楊麗
(遼寧省鞍山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,遼寧鞍山 114000)
六西格瑪是一套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)改進方法體系,可持續(xù)指導(dǎo)業(yè)務(wù)改進流程、實現(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。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]。以化學(xué)需氧量(CODCr)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,最后得出該測量系統(tǒng)是否合乎使用要求的判斷。在日常監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)CODCr測量系統(tǒng)較為穩(wěn)定,測量結(jié)果波動不大,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。用六西格瑪方法研究測量系統(tǒng)水平,主要考查系統(tǒng)測量能力、測量系統(tǒng)分辨力。
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,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;硫酸銀(Ag2SO4),分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;硫酸汞(HgSO4),分析純,國藥集團化學(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)境保護部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。
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)需氧量的測定 重鉻酸鉀法》[2]。
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)。此指標(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)見表1。
表1 系統(tǒng)分辨力六西格瑪水平的判別準(zhǔn)則[3]
實驗設(shè)計:選取編號為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),測定者3 人,測量設(shè)備為酸式滴定管,測定方法按照HJ 828—2017 《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鉀法》進行,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)果見表2。
表2 編號為200193 的CODCr 標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(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)需氧量測量系統(tǒng)量具分析結(jié)果
圖1 顯示的主要是測量系統(tǒng)波動源方差分析和測量系統(tǒng)能力的計算結(jié)果。可看到重復(fù)性方差為0.002 000 0;檢驗員方差為0.000 000 0;檢驗員與標(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;合計變異為0.261 477;%研究變異(%GageR&R)為24.91%,測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比(%P/T)為10.28%,這2 個指標(biāo)均介于10%~30%之間,說明測量系統(tǒng)能力勉強可接受??蓞^(qū)分類別數(shù)為5,根據(jù)表1 判斷,測量系統(tǒng)分辨力合格,可接受。
根據(jù)六西格瑪假設(shè)檢驗理論,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。進行CODCr測定分析時,實驗員間的差異不明顯,主要差異來源于樣本差異。
CODCr測定值的量具R&R(方差分析)報告見圖2。
圖2 CODCr 量具分析報告
圖2a 中灰色是各波動分量與總體波動分量的方差之比;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%貢獻條形高度與部件間的%貢獻條形高度之比要小于9/91 才行。圖2b 中是每個實驗員測量每一個CODCr值的極差形成的R 控制圖,此圖全部測量值都在控制線內(nèi)。圖2c 是所有測量CODCr的平均值,重復(fù)觀測標(biāo)準(zhǔn)差的控制圖,正常情況此圖絕大多數(shù)平均值點應(yīng)落在控制線外,因為越多的數(shù)據(jù)點超出Xbar 圖的控制線,表明過程實際的波動越大,同時表明測量系統(tǒng)能力越高。圖2b 和圖2c 在分析測量系統(tǒng)性能上不是十分準(zhǔn)確有效,只能做參考。圖2d是按部件分組的測量結(jié)果運行圖,連線的波動是過程的波動,一般均值連線的變化越大,表明實際的波動越大;均值附近的散點越集中,說明測量系統(tǒng)的波動越小。圖2e 是按實驗員分組的測量結(jié)果運行圖,均值連線變化越小,再現(xiàn)性波動越小,再現(xiàn)性越好。圖2f 是3 個實驗員按部件分組的測量平均值,均值連線越平行,證明實驗員與部件交互作用越小。通過該圖可看出2 和3 標(biāo)準(zhǔn)溶液使得測量人員間分歧較大。
以上分析說明CODCr的測量系統(tǒng)較為穩(wěn)定可靠,分辨力和測量能力均處于中間水平,測量系統(tǒng)可接受,不必進行改進。
通過采用六西格瑪方法對CODCr項目進行測量系統(tǒng)分析,得到以下結(jié)論:
(1)CODCr系統(tǒng)的測量能力分析顯示,%研究變異為24.91%,測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比為10.28%,表明測量系統(tǒng)能力勉強可接受。
(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,無需進行測量系統(tǒng)改進。
(3)六西格瑪管理方法可以應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測項
目的測量系統(tǒng)分析,可以評價各測量系統(tǒng)是否滿足六西格瑪要求。