石油和天然氣行業(yè)中預(yù)測性SPC的威力

本文最初出現(xiàn)在The Minitab Blog

石油和天然氣行業(yè)涉及持續(xù)產(chǎn)出的資本密集型過程。原油等原材料被大規(guī)模轉(zhuǎn)化為石油產(chǎn)品，這使得過程控制變得至關(guān)重要。原材料的化學(xué)和物理性質(zhì)往往具有很大的可變性，這可能會對過程輸出產(chǎn)生顯著的影響。工程師傾向于利用科學(xué)原理和經(jīng)驗來確定可能產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果的工藝設(shè)置；然而，這種做法可能會不成功。統(tǒng)計過程控制圖(SPC)對于指示變得不穩(wěn)定的過程非常有用。使用SPC來提醒工藝轉(zhuǎn)變的不利之處在于，可疑產(chǎn)品會同時產(chǎn)生。

制造商將檢驗原材料的大部分責(zé)任轉(zhuǎn)移給了供應(yīng)商。在收到材料之前，通常是在材料使用前幾天或幾周，將認(rèn)證發(fā)送給客戶是很常見的。如果供應(yīng)商信息可用于在流程執(zhí)行前預(yù)測流程轉(zhuǎn)變，以考慮緩解措施，情況會怎樣？本文解釋了如何使用流程模型的操作部署來創(chuàng)建用于此目的的預(yù)統(tǒng)計流程圖。還有許多其他行業(yè)的流程涉及資本密集型設(shè)備、連續(xù)流程和包含顯著變化的原材料。食品、營養(yǎng)補充品和化學(xué)品的制造是可以從利用預(yù)測性SPC中獲益的一些示例行業(yè)。

隨著Minitab的最新發(fā)展，建模技術(shù)變得非常強大和易于使用。許多組織使用過程模型進行開發(fā)和改進。根據(jù)供應(yīng)商測量和流程輸入(由技術(shù)人員控制)創(chuàng)建流程模型，以確定與關(guān)鍵輸出的關(guān)系。工程師找到正確的輸入數(shù)量和模型類型，以便對輸出做出合理的預(yù)測。該模型部署在模型操作并連接到新的數(shù)據(jù)流來進行預(yù)測。根據(jù)模型預(yù)測創(chuàng)建SPC圖表，并監(jiān)控其穩(wěn)定性。如果識別出不利的趨勢，則審查該模型以找到可以被操縱以減輕該趨勢的過程變量。所有這些工作都在流程執(zhí)行之前完成，這對于最小化質(zhì)量風(fēng)險非常有效。

該示例涉及16個連續(xù)變量，其中一個是由原材料發(fā)貨前發(fā)送的供應(yīng)商認(rèn)證提供的度量。有離散變量，包括用于處理的單位和兩個主要設(shè)置。利用逐步變量選擇，從478行歷史處理數(shù)據(jù)中創(chuàng)建了具有良好擬合性(r-square ~ 67%)的線性多元回歸模型。

響應(yīng)優(yōu)化圖說明了最重要的預(yù)測變量的杠桿作用。供應(yīng)商認(rèn)證措施和初始壓力具有陡峭的線性關(guān)系，因為值的微小變化會在關(guān)鍵響應(yīng)中產(chǎn)生顯著差異。冷卻溫度指示較小的響應(yīng)，并且單位的變化看起來對關(guān)鍵響應(yīng)有分組影響。

回歸模型在預(yù)測歷史數(shù)據(jù)的關(guān)鍵響應(yīng)結(jié)果方面做得很好。工程師只需點擊一下鼠標(biāo)，就可以輕松地將模型從Minitab統(tǒng)計軟件發(fā)布到ModelOps。

收集新數(shù)據(jù)，以便對關(guān)鍵輸出進行預(yù)測。該數(shù)據(jù)包括來自供應(yīng)商認(rèn)證的測量值、設(shè)置的靜態(tài)輸入值，以及具有已知變化的過程變量的分布生成數(shù)據(jù)。加工溫度是分布生成變量的一個例子。工程師知道過程點的實際溫度會隨著控制設(shè)置而變化。變量的參數(shù)是從設(shè)備制造商的過程測量點或技術(shù)規(guī)格創(chuàng)建的。從選定的分布計算變量，以獲得實際的處理場景。這與蒙特卡洛模擬中使用的技術(shù)基本相同。

Minitab Connect輕松地每小時檢索一次數(shù)據(jù)，并發(fā)送給模型運營部以獲得預(yù)測。利用一個單獨的移動范圍控制圖來監(jiān)測趨勢。確保使用歷史參數(shù)計算統(tǒng)計控制限值非常重要；使用模擬數(shù)據(jù)來計算限值是不合適的。下圖所示的預(yù)測SPC圖說明了在最后3次觀察之前的預(yù)期穩(wěn)定過程。所有三個最終觀察值都低于歷史控制下限，如果不穩(wěn)定的趨勢持續(xù)下去，可能會產(chǎn)生質(zhì)量問題。

工程團隊審查過程模型，并確定初始壓力很容易從90增加到120。模型優(yōu)化器表明，控制設(shè)置的變化可能會減輕由于供應(yīng)商認(rèn)證措施的變化而導(dǎo)致的結(jié)果下降。在源數(shù)據(jù)表中完成對初始壓力設(shè)置的建議更改，并重新啟動Connect中的數(shù)據(jù)提取和制圖。最終的圖表確實提供了初始壓力的變化減輕了供應(yīng)商措施變化的負(fù)面影響的信息。

SPC的概念包括對導(dǎo)致不穩(wěn)定的變化趨勢的及時反應(yīng)。不穩(wěn)定的過程包含質(zhì)量風(fēng)險，可能導(dǎo)致不合格或降級的材料。在流程執(zhí)行前根據(jù)數(shù)據(jù)創(chuàng)建流程控制圖的能力非常有價值，因為現(xiàn)在有可能在產(chǎn)生任何實際結(jié)果之前減輕不利趨勢。在石油和天然氣行業(yè)，由于所生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量和潛在收入，收益可能高達(dá)數(shù)百萬美元。Minitab解決方案使創(chuàng)建和監(jiān)控預(yù)測性SPC的過程成為質(zhì)量管理的重要組成部分。

本文最初出現(xiàn)在Minitab博客上。

審核編輯 黃昊宇