張啟勇，張 梅，朱 斌，祖 群，于 水，郭仁賢

（南京玻璃纖維研究設(shè)計院有限公司，南京 210012）

0 前言

玻璃纖維是一種典型的無機非金屬材料，具有質(zhì)量輕、強度高、耐高低溫、耐腐蝕、隔熱、阻燃、吸音、電絕緣等優(yōu)異性能以及一定程度的功能可設(shè)計性，是一種優(yōu)良的功能材料和結(jié)構(gòu)材料。高性能玻璃纖維是指與傳統(tǒng)玻璃纖維相比，某些使用性能有顯著提高，能夠在外部力、熱、光、電等物理以及酸、堿、鹽等化學(xué)作用下具有更好的承受力。高性能玻璃纖維種類多，纖維制品規(guī)格也很多，主要有無捻粗紗、有捻紗、織物3大類，其中紗線類產(chǎn)品根據(jù)玻璃類別、線密度、浸潤劑類別、捻度、捻向、卷裝量等可細分出近千個規(guī)格制品。如此大量的產(chǎn)品規(guī)格，必然產(chǎn)生龐大的性能測試數(shù)據(jù)。

隨著市場需求的不斷提升、生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，客戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格。

質(zhì)量管理經(jīng)歷了4個發(fā)展階段：由初級階段發(fā)展到質(zhì)量檢驗階段，接著發(fā)展到統(tǒng)計質(zhì)量控制階段，再進而發(fā)展到全面質(zhì)量管理階段，這一系列的跨越離不開統(tǒng)計工具的應(yīng)用。在各種統(tǒng)計工具的應(yīng)用中，常用的統(tǒng)計工具、方法有很多。統(tǒng)計分析工具的應(yīng)用可以幫助公司了解數(shù)據(jù)的變異，從而有助于組織解決問題并提高有效性和效率，這些工具也有助于更好地利用可獲得的數(shù)據(jù)進行決策，有助于對變異進行測量、描述、分析、解釋和建立模型，甚至在數(shù)據(jù)相對有限的情況下也可實現(xiàn)。同時有助于解決，甚至防止由變異引起的問題，并促進持續(xù)改進。也可以規(guī)范生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)分析的方法，為質(zhì)量分析方法的選擇提供指導(dǎo)，熟練運用相應(yīng)的圖表，從而提高工作效率［1，2］。

針對高性能玻璃纖維的質(zhì)量控制要求，本文以先進復(fù)合材料用高性能玻璃纖維產(chǎn)品為例，借助統(tǒng)計分析軟件，采用檢查表、柏拉圖、控制圖、正態(tài)分布、直方圖、不合格品數(shù)控制圖等方法，通過數(shù)據(jù)的收集與分析，指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)人員開展工作，并針對不同的數(shù)據(jù)類型，采用相對應(yīng)的統(tǒng)計工具和分析方法，從而進一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

1 統(tǒng)計技術(shù)用工具的基本原理

在一個統(tǒng)計問題中，稱研究對象的全體為總體，構(gòu)成總體的每個成員稱為個體，若關(guān)心的是研究對象的某個數(shù)量指標(biāo)，那么將每個個體具有的數(shù)量指標(biāo)X稱為個體，這樣一來，總體就是某數(shù)量指標(biāo)值X的全體（即一堆數(shù)），這一堆數(shù)有一個分布，從而可用一個分布描述，簡單地說，總體就是一個分布。統(tǒng)計學(xué)的主要任務(wù)就是：研究總體是什么分布，這個總體分布的均值、方差（標(biāo)準(zhǔn)差）是什么？從總體中抽取部分個體所組成的集合稱為樣本。樣本中的個體在強調(diào)其具體實物時也稱為樣品，樣本中所包含的個體的個數(shù)稱為樣本量。常用n表示從總體中抽取樣本是為了認(rèn)識總體，即從樣本推斷總體，分布，總體均值，總體標(biāo)準(zhǔn)差。對結(jié)果有效，對樣本的抽樣要求。抽樣切記受到干擾，特別是人為干擾，某些人為的傾向性會使所得樣本不是簡單隨機樣本，從而使最后的統(tǒng)計推斷失效［3，4］。

1.1 檢查表

檢查表是按照系統(tǒng)工程方法，在對一個系統(tǒng)進行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，找出各種可能存在的風(fēng)險因素，然后以提問的方式將這些風(fēng)險因素列成的表格?？砂磮F隊、設(shè)備、時期等類別，由風(fēng)險管理專業(yè)人員、生產(chǎn)技術(shù)人員和現(xiàn)場工人共同參與編制［5］。

1.2 控制圖

控制圖是對過程質(zhì)量特性進行測定、記錄、評估，從而監(jiān)控過程是否處于控制狀態(tài)的一種統(tǒng)計方法的圖，由3條平行的直線組成，包括中心線、上控制線、下控制線，并有按時間順序抽取的樣本統(tǒng)計量數(shù)值的描點序列。常規(guī)控制圖的原理是基于“小概率事件不容易發(fā)生，一旦發(fā)生說明有異常情況”。如果小概率事件發(fā)生了，說明制造過程發(fā)生了異常波動。表1是常規(guī)控制圖的控制限公式。

表1 常規(guī)控制圖控制限公式

表中：A2、A3、B3、B4、D3、D4——系數(shù)，查表可知。

1.3 正態(tài)分布N（μ、σ2）

質(zhì)量管理中最重要也是最常用的分布，它能描述很多質(zhì)量特性X隨機取值的統(tǒng)計規(guī)律性。正態(tài)分布含有兩個參數(shù)μ、σ，常記N（μ、σ2）。其中μ為正態(tài)分布的均值，位置參數(shù)，正態(tài)分布的中心，質(zhì)量特性X在μ附近取值的機會最大；σ2是正態(tài)分布的離散程度，σ＞0是正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)差，σ越大，數(shù)據(jù)分布越分散；σ越小，數(shù)據(jù)分布越集中［6］。

1.4 柏拉圖

柏拉圖又稱為排列圖，帕累托圖，主次因素分析法、柏拉托圖法等，它是根據(jù)“關(guān)鍵的少數(shù)和次要的多數(shù)”的原理而制做的。也就是將影響產(chǎn)品質(zhì)量的眾多影響因素按其對質(zhì)量影響程度的大小，用直方圖形順序排列，從而找出主要因素。柏拉圖的結(jié)構(gòu)為兩個縱坐標(biāo)和一個橫坐標(biāo)，由數(shù)個直方形和一條折線構(gòu)成。左側(cè)縱坐標(biāo)表示頻率，右側(cè)縱坐標(biāo)則表示累計頻率（以百分比表示），橫坐標(biāo)表示影響質(zhì)量的各種因素之名稱，按影響大小順序排列，直方形高度表示相應(yīng)的因素的影響程度（即出現(xiàn)頻率為多少），上方折線則表示累計頻率線（又稱帕累托圖曲線）。通常累計百分比將影響因素分為三大類：占0～80%為A類因素，也就是主要因素；80%～90%為B類因素，是次要因素；90%～100%為C類因素，即一般因素［7］。

1.5 直方圖

直方圖又稱質(zhì)量分布圖，是一種統(tǒng)計報告圖，由一系列高度不等的縱向條紋或線段表示數(shù)據(jù)分布的情況。一般用橫軸表示數(shù)據(jù)類型，縱軸表示分布情況。這是一個連續(xù)變量（定量變量）的概率分布的估計，它是一種條形圖。為了構(gòu)建直方圖，第一步是將值的范圍分段，即將整個值的范圍分成一系列間隔，然后計算每個間隔中有多少值。這些值通常被指定為連續(xù)的，不重疊的變量間隔。間隔必須相鄰，并且通常是（但不是必須的）相等的大小。它是表示資料變化情況的一種主要工具［8，9］。用直方圖可以解析出資料的規(guī)則性，比較直觀地看出產(chǎn)品質(zhì)量特性的分布狀態(tài)，對于資料分布狀況一目了然，便于判斷其總體質(zhì)量分布情況。

1.6 分析軟件

采用美國SAS軟件公司的JMP統(tǒng)計分析軟件，JMP的算法強調(diào)統(tǒng)計方法的實際應(yīng)用，交互性、可視化能力強，使用方便，適合非統(tǒng)計專業(yè)背景的數(shù)據(jù)分析人員使用。

2 數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)庫建立和分析

2.1 檢查表實例分析

統(tǒng)計方法進行質(zhì)量控制主要依據(jù)是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要反映客觀的實際情況，不應(yīng)有虛假的成分，否則即使進行了嚴(yán)格的、精確的計算和分析，其結(jié)果仍不可信，調(diào)查表就是一種很好的收集數(shù)據(jù)的方法。根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)定的要求，收集了織物外觀檢驗的數(shù)據(jù)，將需要統(tǒng)計的關(guān)鍵特性錄入Word中，制定成統(tǒng)一的格式，受控下發(fā)。

通過圖1可以看到布卷外觀檢驗記錄表的情況，對工序質(zhì)量或產(chǎn)品質(zhì)量進行檢查與確認(rèn)。尤其是織物外觀的檢查項目多，易遺漏，圖1的檢查表可以逐項進行，避免了錯誤和重復(fù)性的檢查。使操作人員能夠嚴(yán)格遵守操作規(guī)程的要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量，在批量很大的工作中，可以收集有意義、有價值的數(shù)據(jù)，為后續(xù)開展質(zhì)量分析、質(zhì)量控制提供了織物外觀的數(shù)據(jù)積累和支撐。

圖1 外觀檢驗記錄表

2.2 控制圖

2.2.1 計量控制圖實例分析

選用一個典型性的產(chǎn)品，并選取其生產(chǎn)過程產(chǎn)品線密度進行數(shù)理統(tǒng)計分析。將數(shù)據(jù)輸入Excel表中，再將上述Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計分析軟件，如表2所示，報表的行列設(shè)計應(yīng)兼顧JMP軟件中數(shù)據(jù)表中計算取值規(guī)則。通過統(tǒng)計軟件操作，可以獲得線密度均值和移動極差控制圖，見圖2。

圖2 線密度控制圖

表2 線密度數(shù)據(jù)表

2.2.2 計數(shù)控制圖實例分析

選用一個典型性的織物產(chǎn)品，選取其生產(chǎn)的過程產(chǎn)品外觀疵點進行數(shù)理統(tǒng)計分析。將數(shù)據(jù)輸入Excel表中，再將上述Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計分析軟件，如表3所示，報表的行列設(shè)計應(yīng)兼顧JMP軟件中數(shù)據(jù)表中計算取值規(guī)則。通過統(tǒng)計軟件操作，可以獲得外觀疵點控制圖，見圖3。

圖3 外觀疵點控制圖

表3 外觀疵點數(shù)據(jù)表

以下判定準(zhǔn)則為GB/T 4091-2001《常規(guī)控制圖規(guī)定》的判定準(zhǔn)則，可優(yōu)先選用的判定準(zhǔn)則。也可以按其他方式確定判定規(guī)則，但必須在作業(yè)指導(dǎo)書或工藝文件得到規(guī)定，并經(jīng)過批準(zhǔn)方可使用。一旦發(fā)生異常波動，就應(yīng)該盡快找出原因，采取措施加以消除。

通過以上匯總的結(jié)果，可以看到有捻紗的線密度、織物疵點數(shù)的測試結(jié)果都在控制限內(nèi)，過程穩(wěn)定。如果控制圖出現(xiàn)異常，表明需采取糾正措施，根據(jù)異常判定原則［5］，異常產(chǎn)生后的措施包括：

（1）對過程進行驗證，如條件允許，可停工進行驗證。

（2）提高檢測頻率，并對異因進行分析調(diào)控，直至過程受控。

（3）將最后時段生產(chǎn)的產(chǎn)品進行隔離，加大抽檢量，如有可能對其進行全檢，找出不合格品。

（4）將所有不合格品進行隔離并進行標(biāo)識。

（5）不合格品返工、返修或報廢。

（6）如原因不在本工段，通知責(zé)任區(qū)域/部門。

2.3 數(shù)據(jù)分布實例分析

跟蹤240 tex無捻粗紗在線監(jiān)測線密度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行匯總分析，通過統(tǒng)計軟件的操作，形成線密度正態(tài)分位數(shù)圖，見圖4、圖5。可以看出，無捻粗紗線密度整體呈正態(tài)分布，均值為239.59 tex，散度σ為3.65，散度較小，說明集中度較好，以239.59 tex為中心值，線密度在230~250 tex階段的粗紗概率為100%。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，240 tex無捻粗紗公稱線密度為240 tex，合格范圍為222~258 tex，這表明生產(chǎn)的粗紗線密度質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

圖4 無捻粗紗線密度概率密度分布

如果對產(chǎn)品的線密度按批次進行正態(tài)分位數(shù)圖做進一步分析，對比該產(chǎn)品線密度均值和散度σ歷史水平，可以知道現(xiàn)行生產(chǎn)的批次產(chǎn)品線密度的分布情況，如有較大偏離，應(yīng)及時進行原絲或紗團配比組合，起到提前預(yù)警作用。如圖5所示，當(dāng)線密度在238~239 tex之間出現(xiàn)“缺口”（該段出現(xiàn)概率偏低）時，應(yīng)考慮增加部分該段內(nèi)的線密度粗紗，使產(chǎn)品分布更加合理，最終滿足客戶對線密度更窄控制范圍要求。由此可見，數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，可科學(xué)、有效地實施批產(chǎn)品性能參數(shù)合理分布及質(zhì)量可控的目的，同時提高了工作效率。

圖5 批次內(nèi)無捻粗紗線密度統(tǒng)計圖

2.4 柏拉圖實例分析

選定了需要分析的項目，對問題的現(xiàn)象、狀況、原因加以層別分類；根據(jù)檢查表收集的內(nèi)容，把發(fā)生的織物疵點分別錄入，匯總分析整理數(shù)據(jù)，見表4，通過統(tǒng)計軟件的操作，形成分類項目匯總表，分類項目按數(shù)據(jù)多少由大到小排列，見圖6。

表4 外觀疵點數(shù)據(jù)

圖6 外觀疵點匯總圖

通過以上匯總的數(shù)據(jù)可以看到，該產(chǎn)品外觀的疵點匯總結(jié)果，從圖中可以看到主要疵點是“經(jīng)緯紗污染”等，應(yīng)有針對性的采取措施。其核心就是帕雷托法則又稱80/20法則。學(xué)會了它，能讓你在工作中不必花大部分時間浪費在無用的問題上，用更少的精力解決更大的問題，用更少的付出收獲最多的收益。

2.5 直方圖實例分析

跟蹤240 tex無捻粗紗在線監(jiān)測線密度數(shù)據(jù)，從穩(wěn)定正常的生產(chǎn)過程中得到的數(shù)據(jù)所做出的直方圖，對數(shù)據(jù)進行匯總分析，通過統(tǒng)計軟件的操作，形成線密度直方圖。見表5、圖7可以看出，無捻粗紗線密度整體呈正態(tài)分布。

表5 線密度統(tǒng)計結(jié)果

圖7 線密度正態(tài)分布圖

參照典型的直方圖的分析［10］：

根據(jù)匯總的數(shù)據(jù)，可以看到該批次產(chǎn)品呈標(biāo)準(zhǔn)分布，整體的平均值于最大值和最小值的中間值相同或接近，平均值附近的數(shù)據(jù)頻數(shù)最多，頻數(shù)在中間值向兩邊緩慢下降，以平均值左右對稱，整體狀態(tài)穩(wěn)定，這種形狀也是最常見的。

3 結(jié)論

統(tǒng)計工具的應(yīng)用，是根據(jù)不同的問題，采用不同的分析方法，使高性能玻璃纖維產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量更加的穩(wěn)定，通過匯總分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）對產(chǎn)品檢驗結(jié)果的匯總分析，統(tǒng)計工具的使用，可以監(jiān)控過程的穩(wěn)定性，發(fā)生異常情況時及時預(yù)警，同時對人員的培訓(xùn)有助于產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的提高。

（2）通過檢查表、柏拉圖、直方圖以及正態(tài)分布的使用，可以有效利用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，能夠快速地抓住高性能玻璃纖維生產(chǎn)過程中的主要矛盾，找到問題癥結(jié)，及時制定相應(yīng)的措施從而解決問題，提高了工作效率，對產(chǎn)品質(zhì)量控制也不是憑直覺或者經(jīng)驗，而是科學(xué)、有效地分析、解決問題。

（3）統(tǒng)計工具的使用，可以將數(shù)據(jù)變成圖表，通過視覺化的符號展現(xiàn)出來，提升對數(shù)據(jù)的理解能力。

（4）統(tǒng)計工具的使用，是企業(yè)實現(xiàn)科學(xué)管理及監(jiān)督的一種重要手段，更是企業(yè)用來指導(dǎo)生產(chǎn)、計劃和執(zhí)行決策的一種依據(jù)，是各企業(yè)的一項基礎(chǔ)且重要的工作。