化学工业的统计过程控制

【摘 要】本文概述了流程性材料连续制造的工艺特点,就连续过程制造的指标变量的可能出现的几种情况做了分析,并讨论了流程性材料的统计过程控制几个基本问题.

【关 键 词】化工连续制造多变量正态分布

1制造业工艺特征概述

1.1离散制造工艺特征

离散制造的产品常由多个零件经过一系列并不连续工艺的加工装配而成.例如属于航空器、汽车、机械零部件的制造行业等.这种类型的企业一般都包含零部件制造、加工、装配等过程,整个离散制造业就是由一系列相互配套的企业组成的产业网络.

在离散制造的生产过程中,过程常被分解为多项并行或串行的子过程.每项子过程仅要求企业部分的资源、机台、人力.企业将功能类似或流程类似的机台和人力资源组成生产组织（部门、工段）.加工对象（原料或半成品）在不同的机台和部门间流转,企业要平衡不同的工作流,设计工艺路线和机台使用计划.产品设计、生产和批次量也变动较多.

在对加工对象进行测量时,测量数据是反应单一产品的特征,同等类型的数据相互独立且服从正态分布,大量采用单变量统计的离散制造业各制造环节并不耦合,工作流呈线性状态.在30年代,始于休哈特的统计方法很好的帮助了离散制造企业提高了生产质量水平.

1.2连续制造工艺特征

化工企业从其制造方式上讲,属于典型的流程型材料的连续制造业,不但具备连续制造的基本特征,也具备其自身特点.

（1）工艺流的特殊性：在化工企业,工艺介质常为非均相体系,一个产品要经过一连串化学反应,反应可能是平行、串联、可逆、链反应等,生产的中间过程或最后阶段的产出可能有多个异构体,伴随中间产品,联产品或副产品.很多的化工产品也是不同物质的混合,使用规格指标来定义产品等级,经常发生过程质量特性输出不合格不一定导致产品不合格.

（2）制造环节的耦合：在化工行业,常以流程规格来定义化工产品制造全过程所需经过的生产路线,每个变化的流程规格有各自的生产阶段,阶段可根据企业的具体生产情况、管理需求、计量统计手段而定.一个生产阶段可同时对应多个阶段,也可以多个阶段对应一个阶段.

（3）抽样的特殊性：抽样的目的是要保证样本尽可能代表总体,离散制造行业通常有多种抽样方法,具备严格的统计原理（如GB/T2828）.而在化工行业很多采用等距抽样.抽样点的设置要考虑管理要求、工艺特点、计量方法.

2化工行业的质量统计

化学工业是复杂的生产过程,其统计过程控制有其自身特点：

2.1工艺数据的庞杂

化工生产中,一套装置需要采集的工艺参数非常多,让作业人员同时监控大量的数据是不可能的,大量的数据独立或者相互关联,需要通过多元统计分析将大量的数据分类并投影到少数独立因子上去,呈现给作业人员.

2.2统计分析平台

化工生产的产品质量数据往往是在产后抽样化验得到,目前在线测量质量特性的设备并不普及,对在线工艺参数调整存在滞后性,常需要建立与工控系统统一的统计分析平台,对生产过程的大量生产数据建模并分析,得到不同生产方案的预测模型,使得作业人员调整工艺参数时候,便能得到相应的质量数据.

2.3质量数据特征

化工产品的变量数据之间相互关联,同一变量多个采集点之间也具备相关性,单一数据并不呈正态分布,常应用于离散制造业的单变量统计方法是无效的.

5.1多变量下的过程能力指数

产品的质量特征会通过多个关键指标来表达,多个指标间可能存在相互制约相互影响的可能性,应用单变量分析会丢失很多有用信息,并不能全面评价其过程能力,因此需引入多变量统计技术进行过程能力的计算.

多元统计中的主成份分析是用多个指标化为少数相互无关的综合指标的统计方法,去考察变化最大、最能区分各观测样本的成分.

设有这样一个m*n矩阵,m为质量特征,n为样本数量.