運用過程能力指數評價體系提升化工產品質量穩定性

郝梅竹

中國石化鎮海煉化分公司（浙江寧波 315207）

質量管理的歷史按照時間順序大致分為6 個階段：操作者經驗管理、產品檢驗、統計過程控制、全面質量管理、大Q 質量管理（6 西格瑪等）、卓越績效管理。著名質量管理大師朱蘭（J M·Juran）曾在第48 屆美國質量管理學會年會上說“21 世紀是質量的世紀”，隨著時間的推移，這一富有遠見的思想逐漸被實踐所驗證。目前，企業的核心競爭力由質量、成本和時間構成，而質量處于首位。廣泛應用國內外先進的質量控制方法和技術來提升產品質量、減少浪費、降低成本、提高企業競爭力已經成為企業界的普遍共識。

隨著我國化工產品市場的進一步成熟和下游用戶需求精細化程度的加深，目前產品質量形成過程往往呈現出多元化的特性，因而開展質量控制活動意義重大。質量控制不僅是對最終產品質量的簡單檢驗驗收，而是以產品質量形成的全過程為導向，從設備、生產、存儲、運輸、銷售和售后服務等涉及質量價值流增加的各個環節去改善提高。目前，以過程為導向、大數據為支撐、人工智能為主流技術的質量控制方法已成為趨勢。

化工產品品種繁多，且多數（尤其是固體化工產品）不可再調和。為有效控制產品質量，及時反映質量波動并進行改善，不斷滿足客戶需求，研究運用統計過程控制（SPC）等先進質量管理方法，引入穩定性評價體系進行產品質量穩定性管理。

1 過程能力指數評價體系

過程能力指數評價體系是將過程能力指數與控制圖相結合，科學嚴謹地對全過程進行分析與控制，不僅是對產品實物質量本身進行控制，更加強調對產品質量形成過程的質量進行控制。與傳統方法相比，過程能力指數評價體系既是一種質量管理方法，又是一種提高質量的工具。

由于用傳統的“門柱法”（Goalpost）來評價質量只能區別“59 分”與“60 分”，不能反映質量波動，掩蓋了質量問題，浪費了信息資源，耽誤改善時機，因此引入過程能力指數（Cpk/Ppk）評價體系以牽引質量改進的方向。

過程能力指數是過程能力滿足產品質量標準（規格、公差）的程度，用Cp表示。分布的中心偏離規格中心時衡量過程能力的指數用Cpk表示，Cpk也稱實際過程能力指數。具體控制圖示見圖1。

圖1 過程能力指數控制圖

圖1 中，μ為過程中心，USL 為規格上限，LSL為規格下限。μ將規格界限（USL，LSL）分為兩個小區間，即（LSL，μ）和（μ，USL）。它們與3σ的比值能反映過程在左端或右端滿足顧客要求的程度。

單側下限過程能力指數的計算見公式（1），單側上限過程能力指數的計算見公式（2），實際過程能力指數的計算見公式（3）。從改進質量的角度看，應把注意力放在Cpl與Cpu中較小的一個。

在本研究中，對于產品Cpk采用表1 所示評價方法進行控制。

表1 Cpk 評價和處理原則

2 運用過程能力指數評價體系分析產品穩定性

以某聚丙烯分析為例：首先，通過過程能力指數評價體系統計出某年某月Cpk<1 的化工產品為聚丙烯H30S 產品，其單產品及組分的Cpk見表2。然后，進一步分析其質量指標評級，如表3 所示。

表2 Cpk<1的產品及其組分

根據分析組分折線圖鎖定質量波動的批次，將該批次生產過程與其他批次對照，找出該批次產品為1#聚丙烯裝置生產，降解時使用固體過氧化物，其他批次產品為2#聚丙烯裝置生產，降解時使用液體過氧化物。兩種過氧化物物理形態不同，固體過氧化物的分散性不如液體，所以產品的彈性模量、拉伸屈服應力均存在一定差異性。針對該影響因素，積極與廠家溝通，查找兩種過氧化物的性質差異，進而指導生產，在下一個月排產時，摸索生產經驗，穩定擠壓機運行工況，穩定并統一兩個裝置的力學性能。

表3 產品Cpk<1 的組分質量評級

3 實時監測Cpk，排查不穩定因素并采取化解措施

為進一步提高分析和改進的及時性，開發了數字化管控平臺，按日實時統計產品穩定性并進行分析。該平臺可展示聚烯烴產品穩定性日變化趨勢；逐個統計不同牌號產品實時Cpk并進行排序,展示每個牌號逐個組分的雷達圖。讓管理人員對影響聚烯烴產品穩定性的因素一目了然，采用PDCA（計劃、執行、檢查、行動）等質量方法進行原因分析，針對影響質量的關鍵因素制定切實有效的改進措施，并嚴格落實整改，通過逐個擊破不穩定因素來提升產品質量穩定性。

經過實時評價分析，發現了聚烯烴中穩定性較差的絕大多數為新產品和過渡料，其中聚丙烯多于聚乙烯；組分特性穩定性較差的主要集中在彎曲模量、拉伸屈服應力、熔體質量流動速率等方面。根據分析結果，組織開展了各類提升攻關活動。

3.1 優化切牌方案，減少過渡料

據統計，某聚烯烴3 套裝置合計月均切牌次數20 次以上，且牌號切換逐年遞增。牌號切換期間，裝置的各項操作參數處于動態調整階段，對產品波動影響大，穩定控制難度高。因此，摸索了牌號切換序列，優化了牌號切換方案，明確了切換時間、步驟、操作要求等，使過渡料、副牌料等非目標產品產量較歷年大幅降低。

3.2 在線離線分析與生產過程加強聯動，提高過渡期間的穩定性

由于過渡料質量波動大，Cpk小，穩定性偏低，為進一步減少過渡時間與過渡料，部分牌號采用無過渡料切牌，該操作對生產過程控制要求高，難度大。針對這種情況，要求在生產期間提高對在線融指儀比對的關注度；在線、離線分析超允差范圍時，及時聯動并確認；加強過程、成品比對頻次，避免系統誤差；加強新牌號生產過程摸索，優化生產方案。

3.3 優化產品添加劑配方，產品提質增效

某高熔體強度抗沖聚丙烯是聚丙烯裝置熔融指數最低的產品，生產難度大。2017年10 月首次工業化試生產后，跟蹤了解了下游多個應用領域的試用情況。該牌號明顯提高了產品的耐熱性和耐穿刺性，實現了下游廠家的提質降本增效，但仍存在擠吹時熔體流動速率低，加工時間長，制件偏重、桶蓋合縫處不易黏結，出現開裂等現象。針對該牌號結晶速率慢的問題，進一步優化產品配方，生產上針對產品流動性能差的問題，適當提高產品熔融指數。2019年第二次試生產新產品740.95 t，新配方生產的高熔體強度抗沖聚丙烯替代高密度聚乙烯及聚丙烯在中空吹塑領域試用，并取得了一定成效。

3.4 細分產品牌號，統一過程質量控制要求

2016年該企業開發的滾塑料下游接受度不斷提高，但由于不同客戶對質量的需求不同，每一次排產生產控制要求都不一致，從而導致Cpk偏低。因此，研發團隊加強與某大型跨國公司技術交流及合作，開發更安全、高效、性能更佳的滾塑專用料，定制化細分牌號生產了R446U，R546U，R548U，R646U，R646UQJ，R646 等滾塑牌號，形成系列化滾塑料產品，不僅穩定性大幅提升，也實現高質增效。

該企業于2017年4 月開始推行質量穩定性管理，當時合成樹脂整體Cpk為0.87，幾年來不斷運用過程能力指數評價體系對產品穩定性進行評價、分析、改進，在2021年7 月，合成樹脂整體Cpk已提升至1.48，產品質量穩定性在4 西格瑪以上。

4 結語

質量穩定性管理借助了多種先進統計方法及中國石油化工集團公司質量管理體系（QMS）管理平臺，關注Cpk值較低的產品，及時發現質量波動、異常，對影響質量穩定性的因素進行分析，確定關鍵因子和改善對象，及時調整、改善，最大限度改進產品質量。

質量穩定性管理在該企業切實可行，通過前期的努力，產品質量管理上取得了一定成果，可持續推行，以不斷提升產品質量。