马钢烧结厂烧结矿质量操纵设计1.绪论1.1 引言美国闻名质量治理专家朱兰(]. M. Juran)1994 年在美国质量治理学会年会上讲过，20 世纪将以“生产力的世纪”载入史册， 21 世纪是“质量的世纪。

”他的预言正在逐步地现实。

刚刚跨入21 世纪，人们就感受到自身己置于一种浓厚的竞争氛围中，竞争无处不在。

国家间的竞争正逐渐被市场的竞争、产品的竞争所代替，而市场的竞争又从企业间的竞争进展为供应链间的竞争。

在这场无国界的竞争中，质量扮演着极为重要的角色。

随着社会生产力不断进展，新技术不断涌现，面对日趋激烈的国际、国内市场的竞争，能否提供高质量的产品和服务不仅仅是企业在竞争中能否取得优势的问题，讲严峻点，它直接关系到企业的生存问题。

每个企业、每种产品和服务，要想在国际市场上占有一席之地，都要面对“超严格的质量要求”，要努力使自己达到世界级的质量水平。

1.2 质量操纵研究的背景及意义在我国加入WTO 既成事实的情况下，面对日趋激烈的国际、国内市场的竞争，企业能否提供高质量的产品和服务不仅仅是企业在竞争中能否取得优势的问题，讲严峻点，它直接关系到企业的生存问题。

因此，我国企业要想在以后的竞争中占有一席之地，必须对产品质量提出更高的要求，且这种高要求应不以高投入为条件。

因此，作为国际上通行的行之有效的质量治理技术 SPC，正在受到越来越多国内企业的重视，并被视为企业降低废品率、提高产品质量、增加企业效益，全面推行 IS09000 和 QS9000 质量治理体系的重要工具。

要提高产品质量，必须对生产、制造各环节进行质量操纵，必须大力提倡对质量科学的应用，如对生产线推行和实施各种质量科学技术，用以保证实现生产过程操纵中的预防原则。

这方面SPC(Statistical Process Control)即统计过程操纵及其系列技术如SPD(Statistical Process Diagnosis)即统计过程诊断和DOE(Design of Experiments)等扮演了重要角色。

SPC(Statistical Process Control)即统计过程操纵，是20 世纪20 年代由美国休哈特首创的。

SPC 要紧是指应用统计分析技术对生产过程进行实时监控，科学的区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动，从而对生产过程的异常提出预警，以便生产治理人员及时采取措施，消除异常，恢复过程的稳定，从而达到提高和操纵质量的目的。

SPC 能够推断过程的异常，及时报警，但早期的SPC 不能告知其异常是什么因素引起的，发生于何处，即不能进行诊断，而在现场迫切需要解决诊断问题。

现代SPC 不但具有SPC 及时报警的操纵功能，而且具有SPC 所没有的诊断功能，上升为SPD(Statistical Process Diagnosis)统计过程诊断。

SPD 确实是利用统计技术对过程中的各个时期进行监控与诊断，从而达到缩短诊断异常的时刻、以便迅速采取纠正措施、减少损失、降低成本，保证产品质量的目的。

SPD 是现代SPC理论的进展与重要组成部分。

而实验设计(Design of Experiments, 缩写为DOE)是研究如何制定适当的实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论与方法。

它是分析处理影响产品质量的不同因素在不同水平下实验所得的到的数据从而找出阻碍产品质量的不同因素的最佳水平组合，目的在于寻求实验因素恰当的水平组合，实现系统的相对优化。

在这种背景下，马钢第一炼铁总厂烧结分厂充分认识到形势的严峻性，提出充分利用SPC，SPD 及DOE 理论与技术来进行烧结矿质量操纵方法设计，不断改进、完善生产线的现场治理及生产过程，提高产品质量，以提高企业的竞争力。

1.3 国内外进展状况1.3．1国外进展状况由于国外许多工业发达国家具有较长的工业进展历史，它们对过程操纵的研究也较早。

在20 世纪20 年代，贝尔实验室就成立了以休哈特为学术领导人的过程操纵研究组，以及由道奇为学术领导人的产品操纵研究组。

通过科学家的悉心研究和不断实践，井在总结他人研究成果的基础上，休哈特创建了闻名的过程操纵理论:《制造产品质量的经济操纵》(Economic Control of QualityManufactured Products)，休哈特这本著作的出版，标志着统计过程操纵与诊断时代的开始。

休哈特的过程操纵理论的最大应用成果确实是操纵图在生产、服务行业的广泛应用，极大地促进了产品质量的提高。

但随着对SPC 应用的深入，人们逐步发觉了SPC 操纵图的缺点:只利用了过程当前数据的信息，而没有充分利用整个样本数据的信息，因此对过程的小变化不够灵敏，因此在休哈特之后，许多学者通过多年研究和实践提出了许多种弥补休哈特操纵图不足的操纵图，要紧有:佩奇 (E. S. Page)在 1954 最早应用序贯分析原理，提出了累积和操纵图(Cumulative Sum Control Chart，CUSUM)，它能够将一系列点的微弱信息累积起来，对过程的小变动灵敏度专门高，随后，许多学者对此也做出了一些重要的研究。

针对休哈特操纵图对小变动不灵敏的缺点，罗伯茨(S. W. Roberts)在1959年提出了指数加权平均操纵图(Exponentially Weighted Moving Average Control Chart, EWMA)，这是一种适用于检出过程小波动的操纵图，其特性几乎与累积和操纵图相同，但由于EWMA 是所有过去及当前观测值的加权平均，因此它对正态假设专门不敏感，从而它与个不观测值联合使用是专门理想的。

生产规模的不断扩大，带动了柔性生产系统的快速崛起，小批量生产日益普及，对小批量生产的质量操纵也越来越重要，小批量生产操纵图(Control Charts For Low Volume Manufacturing)也得到了进展，要紧有以下几类:①无先验信息小批量生产的操纵图。

1969 年希利尔(F. S. Hulier )与新加坡杨中浩提出了小样本操纵图，1991-1995 年久森伯瑞 (C. P. Qusenrerry)提出了Q 操纵图，但统计摸拟试验证实这类操纵图检出异常的能力要远远低于参数已知条件下的操纵图。

②将相似工序同类分布的产品质量数据，通过某种数学变换成同一分布，从而能够累积起来成为大样本，因此能够应用大样本方法，常见的方法有通用图法、相对公差法、美军固定样本容量法等。

休哈特的操纵图只能对单一质量特性进行操纵，但通常情况下工序都包含许多质量指标，因此能够用休哈特操纵图分不对每个指针进行操纵，然而如此没有考虑指标间的相关性，将会导致错误的结论，针对休哈特图的这一不足，1947年霍特林((H. Hotelling)提出了多元T2 操纵图，揭开了多元操纵的新时代。

在一元正态分布情况下，均值与方差这两个参数是互相独立的，故操纵正态分布就需要关于均值与方差分不应用相应的操纵图进行操纵，类似地，在多元正态分布的条件下，均值向量与多元协方差矩阵这两个参数也是相互独立的，故控制多元正态分布时也需要分不应用相应的多元操纵图对均值向量与多元协方差矩阵进行操纵。

如同一元操纵图在方差受控的前提下讨论均值的操纵问题才有意义一样，多元T2 操纵图也是在假定协方差矩阵保持受控的前提下讨论均值向量的操纵才有意义。

在1985 年，阿尔特 ((F. B. ALT)提出了基于似然比检验的多元协方差操纵图。

其它多元协方差操纵图还有样本广义方差{S}图、W 图、 L 图等，但以上这些多元协方差操纵图的缺点是要求多元协方差阵为已知这在现场不易作到。

在20 世纪80-90 年代，多元CUSUM 操纵图得到了进展，应用多元CUSUM 控制图对多元过程进行操纵，也应分不操纵过程的均值向量与多元协方差矩阵。

从应用的角度看，均值向量的操纵更重要些。

伍德尔 (W. H. Woodal l, 1985 )，恩冠勃 (M. M. Ncube, 1985)及霍金斯 (D. M. Hawkinw, 1991)等人对此作出了贡献。

1992 年劳瑞((C. A. Lowry)与伍德尔将一元的EWMA 操纵图推广到多元，因此，它也是操纵均值向量。

这些多元操纵理论的进展极大的弥补了休哈特图在工序操纵上的缺点，因而在国外得到了广泛的应用，也取得了可喜的成绩。

1.3．2国内进展状况国内由于历史的缘故，新中国成立时，我国的企业质量治理水平远远落后于世界，普遍处于单纯检验为主的时期，从1978 年开始，我国才开始宣传、推行全面质量治理，通过二十年的努力，我国企业的质量治理工作发生了巨大的变化，质量治理机构从无到有，形成了全国推行全面质量治理的组织体制。

质量观念和质量治理思想发生了全然的转变，企业的质量治理也由质量检验为主进展为质量操纵，由把关型向预防型和提高型转变。

SPC 在专门多企业中得到了充分的应用，这与大批投身于质量治理的技术人员的努力分不开的，尤其是北京科技大学的张公绪教授，他在多年研究国外SPC理论的基础上，取其精华并结合中国的实际情况，在1982 年提出了两种质量诊断理论，开发了统计诊断理论的新方向，从此SPC 理论上升到一个新的高度。

陈志强博士在1996 年提出了基于模糊信息的模糊操纵图，如贴近度操纵图。

基于模糊集代表值的操纵图，基于加权合成值的操纵图等，能够应用于感官性指标的质量操纵问题。

它还提出了模糊不合格品率操纵图，较之传统的不合格品率操纵图更为灵敏，他依照“过程异常”这一模糊现象，进一步提出了基于模糊判异的操纵图，他还提出了模糊选控值，模糊选控图和模糊EWMA 操纵图以及两种质量模糊诊断理论，为工序质量诊断理论的模糊化作出了贡献。

朴祥民博士研究了历史信息小批量生产的操纵图的问题，应用贝叶斯(Bayes)分析方法，充分利用已知信息，弥补了小批量生产样本少的缺陷，求出参数的优良可能，从而仍然能够应用大样本方法，朴祥民的工作为两种质量诊断理论的小批量化作出了贡献，也为小批量生产的质量操纵与诊断开发了一条新的途径。

上面所讲的操纵图，包括休哈特图、CUSUM 图、EWMA 图等在内的现有操纵图差不多上全控图。

所谓全控图是对所有异因都加以操纵的操纵图。

1980 年张公绪提出了选控图系列，能够用来选择部分异因加以操纵，从而缩小了查找异因的范围，提高了效率。

选控图是利用数学变换来实现选控的，在统计过程诊断理论中具有重要的作用，选控图与全控图是一一对应，例如，能够。