六西格瑪管理在化學需氧量測量系統分析中的應用

楊麗

（遼寧省鞍山生態環境監測中心，遼寧鞍山 114000）

1 引言

六西格瑪是一套系統的業務改進方法體系，可持續指導業務改進流程、實現管理目標。西格瑪水平越高，過程滿足質量要求的能力越強。通常管理目標是使測量系統接近或達到六西格瑪水平，意味著

100 萬次出錯機會中不超過3.4 個缺陷［1］。以化學需氧量（CODCr）測量系統為項目源進行六西格瑪管理方法研究，就是用統計的方法來了解測量系統中的各個波動源，最后得出該測量系統是否合乎使用要求的判斷。在日常監測中發現CODCr測量系統較為穩定，測量結果波動不大，即使在“大比武”活動中也經常將其列為實際操作考核項目。用六西格瑪方法研究測量系統水平，主要考查系統測量能力、測量系統分辨力。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

儀器：酸式滴定管（50.00 mL）；電子天平（0.01 mg，德國SARTORIUS，BP211D）。

試劑：重鉻酸鉀（K2Cr2O7），分析純，天津市化學試劑有限公司；硫酸亞鐵銨（［（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O］），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；七水合硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；硫酸銀（Ag2SO4），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；硫酸汞（HgSO4），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；硫酸（H2SO4），化學純，北京化工廠；化學需氧量環境標準樣品（200193），環境保護部標準樣品研究所。

2.2 標準溶液配制

重鉻酸鉀溶液、硫酸亞鐵銨溶液、硫酸汞溶液、硫酸銀－硫酸溶液、硫酸溶液的配制參見HJ 828—2017《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鉀法》［2］。

3 結果與討論

測量能力和測量系統分辨力分析：測量能力用來評價測量過程是否有能力準確可靠地反映被測對象的波動。%研究變異（%GageR＆R）是測量系統波動占整體波動的百分比，可作為測量能力的判據。此指標小于10%說明測量系統能力良好；在10%～30%之間說明測量系統能力處于臨界狀態，勉強可接受；大于30%說明測量系統能力不足，誤差太大，必須加以改進［1，3］。測量系統分辨力是指測量系統識別并反映被測量的最微小變化的能力。在六西格瑪管理中，可區分類別數可作為分辨力的判斷依據，具體判斷標準見表1。

表1 系統分辨力六西格瑪水平的判別準則［3］

實驗設計：選取編號為200193 的CODCr環境標準樣品安瓿瓶5 支（保證值為29.4±1.9 mg/L），測定者3 人，測量設備為酸式滴定管，測定方法按照HJ 828—2017 《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鉀法》進行，將標準樣品打亂順序重復測定3 次。利用Minitab 量具R＆R 研究（交叉）方差分析，得出分析結果見表2。

表2 編號為200193 的CODCr 標準樣品測定結果mg/L

利用Minitab 量具R＆R 研究（交叉）分析，得出分析結果如圖1 所示。

圖1 化學需氧量測量系統量具分析結果

圖1 顯示的主要是測量系統波動源方差分析和測量系統能力的計算結果。可看到重復性方差為0.002 000 0；檢驗員方差為0.000 000 0；檢驗員與標準樣品交互作用方差為0.002 240 7；再現性方差為0.002 240 7；重復性方差與再現性方差求和為0.004 240 7；部件間方差為0.253 238；合計變異為0.261 477；%研究變異（%GageR＆R）為24.91%，測量系統波動與被測對象的容差之比（%P/T）為10.28%，這2 個指標均介于10%～30%之間，說明測量系統能力勉強可接受。可區分類別數為5，根據表1 判斷，測量系統分辨力合格，可接受。

根據六西格瑪假設檢驗理論，P 值代表顯著性值，P＜0.05 表明數據存在顯著差異，P＜0.01 表明差異明顯。若P＞0.05，不能否定原假設，即不能說明數據間存在顯著差異。進行CODCr測定分析時，實驗員間的差異不明顯，主要差異來源于樣本差異。

CODCr測定值的量具R&R（方差分析）報告見圖2。

圖2 CODCr 量具分析報告

圖2a 中灰色是各波動分量與總體波動分量的方差之比；黑色是%研究變異，表示前者標準差之比；白色是%公差，即各波動分量6 倍標準差與公差之比。由于%GageR＆R 指標要小于30%才能接受，因此量具灰色條形高度要小于9 才合格。量具R＆R%貢獻條形高度與部件間的%貢獻條形高度之比要小于9/91 才行。圖2b 中是每個實驗員測量每一個CODCr值的極差形成的R 控制圖，此圖全部測量值都在控制線內。圖2c 是所有測量CODCr的平均值，重復觀測標準差的控制圖，正常情況此圖絕大多數平均值點應落在控制線外，因為越多的數據點超出Xbar 圖的控制線，表明過程實際的波動越大，同時表明測量系統能力越高。圖2b 和圖2c 在分析測量系統性能上不是十分準確有效，只能做參考。圖2d是按部件分組的測量結果運行圖，連線的波動是過程的波動，一般均值連線的變化越大，表明實際的波動越大；均值附近的散點越集中，說明測量系統的波動越小。圖2e 是按實驗員分組的測量結果運行圖，均值連線變化越小，再現性波動越小，再現性越好。圖2f 是3 個實驗員按部件分組的測量平均值，均值連線越平行，證明實驗員與部件交互作用越小。通過該圖可看出2 和3 標準溶液使得測量人員間分歧較大。

以上分析說明CODCr的測量系統較為穩定可靠，分辨力和測量能力均處于中間水平，測量系統可接受，不必進行改進。

4 結論

通過采用六西格瑪方法對CODCr項目進行測量系統分析，得到以下結論：

（1）CODCr系統的測量能力分析顯示，%研究變異為24.91%，測量系統波動與被測對象的容差之比為10.28%，表明測量系統能力勉強可接受。

（2）CODCr系統的分辨力分析顯示，可區分類別數為5，分辨力符合六西格瑪合格水平，無需進行測量系統改進。

（3）六西格瑪管理方法可以應用于環境監測項

目的測量系統分析，可以評價各測量系統是否滿足六西格瑪要求。