改進(jìn)的SPC控制圖在水泥混凝土路面施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用

劉奇斌

摘 要：我國(guó)一直強(qiáng)調(diào)并且重視路橋基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，發(fā)達(dá)便捷的公路設(shè)施可以大大促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，節(jié)約時(shí)間，減少車輛損耗。在公路建設(shè)過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控對(duì)公路設(shè)施建設(shè)非常重要。傳統(tǒng)質(zhì)量控制圖已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代公路建設(shè)的需求，所以本文對(duì)傳統(tǒng)質(zhì)量控制圖進(jìn)行了改進(jìn)整合，獲得綜合控制圖，用來(lái)對(duì)我國(guó)路橋工程質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。其結(jié)果表明改進(jìn)的綜合控制圖不僅結(jié)合了傳統(tǒng)控制圖的優(yōu)點(diǎn)，而且避免了應(yīng)用多張傳統(tǒng)控制圖進(jìn)行監(jiān)控的不便，同時(shí)提升了警報(bào)的準(zhǔn)確率，進(jìn)而降低了因虛假警報(bào)所帶來(lái)的損失，提升了路橋工程的施工效率。

關(guān)鍵詞：改進(jìn)SPC控制圖；水泥混凝土路面；施工質(zhì)量控制；應(yīng)用

引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，路橋工程建設(shè)已經(jīng)成為我國(guó)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工程。我國(guó)大部分公路建設(shè)都是用水泥混凝土作為路面建設(shè)材料，而不一樣的環(huán)境對(duì)路橋的建設(shè)質(zhì)量要求都不盡相同，有些地區(qū)對(duì)路面的質(zhì)量要求甚高，所以水泥混凝土路面的質(zhì)量需要得到保證。水泥混凝土路面的工程質(zhì)量取決于工程施工的技術(shù)、材料的因素，是在工程施工過(guò)程中的每一個(gè)階段決定的。所以，每段施工工程路面的質(zhì)量必然有所差別，但是我們需要將這個(gè)差別控制在一定范圍內(nèi)，使公路可以正常使用。

1 控制圖簡(jiǎn)介

控制圖就是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵質(zhì)量特性值進(jìn)行測(cè)定、記錄、評(píng)估并監(jiān)測(cè)過(guò)程是否處于控制狀態(tài)的一種圖形方法。根據(jù)假設(shè)檢驗(yàn)的原理構(gòu)造一種圖，用于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否處于控制狀態(tài)。它是統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管理的一種重要手段和工具。

世界上第一張控制圖是由美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室（Bell Telephone Laboratory）質(zhì)量課題研究小組過(guò)程控制組學(xué)術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人休哈特博士提出的不合格品率p控制圖。從此以后，控制圖就一直作為對(duì)工程施工過(guò)程科學(xué)管理的重要工具。它是一種有控制界限的圖，用來(lái)區(qū)分引起的原因是偶然的還是系統(tǒng)的，可以提供系統(tǒng)原因存在的資訊，從而判斷生產(chǎn)過(guò)于受控狀態(tài)?？刂茍D根據(jù)用途劃分可以分為提供分析使用的控制圖，用于控制工程施工過(guò)程中有關(guān)質(zhì)量特性的變化情況，時(shí)刻監(jiān)控施工程序是否脫離控制；還有一種控制圖，主要是用來(lái)監(jiān)控工程施工過(guò)程中是否出現(xiàn)了異常狀況，第一時(shí)間作出預(yù)警，避免施工質(zhì)量不合格。

控制圖又叫管制圖，是對(duì)過(guò)程質(zhì)量特性進(jìn)行測(cè)定、記錄、評(píng)估，從而監(jiān)察過(guò)程是否處于控制狀態(tài)的一種用統(tǒng)計(jì)方法設(shè)計(jì)的圖。圖上有三條平行于橫軸的直線：中心線（CL，Central Line）、上控制線（UCL，Upper Control Line）和下控制線（LCL，Lower Control Line），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。UCL、CL、LCL統(tǒng)稱為控制線（Control Line），通?？刂平缦拊O(shè)定在±3標(biāo)準(zhǔn)差的位置。中心線是所控制的統(tǒng)計(jì)量的平均值，上下控制界限與中心線相距數(shù)倍標(biāo)準(zhǔn)差。若控制圖中的描點(diǎn)落在UCL與LCL之外或描點(diǎn)在UCL和LCL之間的排列不隨機(jī)，則表明過(guò)程異常。SPC控制圖的建立步驟為：選擇質(zhì)量特性，決定管制圖之種類，決定樣本大小、抽樣頻率和抽樣方式，收集數(shù)據(jù)，計(jì)算管制參數(shù)（上，下管制界線等），持續(xù)收集數(shù)據(jù)，利用管制圖監(jiān)視制程。

水泥混凝土路面施工時(shí)使用控制圖目的是觀察路面施工質(zhì)量特性值的分布狀況，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析并判斷施工過(guò)程有沒有發(fā)生異常狀況，及時(shí)采取措施消除發(fā)現(xiàn)的異常狀況，保持路面施工質(zhì)量。

2 改進(jìn)SPC控制圖

使用傳統(tǒng)控制圖，在對(duì)施工中水泥混凝土路面進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控時(shí)，需要制作觀察單值控制圖、均值-極差控制圖、中值、極差控制圖、均值-標(biāo)準(zhǔn)差控制圖等，多種控制圖交叉觀察，反復(fù)顛倒，極為不便。我們使用統(tǒng)計(jì)學(xué)主成分分析方法對(duì)傳統(tǒng)質(zhì)量控制圖進(jìn)行了改進(jìn)整合，獲得綜合控制圖，用來(lái)對(duì)我國(guó)路橋工程質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。

主成分分析也稱主分量分析，旨在利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)（即主成分），其中每個(gè)主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復(fù)。這種方法在引進(jìn)多方面變量的同時(shí)將復(fù)雜因素歸結(jié)為幾個(gè)主成分，使問(wèn)題簡(jiǎn)單化，同時(shí)得到的結(jié)果更加科學(xué)有效的數(shù)據(jù)信息。主成分分析法是一種數(shù)學(xué)變換的方法，它把給定的一組相關(guān)變量通過(guò)線性變換轉(zhuǎn)成另一組不相關(guān)的變量，這些新的變量按照方差依次遞減的順序排列。在數(shù)學(xué)變換中保持變量的總方差不變，使第一變量具有最大的方差，稱為第一主成分，第二變量的方差次大，并且和第一變量不相關(guān)，稱為第二主成分。依次類推，n個(gè)變量就有n個(gè)主成分。

改進(jìn)控制圖的主要步驟：（1）將原始數(shù)據(jù)按行排列組成矩陣X；（2）對(duì)X進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，使其均值變?yōu)榱悖唬?）求X的協(xié)方差矩陣C；（4）將特征向量按特征值由大到小排列，取前k個(gè)按行組成矩陣P；（5）通過(guò)計(jì)算Y=PX，得到降維后數(shù)據(jù)Y；（6）計(jì)算每個(gè)特征根的貢獻(xiàn)率Vi=xi/（x1+x2+x3+......），根據(jù)特征根及其特征向量解釋主成分物理意義。

3 控制圖的判穩(wěn)判異

3.1 控制圖的判穩(wěn)準(zhǔn)則

穩(wěn)態(tài)是路橋工程施工追求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如何根據(jù)控制圖判斷施工過(guò)程是否穩(wěn)定呢？我們規(guī)定了施工過(guò)程判穩(wěn)的準(zhǔn)則，在點(diǎn)子隨機(jī)排列的情況下，符合下列各點(diǎn)之一就認(rèn)為過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)：（1）連續(xù)25個(gè)點(diǎn)子都在控制界限內(nèi)；（2）連續(xù)35個(gè)點(diǎn)子至多1個(gè)點(diǎn)子落在控制界限外；（3）連續(xù)100個(gè)點(diǎn)子至多2個(gè)點(diǎn)子落在控制界限外。

3.2 控制圖的判異準(zhǔn)則

在控制圖的使用中，電子出界是判斷異常的基本準(zhǔn)則，但是我們要考慮在點(diǎn)子沒有出界的情況下仍然需要判斷異常的情況。我們規(guī)定判斷異常的準(zhǔn)則，符合下列各點(diǎn)之一就認(rèn)為過(guò)程存在異常因素：（1）點(diǎn)子在控制界限外或恰在控制界限上；（2）控制界限內(nèi)的點(diǎn)子排列不隨機(jī)；（3）鏈：連續(xù)鏈，連續(xù)9點(diǎn)排列在中心線之下或之上；間斷鏈，大多數(shù)點(diǎn)在一側(cè)；（4）多數(shù)點(diǎn)屢屢靠近控制界限（在2-3倍的標(biāo)準(zhǔn)差區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)），連續(xù)3個(gè)點(diǎn)至少有2點(diǎn)接近控制界限，連續(xù)7個(gè)點(diǎn)至少有3點(diǎn)接近控制界限，連續(xù)10個(gè)點(diǎn)至少有4點(diǎn)接近控制界限；（5）傾向性（連續(xù)不少于6點(diǎn)有上升或下降的傾向）與周期性；（6）連續(xù)14點(diǎn)中相鄰點(diǎn)交替上下；（7）點(diǎn)子集中在中心線附近。在發(fā)現(xiàn)工程出現(xiàn)異常的第一時(shí)間應(yīng)該及時(shí)查找出異常原因，并使用有效方法予以消除，避免工程偏離既定的施工目標(biāo)，控制施工質(zhì)量在一定范圍內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)各級(jí)別的公路需求越來(lái)越多，對(duì)公路的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，在路橋工程施工過(guò)程中對(duì)路面施工質(zhì)量的監(jiān)控顯得尤為重要。根據(jù)本文對(duì)通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)主成分分析法改進(jìn)的SPC控制圖在水泥混凝土路面施工質(zhì)量控制中的應(yīng)用分析，合理改進(jìn)SPC控制圖可以大大提高水泥混凝土路面的施工質(zhì)量，推廣使用主成分分析法改進(jìn)的SPC控制圖不僅可以保留傳統(tǒng)控制圖的各項(xiàng)使用優(yōu)勢(shì)，還能使工作人員對(duì)施工質(zhì)量的監(jiān)控更加簡(jiǎn)單便捷，控制效果也更加準(zhǔn)確，減少錯(cuò)誤警報(bào)的發(fā)生次數(shù)，避免在施工過(guò)程中頻繁停工檢查施工質(zhì)量，提高施工效率。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的SPC控制圖是一張綜合控制圖，通過(guò)一張圖將施工過(guò)程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)情況完美體現(xiàn)，對(duì)施工過(guò)程中各類數(shù)據(jù)一目了然，數(shù)據(jù)比對(duì)更加直觀，這樣的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)控制圖無(wú)法比擬的。改進(jìn)的SPC控制圖不僅能判斷出路橋工程施工時(shí)各段路面施工質(zhì)量的穩(wěn)定性，還能將施工水平數(shù)據(jù)化得體現(xiàn)出來(lái)，優(yōu)化了項(xiàng)目施工的管理工作。

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