應(yīng)用SPC統(tǒng)計過程控制 提高管線管可靠性

李景學(xué) 王明燕 董 帥 李建中

1.中國石油渤海裝備新世紀(jì)機(jī)械制造有限公司 （天津 大港 300280）

2.中國石油大港油田公司石油工程研究院 （天津 大港 300280）

隨著中國油氣管道建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，管線管的使用量也隨之大幅增加，由于油氣泄漏可能帶來的巨大的災(zāi)難性的后果，對于管線管的質(zhì)量就提出了極為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。然而即使產(chǎn)品檢驗符合標(biāo)準(zhǔn)要求，在實際的油氣管道工程中仍然會出現(xiàn)一些嚴(yán)重的安全事故，這說明按一般的質(zhì)量控制手段，管線管的可靠性仍存在問題。在這里引入SPC統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control）這一質(zhì)量工具來保障管線管的可靠性。

1 SPC統(tǒng)計過程控制原理

SPC(Statistical Process Control)即統(tǒng)計過程控制，是20世紀(jì)20年代由美國休哈特首創(chuàng)的，利用統(tǒng)計技術(shù)對生產(chǎn)過程中的各個階段進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)過程異常，及時報警，從而達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高可靠性的目的[1]。這里的統(tǒng)計技術(shù)泛指任何可以應(yīng)用的數(shù)理統(tǒng)計方法，而以控制圖理論為主。

SPC的工作內(nèi)容包括3個部分:收集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析，現(xiàn)場管理。其中，收集數(shù)據(jù)主要指收集與產(chǎn)品質(zhì)量直接相關(guān)的質(zhì)量特性數(shù)據(jù);統(tǒng)計分析過程是按照一定的準(zhǔn)則對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、歸類、計算、繪圖，從而對生產(chǎn)過程狀態(tài)進(jìn)行評判，并給予實時監(jiān)控，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，根據(jù)過程的變異是由偶然誤差還是由異常原因引起的而進(jìn)行不同的決策，確保產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

2 管線管質(zhì)量的統(tǒng)計過程控制

管線管對產(chǎn)品的可靠性有很高的要求，盡管產(chǎn)品各項指標(biāo)檢驗合格，但是因為檢驗本身存在一定的風(fēng)險，產(chǎn)品檢驗合格并不能絕對保證產(chǎn)品不會出現(xiàn)質(zhì)量事故，對于管線管等可靠性要求高的產(chǎn)品，只符合一定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是不夠的，必須同時確保產(chǎn)品的生產(chǎn)過程也是正常的、可控的，才能保證產(chǎn)品的可靠性。

應(yīng)用控制圖來監(jiān)測管線管產(chǎn)品的可靠性是一個簡單易行的方法。有兩種類型的控制圖，一種為計量型數(shù)據(jù)控制圖，另一種為計數(shù)型數(shù)據(jù)控制圖。過程本身將決定使用哪種類型的控制圖。如果取自于過程的數(shù)據(jù)是離散型的(例如:通過/不通過，可接受/不可接受)則使用計數(shù)型數(shù)據(jù)控制圖。如果取自于過程的數(shù)據(jù)是連續(xù)型的(例如:直徑，長度)則使用計量型數(shù)據(jù)控制圖[2]。

對于管線管，首先選定關(guān)注的過程，根據(jù)影響管子安全特性的過程，選擇相適應(yīng)的控制圖，以離線焊縫超聲波無損探傷工序為例，將探傷工序作為統(tǒng)計過程控制對象，采用不合格品率控制圖（P控制圖）是恰當(dāng)?shù)?。其過程如下：

2.1 確定探傷工序

2.2 確定控制上限

則：UCLP=3.3%。

2.3 確定控制下限

控制下限為0。

2.4 統(tǒng)計計算某時間段內(nèi)各個批次的不合格率

以400根為一批，統(tǒng)計計算各批的不合格率。

2.5 控制圖判異規(guī)則

國標(biāo)GB/T 4091-2001《常規(guī)控制圖》中規(guī)定了8種判異準(zhǔn)則[3]。為了應(yīng)用這些準(zhǔn)則，將控制圖等分為6 個區(qū)域，分別標(biāo)識為 A、B、C、C、B、A。

（1）一點落在A區(qū)以外。

（2）連續(xù)9點落在中心線同一側(cè)。（3）連續(xù)6點遞增或遞減。

（4）連續(xù)14點相鄰點上下交替。

（5）連續(xù)3點中有2點落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外。

（6）連續(xù)5點中有4點落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外。

（7）連續(xù)15點在C區(qū)中心線上下。

（8）連續(xù)8點在中心線兩側(cè)，無一點在C區(qū)中。

應(yīng)用控制圖對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某一批管線管探傷不合格率≥3.3%，或者出現(xiàn)判異規(guī)則的其他7種情形，即可判斷質(zhì)量控制過程存在異常因素，產(chǎn)品可靠性已經(jīng)受到影響?？梢詫⒁l(fā)出的商品進(jìn)行復(fù)查，并對生產(chǎn)過程的控制環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查以消除影響產(chǎn)品質(zhì)量的系統(tǒng)原因。

3 管線管質(zhì)量事故案例分析

2010年，某天然氣管線工程鋼管發(fā)生爆裂，在追查原因時，發(fā)現(xiàn)鋼管生產(chǎn)廠家提供的所有鋼管均按照管線管的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全部的檢驗，而且所有的檢測指標(biāo)均為合格，生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制也嚴(yán)格按照管線管標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行，似乎很難確定是產(chǎn)品質(zhì)量的原因。但是運(yùn)用控制圖對鋼管的探傷質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，卻能夠發(fā)現(xiàn)其過程控制中已經(jīng)存在不穩(wěn)定因素，不能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。分析過程如下：

選取事故發(fā)生前該廠家探傷工序不合格率為統(tǒng)計樣本，計算該廠家2008～2009年平均不合格率1.6。

則：控制上限為：

則UCLP=3.5%。

以400根為一批，計算生產(chǎn)過程中各個批次的不合格率，已經(jīng)有多批鋼管在檢測過程中出現(xiàn)焊縫超聲探傷不合格品率超過3.5%的上限，甚至達(dá)到10%以上，根據(jù)判異規(guī)則，其產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)存在系統(tǒng)風(fēng)險，產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性已經(jīng)無法保證。該公司應(yīng)該立即對其產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)檢，查找變異原因予以消除，但該公司沒有對此引起足夠的關(guān)注，僅僅是將探傷發(fā)現(xiàn)的不合格品挑出來，其余產(chǎn)品作為合格產(chǎn)品放行。造成質(zhì)量異常的隱患仍然存在，使產(chǎn)品質(zhì)量存在系統(tǒng)風(fēng)險。

SPC過程控制理論的優(yōu)勢在于能夠預(yù)先判斷生產(chǎn)過程是否已經(jīng)存在異常，該廠家沒有引入這種過程控制的概念，對質(zhì)量失控的狀態(tài)沒有引起足夠的重視，結(jié)果造成了質(zhì)量事故的發(fā)生，形成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

控制圖還可以非常方便地應(yīng)用于管線管生產(chǎn)的其他工序，例如水壓試驗、壓扁試驗、成型焊接、定徑矯直等。應(yīng)根據(jù)不同的情況，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)的不同特點，設(shè)計不同的控制圖。從而實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性控制。

4 結(jié)束語

要保證產(chǎn)品的質(zhì)量就必須穩(wěn)定生產(chǎn)過程，應(yīng)用SPC能夠監(jiān)控生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定，然而我國實際生產(chǎn)中應(yīng)用卻不多，許多從事質(zhì)量管理的人員被其貌似復(fù)雜的計算所困擾，不愿在工作中嘗試應(yīng)用這項技術(shù)。其實SPC并不復(fù)雜，所用的一些數(shù)學(xué)方式基本上也都是初、高中知識，只要開動腦筋，多實戰(zhàn)訓(xùn)練，并不難掌握。管線管生產(chǎn)中，應(yīng)用SPC理論和方法，對管線管產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析，防止由變異引起的質(zhì)量問題的產(chǎn)生，從而有針對性地對產(chǎn)生變異的原因采取相應(yīng)的措施，可以達(dá)到提高產(chǎn)品合格率，降低質(zhì)量成本的目的。

除了管線管，凡是對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性有較高要求的產(chǎn)品、對安全性能要求較高的產(chǎn)品，除了采用傳統(tǒng)的工序檢驗外，均應(yīng)引入統(tǒng)計過程控制的方法以加強(qiáng)質(zhì)量穩(wěn)定性。應(yīng)用統(tǒng)計過程控制時，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的不同，采用計量型數(shù)據(jù)控制圖或計數(shù)型數(shù)據(jù)控制圖，以適應(yīng)不同的過程類型。

[1]俞博.淺談統(tǒng)計過程控制在企業(yè)質(zhì)量管理中的應(yīng)用 [J].商場現(xiàn)代化,2012 （8）:11.

[2]戴姆勒克萊斯勒公司、福特汽車公司，通用汽車公司.統(tǒng)計過程控制參考手冊[M].上海：AIAG(汽車工業(yè)行動集團(tuán))，2005.

[3]GB/T 4091-2001常規(guī)控制圖[S].