统计技术在钛管材质量管理中的应用

杨碧芸，李 浩，惠 星

（西部钛业有限责任公司，陕西 西安 710201）

0 引言

钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，被广泛用于各个领域。钛无缝管生产工序多、周期长、效率低、成本高，就质量控制而言更增加了许多困难。所以，如何提高钛无缝管生产过程的质量控制水平，是钛管材生产者十分关注的问题之一。

同一批产品，即使所采用的原材料、生产工艺和操作方法均相同，其中每个产品的质量也不可能丝毫不差，它们之间或多或少总是有些差别。产品质量间的这种差异称为质量变异，在产品整个寿命周期的所有过程的运行和结果中均可观察到变异，即使是明显稳定的过程。变异是质量的敌人，提高质量的途径便是持续地减少变异。而统计技术是研究事物变异性及其规律的科学，本文将讨论统计技术在钛管材生产过程中的应用，以提高管理效率和产品质量，使生产水平在现有基础上得到提高和发展。

1 影响质量的因素

保证钛管材产品质量的关键环节在于产品的制造质量。质量的特质具有波动性，在生产过程中尽管采用各种措施保持条件稳定，但由于有偶然性因素的影响，生产出来的一批管材特性值总会有波动。理论和实践证明，对于数量很大的一批产品来说，特性值的波动存在一定的规律，这种规律表现在频率的分布上，就是一种大量现象的统计规律。大量生产实践表明，产品制造环节的好坏是影响质量的主要因素，影响过程质量的原因主要有人员、材料、方法、机器、测量和环境6个方面，现对有关内容分述如下：

（1）在钛管材生产过程中，操作人员的质量意识、技术水平、文化素养、熟练程度和身体素质是人员控制的主要因素。操作人员应充分了解工艺原理，掌握工艺关键内容，熟练地完成各工序内容的操作。对于研发型的生产过程，操作人员应具有完成创造性工艺操作和改进的能力，为此在生产过程中，应对人员进行控制。

（2）钛管材的原材料为管坯棒，而管坯棒质量的好坏直接影响到后续钛管材制造的质量。在生产的过程控制中，应对原材料的化学成分、物理性能和外观质量进行控制，即应当按标准要求和技术指标进行选材，尽量选择质量较好的管坯棒，来生产出合格的成品。

（3）与生产过程相关的所有机器设备包括生产设备、检测设备、工艺工装等。除所需的生产设备与工装模具外，还有质量检验中所需要的检测设备。由此可见，机器设备在钛管材的生产过程中发挥重要的作用，在生产的过程控制中，对机器设备的生产能力、维护保养状况和工装夹具的精度都应给予重视。

（4）对于钛管材的加工工艺、操作规程和作业指导书的正确程度都应进行控制，对于各种不同的工艺，生产过程中都有要点，这些要点就构成了工艺参数。工艺参数除与工艺方法有关外，还与产品的具体结构特性有关。在钛管材生产的过程控制中，对于工艺参数应进行有效控制，使其处于受控状态，保证生产的工艺状态稳定，质量得到有效保证。

（5）验证最终产品符合性的要素为检测设备、试验手段和测试方法。在生产过程中应针对钛管材的产品类型与要求，选用适宜的检测方法，以工艺规程和检测规程为依据，对检测方法进行控制，使之能指导生产，规范生产过程，确保产品各项性能要求。

（6）工作场所的温度、湿度、含尘度、照明等是环境控制的主要因素。钛管材在生产过程中需要一定的环境条件，如挤压过程中的挤压温度、酸洗过程中酸的浓度、热处理过程中退火温度和真空度等。可见在钛管材生产过程中，必须对涉及工序的主要环境条件进行控制。

2 统计技术对质量控制的影响作用

统计技术是指有目的地收集、整理和分析数据的过程中采用的方法。它是以概率论为理论基础发展起来的应用数学的一个分支。统计技术在制造业的质量改进过程中起着关键的作用，“用数据说话”是现代质量管理的一个突出特点，数据是测量的结果，是过程运行情况的客观反映。

在钛管材的生产质量管理中应用统计技术，通过收集和提供表示事物特征的数据，比较两事物的差异，分析影响事物变化的因素和事物之间的相互关系，研究取样和试验方法，确定合理的试验方案，再发现质量问题，分析和掌握质量数据的分布状况和动态变化，描述质量形成过程，提出改进方案。通过应用统计技术，使钛管材生产中质量管理的控制及验证更加系统化和科学化。

3 常用统计技术应用的方法

质量管理的一项重要工作就是找出产品质量波动的规律，把正常波动控制在合理的范围内，消除由系统原因引起的波动。在质量的统计分析观点的理论基础上，人们为了更好地实现这一目标提出了一系列质量管理的统计技术和方法。早期常用的质量管理方法主要包括调查法、分层法、排列图法、因果图法、直方图法、散布图法、控制图法、推移图法、对策表法、流程图法。随着人们对质量管理认识的加深，质量工作被列入企业战略工作中，因此，又产生了新型的质量管理方法，如树图、亲和图法、关系图法、系统图法、过程决策程序图法、矩阵图法、矩阵数据解析图法、网络图法、头脑风暴法、水平对比法等。除了采用上面提到的这些质量管理方法，随着统计技术在质量管理中应用的不断深入和应用领域的不断扩大，计算机在质量管理工作中的应用得到不断推广，统计过程控制、试验设计、假设检验、回归分析、方差分析、测量系统分析、测量不确定评估等统计技术与方法在质量管理的应用都得到不断深化。

根据钛管材在生产过程中影响质量因素的具体内容，应采用适宜的统计工具与方法。统计技术分为描述性统计技术和推断性统计技术。描述性统计技术用于对数据进行整理和描述，比如简易图表（饼分图、柱状图等）、直方图、因果图、排列图等。推断性统计技术是在对统计数据描述的基础上，进一步对其反映的问题进行分析、解释并做出推断性结论，如控制图、统计抽样、试验设计等。

4 应用实例

排列图，又叫帕累托图，它能够找出主要的质量问题，然后利用因果图，从中找出主要原因，最后再针对找出的主要原因制定对策表，采取措施，解决问题。

图1为某公司管材厂2010年12月成品管材一次检验缺陷的帕累托图（图中折线为累计百分比折线）。通过对缺陷数据的收集作图可见，管材未洗干净是这个月发生频数最多的质量问题。成品管材在进行热处理后表面有氧化色，需通过酸洗达到管材表面清洁，所以我们继续利用因果图从酸洗过程中寻找问题的主要原因。

图1 管材外观尺寸检查缺陷统计

因果图，又叫石川图、特性要因图、树枝图、鱼刺图等，它揭示了质量特性波动与潜在原因的关系，是表达和分析因果关系的一种图表。图2为影响管材酸洗质量的因素分析，它对人、机、料、法、环这5个影响酸洗质量的因素进行了分析。

图2 影响管材酸洗质量的因素分析

通过因果图的分析，我们可以识别在环境因素中酸洗工序操作间的气温是不能明确甚至是无法控制的，所以我们需解决的问题是通过相关图找出酸洗间的气温和管材表面未洗净之间的关系。

相关图是反映两个变量之间相关关系的图表，用以观察与分析两种因素之间的关系，以便对产品或工序进行有效控制。图3为气温与管材未洗净数量之间的关系，它将全年气温和每月管材未洗净数量成对地以点子形式描在直角坐标图上。

从图3上两个变量之间的关系可以得出以下结论：①钛管未洗净数量和气温属非线性曲线相关；②钛管未洗净数量随气温升高而减少，随气温降低而增加；③在每年11，12，1，2月份地区气温相对较低时管材未洗净数量突然增加。

我们对此现象进行了分析，发现在每年的这4个月份是全年平均气温最低的4个月。钛管材在酸洗后进行高压水冲洗，如没有快速烘干管材，管材表面会出现残留酸渍、水渍，导致管材未洗净。

图3 气温与管材未洗净数量之间的关系

针对上述分析，我们可制定以下对策：①提高酸洗车间的环境温度；②在这4个气温较低的月份用高压水冲洗之后可以先用干布反复擦拭管材表面的残留水迹再去烘干，提高烘干效率；③采用适宜的烘干设备，提高烘热温度或增加烘干时间。

5 结语

综上所述，通过排列图、因果图、相关图的简单实例得到了一种分析方法：用排列图找出质量问题，然后利用因果图进行原因分析找出问题潜在原因，最后用相关图找出变量之间的关系，进而得出对策，采取相关措施改进和预防。在钛管材的生产制造过程中，针对不同制造工序中出现的质量问题可选用相应的统计技术，帮助我们对观察到的质量问题进行收集、分析和整理，更好地理解质量问题的性质、程度和产生原因，并且可对观察到的问题做出推断、预测，为决策提供依据进而提高质量管理水平。

［1］周友苏，杨飒.质量管理统计技术［M］.北京：北京大学出版社，2010.

［2］《稀有金属材料加工手册》编写组.稀有金属材料加工手册［M］.北京：冶金工业出版社，1984.