六西格玛管理在化学需氧量测量系统分析中的应用

杨丽

（辽宁省鞍山生态环境监测中心，辽宁鞍山 114000）

1 引言

六西格玛是一套系统的业务改进方法体系，可持续指导业务改进流程、实现管理目标。西格玛水平越高，过程满足质量要求的能力越强。通常管理目标是使测量系统接近或达到六西格玛水平，意味着

100 万次出错机会中不超过3.4 个缺陷［1］。以化学需氧量（CODCr）测量系统为项目源进行六西格玛管理方法研究，就是用统计的方法来了解测量系统中的各个波动源，最后得出该测量系统是否合乎使用要求的判断。在日常监测中发现CODCr测量系统较为稳定，测量结果波动不大，即使在“大比武”活动中也经常将其列为实际操作考核项目。用六西格玛方法研究测量系统水平，主要考查系统测量能力、测量系统分辨力。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

仪器：酸式滴定管（50.00 mL）；电子天平（0.01 mg，德国SARTORIUS，BP211D）。

试剂：重铬酸钾（K2Cr2O7），分析纯，天津市化学试剂有限公司；硫酸亚铁铵（［（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O］），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；硫酸银（Ag2SO4），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；硫酸汞（HgSO4），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；硫酸（H2SO4），化学纯，北京化工厂；化学需氧量环境标准样品（200193），环境保护部标准样品研究所。

2.2 标准溶液配制

重铬酸钾溶液、硫酸亚铁铵溶液、硫酸汞溶液、硫酸银－硫酸溶液、硫酸溶液的配制参见HJ 828—2017《水质 化学需氧量的测定 重铬酸钾法》［2］。

3 结果与讨论

测量能力和测量系统分辨力分析：测量能力用来评价测量过程是否有能力准确可靠地反映被测对象的波动。%研究变异（%GageR＆R）是测量系统波动占整体波动的百分比，可作为测量能力的判据。此指标小于10%说明测量系统能力良好；在10%～30%之间说明测量系统能力处于临界状态，勉强可接受；大于30%说明测量系统能力不足，误差太大，必须加以改进［1，3］。测量系统分辨力是指测量系统识别并反映被测量的最微小变化的能力。在六西格玛管理中，可区分类别数可作为分辨力的判断依据，具体判断标准见表1。

表1 系统分辨力六西格玛水平的判别准则［3］

实验设计：选取编号为200193 的CODCr环境标准样品安瓿瓶5 支（保证值为29.4±1.9 mg/L），测定者3 人，测量设备为酸式滴定管，测定方法按照HJ 828—2017 《水质 化学需氧量的测定 重铬酸钾法》进行，将标准样品打乱顺序重复测定3 次。利用Minitab 量具R＆R 研究（交叉）方差分析，得出分析结果见表2。

表2 编号为200193 的CODCr 标准样品测定结果mg/L

利用Minitab 量具R＆R 研究（交叉）分析，得出分析结果如图1 所示。

图1 化学需氧量测量系统量具分析结果

图1 显示的主要是测量系统波动源方差分析和测量系统能力的计算结果。可看到重复性方差为0.002 000 0；检验员方差为0.000 000 0；检验员与标准样品交互作用方差为0.002 240 7；再现性方差为0.002 240 7；重复性方差与再现性方差求和为0.004 240 7；部件间方差为0.253 238；合计变异为0.261 477；%研究变异（%GageR＆R）为24.91%，测量系统波动与被测对象的容差之比（%P/T）为10.28%，这2 个指标均介于10%～30%之间，说明测量系统能力勉强可接受。可区分类别数为5，根据表1 判断，测量系统分辨力合格，可接受。

根据六西格玛假设检验理论，P 值代表显著性值，P＜0.05 表明数据存在显著差异，P＜0.01 表明差异明显。若P＞0.05，不能否定原假设，即不能说明数据间存在显著差异。进行CODCr测定分析时，实验员间的差异不明显，主要差异来源于样本差异。

CODCr测定值的量具R&R（方差分析）报告见图2。

图2 CODCr 量具分析报告

图2a 中灰色是各波动分量与总体波动分量的方差之比；黑色是%研究变异，表示前者标准差之比；白色是%公差，即各波动分量6 倍标准差与公差之比。由于%GageR＆R 指标要小于30%才能接受，因此量具灰色条形高度要小于9 才合格。量具R＆R%贡献条形高度与部件间的%贡献条形高度之比要小于9/91 才行。图2b 中是每个实验员测量每一个CODCr值的极差形成的R 控制图，此图全部测量值都在控制线内。图2c 是所有测量CODCr的平均值，重复观测标准差的控制图，正常情况此图绝大多数平均值点应落在控制线外，因为越多的数据点超出Xbar 图的控制线，表明过程实际的波动越大，同时表明测量系统能力越高。图2b 和图2c 在分析测量系统性能上不是十分准确有效，只能做参考。图2d是按部件分组的测量结果运行图，连线的波动是过程的波动，一般均值连线的变化越大，表明实际的波动越大；均值附近的散点越集中，说明测量系统的波动越小。图2e 是按实验员分组的测量结果运行图，均值连线变化越小，再现性波动越小，再现性越好。图2f 是3 个实验员按部件分组的测量平均值，均值连线越平行，证明实验员与部件交互作用越小。通过该图可看出2 和3 标准溶液使得测量人员间分歧较大。

以上分析说明CODCr的测量系统较为稳定可靠，分辨力和测量能力均处于中间水平，测量系统可接受，不必进行改进。

4 结论

通过采用六西格玛方法对CODCr项目进行测量系统分析，得到以下结论：

（1）CODCr系统的测量能力分析显示，%研究变异为24.91%，测量系统波动与被测对象的容差之比为10.28%，表明测量系统能力勉强可接受。

（2）CODCr系统的分辨力分析显示，可区分类别数为5，分辨力符合六西格玛合格水平，无需进行测量系统改进。

（3）六西格玛管理方法可以应用于环境监测项

目的测量系统分析，可以评价各测量系统是否满足六西格玛要求。