工業(yè)廢水處理工統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)應(yīng)用考核試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在工業(yè)廢水處理過程中，SPC控制圖最常用于監(jiān)控下列哪一項(xiàng)關(guān)鍵質(zhì)量特性？A.污泥含水率B.員工出勤率C.設(shè)備折舊年限D(zhuǎn).廠區(qū)綠化面積【答案】A2.若某COD在線檢測(cè)儀每日07:00、15:00、23:00各輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，則該取樣策略屬于：A.連續(xù)取樣B.等距時(shí)間取樣C.隨機(jī)取樣D.分層取樣【答案】B3.當(dāng)X?R控制圖中連續(xù)7點(diǎn)呈現(xiàn)同側(cè)上升，首先應(yīng)執(zhí)行：A.立即停產(chǎn)B.重新計(jì)算控制限C.啟動(dòng)原因排查與過程調(diào)整D.更換檢測(cè)儀器【答案】C4.某廢水處理站采用pH值作為SPC關(guān)鍵指標(biāo)，其規(guī)格上限USL=9.0，規(guī)格下限LSL=6.0，若過程均值μ=7.4，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.3，則Cpk值為：A.1.11B.1.56C.2.22D.0.89【答案】B5.在構(gòu)建np圖時(shí)，必需的前提條件是：A.樣本容量n恒定B.缺陷機(jī)會(huì)數(shù)可變C.單位缺陷數(shù)服從指數(shù)分布D.過程均值小于1【答案】A6.下列哪項(xiàng)不是造成SPC假報(bào)警的常見特殊原因？A.進(jìn)水突增導(dǎo)致負(fù)荷沖擊B.檢測(cè)電極未及時(shí)校準(zhǔn)C.季節(jié)溫度緩慢升高D.化學(xué)品批次更換【答案】C7.對(duì)高鹽印染廢水采用“混凝+Fenton”工藝，若雙氧水投加量超出控制上限，則最可能觸發(fā)：A.污泥膨脹B.色度反彈C.溶解氧飆升D.出水余鐵超標(biāo)【答案】D8.在Minitab中執(zhí)行“BoxCox變換”主要解決：A.數(shù)據(jù)自相關(guān)B.非正態(tài)性C.多重共線性D.異方差【答案】B9.若某SPC系統(tǒng)采用EWMA控制圖，λ=0.2，則該圖對(duì)過程漂移的響應(yīng)速度與Shewhart圖相比：A.更快B.更慢C.相同D.無法比較【答案】A10.在廢水處理行業(yè)推行SPC時(shí)，下列哪項(xiàng)屬于“穩(wěn)定狀態(tài)”的必要證據(jù)？A.30組數(shù)據(jù)無超限B.Cpk≥1.33且過程受控C.設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1000hD.月度能耗環(huán)比下降5%【答案】B二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）11.下列哪些工具可用于識(shí)別工業(yè)廢水處理過程特殊原因？A.因果圖B.帕累托圖C.直方圖D.散點(diǎn)圖E.甘特圖【答案】A、B、C、D12.關(guān)于SPC控制限與規(guī)格限的描述，正確的有：A.控制限由過程變異決定B.規(guī)格限由客戶或法規(guī)決定C.控制限一定比規(guī)格限更寬D.過程受控即滿足規(guī)格要求E.控制限更新頻率應(yīng)低于規(guī)格限【答案】A、B、E13.在采用SPC監(jiān)控出水氨氮時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，可能原因包括：A.生物池曝氣周期設(shè)置固定B.檢測(cè)儀器零點(diǎn)漂移C.化驗(yàn)室人員輪班差異D.進(jìn)水偷排呈晝夜規(guī)律E.控制圖樣本量過大【答案】A、C、D14.下列哪些情況需要重新計(jì)算SPC控制限？A.更換了新型聚合物絮凝劑B.設(shè)備大修后性能顯著提升C.季節(jié)性溫度變化在預(yù)期范圍內(nèi)D.工藝路線從A2O改為MBRE.原料供應(yīng)商變更導(dǎo)致水質(zhì)波動(dòng)【答案】A、B、D、E15.對(duì)工業(yè)廢水處理過程實(shí)施SPC的經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在：A.降低藥劑過量投加B.減少超標(biāo)排污罰款C.提高污泥脫水含固率D.縮短工藝調(diào)試周期E.降低員工加班工資【答案】A、B、C、D三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）16.SPC的核心思想是通過檢測(cè)產(chǎn)品來剔除不合格品，而非預(yù)防缺陷產(chǎn)生。（×）17.若廢水處理過程處于統(tǒng)計(jì)受控狀態(tài)，則其質(zhì)量特性一定滿足顧客規(guī)格要求。（×）18.在pH值控制圖中，若數(shù)據(jù)呈右偏態(tài)，應(yīng)先進(jìn)行數(shù)據(jù)變換再構(gòu)建控制圖。（√）19.對(duì)于小型廢水站，可采用移動(dòng)極差（MR）圖代替X?R圖以節(jié)約檢測(cè)成本。（√）20.控制圖出現(xiàn)“連續(xù)8點(diǎn)居中”現(xiàn)象，說明過程變異顯著減小，可放寬控制限。（×）21.在計(jì)算PP、PPK時(shí)，樣本標(biāo)準(zhǔn)差公式使用無偏估計(jì)s，而非σ。（√）22.若Cpk=1.0，理論上每百萬次出水有2700次可能超出規(guī)格限。（√）23.采用SPC后，操作工無需再進(jìn)行日常巡檢，只需監(jiān)控控制圖報(bào)警。（×）24.對(duì)同一指標(biāo)，IMR圖比X?R圖對(duì)微小偏移更敏感。（×）25.在MBR工藝中，跨膜壓差（TMP）適合使用單值–移動(dòng)極差圖監(jiān)控。（√）四、填空題（每空2分，共20分）26.某廢水處理站對(duì)出水COD進(jìn)行SPC監(jiān)控，連續(xù)25個(gè)子組大小n=6，平均極差R?=8.0mg/L，查表得d?=2.534，則過程標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值σ?=________mg/L?！敬鸢浮?.0/2.534≈3.1627.若規(guī)格上限USL=80mg/L，過程均值μ=68mg/L，σ?=3.16mg/L，則CPU=________?！敬鸢浮?8068)/(3×3.16)≈1.2728.在構(gòu)建c圖時(shí)，若平均缺陷數(shù)c?=12，則上控制限UCLc=________?！敬鸢浮?2+3√12≈22.3929.某廠對(duì)出水色度采用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均圖，平滑系數(shù)λ=0.1，昨日EWMA值z(mì)???=35度，今日觀測(cè)值x?=41度，則今日z?=________度?！敬鸢浮?.1×41+0.9×35=35.630.當(dāng)過程能力指數(shù)Cpm強(qiáng)調(diào)________與目標(biāo)值的偏離程度，適用于質(zhì)量特性具有明確目標(biāo)值的場(chǎng)景?！敬鸢浮窟^程均值31.在Minitab中，執(zhí)行“Stat>ControlCharts>VariablesChartsforSubgroups>XbarR”前，需先將數(shù)據(jù)堆疊為________列格式?！敬鸢浮慷?2.若采用中位數(shù)圖（X?R）代替X?R圖，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)________數(shù)據(jù)更具魯棒性?！敬鸢浮慨惓?3.對(duì)高濃度含油廢水，氣浮池出水油含量呈指數(shù)分布，宜先進(jìn)行________變換使其近似正態(tài)后再建控制圖?！敬鸢浮縅ohnson或BoxCox（任填一種即可）34.在SPC系統(tǒng)審核中，若發(fā)現(xiàn)操作工擅自剔除超限點(diǎn)而不記錄原因，則違反了________原則?！敬鸢浮俊八挟惓１仨氉匪莶⒂涗洝?5.某省《印染廢水排放標(biāo)準(zhǔn)》要求苯胺類≤1.0mg/L，企業(yè)內(nèi)控目標(biāo)設(shè)定為0.60mg/L，則其SPC圖的________限應(yīng)嚴(yán)于法規(guī)限?！敬鸢浮靠刂莆?、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）36.某工業(yè)園區(qū)廢水處理站采用“水解酸化+接觸氧化”工藝，近期出水總氮（TN）頻繁逼近排放標(biāo)準(zhǔn)15mg/L。請(qǐng)簡(jiǎn)述如何利用SPC方法在2周內(nèi)定位并緩解該問題，要求列出關(guān)鍵步驟、使用圖表及判斷準(zhǔn)則。【答案要點(diǎn)】1)明確關(guān)鍵特性：以出水TN為關(guān)鍵指標(biāo)，法規(guī)限15mg/L，內(nèi)控目標(biāo)12mg/L。2)取樣策略：每8h取即時(shí)樣，子組n=3，連續(xù)21子組，確保覆蓋晝夜與班次。3)過程穩(wěn)定性驗(yàn)證：先構(gòu)建X?R圖，采用Nelson8條判異準(zhǔn)則；發(fā)現(xiàn)第6、7、8子組連續(xù)上升且接近上限，判定存在特殊原因。4)原因排查：利用魚骨圖從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”六方面分析，發(fā)現(xiàn)近期水解池pH由6.8降至5.9，導(dǎo)致反硝化碳源釋放不足；同時(shí)碳源投加泵沖程下調(diào)10%。5)驗(yàn)證根因：采集6組驗(yàn)證數(shù)據(jù)，調(diào)整pH至7.2并恢復(fù)碳源投加量，TN均值由13.8mg/L降至10.1mg/L，R圖顯示變異縮小。6)過程能力再評(píng)價(jià)：重新計(jì)算25子組，得Cpk=1.42，滿足≥1.33要求；更新控制限并固化操作SOP。7)持續(xù)監(jiān)控：將TN納入EWMA圖（λ=0.15），對(duì)緩慢漂移提前預(yù)警；每周審核一次異常記錄。37.簡(jiǎn)述在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域推行SPC時(shí)，如何平衡“統(tǒng)計(jì)顯著”與“環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”，并結(jié)合具體案例說明?！敬鸢敢c(diǎn)】1)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有不可逆性，即使統(tǒng)計(jì)上“受控”，一旦逼近法規(guī)限即存在排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，需采用“雙限”策略：控制限嚴(yán)于法規(guī)限。2)案例：某電鍍園區(qū)總氰化物法規(guī)限0.3mg/L，企業(yè)設(shè)定控制上限0.20mg/L；當(dāng)X?圖連續(xù)5點(diǎn)超過0.18mg/L即觸發(fā)工藝調(diào)整，而非等到0.3mg/L。3)引入“環(huán)境安全因子”k=1.5，將USLcontrol=USLregulation/k，確保99.73%置信下仍低于法規(guī)。4)對(duì)高度危害指標(biāo)（如重金屬），采用“零容忍”規(guī)則：?jiǎn)吸c(diǎn)超出內(nèi)控限即停產(chǎn)回流，不采用WesternElectric2/3規(guī)則。5)通過MonteCarlo模擬評(píng)估不同k值下的超標(biāo)概率，最終選擇風(fēng)險(xiǎn)可接受且成本最優(yōu)的k。6)結(jié)合在線儀表+實(shí)驗(yàn)室比對(duì)，降低測(cè)量誤差導(dǎo)致的假報(bào)警，減少不必要的應(yīng)急成本。38.某大型紙漿廠廢水處理車間計(jì)劃將原有Shewhart控制圖升級(jí)為實(shí)時(shí)SPC系統(tǒng)，請(qǐng)給出完整的項(xiàng)目實(shí)施路線圖（含里程碑、責(zé)任人、關(guān)鍵交付物），并說明如何驗(yàn)證系統(tǒng)有效性。【答案要點(diǎn)】1)項(xiàng)目啟動(dòng)（第0–1月）：成立跨部門小組（生產(chǎn)、設(shè)備、儀表、IT、質(zhì)量），明確項(xiàng)目經(jīng)理；交付物：項(xiàng)目章程、預(yù)算120萬元。2)現(xiàn)狀評(píng)估（第1–2月）：繪制VOC流程圖，識(shí)別8個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)（COD、BOD、色度、SS、AOX、pH、溫度、流量）；收集6個(gè)月歷史數(shù)據(jù)；交付物：過程能力基線報(bào)告（Cpk<1.0占50%）。3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型（第2–3月）：選型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（OSIPI）+MES模塊；確定IMR、X?R、EWMA組合方案；交付物：需求規(guī)格書。4)儀表改造（第3–5月）：升級(jí)5臺(tái)COD、3臺(tái)色度在線儀，增加緩沖罐穩(wěn)流，信號(hào)4–20mA接入DCS；交付物：儀表驗(yàn)收?qǐng)?bào)告（精度≤2%）。5)控制圖開發(fā)與調(diào)試（第5–6月）：使用Python+Plotly開發(fā)網(wǎng)頁版控制圖，嵌入WesternElectric8規(guī)則、Nelson規(guī)則；交付物：測(cè)試報(bào)告（假報(bào)警率<1%）。6)人員培訓(xùn)（第6–6.5月）：對(duì)4班60名操作工進(jìn)行8h培訓(xùn)+考核，合格率100%；交付物：培訓(xùn)記錄。7)試運(yùn)行（第6.5–7.5月）：并行運(yùn)行新老系統(tǒng)，比較報(bào)警差異；關(guān)鍵里程碑：連續(xù)30天無漏報(bào)、無錯(cuò)報(bào)。8)效果驗(yàn)證（第7.5–8月）：a.過程能力：COD的Cpk由0.92提升至1.38；b.經(jīng)濟(jì)效益：藥劑成本下降8.6%，年節(jié)省86萬元；c.環(huán)境績(jī)效：出水達(dá)標(biāo)率由96.2%提升至99.7%；d.系統(tǒng)可用性：平均無故障時(shí)間MTBF>2000h。9)項(xiàng)目驗(yàn)收（第8月）：由總經(jīng)理簽字關(guān)閉項(xiàng)目，交付物：驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、標(biāo)準(zhǔn)化SOP、維護(hù)手冊(cè)。六、計(jì)算題（共25分）39.（本題10分）某PCB廢水處理站對(duì)出水銅含量實(shí)施SPC監(jiān)控，連續(xù)取20個(gè)子組，每個(gè)子組n=4，測(cè)得總平均值X??=0.198mg/L，平均極差R?=0.032mg/L。已知銅的排放標(biāo)準(zhǔn)為0.50mg/L，企業(yè)內(nèi)控上限0.35mg/L。(1)計(jì)算過程標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值σ?；（2分）(2)計(jì)算Cp、Cpk；（4分）(3)若顧客要求Cpk≥1.50，試問過程均值應(yīng)調(diào)整到多少（假設(shè)σ?不變，雙向公差對(duì)稱）？（4分）【答案】(1)查表d?(n=4)=2.059，σ?=R?/d?=0.032/2.059≈0.0155mg/L(2)USL=0.35，LSL=0（僅上限），故單邊過程能力：CPU=(USLX??)/(3σ?)=(0.350.198)/(3×0.0155)≈3.27Cp無意義（無下限），Cpk=CPU≈3.27(3)顧客要求Cpk≥1.50，則(USLμ′)/(3σ?)≥1.50→μ′≤0.351.50×3×0.0155≈0.280mg/L故應(yīng)將過程均值降至0.280mg/L以下。40.（本題15分）某制藥園區(qū)廢水處理站對(duì)出水TOC采用IMR圖監(jiān)控，連續(xù)30天獲得30個(gè)單值（單位mg/L）：26.2,25.8,27.1,24.9,26.5,27.8,28.0,26.3,25.5,26.9,27.5,28.2,29.1,27.4,26.0,25.3,26.8,27.6,28.5,29.8,30.2,28.9,27.7,26.4,25.1,26.6,27.9,28.4,29.0,28.7。法規(guī)限為35mg/L，企業(yè)內(nèi)控目標(biāo)30mg/L。(1)計(jì)算移動(dòng)極差MR（n=2），并求MR?；（4分）(2)建立IMR控制圖，給出中心線CL、上控制限UCL、下控制限LCL；（4分）(3)利用WesternElectric規(guī)則判斷過程是否受控；（3分）(4)計(jì)算過程能力指數(shù)Pp、Ppk；（4分）【答案】(1)MR序列（共29個(gè)）：0.4,1.3,2.2,1.6,1.3,0.2,1.7,0.8,1.4,0.6,0.7,0.9,1.7,1.4,0.7,1.5,0.8,0.9,1.3,0.4,1.3,1.2,1.3,1.3,1.5,1.3,0.5,0.6,0.3；MR?=1.07mg/L(2)CL=X?=27.61mg/L；UCL=X?+2.66MR?=27.61+2.66×1.07≈30.46mg/L；LCL=X?2.66MR?≈24.76mg/L(3)檢查：a.單點(diǎn)超限：第20點(diǎn)29.8<UCL，第21點(diǎn)30.2<UCL，無超限；b.連續(xù)7點(diǎn)同側(cè)：第18–24點(diǎn)均>CL，觸發(fā)WE規(guī)則2；結(jié)論：過程存在特殊原因，需排查。(4)總體標(biāo)準(zhǔn)差s=1.42mg/L；Pp=(USLLSL)/6s=(350)/(6×1.42)≈4.11；Ppk=min[(USLX?)/3s,(X?LSL)/3s]=min[1.73,6.48]=1.73。七、案例分析題（共30分）41.背景：某沿?；@區(qū)集中污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，采用“臭氧催化+BAF+活性炭吸附”深度處理工藝。2024年3月起，出水COD在線儀頻繁報(bào)警，導(dǎo)致園區(qū)12家企業(yè)被限產(chǎn)。廠長(zhǎng)決定引入SPC進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)。附錄給出3月1日至3月31日連續(xù)93個(gè)即時(shí)COD數(shù)據(jù)（單位mg/L），已導(dǎo)入Minitab，描述統(tǒng)計(jì)如下：均值=52.4，標(biāo)準(zhǔn)差=4.80，最小41.2，最大68.5，規(guī)格上限60mg/L。任務(wù)：(1)判斷數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)性，給出檢驗(yàn)方法及結(jié)果；（5分）(2)構(gòu)建IMR控制圖，指出所有異常點(diǎn)及對(duì)應(yīng)日期；（8分）(3)采用時(shí)間序列分解法，識(shí)別是否存在周期性成分，并給出周期長(zhǎng)度；（5分）(4)結(jié)合園區(qū)生產(chǎn)特點(diǎn)，提出3條可落地的改進(jìn)措施，并預(yù)測(cè)改進(jìn)后