六西格瑪管理在原子吸收測量系統(tǒng)分析中的應(yīng)用

1、 六西格瑪管理在原子吸收測量系統(tǒng)分析中的應(yīng)用 楊麗Summary：本文研究目的是應(yīng)用六西格瑪管理法分析和改進(jìn)環(huán)境監(jiān)測測量系統(tǒng)水平。通過長期在原子吸收領(lǐng)域測定水質(zhì)銅發(fā)現(xiàn)原子吸收輸出結(jié)果較為穩(wěn)定，原子吸收測定銅系統(tǒng)適合做為方法探索項(xiàng)目源。本研究應(yīng)用六西格瑪方法測量原子吸收系統(tǒng)水平，量化各種波動源對測量系統(tǒng)的影響，并對該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和驗(yàn)證。結(jié)果表明采用六西格瑪方法可以提升原子吸收測量系統(tǒng)水平并能計(jì)算出原子吸收測量系統(tǒng)的分辨力為六西格瑪合格水平。測量能力為勉強(qiáng)可接受水平。改進(jìn)前測量系統(tǒng)穩(wěn)定性不足。改進(jìn)后測量系統(tǒng)穩(wěn)定且過程能力充足。Key：六西格瑪管理;原子吸收;測量系統(tǒng);銅： X832西格瑪統(tǒng)計(jì)學(xué)含義

2、為標(biāo)準(zhǔn)差，用來表征輸出結(jié)果的離散程度，是一種評估監(jiān)測結(jié)果和操作過程波動大小的參數(shù)。西格瑪水平越高，過程滿足質(zhì)量要求的能力越強(qiáng)。通常管理目標(biāo)是使測量系統(tǒng)接近或達(dá)到六西格瑪水平，意味著100萬次出錯機(jī)會中不超過3.4個缺陷1。六西格瑪是一套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)改進(jìn)方法體系，持續(xù)指導(dǎo)業(yè)務(wù)改進(jìn)流程，實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)的方法。對現(xiàn)有過程進(jìn)行過程界定、測量、分析、改進(jìn)、控制，消除過程缺陷和無價值操作，從而提高質(zhì)量。最初其由摩托羅拉和美國通用電氣在管理上應(yīng)用并取得了巨大成功。在日常監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)原子吸收測量銅的系統(tǒng)輸出值較為穩(wěn)定，適合作為項(xiàng)目源分析。用統(tǒng)計(jì)的方法了解測量系統(tǒng)的各個波動源，以及他們對測量結(jié)果的影響，最后給出該測量

3、系統(tǒng)是否符合六西格瑪水平的判斷。用六西格瑪方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在考慮系統(tǒng)測量能力、分辨力、穩(wěn)定性的同時，也要考慮系統(tǒng)的過程輸出能力。一 實(shí)驗(yàn)部分1 儀器與試劑石墨爐原子吸收光譜儀（德國耶拿公司， ZEEnit 700P）; 電子天平（0.01mg， 德國SARTORIUS， BP211D）硝酸鈀Pd（NO3）22H2O）（分析純， 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;硝酸（HNO3）（CMOS，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;銅環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品（Cu）（ 201129，201128，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所）。2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制銅標(biāo)準(zhǔn)使用溶液、硝酸鈀溶液和硝酸溶液的配制參見水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）第四章第七節(jié)石墨

4、爐原子吸收法測定鎘、銅和鉛2。3 原子吸收儀器分析原子吸收儀器為耶拿石墨爐原子吸收光譜儀，型號為700P。原子化條件為：干燥溫度為110，干燥時間50s，灰化溫度1100，灰化時間30s，原子化溫度為2000，原子化時間為4s，凈化溫度2450，凈化時間4s。儀器參數(shù)設(shè)置為：燈電流2mA，波長324.8nm，狹縫寬度0.8nm。二 結(jié)果與討論1 測量能力和測量系統(tǒng)分辨力分析測量能力，用來評價測量過程是否有能力準(zhǔn)確可靠地反映被測對象的波動。研究變異（%GageR&R）是測量系統(tǒng)波動占整體波動的百分比，可作為測量能力的判據(jù)。這個指標(biāo)小于10%說明測量系統(tǒng)能力良好，在10%-30%之間說明測量系統(tǒng)能

5、力處于臨界狀態(tài)，勉強(qiáng)可接受，大于30%說明測量系統(tǒng)能力不足，誤差太大，必須加以改進(jìn)1，3。測量系統(tǒng)分辨力，是指測量系統(tǒng)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(qū)分類別數(shù)可作為分辨力的判斷依據(jù)，具體判斷標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1：選取編號為201129的銅環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品安瓿瓶5支（保證值為8.310.66 g/L），測定者3人， 將標(biāo)準(zhǔn)樣品打亂順序重復(fù)測定三次。利用MINITAB量具R&R研究（交叉）方差分析，得出分析結(jié)果：重復(fù)性方差為0.0000222;檢驗(yàn)員方差為0.0000000;再現(xiàn)性方差為0.0000113;測量過程波動方差為0.0000335;過程方差為0.001402

6、8;總過程波動為0.0014363;研究變異為15.28%，測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比為23.95%，這兩個指標(biāo)均屬于10%-30%之間，說明測量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài)，勉強(qiáng)可接受?？蓞^(qū)分類別數(shù)為9，表明系統(tǒng)分辨力合格。2 測量系統(tǒng)穩(wěn)定性和過程能力分析測量系統(tǒng)穩(wěn)定性可以使用控制圖和運(yùn)行圖分析和確認(rèn)測量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性。過程能力是指測量過程在一定時間里，處于穩(wěn)定狀態(tài)下的實(shí)際測量能力。測量過程，是指實(shí)驗(yàn)員、分析設(shè)備、試劑、方法和測量環(huán)境等五個基本質(zhì)量因素綜合作用的過程。過程能力分析的前提條件是，過程輸出服從正態(tài)分布，過程穩(wěn)定統(tǒng)計(jì)受控。使用過程能力指數(shù)Cp來表征過程能力，其定義為容差與過程波動范

7、圍之比，其判定標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2：使用編號為201128的銅環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品（保證值為0.5090.033 mg/L）進(jìn)行連續(xù)測定，平行樣樣本數(shù)量30，測定者1人。利用MINITAB軟件中質(zhì)量工具的六合能力分析得出其正態(tài)分布特性和統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性結(jié)果。其中數(shù)據(jù)結(jié)果在控制限0.476和0.542之間波動。在正態(tài)性檢驗(yàn)中P值0.8140.05，銅標(biāo)準(zhǔn)樣品測定數(shù)據(jù)服從樣本N（0.5094，0.03314）的正態(tài)分布。運(yùn)行圖表明測量數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，該統(tǒng)計(jì)處于受控狀態(tài)。能力圖分析顯示中心值與標(biāo)準(zhǔn)值有偏移。Cp為0.30，Cpk為0.30，二者均小于1，表明過程能力不足，有待改進(jìn)。針對過程能力不足進(jìn)行原因分析

8、，采用頭腦風(fēng)暴因果分析確定波動產(chǎn)生原因。銅的測定產(chǎn)生波動的主要原因在于金屬元素試劑和酸類試劑的干擾比較多，特別鈣、鎂離子和鹽酸等?？煽紤]增加基體改進(jìn)劑進(jìn)行改善，使測定結(jié)果保持穩(wěn)定。實(shí)施方案如下：（1）20 L水樣加入40%硝酸銨溶液10 L;（2）采用硝酸鈀作為基體改進(jìn)劑;（3）使用La、W、Mo、Zn等金屬碳化物涂層石墨管。驗(yàn)證上述改進(jìn)方案的有效性，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2重新進(jìn)行測定，結(jié)果顯示過程能力分析顯示中心值基本重合，中心由0.509偏移到0.507。Cp為1.23，Cpk為1.16，二者均大于1且小于1.33，二者相差不大，表明按照方案改進(jìn)后銅測量系統(tǒng)過程能力尚可接受處于中間水平，能基本保證

9、測量質(zhì)量達(dá)到要求，但距離過程能力充足仍有進(jìn)步空間。三 結(jié)果與討論1原子吸收測銅系統(tǒng)的測量能力分析顯示，研究變異為15.28%，測量系統(tǒng)波動與被測對象的容差之比為23.95%，屬于10%-30%之間，說明測量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài)，勉強(qiáng)可接受。2原子吸收測銅系統(tǒng)分辨力分析顯示，可區(qū)分類別數(shù)為9，分辨力符合六西格瑪水平的合格等級。3原子吸收測銅系統(tǒng)過程能力分析顯示，Cp為0.30，Cpk為0.30，二者均小于1，表明過程能力不足。經(jīng)過失效原因分析和改進(jìn)后，統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性滿足過程能力分析條件。過程能力分析顯示Cp為1.23，Cpk為1.16，二者均大于1且小于1.33，過程能力尚可接受，處于中間水平，能基本保證測量質(zhì)量達(dá)到要求。Reference1何楨，馬逢時，龔曉明，等. 六西格瑪管理（第三版）M. 北京：中國人民大學(xué)出版社，2019：12-15，190-204.2王心芳，尹改，劉啟鳳，等. 水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）（增補(bǔ)版）M.北京：中國環(huán)境出版社，2002：331-334.3馬逢時，周暐，劉傳冰，等. 六西格瑪管理統(tǒng)計(jì)指南MINITAB使用指導(dǎo)（第3版）M. 北京：中國人民大學(xué)出版社，2019：404-406.（遼寧省鞍山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心中心分析室，遼寧 鞍山