概率應相應減小。
(二)方案制訂原理
標準型抽樣方案是為了同時保障生產方和顧客利益,預先限制兩類風險α和β前提下制定的,也即要求
1. p≤p0時,P(p) ≥1-α,也就是當樣本抽樣合格時,接受概率應該保證大于1-α。
2. p≥p1時,P(p) ≤β,即當樣本抽樣不合格時,接受概率應該保證小于β。
根據OC函數的遞減性,上述要求等價于(n;A)滿足下列方程組:
因此,如果預先確定好p0,p1,α,β的大小,就可以根據式5.19求出n和A的大小,也就是能確定標準型一次抽樣方案(n;A)。對于α和β的值,經過長期實踐和理論證明,一般取α=5%,β=10%比較合適,國標GB/T13262-91就是按此制訂的(表5-7列出了該標準的部分方案)。
表5-7 部分計數標準型一次抽樣方案(GB/T13262-91) α=5%,β=10%
p1,% p0,% | 7.11~8.00 | 8.01~9.00 | 9.01~10.00 | 10.1~11.2 | 11.3~12.5 | 12.6~14.0 | 14.1~16.0 |
0.711~0.800 | 49,1 | 46,1 | 42,1 | 38,1 | 34,1 | 31,1 | 27,1 |
0.801~0.900 | 47,1 | 44,1 | 40,1 | 38,1 | 34,1 | 31,1 | 27,1 |
0.901~1.00 | 74,2 | 42,1 | 39,1 | 36,1 | 34,1 | 30,1 | 27,1 |
1.01~1.12 | 72,2 | 64,2 | 37,1 | 35,1 | 32,1 | 30,1 | 27,1 |
(三) 標準型一次抽樣方案制訂和實行步驟
1. 規定單位產品需要檢驗的質量特性值;
2. 生產方和使用方共同協商p0,p1,α,β的大小;
3. 組成交驗批;
4. 按照國標GB/T13262-91檢索出對應的抽樣方案;
5. 隨機抽取大小為n的樣本;
6. 檢查樣本,記錄不合格數d;
7. 交驗批判斷:若d≤A,接受交驗批;若d>A,拒收交驗批。
8. 交驗批的處置。
[例5-5]某批產品交驗,供需雙方規定p0=10%,p1=10%,α=5%,β=10%,求檢驗該批產品的標準型一次抽樣方案。
查國家標準GB/T13262-91,p0=1%在0.901~1.00%范圍內,p1=10%在9.01~10.00%范圍內,由表5-7可得,標準型一次抽樣方案(n;A)=(39;1)
三 計數調整型抽樣方案
(一)基本概念
1. 可接受質量水平AQL
AQL是指對于連續批系列,為進行抽樣檢驗,認為可以接受的過程平均的最低質量水平。AQL不是針對某一批產品或某一個抽樣方案的描述,而是生產方和使用方商定的過程平均的不合格品率的上限。當AQL小于或等于10的合格質量水平數值時,可以是每百單位不合格品數,也可以是每百單位產品不合格數;當AQL大于10時僅表示每百單位產品不合格數。
表5-8 AQL參考數值
使用要求 | 特高 | 高 | 中 | 低 |
AQL | ≤0.1 | ≤0.65 | ≤2.5 | ≥4.0 |
適用范圍 | 導彈、衛星宇宙飛船 | 飛機、艦艇、重要軍工產品 | 一般軍用和工農業產品 | 一般民用產品 |
2. 檢查水平
調整型抽樣方案中,除了預定一個AQL外,還要選定一個檢查水平。所謂檢查水平是指經過綜合考慮所需抽檢費用和一旦被拒收可能造成的損失而確定的樣本大小。在AQL相同條件下,如檢查水平低,樣本就小,檢驗費用也少。GB2828-87把檢查水平由低到高分為7個等級: S-1、S-2、S-3、S-4、 I、II、III;前四個為特殊檢查水平,適用于軍品檢驗或破壞性檢驗等檢驗費用高的產品;后三個為一般檢查水平,用于民品,常選用檢查水平II。
3. 樣本大小字碼
為了簡化抽樣方案表,可以預先將抽樣樣本大小n用一組字碼表示,再通過字碼和AQL查得抽樣方案。由于樣本大小是根據檢查水平和批量確定的,所以GB2828-87專門制訂了一個字碼表(如表5-9)。表中,每種字碼代表一個樣本大小。
表5-9 計數調整型抽樣字碼表
批量范圍N | 特殊檢查水平 | 一般檢查水平 | |||||
S-1 | S-2 | S-3 | S-4 | I | II | III | |
2~8 | A | A | A | A | A | A | B |
9~15 | A | A | A | A | A | B | C |
16~25 | A | A | B | B | B | C | D |
26~50 | A | B | B | C | C | D | E |
51~90 | B | B | C | C | C | E | F |
91~150 | B | B | C | D | D | F | G |
151~280 | B | C | D | E | E | G | H |
281~500 | B | C | D | E | F | H | J |
501~1200 | C | C | E | F | G | J | K |
1201~3200 | C | D | E | G | H | K | L |
3201~10000 | C | D | F | G | J | L | M |
10001~35000 | C | D | F | H | K | M | N |
35001~150000 | D | E | G | J | L | N | P |
4. 轉移規則
調整型抽樣方案是根據連續交驗批的產品質量及時調整抽樣方案的寬嚴,以控制質量波動,并刺激生產方主動、積極地不斷改進質量。GB2828的具體轉移規則見圖5-7。
(1)正常轉為加嚴。在采用一般檢查水平抽檢時,如果質量變為低劣,則應由正常檢驗轉換為加嚴檢驗。加嚴意味著樣本大小n不變,但合格判定數A變小;
(2)加嚴轉換為正常。當采用加嚴方案時,如果連續5批抽檢合格,則轉為正常抽檢。
(3)正常轉為放寬。如果連續批檢驗發現質量穩定,則可將正常檢驗方案轉為放寬方案。
圖5-7 調整方案的轉移規則
5. 調整型抽樣方案(n;Ac,Ae)
方案中n表示樣本大小,Ac表示接受判定數,Ae表示拒收判定數。若不合格數≤Ac,則接受該批;若不合格數≥Ae,則拒收該批。若不合格數Ac<d<Ae,如果此時為放寬檢驗,則表示要該批產品可以接受,但要由放寬檢驗轉為正常檢驗(圖5-7的“1批附條件不合格”規則);若抽樣方案為二次或多次抽樣檢驗,Ac<d<Ae表示應該繼續進行下一次抽樣檢驗。如圖5-8所示。
(二)計數調整型方案制定程序
1. 規定單位產品的待檢驗質量特性值;
2. 規定AQL和檢查水平;
3.組成交驗批,確定批量N;
4. 規定抽樣的次數;
5. 根據批量和檢查水平通過GB2828檢索樣本大小字碼;
6. 根據字碼和AQL通過GB2828正常抽檢方案表檢索出正常方案;
7. 同樣檢索出加嚴方案和放寬方案;
8. 查取放寬界限數LR;
9. 制訂調整型抽樣方案組(包括正常方案、加嚴方案、放寬方案);
10. 從正常方案開始抽取樣本;
11. 交驗批判斷;
12. 交驗批處置;
13. 按照轉移規則確定下一次抽樣方案的寬嚴。
[例5-6]已知批量N=1000,交驗批質量指標為不合格品率p,預先規定AQL=2.5%,采用一般檢查水平II,試制訂計數調整型一次抽樣方案和計數調整型二次抽樣方案。
(1)由N=1000,一般檢查水平II,查表5-9,得樣本大小字碼為J。
(2)由樣本大小字碼J,AQL=2.5%,查GB2828一次正常抽檢方案表得一次正常抽檢方案為(80;5,6)。
(3)同樣可查得一次加嚴抽檢方案(80;3,4)和一次放寬抽檢方案(32;2,5)。
(4)由10n=800,AQL=2.5%,查得LR=14。
(5)將上述三個方案連同一套轉移規則組成表5-10調整型一次抽樣方案組。
表5-10 調整型一次抽樣方案組
方案寬嚴 | 樣本大小 | Ac,Ae | 轉移規則 |
正常方案 | 80 | 5,6 | LR=14 (略) |
加嚴方案 | 80 | 3,4 | |
放寬方案 | 32 | 2,5 |
(6)根據(1)~(5)類似方法,可以查出調整型二次抽樣方案組(表5-11)。
表5-11 調整型二次抽樣方案組
方案寬嚴 | 樣本大小n1/n2 | Ac1,Ae1/ Ac2,Ae2 | 轉移規則 |
正常方案 | 80/80 | 2,5/6,7 |
(略) |
加嚴方案 | 80/80 | 1,4/4,5 | |
放寬方案 | 20/20 | 0,4/3,6 |
四 標準型抽樣方案和調整型抽樣方案的選用
通常來講,無論什么情況下均可使用標準型抽樣方案。在給定兩類風險α=5%,β=10%,我國制訂了標準型抽樣方案國家標準GB/T13262-91。實際上,兩類風險如此規定也符合國際慣例。而對于調整型方案,由于是根據過去的檢驗資料進行抽樣方案的調整,因此,它只適用于在生產穩定的條件下連續批的檢查,批與批之間關系密切,待檢批可以利用已檢批的質量信息,以便決定抽樣方案的寬嚴。通常,GB2828-87制訂的調整型方案標準不適用于孤立批。但也有一些單位把調整型抽樣方案中的正常方案當作標準型抽樣方案使用,這也是可行的。