運(yùn)用過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系提升化工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性

郝梅竹

中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司（浙江寧波 315207）

質(zhì)量管理的歷史按照時(shí)間順序大致分為6 個(gè)階段：操作者經(jīng)驗(yàn)管理、產(chǎn)品檢驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制、全面質(zhì)量管理、大Q 質(zhì)量管理（6 西格瑪?shù)龋⒆吭娇?jī)效管理。著名質(zhì)量管理大師朱蘭（J M·Juran）曾在第48 屆美國(guó)質(zhì)量管理學(xué)會(huì)年會(huì)上說(shuō)“21 世紀(jì)是質(zhì)量的世紀(jì)”，隨著時(shí)間的推移，這一富有遠(yuǎn)見(jiàn)的思想逐漸被實(shí)踐所驗(yàn)證。目前，企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力由質(zhì)量、成本和時(shí)間構(gòu)成，而質(zhì)量處于首位。廣泛應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的質(zhì)量控制方法和技術(shù)來(lái)提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少浪費(fèi)、降低成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)成為企業(yè)界的普遍共識(shí)。

隨著我國(guó)化工產(chǎn)品市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟和下游用戶需求精細(xì)化程度的加深，目前產(chǎn)品質(zhì)量形成過(guò)程往往呈現(xiàn)出多元化的特性，因而開(kāi)展質(zhì)量控制活動(dòng)意義重大。質(zhì)量控制不僅是對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量的簡(jiǎn)單檢驗(yàn)驗(yàn)收，而是以產(chǎn)品質(zhì)量形成的全過(guò)程為導(dǎo)向，從設(shè)備、生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售和售后服務(wù)等涉及質(zhì)量?jī)r(jià)值流增加的各個(gè)環(huán)節(jié)去改善提高。目前，以過(guò)程為導(dǎo)向、大數(shù)據(jù)為支撐、人工智能為主流技術(shù)的質(zhì)量控制方法已成為趨勢(shì)。

化工產(chǎn)品品種繁多，且多數(shù)（尤其是固體化工產(chǎn)品）不可再調(diào)和。為有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，及時(shí)反映質(zhì)量波動(dòng)并進(jìn)行改善，不斷滿足客戶需求，研究運(yùn)用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）等先進(jìn)質(zhì)量管理方法，引入穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性管理。

1 過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系

過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系是將過(guò)程能力指數(shù)與控制圖相結(jié)合，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)全過(guò)程進(jìn)行分析與控制，不僅是對(duì)產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量本身進(jìn)行控制，更加強(qiáng)調(diào)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量形成過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行控制。與傳統(tǒng)方法相比，過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系既是一種質(zhì)量管理方法，又是一種提高質(zhì)量的工具。

由于用傳統(tǒng)的“門柱法”（Goalpost）來(lái)評(píng)價(jià)質(zhì)量只能區(qū)別“59 分”與“60 分”，不能反映質(zhì)量波動(dòng)，掩蓋了質(zhì)量問(wèn)題，浪費(fèi)了信息資源，耽誤改善時(shí)機(jī)，因此引入過(guò)程能力指數(shù)（Cpk/Ppk）評(píng)價(jià)體系以牽引質(zhì)量改進(jìn)的方向。

過(guò)程能力指數(shù)是過(guò)程能力滿足產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)格、公差）的程度，用Cp表示。分布的中心偏離規(guī)格中心時(shí)衡量過(guò)程能力的指數(shù)用Cpk表示，Cpk也稱實(shí)際過(guò)程能力指數(shù)。具體控制圖示見(jiàn)圖1。

圖1 過(guò)程能力指數(shù)控制圖

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

單側(cè)下限過(guò)程能力指數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式（1），單側(cè)上限過(guò)程能力指數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式（2），實(shí)際過(guò)程能力指數(shù)的計(jì)算見(jiàn)公式（3）。從改進(jìn)質(zhì)量的角度看，應(yīng)把注意力放在Cpl與Cpu中較小的一個(gè)。

在本研究中，對(duì)于產(chǎn)品Cpk采用表1 所示評(píng)價(jià)方法進(jìn)行控制。

表1 Cpk 評(píng)價(jià)和處理原則

2 運(yùn)用過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系分析產(chǎn)品穩(wěn)定性

以某聚丙烯分析為例：首先，通過(guò)過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系統(tǒng)計(jì)出某年某月Cpk<1 的化工產(chǎn)品為聚丙烯H30S 產(chǎn)品，其單產(chǎn)品及組分的Cpk見(jiàn)表2。然后，進(jìn)一步分析其質(zhì)量指標(biāo)評(píng)級(jí)，如表3 所示。

表2 Cpk<1的產(chǎn)品及其組分

根據(jù)分析組分折線圖鎖定質(zhì)量波動(dòng)的批次，將該批次生產(chǎn)過(guò)程與其他批次對(duì)照，找出該批次產(chǎn)品為1#聚丙烯裝置生產(chǎn)，降解時(shí)使用固體過(guò)氧化物，其他批次產(chǎn)品為2#聚丙烯裝置生產(chǎn)，降解時(shí)使用液體過(guò)氧化物。兩種過(guò)氧化物物理形態(tài)不同，固體過(guò)氧化物的分散性不如液體，所以產(chǎn)品的彈性模量、拉伸屈服應(yīng)力均存在一定差異性。針對(duì)該影響因素，積極與廠家溝通，查找兩種過(guò)氧化物的性質(zhì)差異，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)，在下一個(gè)月排產(chǎn)時(shí)，摸索生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)定擠壓機(jī)運(yùn)行工況，穩(wěn)定并統(tǒng)一兩個(gè)裝置的力學(xué)性能。

表3 產(chǎn)品Cpk<1 的組分質(zhì)量評(píng)級(jí)

3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Cpk，排查不穩(wěn)定因素并采取化解措施

為進(jìn)一步提高分析和改進(jìn)的及時(shí)性，開(kāi)發(fā)了數(shù)字化管控平臺(tái)，按日實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品穩(wěn)定性并進(jìn)行分析。該平臺(tái)可展示聚烯烴產(chǎn)品穩(wěn)定性日變化趨勢(shì)；逐個(gè)統(tǒng)計(jì)不同牌號(hào)產(chǎn)品實(shí)時(shí)Cpk并進(jìn)行排序,展示每個(gè)牌號(hào)逐個(gè)組分的雷達(dá)圖。讓管理人員對(duì)影響聚烯烴產(chǎn)品穩(wěn)定性的因素一目了然，采用PDCA（計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、行動(dòng)）等質(zhì)量方法進(jìn)行原因分析，針對(duì)影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素制定切實(shí)有效的改進(jìn)措施，并嚴(yán)格落實(shí)整改，通過(guò)逐個(gè)擊破不穩(wěn)定因素來(lái)提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)分析，發(fā)現(xiàn)了聚烯烴中穩(wěn)定性較差的絕大多數(shù)為新產(chǎn)品和過(guò)渡料，其中聚丙烯多于聚乙烯；組分特性穩(wěn)定性較差的主要集中在彎曲模量、拉伸屈服應(yīng)力、熔體質(zhì)量流動(dòng)速率等方面。根據(jù)分析結(jié)果，組織開(kāi)展了各類提升攻關(guān)活動(dòng)。

3.1 優(yōu)化切牌方案，減少過(guò)渡料

據(jù)統(tǒng)計(jì)，某聚烯烴3 套裝置合計(jì)月均切牌次數(shù)20 次以上，且牌號(hào)切換逐年遞增。牌號(hào)切換期間，裝置的各項(xiàng)操作參數(shù)處于動(dòng)態(tài)調(diào)整階段，對(duì)產(chǎn)品波動(dòng)影響大，穩(wěn)定控制難度高。因此，摸索了牌號(hào)切換序列，優(yōu)化了牌號(hào)切換方案，明確了切換時(shí)間、步驟、操作要求等，使過(guò)渡料、副牌料等非目標(biāo)產(chǎn)品產(chǎn)量較歷年大幅降低。

3.2 在線離線分析與生產(chǎn)過(guò)程加強(qiáng)聯(lián)動(dòng)，提高過(guò)渡期間的穩(wěn)定性

由于過(guò)渡料質(zhì)量波動(dòng)大，Cpk小，穩(wěn)定性偏低，為進(jìn)一步減少過(guò)渡時(shí)間與過(guò)渡料，部分牌號(hào)采用無(wú)過(guò)渡料切牌，該操作對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制要求高，難度大。針對(duì)這種情況，要求在生產(chǎn)期間提高對(duì)在線融指儀比對(duì)的關(guān)注度；在線、離線分析超允差范圍時(shí)，及時(shí)聯(lián)動(dòng)并確認(rèn)；加強(qiáng)過(guò)程、成品比對(duì)頻次，避免系統(tǒng)誤差；加強(qiáng)新牌號(hào)生產(chǎn)過(guò)程摸索，優(yōu)化生產(chǎn)方案。

3.3 優(yōu)化產(chǎn)品添加劑配方，產(chǎn)品提質(zhì)增效

某高熔體強(qiáng)度抗沖聚丙烯是聚丙烯裝置熔融指數(shù)最低的產(chǎn)品，生產(chǎn)難度大。2017年10 月首次工業(yè)化試生產(chǎn)后，跟蹤了解了下游多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的試用情況。該牌號(hào)明顯提高了產(chǎn)品的耐熱性和耐穿刺性，實(shí)現(xiàn)了下游廠家的提質(zhì)降本增效，但仍存在擠吹時(shí)熔體流動(dòng)速率低，加工時(shí)間長(zhǎng)，制件偏重、桶蓋合縫處不易黏結(jié)，出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象。針對(duì)該牌號(hào)結(jié)晶速率慢的問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品配方，生產(chǎn)上針對(duì)產(chǎn)品流動(dòng)性能差的問(wèn)題，適當(dāng)提高產(chǎn)品熔融指數(shù)。2019年第二次試生產(chǎn)新產(chǎn)品740.95 t，新配方生產(chǎn)的高熔體強(qiáng)度抗沖聚丙烯替代高密度聚乙烯及聚丙烯在中空吹塑領(lǐng)域試用，并取得了一定成效。

3.4 細(xì)分產(chǎn)品牌號(hào)，統(tǒng)一過(guò)程質(zhì)量控制要求

2016年該企業(yè)開(kāi)發(fā)的滾塑料下游接受度不斷提高，但由于不同客戶對(duì)質(zhì)量的需求不同，每一次排產(chǎn)生產(chǎn)控制要求都不一致，從而導(dǎo)致Cpk偏低。因此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)與某大型跨國(guó)公司技術(shù)交流及合作，開(kāi)發(fā)更安全、高效、性能更佳的滾塑專用料，定制化細(xì)分牌號(hào)生產(chǎn)了R446U，R546U，R548U，R646U，R646UQJ，R646 等滾塑牌號(hào)，形成系列化滾塑料產(chǎn)品，不僅穩(wěn)定性大幅提升，也實(shí)現(xiàn)高質(zhì)增效。

該企業(yè)于2017年4 月開(kāi)始推行質(zhì)量穩(wěn)定性管理，當(dāng)時(shí)合成樹(shù)脂整體Cpk為0.87，幾年來(lái)不斷運(yùn)用過(guò)程能力指數(shù)評(píng)價(jià)體系對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析、改進(jìn)，在2021年7 月，合成樹(shù)脂整體Cpk已提升至1.48，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性在4 西格瑪以上。

4 結(jié)語(yǔ)

質(zhì)量穩(wěn)定性管理借助了多種先進(jìn)統(tǒng)計(jì)方法及中國(guó)石油化工集團(tuán)公司質(zhì)量管理體系（QMS）管理平臺(tái)，關(guān)注Cpk值較低的產(chǎn)品，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)、異常，對(duì)影響質(zhì)量穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析，確定關(guān)鍵因子和改善對(duì)象，及時(shí)調(diào)整、改善，最大限度改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。

質(zhì)量穩(wěn)定性管理在該企業(yè)切實(shí)可行，通過(guò)前期的努力，產(chǎn)品質(zhì)量管理上取得了一定成果，可持續(xù)推行，以不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。