如何根据适合目的的抽样解决方案的成本和收益来激励正确的抽样项目

特雷福布鲁斯^一个理查德·c·a·明尼特^b

^一个flsmith, Boksburg East, 1459，南非
^b南非约翰内斯堡威特沃特斯兰德大学客座名誉教授

DOI:https://doi.org/10.1255/sew.2021.a45
©2021作者
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编者总结

矿业公司通常不愿意在多年来“运行良好”的作业中安装高成本的采样系统。安装新设备以在工艺流程中提取正确和有代表性的样品的主要反对意见是所涉及的时间和成本。抽样理论(TOS)提供了一个结构化的框架，用于识别和量化与任何抽样事件相关的误差和偏差，但这往往不足以激励对新的、正确设计的抽样设备的投资。不合格的抽样装置通常会造成经济损失忽视因为经济效益的增值往往来自于质量好的取样解决方案看不见的而不适当的制度所带来的不利成本是显而易见的。根据具体需要，如果了解采样误差的大小并对分析结果进行相应的解释，则可以接受适合目的(FFP)采样溶液。可接受的准确度和精密度的分类水平可以根据取样在采矿价值链中的位置和要作出的决定的性质来确定。所提出的FFP抽样解决方案的客观效益必须以这样一种方式呈现给相关决策者，即难以(不可能)仅基于解决不佳的经济信息做出不利的主观决策。介绍了在世界各地的采样设施中激励这种FFP采样解决方案的实施所带来的好处。

介绍

基于个人的认知过程或推理(文化、经验、教育背景、管理水平)，人们的合理化方式是不同的。与技术抽样专家相比，矿业财政部门的决策者对纠正抽样的资金支出可能会有很大的不同，这意味着精心设计的纠正抽样项目可能会被拒绝。无论技术设计是否适当，或抽样理论(TOS)的要求如何，除非可以定义增值效益并通过数字证明加以证实，否则实施纠正抽样解决方案的批准将被拒绝。事实是，不良抽样的代价从来没有在年度财务报表中显示为单行项目意味着经理们看不到代表a的数字损失他们的收入。因此，对正确设计和安装取样设备的有意义支出的态度仍然顽固。实施改进的抽样解决方案的基本原理必须尽可能简单地提出，不给主观解释留下任何余地。

估计从实施健全的基于tos的抽样实践中获得的附加价值不需要一份冗长或复杂的报告。一个简单的“回归基本”的方法，指出关键点和发现，总结经济利益，可以更好地让你的观点被理解。“抽样兄弟会”也应该承认，实施“接近完美的抽样解决方案”并不总是可行的。妥协的需要，知道不是所有的解决方案都是完美的，可能仍然提供一些与当前操作相比，通过减少采样误差来增加价值。

以下是一种回归基本的方法，向那些批准预算的人和不情愿的股东展示安装纠正取样协议和设备的好处。

一般概念

由于向公司董事会提出要求提供资金以改善抽样设施的呼吁，一些观察结果已经曝光。

不信任大量未经证实的数字

“如果某件事听起来好得令人难以置信，那么它很可能是真的”这句谚语仍然适用。声明说“…更好的取样可以生产额外价值2500万美元的上等矿石。每年听起来好得令人难以置信，并在听众中引起一定程度的怀疑。这么大的数字看起来不现实，而且可能不可信，除非它们能被现实的例子验证。最好从提供小数字开始，例如“……正确的抽样可以使装运10万吨铁矿石的货物多出7500美元……”，并让决策者自己心算。例如，每年交付超过3400件这种规模的货物的生产商很容易看到更好的抽样的潜在价值。

对没有实际应用的统计不感兴趣

非技术管理人员和行政人员可能看不懂带有方程式和数字的技术报表。他们更愿意听到的是“……让我告诉你如何改进你的抽样、准备和测量(SPM)来提高你的利润。”

执行委员会既没有时间也没有兴趣进行详细或复杂的精确计算，因为仅凭技术术语很少能推动预算批准。对采样技术的洞察力、兴趣和理解在这些受众中并不常见，但简单的陈述，如“……SPM精度每提高0.01%，就有可能提高0.01%的产量……”更有可能激起他们的兴趣，直到预算通过。

对不合格产品的处罚

低估目标分析物含量的成本没有在财务报表中报告，因为它是不可量化的，并且在许多情况下被误解。在公司的财务报表上应该看到什么是由于发生的成本支付罚款用于输送超出允许限度的非规格矿石和有害元素。对罚款金额进行量化，凸显了可量化的“实际成本”，这种成本可以通过实施更好的抽样做法和系统来降低。

名字比数字更有意义

财务经理的角色和责任很可能不允许他们有足够的时间来消化TOS的理论方面。与复杂的公式相比，知名专家的合作和设计认证为改进的采样解决方案增加了更大的信心。聘请能够验证或核实建议的抽样装置的决定的专家是说服项目所有者和股东改进抽样将物有所值的有效方法。

很少有人对行话和方程式印象深刻

正确的抽样命名和应用方程来估计财务效益是至关重要的，但股东和财务经理对复杂的程序和公式不感兴趣。股东更有可能批准项目，前提是可以证明通过改进的抽样估计的附加价值已得到有信誉的人士或来源的验证。

适合目的抽样

提供正确的抽样解决方案是一项高成本的工作。不可避免的是，项目所有者对安装正确的采样解决方案要求越严格，资本成本就越高。如果不遵循服务条款的原则，示例就不能被信任，这篇文章并没有对这一事实提出异议。理性的人追求完美，但知道生活中的事情很少是完美的，这篇文章想要证明“次等抽样”有时仍然有价值。当然，该值取决于如何使用结果分析和相关的置信区间。这也假设了取样、运输、准备和分析样本的成本不会超过收益——这是一个简单的概念，但实际上可能被采样界所忽视。

ISO标准vs . TOS

“符合ISO标准”是在讨论升级采样设施时经常使用的术语。ISO标准虽然对建立各种商品和材料的取样、制备和分析的标准方法至关重要，但却经常被断章取义地使用!似乎有一个普遍的误解，即遵守相关的ISO标准将自动产生最好的采样结果。ISO标准应被视为建议用于协助某一设施根据国际标准确定最低精度和置信度。然而，在ISO标准推荐的最低要求之上改进取样设备和方法，确实可以为生产商增加进一步的价值。例如，如果铁矿石生产商降低27万吨批次的精度，低于ISO 3082规定的0.34% Fe的βSPM(抽样制备和测量的总体精度βSPM = 2sSPM.)，则可以实现品位矿石生产的实质性改善。

合规性是一回事，但在对分配给采样和分析的资源设置限制之前，使用最低需求来确定每个样本的货币价值是至关重要的，与花费额外资源来改进它的价值相比。在指定采样点时，不应严格遵守相关ISO标准的最低要求，而应考虑其他方面，特别是操作目的的效率。例如，在铁矿石船装载期间，采取更多的初级增量，并分析比ISO要求更多的子样品，可以更好地指示装载期间的品位。然后可以用它来更有效地混合进入容器的产品混合物。

尽管有一些原则五月同样的，将单一的ISO标准的指导方针应用于不同的材料。例如，铁矿石的ISO 3082不应用于估计磷肥的抽样合规性，因为材料特性实际上是有害的不同;在这种情况下，必须采用适当的材料专用标准。如果材料没有可用的规范，则应该应用TOS实践，例如建立nomogram的异质性测试和抽样校准，尽管工作量(成本)从来都不小。在董事会会议室里，解释全面行业异质性测试的必要性和工作原理绝非易事。

激励一个抽样项目

抽样研究的目的应该是证明改进的抽样做法如何能提高盈利能力。激励项目改进采样设备和协议需要了解完整的价值链，以便满足对采样项目结果的期望。这可能包括定义样品提取、样品处理/运输、样品制备和测量改进后要达到的可靠性和精度水平。通过提高采样精度来增加价值和增加利润的动机必须得到对资本成本和所需投资的现实估计的支持。使用更好的采样设备采集更好的样本，确保正确的样本量和采样频率所需的资金投资必须准确计算。此外，必须确定确保样品在可接受的周转时间内正确运输、制备、分析和报告的成本，以便进行实时更改。如果要使改进抽样过程的建议具有可信性和完整性，管理人员和财务干事必须了解在时间、金钱和努力方面所需的全部投资。使人信服的技巧业务案例应该提上每个人的日程，抽样专家也不例外。

个案研究及例子

快速周转vs高精度

一家冶炼厂的目标是在矿渣中获得低于5ppm的贵金属，并以每吨3美元的价格将其作为二氧化硅废物出售。对六个月期间的矿渣分析表明，贵金属含量高达18 ppm。在炉渣冷却后，通过炉回收炉渣的运营成本约为每吨5700美元，因此，尽管改进的采样方法可以减少采样误差，但除非能够收集和分析样本，否则成本效益将是微乎其微的之前炉渣是铸造的。每循环平均产生约10吨炉渣，这意味着在单次炉渣循环中贵金属的价值必须大于57,000美元，才能使通过熔炉进行再循环成为可能。如果能在倒渣前收集和分析样品，那么就可以采取补救措施，如增加炉渣在炉中的停留时间。在这种情况下，结果的准确性不如采样到分析的周期那么重要，因此这是项目的重点所在，这是正确的。但是，如果在冶炼前对炉料进行分析，则有可能修改炉料并降低贵金属向炉渣报告的风险。在这种情况下，精度对过程更为关键，因为电荷的微小变化会影响冶炼效率。

将炉渣中贵金属的损失量减少到百万分之5以下将使每年的贵金属产量增加40万美元以上。该图基于从冶炼厂收集的历史数据，将处理过的矿渣的实际含金量与金品位保持在5ppm以下时应有的含金量进行了比较。假设三年的投资回报，成本低于120万美元的抽样解决方案确实会增加价值。这个例子说明了了解改进抽样的经济和后勤影响、限制和效果的必要性之前提出一个从采样到分析的解决方案。

一个不太完美的抽样解决方案仍然可以增加价值

一个不太完美的抽样解决方案在一个磷肥生产厂，磷酸浆与H2SO4混合在一个反应器容器中产生磷酸。浸样品在泥浆表面以下50厘米至500厘米处采集(采样专家会集体皱眉!)。使用这种不完善的样品类型，通过滴定测量的游离硫酸盐和磷酸的浓度不能在完整的容器中以任何确定性定量，但对浓度的一些了解对于控制反应器中的过程至关重要。

在这种情况下，时间至关重要。在提取后尽快对样品进行过滤和分析是至关重要的，因为随着样品冷却，样品容器中的反应仍在继续，这将显著影响分析结果。为了提高样品的完整性，应使用绝缘样品容器来收集样品(Craig Ritchie, 2018，个人通信)。此外，强烈建议使用气动气管输送装置快速运送到实验室。

太多的妥协会使采样点失效

当面对紧迫的最后期限和最小的预算时，项目经理和工程师经常必须在正确的采样中做出妥协来完成项目。尽管几乎总是需要一些妥协，但太多的妥协可能会使正在使用的采样解决方案完全无效。对于作出的每一项妥协，应确定对结果的总影响，以了解对工厂会计的最终财务影响。这也是项目所有者必须知道达到所需采样精度和满足所有操作需求的最低要求，以确保他们使用的采样解决方案提供商不会使他们误入歧途的地方。使用内部资源或外部专家来定义采样安装所需的东西是实现这一目标的一种方法，这比试图调查和修复“哪里出了问题”要划算得多。后系统已实现。

对分析实践有良好的抽样

在关键操作中，如港口装货设施，正确的采样以及快速的样品制备和测量可以为公司带来巨大的经济回报。

作为一个例子，在一个设计良好的铁矿石港口设施中，尽了一切合理的努力来尽量减少设施中的SPM错误。这与自动样品制备和分析一起，不仅使系统更加精确，而且提供了快速制备和分析的价值。对于这个设施，即使采样建筑没有足够的头部空间来安装标准的传统跨流采样器，也开发了一种创新的替代方案(包括一个长半径的摆臂，它穿过溪流并将样品材料提升到上面的地板上)。这一关键贡献要求客户和供应商都对抽样要求有深刻的理解，并共同努力找到可行的解决方案。这样做的结果是，结果的周转时间在船舶完成装载后不到6小时，精度低于0.15%。

图1所示。用于化学，PSD和水分输送的取样器制备和分析的机器人自动化。

投资价值

铁矿石生产商尚未公布使该设施像今天这样运行的实际投资价值，但以下现有信息足够了。

1. 装货完毕后6小时进行最终分析;这是以前的最低48小时。好处是，这批货物可以比以前早近两天开具发票，每27万吨货物估计可获得5500美元的收益感兴趣一个人。
2. 对于大量货物，实验室可以在船舶装载期间以小于0.15%的精度发布数据。该数据用于调整低品位和高品位矿石之间的混合，以控制最终加载的混合品位。
3. 铁矿石生产商可以利用高精度作为其产品质量的证明，从而使他们在竞争中获得商业优势。夸耀的权利）.
4. 减少因有害元素超过批次规格上限或低于规定的铁含量而受到处罚的风险。
5. 由于整个设施符合相关实验室和材料规范，通过该码头装载的矿石的质量纠纷很快得到解决。

该工厂已经证明，持续高精度的快速分析是可能的，因此生产商目前正在研究该设施的升级和扩建，以增加采样和分析能力，目的是优化船内级混合。

结论

充分了解取样点前后的完整矿物生产和销售过程至关重要。这样的见解允许人们欣赏采样结果的当前使用，以及识别其他潜在的用途和附加价值机会，特别是如果采样的质量可以得到改善。在一个过程或程序中赋予样品货币价值是一项重要的资产。对样本的精度水平或采样正确性的理解，以及分析的周转时间将影响该值。了解各种限制条件，如适用的标准或规范、可用的物理空间、检查、维护和样品采集的可及性、安装所需的设备停机时间、采样点到实验室的距离，都必须考虑在内，以创建适合用途的采样解决方案。

在过程控制领域，适合目的的抽样具有更广泛的范围，因为可以在抽样的各个方面做出妥协，以适应应用，只要了解这些妥协的后果。在产品控制领域，在无法做出相同妥协的情况下，当考虑到抽样将如何影响设施的其他方面(如材料吞吐量和更快的抽样到分析的价值)时，仍然可以应用适合目的的抽样。使用横流采样器不会影响加载率，而停止带采样器会;因此，在这种情况下，横流采样器是合适的。

为了从指定的采样解决方案中获得预期的增值，工厂需要激励和执行升级过程的可行性也需要洞察力和理解力。一些措施可以包括自动化样品采集和运输系统，以增加从样品到实验室的周转时间。其他措施可包括升级实验室以适应采样溶液和升级标准操作程序。这些行动的结果将使该设施能够对改进的样品信息作出反应，以实现增值的可能性。

重要的是，项目所有者应以确保供应商为其应用提供最佳解决方案的方式，与采样设备供应商沟通他们的需求。最低成本采购不应支配关键成功设备的选择和选择，其中取样设备的范围非常大，因为这可能是一个代价高昂的判断错误。最低成本采购政策是短视的，因为它不仅可能意味着劣质设备的选择，而且可能意味着不正确的样品提取，从而引入与不良采样相关的代价高昂的偏差。

决定安装适当的或改进的抽样解决方案的最大障碍是好处是看不见的，而不利成本是明显的。没有财务报表告诉首席执行官，适当的FFP或真正完全代表性的抽样有什么好处。唯一的迹象可能是试剂和耗材成本的增加。当向执行委员会提出抽样解决方案时，希望得到批准，主要的激励因素应该是清楚地展示货币的好处解决方案可以提供。动机的基础应该是对实施成本与长期预期投资回报的比较。所提出的解决方案的所有数学和其他技术方面都应尽可能直截了当，只提出关键结果，但这些结果应由该领域备受尊敬的专家进行验证。

警告

当然，我们也可以选择是否能够做到解释以一种完全可以理解的方式充分了解更多的基本技术细节，以便管理层，首席执行官董事会成员，投资者……实际上获得了更多的事实知识。它总是a的一部分最好的业务用例。这一挑战仍然存在房间对于国际抽样专家中勤奋、能干、积极主动的那部分人来说，他们不一定都需要急于获得MBA学位，团队合作总是大有裨益的!