第八講  體系的監(jiān)視

中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)  趙若江

　　標(biāo)準(zhǔn)8.2.4條中的監(jiān)視對(duì)象是指測(cè)量管理體系所涉及的過程，具體地說包括計(jì)量確認(rèn)過程和測(cè)量過程。過程監(jiān)視的目的是通過監(jiān)視來考核評(píng)價(jià)過程是否能實(shí)現(xiàn)策劃的結(jié)果，能否達(dá)到規(guī)定要求的能力，其最終目的是確保產(chǎn)品的符合性、達(dá)到顧客滿意。
　　監(jiān)視計(jì)量確認(rèn)過程和測(cè)量過程本身也是一個(gè)過程，其輸入是通過過程監(jiān)視的策劃，確定過程監(jiān)視的需求、哪些過程需要監(jiān)視，以及有何要求；其輸出是過程監(jiān)視的結(jié)果，及其結(jié)果存在的問題所采取糾正措施的有效性；其過程的活動(dòng)是過程監(jiān)視的策劃，確定監(jiān)視手段或監(jiān)視裝置進(jìn)行監(jiān)視；取得監(jiān)視的結(jié)果或數(shù)據(jù)，進(jìn)行過程能力評(píng)價(jià)；提出存在的問題，制定和實(shí)施糾正預(yù)防措施；實(shí)施跟蹤和驗(yàn)證，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；評(píng)價(jià)過程監(jiān)視的有效性，做好記錄，實(shí)施改進(jìn)。    

　　一、監(jiān)視的概念

　　1.監(jiān)視過程的概念和范圍
　　必須理解過程的廣義性，過程是輸入轉(zhuǎn)化為輸出的活動(dòng)，可以對(duì)計(jì)量確認(rèn)和測(cè)量過程的活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)過程的結(jié)果進(jìn)行監(jiān)視。2003年版標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于監(jiān)視的概念，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)有所擴(kuò)大，它包括定量也可以定性地進(jìn)行，監(jiān)視可以用測(cè)量裝置，也可用監(jiān)視裝置(如圖視監(jiān)控器)，還可以用相應(yīng)的管理手段。在ISO10012:2003標(biāo)準(zhǔn)的所有過程中，都應(yīng)研究每一過程有哪些監(jiān)視要求，采用什么方法和手段，如何實(shí)施控制；并把這一環(huán)節(jié)作為實(shí)施PDCA循環(huán)中檢查、處置的重要內(nèi)容，以加強(qiáng)對(duì)過程的控制，確保體系實(shí)施的有效性。

　　2.過程監(jiān)視的輸出
　　應(yīng)該說過程監(jiān)視的輸出是監(jiān)視其測(cè)量結(jié)果、測(cè)量設(shè)備和測(cè)量數(shù)據(jù)，所以過程監(jiān)視的結(jié)果最終是過程的符合性，可見過程監(jiān)視的輸出要落實(shí)到過程的有效性和糾正措施的有效性上去，要注重效果，注重后續(xù)工作，以過程輸出是否達(dá)到目標(biāo)要求進(jìn)行衡量。

　　3.體系監(jiān)視的重點(diǎn)是計(jì)量確認(rèn)和測(cè)量過程
　　主要注重對(duì)計(jì)量確認(rèn)過程和測(cè)量過程的監(jiān)視。計(jì)量確認(rèn)過程的監(jiān)視與測(cè)量過程監(jiān)視方式不一樣。主要是監(jiān)視的對(duì)象不同，一個(gè)是對(duì)測(cè)量過程，一個(gè)是對(duì)測(cè)量設(shè)備。測(cè)量過程的監(jiān)視是監(jiān)視其過程的能力，測(cè)量設(shè)備的監(jiān)視是監(jiān)視測(cè)量設(shè)備特性，兩者具有明顯的區(qū)別。如熱處理加工過程中，用測(cè)量裝置對(duì)退火爐溫度控制進(jìn)行監(jiān)視屬于過程監(jiān)視，因?yàn)樗哪康脑谟趯?duì)退火過程溫度的控制，是確保其過程符合規(guī)定的能力，但退火過程完成后對(duì)退火零件進(jìn)行硬度試驗(yàn)中對(duì)硬度計(jì)的監(jiān)視，這屬于測(cè)量設(shè)備的監(jiān)視。過程的監(jiān)視中包括了測(cè)量設(shè)備的監(jiān)視，這二者是一致的。監(jiān)視本身也是一個(gè)過程，其輸入主要是計(jì)量確認(rèn)和測(cè)量過程策劃所確定的計(jì)量要求和計(jì)量特性，當(dāng)然還包括各種資源；其輸出是在實(shí)現(xiàn)計(jì)量確認(rèn)和測(cè)量過程中進(jìn)行有效控制的監(jiān)視結(jié)果；其活動(dòng)是進(jìn)行監(jiān)視的策劃，確定監(jiān)視點(diǎn)，確定計(jì)量特性和計(jì)量要求，確定監(jiān)視方法，制定接收準(zhǔn)則和驗(yàn)收規(guī)范。配備相應(yīng)的監(jiān)視和測(cè)量裝置，確定經(jīng)授權(quán)的驗(yàn)證人員，實(shí)施監(jiān)視，獲得監(jiān)視結(jié)果，保持符合接收準(zhǔn)則的證據(jù)記錄，控制測(cè)量過程，滿足顧客要求，對(duì)不合格過程、設(shè)備進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)分析，對(duì)監(jiān)視和測(cè)量裝置實(shí)施管理和控制，確保量值的準(zhǔn)確一致及評(píng)價(jià)的有效性，實(shí)施持續(xù)改進(jìn)。    

　　二、職責(zé)分配

　　監(jiān)視在工業(yè)企業(yè)中是一項(xiàng)十分重要的過程，因?yàn)闇y(cè)量過程是否在確認(rèn)間隔有效期內(nèi)一直能保證處于滿足計(jì)量要求的控制限內(nèi)將通過對(duì)其的監(jiān)視，即統(tǒng)計(jì)控制及其分析來確定。監(jiān)視過程主要的責(zé)任部門是計(jì)量職能部門。
　　計(jì)量職能部門負(fù)責(zé)監(jiān)視的歸口管理、監(jiān)視和測(cè)量裝置的管理和控制。
　　計(jì)量技術(shù)部門負(fù)責(zé)編制計(jì)量要求和計(jì)量特性要求及其監(jiān)視規(guī)范、驗(yàn)收準(zhǔn)則，確定監(jiān)視點(diǎn)、監(jiān)視項(xiàng)目和方法。
　　供應(yīng)部門負(fù)責(zé)監(jiān)視裝置的購(gòu)置和提供。
　　測(cè)量部門負(fù)責(zé)提交測(cè)量過程的監(jiān)視數(shù)據(jù)，并提出放行及放行的需求報(bào)告。
　　人力資源部門負(fù)責(zé)監(jiān)視人員的培訓(xùn)。    

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　　三、測(cè)量過程監(jiān)視中核查標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

　　1.核查標(biāo)準(zhǔn)(check standard)的定義
　　在《國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本術(shù)語(yǔ)》(VIM:1993)中對(duì)“核查標(biāo)準(zhǔn)”給出的定義是:用于確保日常測(cè)量工作正確進(jìn)行的工作標(biāo)準(zhǔn)稱為核查標(biāo)準(zhǔn)。在GB/T19022.2-2000/ISO10012-2:1997標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)“核查標(biāo)準(zhǔn)”給出的定義是:為了對(duì)某個(gè)測(cè)量過程進(jìn)行控制，通過對(duì)該過程的測(cè)量來收集數(shù)據(jù)所使用的測(cè)量設(shè)備、產(chǎn)品或其他物體。上述兩個(gè)“核查標(biāo)準(zhǔn)”的定義在表述上有所不同，但是在本質(zhì)上是一致的，都強(qiáng)調(diào)了“核查標(biāo)準(zhǔn)”的功能是用于對(duì)測(cè)量過程實(shí)施有效監(jiān)視。

　　2.核查標(biāo)準(zhǔn)的概念
　　通過對(duì)上述定義的分析，我們可以得到關(guān)于“核查標(biāo)準(zhǔn)”的一個(gè)完整的概念:核查標(biāo)準(zhǔn)是與通過受控測(cè)量過程進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)物相似的某種裝置。人們通過對(duì)預(yù)期穩(wěn)定的核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期的測(cè)量，并繪制數(shù)據(jù)控制圖來獲得一個(gè)或多個(gè)測(cè)量不確定度的A類估算。當(dāng)某個(gè)核查標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量平均值與先前確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)值不同時(shí)，人們應(yīng)該懷疑這個(gè)測(cè)量過程已經(jīng)存在明顯的偏移，并應(yīng)通過檢驗(yàn)來強(qiáng)調(diào)這個(gè)偏移十分嚴(yán)重。對(duì)這種檢驗(yàn)應(yīng)該已有統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法。必要時(shí)，應(yīng)消除或補(bǔ)償任何偏移。此外，核查標(biāo)準(zhǔn)也不一定是單個(gè)物體，例如兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的差值，在被限定的特殊情況下，可作為核查標(biāo)準(zhǔn)使用。因此，核查標(biāo)準(zhǔn)的定義應(yīng)建立在盡可能廣的范圍內(nèi)。
　　應(yīng)用核查標(biāo)準(zhǔn)控制和監(jiān)視測(cè)量過程的原理與生產(chǎn)過程的統(tǒng)計(jì)控制原理類似。在過程控制中必須建立一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，測(cè)量過程控制的反饋控制系統(tǒng)如圖1所示。
    

圖1  測(cè)量過程控制原理圖

　　用核查標(biāo)準(zhǔn)不斷地監(jiān)視受控的測(cè)量過程，將核查的數(shù)據(jù)建成數(shù)據(jù)庫(kù)，并采用控制圖來分析和檢驗(yàn)測(cè)量過程是否受控。如果發(fā)現(xiàn)超出了規(guī)定的控制范圍，則應(yīng)對(duì)測(cè)量過程采取相應(yīng)的糾正措施，直至測(cè)量過程返回到控制范圍之內(nèi)，從而達(dá)到監(jiān)控測(cè)量過程的目的。

　　3.用核查標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施控制和監(jiān)視的優(yōu)越性
　　在一般要求的情況下，即對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合，計(jì)量確認(rèn)已足以滿足保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的要求。但是，在對(duì)準(zhǔn)確度要求比較高、過程比較復(fù)雜、結(jié)果比較重要的測(cè)量過程的管理中，僅僅采取計(jì)量確認(rèn)的方法是不能完全滿足質(zhì)量保證的要求的。只有聯(lián)合采用計(jì)量確認(rèn)和測(cè)量過程的控制方法，才能確保測(cè)量過程的測(cè)量不確定度持續(xù)地控制在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。

　　計(jì)量確認(rèn)還存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　 (1)在兩次校準(zhǔn)的間隔期間不能完全保證測(cè)量設(shè)備的誤差不變。雖然多數(shù)測(cè)量設(shè)備是能夠保證其質(zhì)量的，但不可避免地會(huì)發(fā)生偶然故障或由于預(yù)想不到的因素使測(cè)量設(shè)備準(zhǔn)確度下降，有時(shí)，這種變化并不明顯且不易被察覺。如果繼續(xù)使用這樣的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，將使測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量失去保證。

　　(2)實(shí)施計(jì)量確認(rèn)通常是把測(cè)量設(shè)備從使用單位送到計(jì)量檢定校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)。在正常情況下，返回的測(cè)量設(shè)備是正常的，但是不可避免地會(huì)因?yàn)檫\(yùn)輸過程中的振動(dòng)等原因，設(shè)備返回后計(jì)量性能發(fā)生了變化，引起了失準(zhǔn)。使用該設(shè)備進(jìn)行測(cè)量就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。

　　(3)雖然在設(shè)計(jì)測(cè)量過程時(shí)，對(duì)測(cè)量過程的各項(xiàng)要素進(jìn)行了研究和考核，例如測(cè)量設(shè)備必須有確認(rèn)證書，人員必須培訓(xùn)考核，有形成文件的測(cè)量程序，對(duì)環(huán)境條件中的重要影響量實(shí)施控制和記錄等。但是，在實(shí)際測(cè)量過程中由于測(cè)量系統(tǒng)的連接不當(dāng)、人員操作失誤、環(huán)境條件失控等原因，將使測(cè)量結(jié)果的誤差產(chǎn)生較大變化。即使使用準(zhǔn)確度很高的測(cè)量設(shè)備也可能得出不準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

　　應(yīng)用核查保證實(shí)施測(cè)量過程控制和監(jiān)視的優(yōu)點(diǎn)在于:
　　(1)通過經(jīng)常性的核查考驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量過程的變化，無(wú)論這種變化是由于隨機(jī)誤差的增加還是系統(tǒng)誤差的增加所引起的，也無(wú)論是突然變化還是逐漸出現(xiàn)的緩慢變化。一旦發(fā)現(xiàn)問題可隨時(shí)采取糾正措施，從而實(shí)時(shí)地控制測(cè)量過程，使之保持在規(guī)定的要求之內(nèi)，使測(cè)量過程處于長(zhǎng)期連續(xù)的質(zhì)量控制之中。

　　(2)應(yīng)用核查保證能定量估計(jì)測(cè)量過程的測(cè)量不確定度，從而可以報(bào)告測(cè)量結(jié)果的總體不確定度，以滿足需要確切了解測(cè)量結(jié)果不確定度的顧客的要求。
　　但是，需要說明的是，測(cè)量過程控制的優(yōu)越性是以多次、連續(xù)的核查為代價(jià)的。這就意味著不僅僅是比較高的技術(shù)要求，而且還增加了工作量，提高了測(cè)量成本。因此，要根據(jù)實(shí)際情況決定是否采取測(cè)量過程控制和監(jiān)視的方法，以及測(cè)量過程控制和監(jiān)視的程度。選擇的原則取決于適宜性、經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)與成本的比較等因素。

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　　4.標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用方法
　　將核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于測(cè)量過程的控制大致包括下列步驟:選擇核查標(biāo)準(zhǔn)；選擇核查方案；選擇控制圖；確定過程參數(shù)；實(shí)施過程控制；采取糾正措施等。核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的工作流程，如圖2所示。
    

    圖2  應(yīng)用核查標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程控制的流程圖

　　(1)選擇核查標(biāo)準(zhǔn)
　　①核查標(biāo)準(zhǔn)是與通過受控測(cè)量過程進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)物相似的某種裝置。因此，核查標(biāo)準(zhǔn)必須根據(jù)受控測(cè)量過程中需要控制的量的計(jì)量要求來選取。核查標(biāo)準(zhǔn)所體現(xiàn)的量及其量程應(yīng)與測(cè)量過程所測(cè)的量相一致。
　?、跒榱藴?zhǔn)確監(jiān)測(cè)測(cè)量過程的變化，核查標(biāo)準(zhǔn)必須具有良好的穩(wěn)定性。如果穩(wěn)定性不好，雖然監(jiān)測(cè)到了測(cè)量過程的變化量，但很難判斷是測(cè)量過程引起的還是核查標(biāo)準(zhǔn)引起的，因而達(dá)不到監(jiān)視測(cè)量過程變化的目的。
　　③核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過獨(dú)立于受控測(cè)量過程的另一個(gè)過程來測(cè)量或校準(zhǔn)，這個(gè)過程比所要控制的過程更精密。

　　(2)方案的要求
　?、俑鶕?jù)測(cè)量過程的特點(diǎn)建立數(shù)學(xué)模型，明確數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析方法，建立核查數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　②核查方案應(yīng)形成程序文件，內(nèi)容應(yīng)包括測(cè)量原理方框圖、測(cè)量的數(shù)學(xué)模型、測(cè)量不確定度評(píng)定、核查方法、核查間隔以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)等。    

　　四、控制圖的繪制方法及種類

　　1.圖的概念
　　控制圖是對(duì)過程質(zhì)量加以測(cè)定、記錄并進(jìn)行極值管理的一種用統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)的圖。圖上有中心線(CL)、上控制限(UCL)和下控制限(LCL)，并有按時(shí)間順序抽取的樣本統(tǒng)計(jì)量數(shù)值的描點(diǎn)序列(如圖3所示)。UCL、CL、LCL統(tǒng)稱為控制限。若控制圖中的描點(diǎn)落在UCL和LCL之外，或描點(diǎn)在UCL和LCL之間的排列不隨機(jī)，則表示過程出現(xiàn)了異常。
    

    圖3  均值控制圖

　　在統(tǒng)計(jì)過程控制中，控制圖是核心工具。
　　2.圖的類型
　　常規(guī)控制圖主要有兩種類型:計(jì)量控制圖和計(jì)數(shù)控制圖。計(jì)量數(shù)據(jù)是指對(duì)考察組中每一個(gè)單位產(chǎn)品的特性值的數(shù)值大小進(jìn)行測(cè)量與記錄所得到的觀察值，例如以米表示的長(zhǎng)度、以歐姆表示的電阻等。計(jì)量控制圖代表了控制圖對(duì)過程控制的典型應(yīng)用。在計(jì)量控制圖中常用的類型包括均值控制圖、極差控制圖和標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖。
　?、倬悼刂茍D
　　均值控制圖主要用于觀察測(cè)量結(jié)果的平均值的變化情況。為了最有效地控制測(cè)量過程，核查結(jié)果的數(shù)據(jù)應(yīng)該是幾次觀察值的平均值，大多數(shù)情況下用3～5次觀察值進(jìn)行平均。核查時(shí)將每組核查n次，以n次的平均值畫在控制圖上(如圖4所示)。從圖4可見，測(cè)量觀察的平均值在t時(shí)發(fā)生了突變，說明測(cè)量觀察失去控制，引入了新的系統(tǒng)誤差。
    

    圖4  控制圖示例

　?、跇O差控制圖
　　極差控制圖主要用于觀察測(cè)量結(jié)果的分散情況，即測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)情況。每組測(cè)量值的最大值和最小值之差稱為極值，用R表示。這種控制圖又稱為R控制圖。當(dāng)每次核查所觀察的次數(shù)比較少時(shí)，用極差控制圖比較有效和方便(如圖5所示)。
    

    圖5  極差控制圖

　?、蹣?biāo)準(zhǔn)偏差控制圖
　　標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖主要用于觀察測(cè)量過程隨機(jī)誤差的分散情況，由每次核查的有限次過程的數(shù)據(jù)列，可計(jì)算得到組內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差，通常用表示，并畫在控制圖上。該控制圖又稱為S控制圖。它適用于過程次數(shù)比較多的情況，當(dāng)過程次數(shù)超過12次以上，標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖是一種非常有效的方法(如圖6所示)。
    

    圖6  標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖

　　從圖6可見，在t時(shí)間前，測(cè)量過程的標(biāo)準(zhǔn)偏差在控制極限以內(nèi)，說明測(cè)量過程的隨機(jī)誤差沒有明顯的變化，但是從t時(shí)起,測(cè)量過程的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯增大，由于隨機(jī)誤差增大而使測(cè)量過程失去控制。當(dāng)測(cè)量次數(shù)較少時(shí)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差有困難，所以不適宜用S控制圖，而宜用極值控制圖。
　　④均值-極差控制圖(控制圖)
　　均值控制圖主要用于觀察測(cè)量結(jié)果平均值的變化情況，極差控制圖主要用于觀察測(cè)量結(jié)果的分散情況，將二者聯(lián)合運(yùn)用，可以觀察測(cè)量結(jié)果的變化。
　?、菥?標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖(控制圖)
　　控制圖與控制圖相似，只是用標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖代替極差控制圖。因?yàn)樽咏M極差R的計(jì)算比子組標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算簡(jiǎn)單，所以R圖得到了廣泛應(yīng)用。但是，當(dāng)子組測(cè)量次數(shù)大于10次時(shí)，極差對(duì)數(shù)據(jù)的利用率大為下降，需要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)偏差圖代替極差圖。由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算已不困難，故控制圖的應(yīng)用越來越廣泛。

　　3.控制圖的應(yīng)用方法
　　①確定控制極限?？刂葡奘桥袛鄿y(cè)量過程是否存在異常情況的準(zhǔn)則。在測(cè)量過程控制中，上、下控制限與中心線相距3倍標(biāo)準(zhǔn)差，在大多數(shù)情況下是適宜的。如果有充分資料證明其他控制限更適合，也可以使用其他控制限。
　?、诶L制控制圖。以縱坐標(biāo)為核查值，以橫坐標(biāo)為時(shí)間，用虛線表示控制極限，以實(shí)線表示測(cè)量觀察的基線(如上述控制圖所示)。
　?、鄞_定每一個(gè)子組核查時(shí)對(duì)核查標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量次數(shù)(n)。通常n取3～5。用受控的測(cè)量過程對(duì)核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行n次測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果按選定的控制圖的要求進(jìn)行平均值、極差或標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果繪制在相應(yīng)的控制圖上。如果核查數(shù)據(jù)落在預(yù)先規(guī)定的控制限之內(nèi)，表明測(cè)量過程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，否則，就是測(cè)量過程失控。通過對(duì)測(cè)量過程的“組內(nèi)核查”可以考核測(cè)量過程的短期穩(wěn)定性。
　?、艽_定核查標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量頻次。核查標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量頻次取決于:控制的量值；保證的程度和測(cè)量不確定度的嚴(yán)格程度，目的是充分暴露測(cè)量過程中各種影響量的變化。由核查標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量頻次，可以確定兩次校準(zhǔn)間隔(例如1年)的核查組(次)數(shù)m，通常m為6～24(半個(gè)月到2個(gè)月測(cè)量1次)。通過對(duì)測(cè)量過程按一定頻次的“組間核查”，可以考核測(cè)量過程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。