改進的SPC控制圖在水泥混凝土路面施工質量控制中的應用

劉奇斌

摘 要：我國一直強調并且重視路橋基礎設施的建設，發達便捷的公路設施可以大大促進經濟發展，節約時間，減少車輛損耗。在公路建設過程中，對其進行嚴格的質量監控對公路設施建設非常重要。傳統質量控制圖已經不能滿足現代公路建設的需求，所以本文對傳統質量控制圖進行了改進整合，獲得綜合控制圖，用來對我國路橋工程質量進行監控。其結果表明改進的綜合控制圖不僅結合了傳統控制圖的優點，而且避免了應用多張傳統控制圖進行監控的不便，同時提升了警報的準確率，進而降低了因虛假警報所帶來的損失，提升了路橋工程的施工效率。

關鍵詞：改進SPC控制圖；水泥混凝土路面；施工質量控制；應用

引言

隨著我國科學技術的發展，社會的進步，路橋工程建設已經成為我國促進經濟發展的重要工程。我國大部分公路建設都是用水泥混凝土作為路面建設材料，而不一樣的環境對路橋的建設質量要求都不盡相同，有些地區對路面的質量要求甚高，所以水泥混凝土路面的質量需要得到保證。水泥混凝土路面的工程質量取決于工程施工的技術、材料的因素，是在工程施工過程中的每一個階段決定的。所以，每段施工工程路面的質量必然有所差別，但是我們需要將這個差別控制在一定范圍內，使公路可以正常使用。

1 控制圖簡介

控制圖就是對生產過程的關鍵質量特性值進行測定、記錄、評估并監測過程是否處于控制狀態的一種圖形方法。根據假設檢驗的原理構造一種圖，用于監測生產過程是否處于控制狀態。它是統計質量管理的一種重要手段和工具。

世界上第一張控制圖是由美國貝爾電話實驗室（Bell Telephone Laboratory）質量課題研究小組過程控制組學術領導人休哈特博士提出的不合格品率p控制圖。從此以后，控制圖就一直作為對工程施工過程科學管理的重要工具。它是一種有控制界限的圖，用來區分引起的原因是偶然的還是系統的，可以提供系統原因存在的資訊，從而判斷生產過于受控狀態。控制圖根據用途劃分可以分為提供分析使用的控制圖，用于控制工程施工過程中有關質量特性的變化情況，時刻監控施工程序是否脫離控制；還有一種控制圖，主要是用來監控工程施工過程中是否出現了異常狀況，第一時間作出預警，避免施工質量不合格。

控制圖又叫管制圖，是對過程質量特性進行測定、記錄、評估，從而監察過程是否處于控制狀態的一種用統計方法設計的圖。圖上有三條平行于橫軸的直線：中心線（CL，Central Line）、上控制線（UCL，Upper Control Line）和下控制線（LCL，Lower Control Line），并有按時間順序抽取的樣本統計量數值的描點序列。UCL、CL、LCL統稱為控制線（Control Line），通常控制界限設定在±3標準差的位置。中心線是所控制的統計量的平均值，上下控制界限與中心線相距數倍標準差。若控制圖中的描點落在UCL與LCL之外或描點在UCL和LCL之間的排列不隨機，則表明過程異常。SPC控制圖的建立步驟為：選擇質量特性，決定管制圖之種類，決定樣本大小、抽樣頻率和抽樣方式，收集數據，計算管制參數（上，下管制界線等），持續收集數據，利用管制圖監視制程。

水泥混凝土路面施工時使用控制圖目的是觀察路面施工質量特性值的分布狀況，對其進行詳細的分析并判斷施工過程有沒有發生異常狀況，及時采取措施消除發現的異常狀況，保持路面施工質量。

2 改進SPC控制圖

使用傳統控制圖，在對施工中水泥混凝土路面進行質量監控時，需要制作觀察單值控制圖、均值-極差控制圖、中值、極差控制圖、均值-標準差控制圖等，多種控制圖交叉觀察，反復顛倒，極為不便。我們使用統計學主成分分析方法對傳統質量控制圖進行了改進整合，獲得綜合控制圖，用來對我國路橋工程質量進行監控。

主成分分析也稱主分量分析，旨在利用降維的思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標（即主成分），其中每個主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復。這種方法在引進多方面變量的同時將復雜因素歸結為幾個主成分，使問題簡單化，同時得到的結果更加科學有效的數據信息。主成分分析法是一種數學變換的方法，它把給定的一組相關變量通過線性變換轉成另一組不相關的變量，這些新的變量按照方差依次遞減的順序排列。在數學變換中保持變量的總方差不變，使第一變量具有最大的方差，稱為第一主成分，第二變量的方差次大，并且和第一變量不相關，稱為第二主成分。依次類推，n個變量就有n個主成分。

改進控制圖的主要步驟：（1）將原始數據按行排列組成矩陣X；（2）對X進行數據標準化，使其均值變為零；（3）求X的協方差矩陣C；（4）將特征向量按特征值由大到小排列，取前k個按行組成矩陣P；（5）通過計算Y=PX，得到降維后數據Y；（6）計算每個特征根的貢獻率Vi=xi/（x1+x2+x3+......），根據特征根及其特征向量解釋主成分物理意義。

3 控制圖的判穩判異

3.1 控制圖的判穩準則

穩態是路橋工程施工追求的質量標準，如何根據控制圖判斷施工過程是否穩定呢？我們規定了施工過程判穩的準則，在點子隨機排列的情況下，符合下列各點之一就認為過程處于穩態：（1）連續25個點子都在控制界限內；（2）連續35個點子至多1個點子落在控制界限外；（3）連續100個點子至多2個點子落在控制界限外。

3.2 控制圖的判異準則

在控制圖的使用中，電子出界是判斷異常的基本準則，但是我們要考慮在點子沒有出界的情況下仍然需要判斷異常的情況。我們規定判斷異常的準則，符合下列各點之一就認為過程存在異常因素：（1）點子在控制界限外或恰在控制界限上；（2）控制界限內的點子排列不隨機；（3）鏈：連續鏈，連續9點排列在中心線之下或之上；間斷鏈，大多數點在一側；（4）多數點屢屢靠近控制界限（在2-3倍的標準差區域內出現），連續3個點至少有2點接近控制界限，連續7個點至少有3點接近控制界限，連續10個點至少有4點接近控制界限；（5）傾向性（連續不少于6點有上升或下降的傾向）與周期性；（6）連續14點中相鄰點交替上下；（7）點子集中在中心線附近。在發現工程出現異常的第一時間應該及時查找出異常原因，并使用有效方法予以消除，避免工程偏離既定的施工目標，控制施工質量在一定范圍內。

結束語

隨著我國對各級別的公路需求越來越多，對公路的質量要求也越來越高，在路橋工程施工過程中對路面施工質量的監控顯得尤為重要。根據本文對通過統計學主成分分析法改進的SPC控制圖在水泥混凝土路面施工質量控制中的應用分析，合理改進SPC控制圖可以大大提高水泥混凝土路面的施工質量，推廣使用主成分分析法改進的SPC控制圖不僅可以保留傳統控制圖的各項使用優勢，還能使工作人員對施工質量的監控更加簡單便捷，控制效果也更加準確，減少錯誤警報的發生次數，避免在施工過程中頻繁停工檢查施工質量，提高施工效率。經過改進的SPC控制圖是一張綜合控制圖，通過一張圖將施工過程中各環節產生的數據情況完美體現，對施工過程中各類數據一目了然，數據比對更加直觀，這樣的優點是傳統控制圖無法比擬的。改進的SPC控制圖不僅能判斷出路橋工程施工時各段路面施工質量的穩定性，還能將施工水平數據化得體現出來，優化了項目施工的管理工作。

參考文獻

[1]雷鵬飛.控制圖在取制樣質量控制中的應用[J].甘肅冶金，2013（03）.

[2]楊恩德.質量控制圖--質量改進的有效工具[J].齊魯石油化工，2012（03）.

[3]王培恒，王明昌.控制圖在公路施工質量管理中的應用[J].華東公路，2011（04）.

[4]常緒秋，王紹薇，劉宜勝.統計技術中控制圖的應用[J].黑龍江交通科技，2012（01）.