六西格瑪管理在高錳酸鹽指數(shù)測量系統(tǒng)分析中的應(yīng)用

楊麗

(遼寧省鞍山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 中心分析室，遼寧 鞍山 114000)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)目前普遍采用《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定能力評價檢驗檢測機構(gòu)通用要求》(RB/T 214-2017)和《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)評審補充要求》的方法進行實驗室測量系統(tǒng)的管理。在日常監(jiān)測活動中，這種質(zhì)量管理方式能基本滿足監(jiān)測任務(wù)，使數(shù)據(jù)可溯源且結(jié)果準(zhǔn)確，但對系統(tǒng)整體的控制、改進甚至質(zhì)量提升方面相對薄弱。與此同時，隨著質(zhì)量管理方法的不斷創(chuàng)新，我國很多行業(yè)包括航空、電子、機械、化工等也逐漸關(guān)注跨國企業(yè)并學(xué)習(xí)使用六西格瑪管理。因此本研究試將這種質(zhì)量管理方法應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測分析項目的測量和改進等方面，研究其在高錳酸鹽指數(shù)測量系統(tǒng)應(yīng)用的效果。

六西格瑪是一套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)改進方法體系，持續(xù)指導(dǎo)業(yè)務(wù)改進流程，實現(xiàn)管理目標(biāo)的方法。對現(xiàn)有過程進行過程界定(define)、測量(measure)、分析(analyze)、改進(improve)、控制(control)——簡稱DMAIC流程，消除過程缺陷和無價值操作，從而提高質(zhì)量。最初其由摩托羅拉和美國通用電氣在管理上應(yīng)用并取得了巨大成功。之后，包括福特、卡特彼勒、道化學(xué)、杜邦、ABB、3M、東芝、惠而浦、三星、LG、西門子、愛立信、洛克希德-馬丁、龐巴迪、花旗銀行、J.P.摩根、美國運通、英特爾、微軟等跨國公司大力推進。西格瑪統(tǒng)計學(xué)含義為標(biāo)準(zhǔn)差，用來表征輸出結(jié)果的離散程度，是一種評估監(jiān)測結(jié)果和操作過程波動大小的參數(shù)。西格瑪水平越高，過程滿足質(zhì)量要求的能力越強。通常管理目標(biāo)是使測量系統(tǒng)接近或達到六西格瑪水平，意味著100萬次出錯機會中不超過3.4個缺陷[1]。

以高錳酸鹽指數(shù)測量系統(tǒng)為項目源，進行六西格瑪管理方法研究。就是用統(tǒng)計的方法來了解測量系統(tǒng)中的各個波動源，以及它們對測量結(jié)果的影響，最后給出該測量系統(tǒng)是否合乎使用要求的判斷。在日常監(jiān)測中，發(fā)現(xiàn)高錳酸鹽指數(shù)系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)控樣不容易做準(zhǔn)確的現(xiàn)象，結(jié)果波動較大，即使在“大比武”活動中也經(jīng)常將其列為實際操作考核項目。較大的波動影響測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量，因此用六西格瑪方法設(shè)計測量系統(tǒng)水平分析實驗，主要考查系統(tǒng)測量能力、測量系統(tǒng)分辨力。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

酸式滴定管(50.00ml); 電子天平(0.01mg, 德國SARTORIUS, BP211D)

高錳酸鉀滴定溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1/5 KMnO4)(0.1004 mol/L, 上海市計量測試技術(shù)研究院)；草酸鈉摩爾粉劑(Na2C2O4)(0.1000 mol/L，天津傲然精細化工研究所); 硫酸(H2SO4)(化學(xué)純，北京化工廠)；氫氧化鈉(NaOH)(優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；高錳酸鹽指數(shù)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品(203175, 203179, 203176，環(huán)境保護部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

高錳酸鉀溶液、草酸鈉溶液、硫酸溶液和氫氧化鈉溶液的配制參見中華人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》(GB11892-89)[2]。

2 結(jié)果與討論

測量能力和測量系統(tǒng)分辨力分析。測量能力，用來評價測量過程是否有能力準(zhǔn)確可靠地反映被測對象的波動。研究變異(%GageR&R)是測量系統(tǒng)波動占整體波動的百分比，可作為測量能力的判據(jù)。這個指標(biāo)小于10%說明測量系統(tǒng)能力良好，在10%～30%之間說明測量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài),勉強可接受，大于30%說明測量系統(tǒng)能力不足，誤差太大，必須加以改進[1,3]。測量系統(tǒng)分辨力，是指測量系統(tǒng)識別并反映被測量的最微小變化的能力。在六西格瑪管理中，可區(qū)分類別數(shù)可作為分辨力的判斷依據(jù)，具體判斷標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 系統(tǒng)分辨力六西格瑪水平的判別準(zhǔn)則[3]

實驗設(shè)計1：選取編號為203179的高錳酸鹽指數(shù)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品安瓿瓶5支(保證值為7.76±0.62 mg/L)，測定者3人，測定方法按照《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》(GB 11892-89)進行測定, 將標(biāo)準(zhǔn)樣品打亂順序重復(fù)測定3次。利用MINITAB量具R&R研究(交叉)方差分析，得出分析結(jié)果見圖1。

圖1 高錳酸鹽指數(shù)測量系統(tǒng)量具分析結(jié)果

圖1顯示高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)的測量系統(tǒng)能力分析結(jié)果。可以看到重復(fù)性方差為0.0006283；檢驗員方差為0.0000000；再現(xiàn)性方差為0.000000；重復(fù)性方差與再現(xiàn)性方差求和為0.0006283(此即為測量過程波動)；過程方差為0.0022688；總過程波動為0.0028971；研究變異(%GageR&R)為46.57%，測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比為12.13%。指標(biāo)在10%～30%之間，說明測量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài)，勉強可接受。研究變異超過30%說明系統(tǒng)能力較低。可區(qū)分類別數(shù)為2，表明CODMn測量系統(tǒng)分辨力不足。應(yīng)進行CODMn系統(tǒng)改進分析。應(yīng)用頭腦風(fēng)暴中的魚骨圖進行原因識別，如圖2所示。

圖2 高錳酸鹽指數(shù)測量系統(tǒng)的失效分析

上圖中所列原因均造成CODMn測定系統(tǒng)分辨力不足，CODMn的系統(tǒng)問題主要原因集中在兩方面，一方面是加熱設(shè)備不統(tǒng)一，加熱溫度不均勻，加熱時沒有配重設(shè)施；另一方面是酸式滴定管沒有滴定儀分辨力充足，在加熱設(shè)備改進的情況下可查看系統(tǒng)是否達標(biāo)，最后再考慮更換滴定設(shè)備。實施方案如下：(1)將加熱的燒杯更換為多孔恒溫加熱裝置；(2)加熱時，錐形瓶套上配重環(huán)；(3)使用計時器，具備提醒功能；(4)統(tǒng)一操作手法；(5)統(tǒng)一環(huán)境，如窗戶的開閉、空調(diào)的參數(shù)。

在未更換滴定設(shè)備的情況下，驗證CODMn測量系統(tǒng)改進方案的有效性。重新選擇CODMn標(biāo)準(zhǔn)樣品進行測定，按照實驗設(shè)計1的方法進行測定，結(jié)果見表2。

表2 系統(tǒng)改進后CODMn標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果

利用MINITAB量具R&R研究(交叉)方差分析，得出分析結(jié)果，重復(fù)性方差為0.0004827；檢驗員方差為0.0000075；檢驗員與標(biāo)準(zhǔn)樣品交互作用方差為0.003942；再現(xiàn)性方差為0.0000075；重復(fù)性方差與再現(xiàn)性方差求和為0.0004902；過程方差為0.0070554；合計變異為0.0075456；%研究變異(%GageR&R)為25.49%，%P/T=10.71%，這兩個指標(biāo)均屬于10%～30%之間，說明測量統(tǒng)能力勉強可接受?？蓞^(qū)分類別數(shù)為5，表明測量系統(tǒng)分辨力合格可接受。

根據(jù)六西格瑪檢驗理論，P值代表顯著性值，實驗員間P值為0.348，大于0.05，表明實驗員間差異不明顯，主要差異來源于樣本差異。實驗員與標(biāo)準(zhǔn)溶液交互作用P值為0.438，大于0.05，表明交互作用不明顯。改進后得出高錳酸鹽指數(shù)方差分析報告，控制圖中全部數(shù)據(jù)都在控制界限內(nèi)，運行圖均值附近的散點集中，A實驗員波動性比較小，B實驗員波動性最大，人與部件交互作用越小，標(biāo)準(zhǔn)樣品1、3使得測量員間分歧較大。

3 結(jié)果與討論

通過采用六西格瑪方法對高錳酸鹽指數(shù)項目進行測量系統(tǒng)分析得到以下結(jié)論：

(1)改進前高錳酸鹽指數(shù)系統(tǒng)的測量能力分析顯示，研究變異為46.57%，測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比為12.13%，表明測量系統(tǒng)能力較低。系統(tǒng)改進后，研究變異為25.49%，測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比為10.71%，這兩個指標(biāo)均屬于10%～30%之間，測量統(tǒng)能力勉強可接受。

(2)改進前高錳酸鹽指數(shù)系統(tǒng)的系統(tǒng)分辨力分析顯示，可區(qū)分類別數(shù)為2，分辨力不符合六西格瑪水平，需進行改進。系統(tǒng)改進后，可區(qū)分類別數(shù)為5，分辨力符合六西格瑪合格水平。

(3)改進措施為更換加熱裝置，增加配重環(huán)，使用計時器，統(tǒng)一操作手法及環(huán)境參數(shù)。