六西格瑪管理在化學(xué)需氧量測(cè)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(cè)中心，遼寧鞍山 114000）

1 引言

六西格瑪是一套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)改進(jìn)方法體系，可持續(xù)指導(dǎo)業(yè)務(wù)改進(jìn)流程、實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)。西格瑪水平越高，過程滿足質(zhì)量要求的能力越強(qiáng)。通常管理目標(biāo)是使測(cè)量系統(tǒng)接近或達(dá)到六西格瑪水平，意味著

100 萬次出錯(cuò)機(jī)會(huì)中不超過3.4 個(gè)缺陷［1］。以化學(xué)需氧量（CODCr）測(cè)量系統(tǒng)為項(xiàng)目源進(jìn)行六西格瑪管理方法研究，就是用統(tǒng)計(jì)的方法來了解測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)波動(dòng)源，最后得出該測(cè)量系統(tǒng)是否合乎使用要求的判斷。在日常監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)CODCr測(cè)量系統(tǒng)較為穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果波動(dòng)不大，即使在“大比武”活動(dòng)中也經(jīng)常將其列為實(shí)際操作考核項(xiàng)目。用六西格瑪方法研究測(cè)量系統(tǒng)水平，主要考查系統(tǒng)測(cè)量能力、測(cè)量系統(tǒng)分辨力。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

儀器：酸式滴定管（50.00 mL）；電子天平（0.01 mg，德國SARTORIUS，BP211D）。

試劑：重鉻酸鉀（K2Cr2O7），分析純，天津市化學(xué)試劑有限公司；硫酸亞鐵銨（［（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O］），分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；七水合硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O），分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫酸銀（Ag2SO4），分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫酸汞（HgSO4），分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫酸（H2SO4），化學(xué)純，北京化工廠；化學(xué)需氧量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品（200193），環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

重鉻酸鉀溶液、硫酸亞鐵銨溶液、硫酸汞溶液、硫酸銀－硫酸溶液、硫酸溶液的配制參見HJ 828—2017《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鉀法》［2］。

3 結(jié)果與討論

測(cè)量能力和測(cè)量系統(tǒng)分辨力分析：測(cè)量能力用來評(píng)價(jià)測(cè)量過程是否有能力準(zhǔn)確可靠地反映被測(cè)對(duì)象的波動(dòng)。%研究變異（%GageR＆R）是測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)占整體波動(dòng)的百分比，可作為測(cè)量能力的判據(jù)。此指標(biāo)小于10%說明測(cè)量系統(tǒng)能力良好；在10%～30%之間說明測(cè)量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài)，勉強(qiáng)可接受；大于30%說明測(cè)量系統(tǒng)能力不足，誤差太大，必須加以改進(jìn)［1，3］。測(cè)量系統(tǒng)分辨力是指測(cè)量系統(tǒng)識(shí)別并反映被測(cè)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)見表1。

表1 系統(tǒng)分辨力六西格瑪水平的判別準(zhǔn)則［3］

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：選取編號(hào)為200193 的CODCr環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品安瓿瓶5 支（保證值為29.4±1.9 mg/L），測(cè)定者3 人，測(cè)量設(shè)備為酸式滴定管，測(cè)定方法按照HJ 828—2017 《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鉀法》進(jìn)行，將標(biāo)準(zhǔn)樣品打亂順序重復(fù)測(cè)定3 次。利用Minitab 量具R＆R 研究（交叉）方差分析，得出分析結(jié)果見表2。

表2 編號(hào)為200193 的CODCr 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果mg/L

利用Minitab 量具R＆R 研究（交叉）分析，得出分析結(jié)果如圖1 所示。

圖1 化學(xué)需氧量測(cè)量系統(tǒng)量具分析結(jié)果

圖1 顯示的主要是測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)源方差分析和測(cè)量系統(tǒng)能力的計(jì)算結(jié)果。可看到重復(fù)性方差為0.002 000 0；檢驗(yàn)員方差為0.000 000 0；檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)樣品交互作用方差為0.002 240 7；再現(xiàn)性方差為0.002 240 7；重復(fù)性方差與再現(xiàn)性方差求和為0.004 240 7；部件間方差為0.253 238；合計(jì)變異為0.261 477；%研究變異（%GageR＆R）為24.91%，測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)與被測(cè)對(duì)象的容差之比（%P/T）為10.28%，這2 個(gè)指標(biāo)均介于10%～30%之間，說明測(cè)量系統(tǒng)能力勉強(qiáng)可接受。可區(qū)分類別數(shù)為5，根據(jù)表1 判斷，測(cè)量系統(tǒng)分辨力合格，可接受。

根據(jù)六西格瑪假設(shè)檢驗(yàn)理論，P 值代表顯著性值，P＜0.05 表明數(shù)據(jù)存在顯著差異，P＜0.01 表明差異明顯。若P＞0.05，不能否定原假設(shè)，即不能說明數(shù)據(jù)間存在顯著差異。進(jìn)行CODCr測(cè)定分析時(shí)，實(shí)驗(yàn)員間的差異不明顯，主要差異來源于樣本差異。

CODCr測(cè)定值的量具R&R（方差分析）報(bào)告見圖2。

圖2 CODCr 量具分析報(bào)告

圖2a 中灰色是各波動(dòng)分量與總體波動(dòng)分量的方差之比；黑色是%研究變異，表示前者標(biāo)準(zhǔn)差之比；白色是%公差，即各波動(dòng)分量6 倍標(biāo)準(zhǔn)差與公差之比。由于%GageR＆R 指標(biāo)要小于30%才能接受，因此量具灰色條形高度要小于9 才合格。量具R＆R%貢獻(xiàn)條形高度與部件間的%貢獻(xiàn)條形高度之比要小于9/91 才行。圖2b 中是每個(gè)實(shí)驗(yàn)員測(cè)量每一個(gè)CODCr值的極差形成的R 控制圖，此圖全部測(cè)量值都在控制線內(nèi)。圖2c 是所有測(cè)量CODCr的平均值，重復(fù)觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差的控制圖，正常情況此圖絕大多數(shù)平均值點(diǎn)應(yīng)落在控制線外，因?yàn)樵蕉嗟臄?shù)據(jù)點(diǎn)超出Xbar 圖的控制線，表明過程實(shí)際的波動(dòng)越大，同時(shí)表明測(cè)量系統(tǒng)能力越高。圖2b 和圖2c 在分析測(cè)量系統(tǒng)性能上不是十分準(zhǔn)確有效，只能做參考。圖2d是按部件分組的測(cè)量結(jié)果運(yùn)行圖，連線的波動(dòng)是過程的波動(dòng)，一般均值連線的變化越大，表明實(shí)際的波動(dòng)越大；均值附近的散點(diǎn)越集中，說明測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)越小。圖2e 是按實(shí)驗(yàn)員分組的測(cè)量結(jié)果運(yùn)行圖，均值連線變化越小，再現(xiàn)性波動(dòng)越小，再現(xiàn)性越好。圖2f 是3 個(gè)實(shí)驗(yàn)員按部件分組的測(cè)量平均值，均值連線越平行，證明實(shí)驗(yàn)員與部件交互作用越小。通過該圖可看出2 和3 標(biāo)準(zhǔn)溶液使得測(cè)量人員間分歧較大。

以上分析說明CODCr的測(cè)量系統(tǒng)較為穩(wěn)定可靠，分辨力和測(cè)量能力均處于中間水平，測(cè)量系統(tǒng)可接受，不必進(jìn)行改進(jìn)。

4 結(jié)論

通過采用六西格瑪方法對(duì)CODCr項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析，得到以下結(jié)論：

（1）CODCr系統(tǒng)的測(cè)量能力分析顯示，%研究變異為24.91%，測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)與被測(cè)對(duì)象的容差之比為10.28%，表明測(cè)量系統(tǒng)能力勉強(qiáng)可接受。

（2）CODCr系統(tǒng)的分辨力分析顯示，可區(qū)分類別數(shù)為5，分辨力符合六西格瑪合格水平，無需進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)改進(jìn)。

（3）六西格瑪管理方法可以應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)

目的測(cè)量系統(tǒng)分析，可以評(píng)價(jià)各測(cè)量系統(tǒng)是否滿足六西格瑪要求。