改进的SPC控制图在水泥混凝土路面施工质量控制中的应用

刘奇斌

摘 要：我国一直强调并且重视路桥基础设施的建设，发达便捷的公路设施可以大大促进经济发展，节约时间，减少车辆损耗。在公路建设过程中，对其进行严格的质量监控对公路设施建设非常重要。传统质量控制图已经不能满足现代公路建设的需求，所以本文对传统质量控制图进行了改进整合，获得综合控制图，用来对我国路桥工程质量进行监控。其结果表明改进的综合控制图不仅结合了传统控制图的优点，而且避免了应用多张传统控制图进行监控的不便，同时提升了警报的准确率，进而降低了因虚假警报所带来的损失，提升了路桥工程的施工效率。

关键词：改进SPC控制图；水泥混凝土路面；施工质量控制；应用

引言

随着我国科学技术的发展，社会的进步，路桥工程建设已经成为我国促进经济发展的重要工程。我国大部分公路建设都是用水泥混凝土作为路面建设材料，而不一样的环境对路桥的建设质量要求都不尽相同，有些地区对路面的质量要求甚高，所以水泥混凝土路面的质量需要得到保证。水泥混凝土路面的工程质量取决于工程施工的技术、材料的因素，是在工程施工过程中的每一个阶段决定的。所以，每段施工工程路面的质量必然有所差别，但是我们需要将这个差别控制在一定范围内，使公路可以正常使用。

1 控制图简介

控制图就是对生产过程的关键质量特性值进行测定、记录、评估并监测过程是否处于控制状态的一种图形方法。根据假设检验的原理构造一种图，用于监测生产过程是否处于控制状态。它是统计质量管理的一种重要手段和工具。

世界上第一张控制图是由美国贝尔电话实验室（Bell Telephone Laboratory）质量课题研究小组过程控制组学术领导人休哈特博士提出的不合格品率p控制图。从此以后，控制图就一直作为对工程施工过程科学管理的重要工具。它是一种有控制界限的图，用来区分引起的原因是偶然的还是系统的，可以提供系统原因存在的资讯，从而判断生产过于受控状态。控制图根据用途划分可以分为提供分析使用的控制图，用于控制工程施工过程中有关质量特性的变化情况，时刻监控施工程序是否脱离控制；还有一种控制图，主要是用来监控工程施工过程中是否出现了异常状况，第一时间作出预警，避免施工质量不合格。

控制图又叫管制图，是对过程质量特性进行测定、记录、评估，从而监察过程是否处于控制状态的一种用统计方法设计的图。图上有三條平行于横轴的直线：中心线（CL，Central Line）、上控制线（UCL，Upper Control Line）和下控制线（LCL，Lower Control Line），并有按时间顺序抽取的样本统计量数值的描点序列。UCL、CL、LCL统称为控制线（Control Line），通常控制界限设定在±3标准差的位置。中心线是所控制的统计量的平均值，上下控制界限与中心线相距数倍标准差。若控制图中的描点落在UCL与LCL之外或描点在UCL和LCL之间的排列不随机，则表明过程异常。SPC控制图的建立步骤为：选择质量特性，决定管制图之种类，决定样本大小、抽样频率和抽样方式，收集数据，计算管制参数（上，下管制界线等），持续收集数据，利用管制图监视制程。

水泥混凝土路面施工时使用控制图目的是观察路面施工质量特性值的分布状况，对其进行详细的分析并判断施工过程有没有发生异常状况，及时采取措施消除发现的异常状况，保持路面施工质量。

2 改进SPC控制图

使用传统控制图，在对施工中水泥混凝土路面进行质量监控时，需要制作观察单值控制图、均值-极差控制图、中值、极差控制图、均值-标准差控制图等，多种控制图交叉观察，反复颠倒，极为不便。我们使用统计学主成分分析方法对传统质量控制图进行了改进整合，获得综合控制图，用来对我国路桥工程质量进行监控。

主成分分析也称主分量分析，旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标（即主成分），其中每个主成分都能够反映原始变量的大部分信息，且所含信息互不重复。这种方法在引进多方面变量的同时将复杂因素归结为几个主成分，使问题简单化，同时得到的结果更加科学有效的数据信息。主成分分析法是一种数学变换的方法，它把给定的一组相关变量通过线性变换转成另一组不相关的变量，这些新的变量按照方差依次递减的顺序排列。在数学变换中保持变量的总方差不变，使第一变量具有最大的方差，称为第一主成分，第二变量的方差次大，并且和第一变量不相关，称为第二主成分。依次类推，n个变量就有n个主成分。

改进控制图的主要步骤：（1）将原始数据按行排列组成矩阵X；（2）对X进行数据标准化，使其均值变为零；（3）求X的协方差矩阵C；（4）将特征向量按特征值由大到小排列，取前k个按行组成矩阵P；（5）通过计算Y=PX，得到降维后数据Y；（6）计算每个特征根的贡献率Vi=xi/（x1+x2+x3+......），根据特征根及其特征向量解释主成分物理意义。

3 控制图的判稳判异

3.1 控制图的判稳准则

稳态是路桥工程施工追求的质量标准，如何根据控制图判断施工过程是否稳定呢？我们规定了施工过程判稳的准则，在点子随机排列的情况下，符合下列各点之一就认为过程处于稳态：（1）连续25个点子都在控制界限内；（2）连续35个点子至多1个点子落在控制界限外；（3）连续100个点子至多2个点子落在控制界限外。

3.2 控制图的判异准则

在控制图的使用中，电子出界是判断异常的基本准则，但是我们要考虑在点子没有出界的情况下仍然需要判断异常的情况。我们规定判断异常的准则，符合下列各点之一就认为过程存在异常因素：（1）点子在控制界限外或恰在控制界限上；（2）控制界限内的点子排列不随机；（3）链：连续链，连续9点排列在中心线之下或之上；间断链，大多数点在一侧；（4）多数点屡屡靠近控制界限（在2-3倍的标准差区域内出现），连续3个点至少有2点接近控制界限，连续7个点至少有3点接近控制界限，连续10个点至少有4点接近控制界限；（5）倾向性（连续不少于6点有上升或下降的倾向）与周期性；（6）连续14点中相邻点交替上下；（7）点子集中在中心线附近。在发现工程出现异常的第一时间应该及时查找出异常原因，并使用有效方法予以消除，避免工程偏离既定的施工目标，控制施工质量在一定范围内。

结束语

随着我国对各级别的公路需求越来越多，对公路的质量要求也越来越高，在路桥工程施工过程中对路面施工质量的监控显得尤为重要。根据本文对通过统计学主成分分析法改进的SPC控制图在水泥混凝土路面施工质量控制中的应用分析，合理改进SPC控制图可以大大提高水泥混凝土路面的施工质量，推广使用主成分分析法改进的SPC控制图不仅可以保留传统控制图的各项使用优势，还能使工作人员对施工质量的监控更加简单便捷，控制效果也更加准确，减少错误警报的发生次数，避免在施工过程中频繁停工检查施工质量，提高施工效率。经过改进的SPC控制图是一张综合控制图，通过一张图将施工过程中各环节产生的数据情况完美体现，对施工过程中各类数据一目了然，数据比对更加直观，这样的优点是传统控制图无法比拟的。改进的SPC控制图不仅能判断出路桥工程施工时各段路面施工质量的稳定性，还能将施工水平数据化得体现出来，优化了项目施工的管理工作。

参考文献

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