正交試驗設(shè)計法在中小企業(yè)的推廣實例

楊 平

（山西大學商務(wù)學院，山西 太原 030031）

1 正交試驗設(shè)計法簡介

正交試驗設(shè)計法早先由日本質(zhì)量管理專家田口玄一提出，在日本得到大力推廣，對日本的經(jīng)濟騰飛起到了巨大的作用。該方法可以廣泛地運用在企業(yè)的質(zhì)量攻關(guān)、提高產(chǎn)量、降低成本等活動中。該方法的特點是：實驗次數(shù)少，優(yōu)化方案快，節(jié)約大量人力、物力、財力和時間。一般不需要投資，不影響生產(chǎn)，不會給企業(yè)帶來任何損失，能很快找出最優(yōu)方案，然后按照最優(yōu)方案控制生產(chǎn)，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗。

2 正交試驗設(shè)計法推廣應(yīng)用成功案例

山西大學商務(wù)學院王天保教授以其深厚的技術(shù)功底及在企業(yè)和高校多年工作的實踐經(jīng)驗，在多個中小企業(yè)實施正交試驗法取得了成功，救活了多家企業(yè)，獲得了多項科技成果。

2.1 雙氰胺生產(chǎn)工藝的優(yōu)化研究

娘子關(guān)雙氰胺廠從江蘇引進雙氰胺生產(chǎn)技術(shù)，建成設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)500 t雙氰胺。建廠當年雙氰胺在國際市場上走俏，產(chǎn)品供不應(yīng)求，售價高達15 000元/t。市場雖好，但該廠生產(chǎn)不景氣，年產(chǎn)量僅達380 t，產(chǎn)量少、成本高，虧損嚴重，于是該廠廠長請王天保教授對企業(yè)進行診斷。進廠調(diào)研后，王天保教授發(fā)現(xiàn)該企業(yè)管理混亂，工藝控制不嚴，未找到最佳工藝條件，于是雙方簽訂了校企聯(lián)合立項攻關(guān)協(xié)議，由王天保教授帶領(lǐng)8名大學生利用學生畢業(yè)實習的機會，針對全廠存在的問題進行了技術(shù)攻關(guān)。實驗方案如下：

2.1.1 提高石灰氮質(zhì)量和產(chǎn)量的正交試驗

雙氰胺產(chǎn)品是煤炭深加工項目，生產(chǎn)工藝流程為：煤——焦炭——電石——石灰氮——雙氰胺。

石灰氮是生產(chǎn)雙氰胺的主要原料，當時該廠石灰氮的有效含氮量僅為18%，這樣指標的石灰氮只能算二級品（一級品有效含氮量應(yīng)為18%以上，優(yōu)級品有效含氮量應(yīng)為20%以上）。石灰氮的生產(chǎn)原理為，電石在高溫下進行氮化反應(yīng)，生成石灰氮。

經(jīng)診斷發(fā)現(xiàn)，當時該廠的工藝規(guī)定：900℃加料，820℃停止加料。冷料加入氮化爐內(nèi)，因吸熱反應(yīng)而溫度下降，且加料層過厚，氮氣很難進入料層內(nèi)部，致使這層料中間不能徹底氮化，結(jié)果造成大批有效含氮量僅為15%以下的廢品堆積如山，前后約200余t廢品。

王天保教授在遵循生產(chǎn)工藝要求的前提下，設(shè)計了正交試驗方案：把加料溫度作為一個因素，加料溫度仍然定為900℃，而把原來停止加料的溫度由820℃提高到880℃，這就把溫差由原來的80℃減少到20℃，使得冷料入爐后，也能夠保持正常爐溫。另外，針對原來加料過厚，層料中間不能徹底氮化的問題，王天保教授縮短了加料的時間間隔，勤填少加，使料層變薄，氮氣很容易進入料層內(nèi)部，使中間料層能夠徹底氮化。

王天保教授從當年5月1日按照新方案開始控制，經(jīng)過努力，5月份石灰氮的產(chǎn)量就達到376 t，比該廠4月份石灰氮的產(chǎn)量200 t提高了88%。這批石灰氮不僅產(chǎn)量高，質(zhì)量也特別好，376 t石灰氮的有效含氮量均在22%以上，全部達到優(yōu)級品。后來又在很短的時間內(nèi)，把原來廠內(nèi)堆積的200余t廢品全部搭配用完，僅回收利用廢品一項，就節(jié)省了40多萬元（1 t廢品價值2 200元）。在完成氮化工序攻關(guān)的基礎(chǔ)上，緊接著又優(yōu)化了雙氰胺的聚合和結(jié)晶工序。

經(jīng)過正交試驗法優(yōu)化了工藝以后，從5月份開始至年底，當年優(yōu)級品雙氰胺產(chǎn)量就達到554 t，超過了該廠的設(shè)計生產(chǎn)能力500 t。

2.1.2 擴大雙氰胺產(chǎn)量，降低雙氰胺生產(chǎn)成本的工藝優(yōu)化

產(chǎn)量提高以后，針對產(chǎn)品烘干機的烘干能力僅為500 t，不能適應(yīng)高產(chǎn)要求的問題，王天保教授指導該廠于第二年就又開始對烘干工序進行了技術(shù)改造，增加了一條烘干線，達到了年產(chǎn)1 000 t雙氰胺的能力，比設(shè)計生產(chǎn)能力年產(chǎn)500 t提高了整整1倍，使企業(yè)扭虧為盈。

企業(yè)盈利后，該廠借助大好時機，開始引進外資。王天保教授代表中方與日本商家進行談判，順利實現(xiàn)中日合資，成立了“正欣雙氰胺有限責任公司”。日本商家注入資金，王天保教授指導該廠對生產(chǎn)線改造后，該廠竟達到年產(chǎn)2 000 t的生產(chǎn)能力。

之后，王天保教授又進行了降低石灰氮耗量的實驗。原來每噸雙氰胺耗石灰氮7 t，優(yōu)化后，噸耗降低至4 t以下。每噸雙氰胺的成本降低了6 000多元。對于年產(chǎn)2 000 t雙氰胺的該廠，一年僅降低成本一項就節(jié)約了1 200萬元?？梢娬辉囼灧ㄊ遣灰度耄梢姶笮?，一本萬利、長期獲益的好方法。

該項成果經(jīng)省科委組織的專家鑒定，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，并且獲省科技進步獎。

2.2 八水氫氧化鋇生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究

榆次市鋇鹽化工廠當時花18萬從天津化工研究所購買了用毒重石（碳酸鋇）生產(chǎn)八水氫氧化鋇的專利，工藝流程為：碳酸鋇礦石（經(jīng)過煅燒）——氧化鋇（浸泡）——氫氧化鋇——結(jié)晶（八水氫氧化鋇）

因該項專利僅僅能夠用毒重石（碳酸鋇）生產(chǎn)出八水氫氧化鋇，但未經(jīng)過工業(yè)中試，仍然停留在實驗室的技術(shù)狀態(tài)，不能用于工業(yè)批量生產(chǎn)。當時山西有5家購買了此項專利，結(jié)果均因嚴重虧損而倒閉，僅剩榆次鋇鹽廠一家。該廠經(jīng)過一年試生產(chǎn)，虧損90多萬元，也瀕臨倒閉轉(zhuǎn)產(chǎn)的狀態(tài)。情急之下，該廠廠長慕名邀請王天保教授進廠診斷。雙方簽訂了合作攻關(guān)協(xié)議，并在省科委立項。

王天保教授利用正交試驗法，對碳酸鋇煅燒工藝進行攻關(guān)，把原來的轉(zhuǎn)化率20%~30%（且很不穩(wěn)定）一舉提高到90%以上，并用在煅燒罐內(nèi)添加有機物的辦法解決煅燒罐破裂問題；加真空吸濾收回廢渣中的成品；用真空結(jié)晶解決成品質(zhì)量不過關(guān)問題。通過一系列的改進，使得該廠產(chǎn)量由原來的75 t/月提高到310 t/月。未加入投資，產(chǎn)量提高了3倍。該廠不僅沒有倒閉轉(zhuǎn)產(chǎn)，還進行了擴建，已成為全國最大的鋇鹽生產(chǎn)基地和榆次地區(qū)利稅大戶。

該項成果經(jīng)省科委組織的專家鑒定，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，并且獲省科技進步獎。

2.3 提高金屬鎂煅燒活性度

王天保教授還對評定金屬鎂廠的金屬鎂生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，使該廠的煅燒活性度由24%以下提高到34%以上，超過了部頒標準，獲得QC成果獎。

2.4 應(yīng)用正交試驗法進行產(chǎn)品開發(fā)

王天保教授幫助曾被通知停業(yè)整頓的榆次安華滅火器材有限公司生產(chǎn)的EBM氣溶膠滅火器進行技術(shù)攻關(guān)，獲得發(fā)明專利和實用新型專利各一項。這是正交試驗法在產(chǎn)品開發(fā)發(fā)明運用的成功案例。

3 中小企業(yè)推廣正交試驗法的必要性

山西省中小企業(yè)發(fā)展迅速，數(shù)量較大，在國民經(jīng)濟中占有及其重要的地位。一部分中小企業(yè)經(jīng)營成功，但還有相當一部分中小企業(yè)由于經(jīng)濟實力弱，缺乏人才，管理混亂，工藝管理不嚴，未在最佳狀況運行，經(jīng)濟效益差。這些中小企業(yè)往往資金緊張、融資困難、發(fā)展緩慢、生存艱難，急需走出困境，盡快良性發(fā)展。而正交試驗法正是解決企業(yè)生存發(fā)展的一劑良藥。

建議中小企業(yè)技術(shù)人員掌握正交試驗法，結(jié)合本企業(yè)生產(chǎn)工藝或新產(chǎn)品開發(fā)，運用正交試驗法進行優(yōu)化，改進產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量，而且好的項目可以廠校聯(lián)合立項攻關(guān)。實踐證明這是可行的，王天保教授推廣應(yīng)用正交試驗法是高校和企業(yè)結(jié)合的一個典范，他的“改革畢業(yè)實習，闖產(chǎn)學研結(jié)合之路”的課題曾獲山西省優(yōu)秀教學成果一等獎，企業(yè)獲利、師生獲益。