3σ控制圖在混凝土生產質量控制過程中的應用

劉洋洋 張曉彤

控制圖是根據假設檢驗的原理，在以橫坐標表示抽樣組編號、以縱坐標表示根據質量特性或其特征值求得的中心線和上、下控制線，視點子與中心線、界限線的相對位置及其排列形狀,鑒別工序中是否存在系統原因，分析和判斷工序是否處于控制狀態，從而具有區分正常波動與異常波動功能的統計圖形。在生產過程中，產品質量由于受偶然因素和系統因素的影響而產生變差；前者由大量微小的偶然因素疊加而成，后者則是由可辨識的、作用明顯的原因所引起，經采取適當措施可以發現和排除。本文從混凝土拌和樓生產過程質量控制的角度介紹了控制圖在拌和樓質量控制過程中的應用，有利于對拌和樓整個系統的生產質量水平進行全面評估和管控，對同類拌和樓或拌和站生產過程質量控制有較好的借鑒意義。

一、控制圖的原理

控制圖分為計量控制圖和計數控制圖，計量是指對所考察子組中某一個單位產品的特性值的數值大小進行測量與記錄所得到的觀測值，最常用的計量控制圖為 與R或S圖，其中 圖表達了過程平均的中心位置，從平均值的角度揭示不希望出現的偏差，R或S圖表達了離散程度，揭示組內不希望出現的變差，是變異大小的一種指示器，過程一致性或均勻性的一個度量。R圖計算方便但表達的信息不如S全面；

二、控制圖的繪制要點

通用質量控制圖繪制的核心是確定三條平行于橫軸的直線：中心線（CL，Central Line）、控制上限（UCL，Upper Control Line）和控制下限（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、LCL通常控制界限設定在±3倍標準差的位置，中心線是所控制的統計量的平均值。精細質量控制圖還可以繼續增加±1倍、±2倍標準差相對應的控制限，更加快速準確的反映質量情況。

三、控制圖的繪制步驟

質量控制圖的繪制首先要從一組數據入手，通過近期數據建立控制圖之后，經過修正建立控制用控制圖進行后期生產質量的控制之用。本文以某水電站工程一段時間內C25混凝土強度為例進行介紹，其繪制步驟主要有以下幾步：

第一步，收集一定時間段內的檢測結果特性值（混凝土強度），對混凝土強度而言需采用同種材料，同一配比數據，根據收集數據的多少按5～25個一組進行分組（本文以6個數據為一組），分別計算出組數據的平均值和標準差S兩個基本參數，結果見表1。

第二步，S圖的控制狀態會影響到 圖，因為無論是對子組的標準差還是對子組平均值的解釋能力都依賴于試件間變異的估計，因此應先繪制S圖，以時間為橫坐標，以組S為縱坐標繪制S圖，此時

第三步，根據已繪制的S控制圖，檢查數據點是否有失控點或有無異常的模式或趨勢，如有應分析原因，進行糾正，并防止再次出現。顯然，本例中2016年1月1日的標準差4.6MPa超出控制限，應查找原因，采取措施進行糾正，為了方便起見，我們直接刪除該子組數據，之后重新計算剔除之后的平均值和標準差S，以及上下控制限UCL、LCL和中心線，根據《常規控制圖》GB/T4091-2001常規控制圖系數可知，當n=6時結果見圖2。

表1 組平均值和標準差計算表

圖1 初步繪制標準差控制圖

第四步，根據剔除已查明原因的子組，再次計算標準差平均值和控制限，再次確認所有點是否都處于控制狀態，若仍有點子出界，則繼續重復“識別-糾正-重新計算”程序。由圖2可以看出不存在變異可查明原因的8中形式，標明此時S圖處于統計控制狀態，可采用此時的數據建立圖，根據《常規控制圖》GB/T4091-2001常規控制圖系數，當n=6時結果見圖3。

圖2 修正后標準差控制圖

圖3 初步計算平均值控制圖

圖4 修正后標準差控制圖

第五步，由圖3可以看出2016年2月4日當天的數據點超出了控制限，應重復進行分析原因，進行糾正，并防止再次出現，為簡化起見，直接刪除當天數據組，重新計算S和X控制圖的控制限和中心線，圖控制限為圖控制限為=31.8-1.287×1.71=29.5，再次繪制S和X控制圖，分別見圖4、圖5。

圖5 修正后平均值控制圖

第六步，判穩，判斷S和X控制圖是否處于統計控制狀態，這是建立控制用控制圖的基礎。根據兩次剔除之后的S和X控制圖可以看出，不存在變異可查明原因的8中形式，標明此時X圖S圖均處于統計控制狀態，可采用此時的數據建立控制用控制圖。

第七步，計算過程能力指數，我們采用C25混凝土配合比設計時的目標配置強度31.6MPa作為上容差限，25MPa為下容差限，根據《常規控制圖》GB/T4091-2001常規控制圖系數可知，當n=6時d2=2.534，結合可得：

PCI=規定容差/過程離散程度=(UTL-LTL)/(6S/d2)=(31.6-25.0)/(6×1.71/2.534)=1.63＞1

由于PCI大于1，故過程能力可認為是足夠的，就混凝土強的實際意義來說，過程中心的位置31.7MPa與配合比設計時目標配置強度31.6MPa相差0.1MPa，說明實際施工過程中混凝土質量控制中心與配合比設計時的目標中心基本吻合，可認為理論與實際是相吻合的。

第八步，繪制控制用控制圖，延長上下控制限作為控制用控制圖使用。

四、結語

本文只針對混凝土強度進行了3σ控制圖的理論分析和研究應用，為了能夠從根本上控制混凝土強度，可采用相同的理論方法對水泥、砂石骨料、外加劑等構成混凝土的主要原材料的關鍵指標建立質量控制圖，以便提早發現質量波動情況進行解決。

同一質量控制圖必須采用相同原材料，同配合比，同生產工藝、同齡期的混凝土數據，不同來源的統計數據不應混用；