運用六西格瑪方法提高產(chǎn)品質(zhì)量檢驗與評價的可靠性

萬式甜

中國石化中原油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心 （河南 濮陽 457001）

六西格瑪是一套行之有效的解決問題的系統(tǒng)方法，其具體實施模式包括5個階段，即定義、測量、分析、改進和控制，簡稱DMAIC[1]。通過定義階段的分析，識別出關(guān)鍵質(zhì)量特性，將改進項目的目標定義在合理范圍內(nèi)；測量階段通過對現(xiàn)有技術(shù)、過程的測量和評估，驗證測量系統(tǒng)的有效性，找出影響關(guān)鍵質(zhì)量特性的諸多因子；在分析階段收集數(shù)據(jù)，應(yīng)用六西格瑪工具和方法分析出影響關(guān)鍵質(zhì)量特性的主要因子；在改進階段優(yōu)化流程、消除要因，驗證目標達成及措施的有效性；控制階段即是為保持成果而制定控制措施[2]。從顧客角度出發(fā)，應(yīng)用六西格瑪方法，找出影響顧客滿意度的關(guān)鍵質(zhì)量特性，并展開一系列分析及研究，改進了產(chǎn)品評價方法，最終達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升顧客滿意度的目的。

1 定義

鉆井液用合成聚合物降濾失劑產(chǎn)品具有抗溫抗鹽和抗高價金屬離子的能力，廣泛適用于淡水、鹽水和飽和鹽水鉆井液體系，是鉆井液體系中最重要的化學劑之一[3]。近年來，鉆井作業(yè)現(xiàn)場普遍反映該產(chǎn)品“合格不好用”，即檢驗合格的產(chǎn)品在鉆井現(xiàn)場應(yīng)用效果差。經(jīng)過市場調(diào)研，客戶對該產(chǎn)品的不滿意主要表現(xiàn)在使用后鉆井液泥漿降濾失能力差，不能滿足現(xiàn)場施工要求，說明當前標準技術(shù)指標不能滿足顧客使用要求。現(xiàn)場使用過程中未達到鉆井工程使用要求即為缺陷。當前企業(yè)標準Q/SHCG 35—2012《鉆井液用合成聚合物降濾失劑技術(shù)要求》檢測項目有：外觀、細度、水分、pH 值、有效物、表觀黏度、濾失量（包括室溫老化后API 濾失量和120 ℃/16 h 老化后API濾失量），確定的關(guān)鍵質(zhì)量特性為產(chǎn)品的降濾失能力。由此，確定該項目改進的方向Y 即為提高產(chǎn)品降濾失能力，包括Y1(室溫老化后 API 濾失量)和 Y2(120 ℃/16 h 老化后 API 濾失量)。

2 測量

測量該產(chǎn)品濾失量的檢測設(shè)備和計量器具主要有鉆井液用濾失儀、高溫滾子加熱爐、電子天平、量筒、變頻高速攪拌器、秒表等。

測量系統(tǒng)分析用數(shù)據(jù)收集方案：每小時取一次樣品，連續(xù)取10個樣品；由兩位檢驗員（甲測量員和乙測量員）進行檢測，每個樣品每人各測2次。

用Minitab 軟件進行分析,由測量系統(tǒng)分析結(jié)果可知：%研究變異=22.34（小于30），可區(qū)分的類別數(shù)=6（大于5），因此，測量系統(tǒng)合格[4]。

2.1 產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過程分析

對照產(chǎn)品過程流程圖，對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品運輸、物資采購部門的存放條件、分發(fā)物流、鉆井現(xiàn)場使用方法等因素開展調(diào)查。

結(jié)論：未發(fā)現(xiàn)有影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素。

2.2 生產(chǎn)過程能力分析

為驗證產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，項目團隊制定數(shù)據(jù)收集計劃，方案如下：

收集地點：**生產(chǎn)廠；

收集數(shù)據(jù)：每8 h 取一次樣，每日3 次，連續(xù)取10 d，共30個樣品；

測量方法：由測量員測出每個樣品的120 ℃/16 h老化后API濾失量數(shù)據(jù)。

分析方法：采用數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗（圖1）、過程能力分析（圖2）。

圖1 數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗

2.3 測量階段小結(jié)

測量系統(tǒng)分析結(jié)論：合格；生產(chǎn)過程能力：良好；產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過程影響產(chǎn)品質(zhì)量因素：無。

圖2 過程能力分析

3 分析

測量階段的數(shù)據(jù)收集與分析結(jié)果未發(fā)現(xiàn)影響Y的因子，項目組開展了理論推導：該產(chǎn)品的降濾失能力應(yīng)與原材料加工反應(yīng)生成的“聚合物”多少成正比[5]。Q/SHCG 35—2012《鉆井液用合成聚合物降濾失劑技術(shù)要求》標準中的“有效物”指的就是反應(yīng)生成的“聚合物”。

收集供應(yīng)商提供的現(xiàn)場10 個隨機樣品和10 個實驗室合成樣品，分別檢測其有效物含量、室溫老化后濾失量和120 ℃/16 h老化后濾失量數(shù)據(jù)。

由圖3 可以看出：現(xiàn)場供應(yīng)商提供樣品的有效物含量與濾失量無論是室溫情況還是高溫情況下，無相關(guān)關(guān)系；而實驗室合成樣品的有效物含量與濾失量之間有明顯的線性關(guān)系。用Minitab 軟件進行相關(guān)性分析，結(jié)論為有效物含量與Y1和Y2的P 值都為0.000（小于0.05），說明有效物分別與Y1和Y2之間存在相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)分別為-0.987和-0.993，都接近于-1，說明二者之間分別都存在強負相關(guān)關(guān)系[4]。

用Minitab 軟件分別對實驗室合成樣品和現(xiàn)場樣品進行回歸分析，結(jié)果詳見表1。

從現(xiàn)場樣品的回歸分析與實驗室合成樣品對比來看，回歸方程都是顯著的，但是，現(xiàn)場樣品的“有效物含量”與對Y的影響明顯比室內(nèi)合成樣品的影響小的多。

依據(jù)化學理論，有充分理由懷疑現(xiàn)場樣品中還存在其他影響X 未被檢驗出來。也就是說，當前的標準中缺少關(guān)鍵X檢出項。

應(yīng)繼續(xù)收集數(shù)據(jù)，找出與性能相關(guān)的其他參數(shù)X，進一步分析其影響因素和有效的檢測方法。

圖3 兩種樣品的散點圖

表1 有效物與降濾失能力回歸分析對比

因為該生產(chǎn)過程中，副產(chǎn)物及反應(yīng)物殘留物較少，殘渣含量相對穩(wěn)定，所以當前標準中的聚合物“有效物含量”的測定是建立在純聚合物的基礎(chǔ)上，不考慮殘渣的控制指標。而如果聚合物中殘渣含量較大，在檢測過程中這些殘渣也會和聚合物一起沉淀下來而使“有效物”測定結(jié)果增大，但這并不是真正的“有效物”。所以必須扣除殘渣含量，才能得到實際的有效物。Q/SHCG 35—2012 標準中“有效物含量”的測定采用醇洗法，其原理是利用聚合物不溶于乙醇的性質(zhì)，用75%的乙醇溶液把聚合物聚沉下來，洗去溶于水的無機離子及有機小分子，然后將濾紙烘干稱量，計算得出有效物含量。

用實驗室合成的樣品（有效物含量已知），倒推由醇洗法實驗檢測得到的有效物含量數(shù)據(jù)，用Minitab 軟件進行了雙樣本T 檢驗。結(jié)論為P 值=0.007（小于0.05），說明實驗測出的結(jié)果與實際有效物含量有明顯差異[4]。

3.2 分析階段小結(jié)

經(jīng)過A 階段分析驗證，可以得出結(jié)論：①僅用“有效物”指標來表征聚合物有效物不準確，有必要增加“殘渣”檢測指標。②對Y 有影響的重要X 因子是:X1（有效物含量），X2（殘渣含量）。

4 改進

去除殘渣是得到實際有效物含量的關(guān)鍵。改進階段的主要任務(wù)是從聚合物的化學性質(zhì)、加工原料、生產(chǎn)工藝等方面開展研究，制定出有效的殘渣檢測方法，填補當前標準中技術(shù)手段的不足。

4.1 X的檢驗方法研究

研究思路：聚合物類產(chǎn)品在水中溶解后形成黏稠的膠體溶液，殘渣懸浮在膠體中，無法直接過濾測得。通過加入某種物質(zhì)使溶液降解，形成稀的水溶液，殘渣能較好地分離、沉降，再通過濾紙過濾測得殘渣含量。

根據(jù)聚合物的特性，從聚合物的熱降解、氧化降解和化學降解性質(zhì)入手，選擇溶液酸洗+醇洗的降解方法測定殘渣含量。

4.2 檢驗方法的確定

通過實驗，從雙氧水加量、溶液pH 值和加熱溫度3個方面一一驗證了最適合的實驗條件。

實驗結(jié)果顯示：殘渣含量檢測的實驗條件pH值應(yīng)選擇在3～5，雙氧水加量在3～5 mL,溫度保持在90～95 ℃的時候，降解反應(yīng)最完全。

4.3 殘渣檢驗方法的準確性驗證

為了驗證方法的準確性，用加標回收法，即人為給樣品中添加已知質(zhì)量的膨潤土，用上述研究的方法進行數(shù)據(jù)驗證。

由表2 可知，用此方法測定的膨潤土加標回收率均在98.7%以上，回收率較高。

表2 膨潤土加標回收率（室內(nèi)合成樣品）

同時，對兩組數(shù)據(jù)用軟件做了雙樣本T檢驗，結(jié)果顯示：P 值=0.986（大于0.05），說明實驗測出的結(jié)果與實際膨潤土的加量無明顯差距。檢驗結(jié)論：此方法可靠。

4.4 X因子的相關(guān)性驗證

用現(xiàn)場供應(yīng)商樣品進行檢測，計算出實際有效物含量，進行相關(guān)性驗證，求證現(xiàn)場供應(yīng)商樣品的實際有效物含量與濾失量的相關(guān)性是否與合成樣品一致。

Y 的影響因子有兩個：X1（有效物含量）、X2（殘渣含量）。

實際有效物含量=有效物含量（X1）- 殘渣含量（X2）

計算得到實際有效物含量，并與其室溫濾失量和120 ℃/16 h 老化后濾失量進行對比，并將這兩組數(shù)據(jù)用Minitab 軟件開展實際有效物與Y1和Y2相關(guān)性分析和回歸分析[4]。

由表3 可以看出：現(xiàn)場供應(yīng)商樣品的實際有效物與Y1和Y2都存在線性關(guān)系。Minitab 軟件分析顯示：兩個P 值都小于0.05，說明實際有效物與兩個濾失量之間都存在相關(guān)關(guān)系。且相關(guān)系數(shù)接近-1，說明它們之間是強負相關(guān)關(guān)系。所以，實際有效物與濾失量的相關(guān)性與室內(nèi)合成樣品的驗證結(jié)果一致，證實了項目組的推導結(jié)果。增加“殘渣含量”指標，能更真實地反映樣品的實際有效物含量。用有效物和殘渣兩項指標共同控制產(chǎn)品的質(zhì)量判定較為科學。

表3 改善前后有效物與降濾失能力分析對比

5 控制

通過制定科學嚴格的評價標準，對產(chǎn)品的有效成分、殘渣含量及使用性能用更高的標準進行規(guī)范控制，促使企業(yè)要生產(chǎn)合格產(chǎn)品，必須從選擇優(yōu)質(zhì)原材料、改進生產(chǎn)工藝入手。

5.1 改善前后有效物對比

將某生產(chǎn)廠改進前后有效物及殘渣檢測結(jié)果進行對比，改進后的實際有效物含量增加了28%，產(chǎn)品雜質(zhì)明顯降低。從Minitab 軟件的箱線圖分析可以看出，改進后樣品中殘渣含量明顯減少，實際有效物含量明顯增多。

5.2 改善前后濾失量對比

根據(jù)Cminitab 軟件的箱線圖分析可以看出，改進后室溫老化后濾失量和120 ℃/16 h老化后濾失量指標都有了明顯的下降。

5.3 項目財務(wù)預(yù)估

使用新方法檢出45批次不合格樣品，涉及產(chǎn)品870.75 t，挽回經(jīng)濟損失113.2 萬元。改進檢驗評價方法，提高了產(chǎn)品評價結(jié)果的可靠性，提高了顧客滿意度。

5.4 控制措施

對該產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗首先應(yīng)優(yōu)化產(chǎn)品實際有效物含量的測試方法，增加殘渣含量檢測，用有效物含量減去殘渣含量來表示樣品的實際有效物含量；第二要制定殘渣含量檢測操作規(guī)程，并在檢測報告中給出殘渣含量結(jié)果；第三先制定中心級《合成聚合物評價操作規(guī)程》，作為評價該產(chǎn)品的技術(shù)依據(jù)，同時建議管理部門修訂Q/SHCG 35—2012《鉆井液用合成聚合物降濾失劑技術(shù)要求》。

6 結(jié)束語

鉆井公司對該產(chǎn)品的現(xiàn)場使用開展了為期兩個月的調(diào)查，該產(chǎn)品使用共計40 批次，對降濾失能力不滿意的有2批次，占比只有5%。達到降低顧客對“合格不好用”反饋10%的目標。該項目在研究思路上引入六西格瑪方法，按照DMAIC 的改進流程，針對油田鉆井液用合成聚合物降濾失劑產(chǎn)品，在質(zhì)量檢驗過程中對該產(chǎn)品理化性能和使用性能的檢驗與評價發(fā)現(xiàn)的問題，通過測量系統(tǒng)分析、相關(guān)性分析和回歸分析，確定影響關(guān)鍵質(zhì)量特性的因素，找出潛在質(zhì)量特性的關(guān)鍵影響因素，增加了檢驗指標，改進了檢驗方法，確保了該類產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和現(xiàn)場的使用效果，提高了該產(chǎn)品的顧客滿意度。