控制圖在水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)質(zhì)量控制中的應(yīng)用

陳景忠，梁艷玲，曾遠(yuǎn)宏

（廣東省佛山市順德區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)中心，廣東 順德 528300）

0 引言

控制圖的方法論基礎(chǔ)是正態(tài)分布，當(dāng)系統(tǒng)條件相同或相近時(shí)，重復(fù)發(fā)生的事件概率服從正態(tài)分布。均值、標(biāo)準(zhǔn)差、區(qū)間分布概率構(gòu)成了狀態(tài)分布的基本分析要素?？刂茍D在這個(gè)理論基礎(chǔ)上增加了時(shí)間序列，于是便有了用于過程控制的分析工具。相比于工廠生產(chǎn)過程，實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)尤其是工程質(zhì)量檢驗(yàn)，具有非連續(xù)性和不可重復(fù)性的特點(diǎn)，這為檢驗(yàn)結(jié)果分析和系統(tǒng)狀態(tài)判斷帶來了很大的難度。質(zhì)量控制的原點(diǎn)是要尋找到基準(zhǔn)和允許波動(dòng)范圍。假設(shè)某一地區(qū)的同類實(shí)驗(yàn)室為一大系統(tǒng)，不同的實(shí)驗(yàn)室為獨(dú)立的子系統(tǒng)，長(zhǎng)期定期輸入均勻性好的樣品，通過不同子系統(tǒng)輸出結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理建立基準(zhǔn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許偏差。這就構(gòu)成了控制圖的要素條件。為其在實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制中的應(yīng)用提供了可能。

1 控制圖基本原理及生成條件

1.1 基本原理

控制圖常用于判斷質(zhì)量控制的穩(wěn)定性，是對(duì)過程數(shù)據(jù)的圖形化表示，可對(duì)過程的變異進(jìn)行直觀的評(píng)估［1］。典型的控制圖包含中心線（CL）和位于中心線兩側(cè)的控制限（上控制限 UCL 和下控制限 LCL），以及規(guī)律的間隔描點(diǎn)序列。若控制圖中的描點(diǎn)隨機(jī)分布在 UCL 與 LCL 之間，表明系統(tǒng)處于較好地控制狀態(tài)，穩(wěn)定可靠；若落在 UCL 與 LCL 之外，則可能系統(tǒng)偏差超出允許范圍，此時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)輸出結(jié)果采取其他方法或途徑加以驗(yàn)證。

1.2 控制圖生成條件

控制圖的中心線為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)期變化的中心水平，可以是統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值、均值、中位值或零?？刂葡奘怯糜诖_定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)期穩(wěn)定程度的統(tǒng)計(jì)值，其寬度依據(jù)控制的精準(zhǔn)或靈敏程度設(shè)定，太寬容易反應(yīng)遲鈍滯后，太窄則可能指標(biāo)頻繁溢出，頻繁分析整改，導(dǎo)致控制成本增加，整改過程還可能給系統(tǒng)帶來新的干擾，加大系統(tǒng)的不穩(wěn)定，過猶不及。一般而言，上下控制限可采用行業(yè)規(guī)程規(guī)定的限值，也可根據(jù)系統(tǒng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定。

生成控制圖的測(cè)量指標(biāo)應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)質(zhì)量控制目的設(shè)定，既要能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的狀態(tài)，又要方便測(cè)量。

控制圖的描點(diǎn)也是樣本數(shù)據(jù)，應(yīng)等間隔周期性抽樣測(cè)量確定，間隔大小視系統(tǒng)的穩(wěn)定水平而定，系統(tǒng)穩(wěn)定，間隔可以長(zhǎng)一些，反之，則應(yīng)短一些。

描點(diǎn)應(yīng)來自于同一生產(chǎn)或檢驗(yàn)系統(tǒng)，即構(gòu)成系統(tǒng)的要素，包括場(chǎng)所、設(shè)備、環(huán)境設(shè)施、項(xiàng)目類別、方法和檢驗(yàn)流程等應(yīng)相同，人員隊(duì)伍穩(wěn)定，均經(jīng)過操作培訓(xùn)，其手法和熟練程度應(yīng)基本一致。當(dāng)系統(tǒng)這些關(guān)鍵要素變化時(shí)，應(yīng)予記錄注明，這是后期系統(tǒng)分析的重要考察變量。

比對(duì)試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制圖描點(diǎn)數(shù)據(jù)的主要來源。滿足控制圖要求的比對(duì)試驗(yàn)應(yīng)具備長(zhǎng)期、周期和規(guī)則的一致性，這樣才能反映系統(tǒng)過程變化的統(tǒng)計(jì)特征。

2 水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)系統(tǒng)控制分析

2.1 水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)特點(diǎn)

水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)是建筑材料檢驗(yàn)中非常有代表性的項(xiàng)目之一，檢驗(yàn)過程涵蓋了取樣、成型制樣、養(yǎng)護(hù)、破型等試驗(yàn)環(huán)節(jié)，具有下列顯著特點(diǎn)。

1）參數(shù)多，包括 3 d、28 d 的抗折、抗壓強(qiáng)度，每個(gè)參數(shù)都關(guān)系到水泥的合格性評(píng)判，評(píng)判結(jié)果牽涉面廣，影響范圍大。

2）涉及的設(shè)備數(shù)量及類型多，有天平、量具、模具、攪拌機(jī)、振實(shí)臺(tái)、養(yǎng)護(hù)設(shè)備、抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)及其他輔助工具。

3）參與人員多，人員的操作手法、經(jīng)驗(yàn)判斷和責(zé)任心都有可能給結(jié)果帶來影響。

4）環(huán)境要求嚴(yán)苛，包括成型環(huán)境溫濕度、帶模養(yǎng)護(hù)溫濕度以及水養(yǎng)溫度等，其允許的偏差波動(dòng)范圍窄。5）檢驗(yàn)流程交接環(huán)節(jié)多，對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理要求高。6）檢驗(yàn)歷程時(shí)間長(zhǎng)，重復(fù)性驗(yàn)證困難。

水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)的特點(diǎn)決定了其檢驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，在系統(tǒng)質(zhì)量控制中難于做到單因素的追蹤確認(rèn)，可行的方法是通過實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)試驗(yàn)，即系統(tǒng)輸出結(jié)果與比對(duì)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值的比較，分析評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確程度。

2.2 廣州地區(qū)水泥比對(duì)試驗(yàn)

廣州地區(qū)水泥比對(duì)試驗(yàn)是由廣州市建筑材料工業(yè)研究所有限公司組織的專項(xiàng)比對(duì)試驗(yàn)，該比對(duì)試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)。

1）基本每個(gè)月舉辦 1 次，至今已連續(xù)舉辦超過 30 年。

2）參與單位較多，有水泥生產(chǎn)廠 、商品混凝土攪拌站、第三方檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)等，長(zhǎng)期持續(xù)參與比對(duì)的單位超過 150 家。

3）比對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果統(tǒng)計(jì)方式長(zhǎng)期穩(wěn)定一致。

由此，廣州地區(qū)水泥比對(duì)試驗(yàn)控制圖描點(diǎn)數(shù)據(jù)的周期、長(zhǎng)期、穩(wěn)定要求，適合用于繪制質(zhì)量控制圖。

3 應(yīng)用案例分析

以下以某實(shí)驗(yàn)室參加廣州地區(qū)水泥比對(duì)試驗(yàn)近四年的數(shù)據(jù)，繪制控制圖并分析，數(shù)據(jù)如表 1、表 2 所示。

表1 水泥抗折強(qiáng)度比對(duì)數(shù)據(jù)

續(xù)表 1

表2 水泥抗壓強(qiáng)度比對(duì)數(shù)據(jù)

3.1 控制圖參數(shù)設(shè)置

控制圖的上下控制限根據(jù) T/CBMF 17-2017《水泥生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》［2］附錄D中不同試驗(yàn)室比對(duì)試驗(yàn)允許相對(duì)誤差設(shè)定，如表 3 所示，中心線（CL）為零。

表3 水泥強(qiáng)度控制圖設(shè)置

3.2 控制圖（見圖 1、圖 2）及分析

圖1 水泥抗折強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果控制圖

圖2 水泥抗壓強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果控制圖

1）圖 1 可看出，3 d、28 d 抗折強(qiáng)度偏差長(zhǎng)期處于中心線以下側(cè)負(fù)誤差區(qū)域，3 d 強(qiáng)度表現(xiàn)尤為明顯；在下側(cè)區(qū)域，描點(diǎn)基本隨機(jī)分布。說明系統(tǒng)存在穩(wěn)定的負(fù)偏差或系統(tǒng)負(fù)誤差。

2）圖 2 顯示，3 d、28 d 抗壓強(qiáng)度偏差基本隨機(jī)分布，3 d 比 28 d 隨機(jī)性好；但在局部時(shí)間段，偏差分布于上側(cè)或下側(cè)；尤其 28 d 強(qiáng)度，在較長(zhǎng)時(shí)間段，偏差處于上側(cè)的上部區(qū)域，有多點(diǎn)處于上誤差限附近，需要引起警覺。

3）如果單從圖 1 分析，對(duì)系統(tǒng)能構(gòu)成長(zhǎng)期穩(wěn)定影響的因素首先是溫度，其他人員、設(shè)備、環(huán)境等因素波動(dòng)較大，可能偶爾出現(xiàn)異常，不足于構(gòu)成這么長(zhǎng)期穩(wěn)定的影響。但結(jié)合圖 2，兩圖點(diǎn)的分布在區(qū)域上并不一致。按照水泥強(qiáng)度發(fā)展機(jī)理，溫度對(duì)水泥抗折抗壓強(qiáng)度的影響在方向上是一致的，因此溫度因素基本可以排除?？拐劭箟簭?qiáng)度試驗(yàn)前面所有的因素相同，唯一不同的是最后的破型試驗(yàn)，據(jù)此可以判定，是抗折試驗(yàn)機(jī)導(dǎo)致了系統(tǒng)的負(fù)偏差。

4）圖 1、圖 2 均有一個(gè) 3 d 明顯溢出下控制限的異常點(diǎn)，時(shí)間相同；28 d 雖未溢出，但偏差方向與溢出點(diǎn)一致。通觀兩圖，絕大部分點(diǎn)分布于允許偏差范圍內(nèi)，說明系統(tǒng)基本處于正常穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)各要素基本處于正常狀態(tài)。出現(xiàn)異?？膳袛酁榉请S機(jī)因素影響導(dǎo)致系統(tǒng)的暫時(shí)性“失控”，后續(xù)要密切注意跟蹤。從異常點(diǎn)的偏差方向和程度分析，異常原因可能是養(yǎng)護(hù)溫度的影響?？拐蹚?qiáng)度由于疊加了抗折試驗(yàn)機(jī)負(fù)偏差的影響而導(dǎo)致溢出。

綜合上述分析，控制圖在判斷水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和趨勢(shì)性，尋找系統(tǒng)偏差、系統(tǒng)異常原因等方面具有較好地指向性。

4 結(jié)語

控制圖從統(tǒng)計(jì)意義上反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確程度，雖不精確，但卻為系統(tǒng)的分析和改進(jìn)提供了重要的警示和參照。

控制圖在水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)質(zhì)量控制中的應(yīng)用，豐富了實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制手段。在控制圖分析提示方向范圍的基礎(chǔ)上，進(jìn)行追蹤確認(rèn)，提高了質(zhì)量控制工作效率和精準(zhǔn)度。

控制圖的應(yīng)用體現(xiàn)了過程控制的質(zhì)量控制理念。為檢驗(yàn)系統(tǒng)的及時(shí)持續(xù)改進(jìn)，維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了量化工具。

控制圖的應(yīng)用，也拓寬了水泥比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的利用維度，和比對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的場(chǎng)景。提醒實(shí)驗(yàn)室要關(guān)注的不僅是當(dāng)次結(jié)果是否滿意，還應(yīng)從系統(tǒng)運(yùn)行的角度，關(guān)注系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性及其變化趨勢(shì)；比對(duì)試驗(yàn)組織者應(yīng)區(qū)分比對(duì)的目的層次，為實(shí)驗(yàn)室提供不同層次需求的服務(wù)。