六西格瑪管理在降低曲軸彎曲率中的應(yīng)用

韓 強，時 曉，王曉麗，楊恒遠，劉 躍

（濰柴重機股份有限公司，山東 濰坊 261001）

六西格瑪是一套系統(tǒng)的、集成的業(yè)務(wù)改進方法體系，是旨在持續(xù)改進組織業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)顧客滿意的管理方法。通過系統(tǒng)地、集成地采用業(yè)務(wù)改進流程，實現(xiàn)無缺陷的六西格瑪設(shè)計（design for six sigma，DFSS），并對現(xiàn)有過程進行過程界定（define）、測量（measure）、分析（analyze）、改進（improve）、控制（control）——簡稱DMAIC 流程，消除過程缺陷和無價值作業(yè)從而提高質(zhì)量和服務(wù)、降低成本、縮短運轉(zhuǎn)周期，達到顧客完全滿意，增強組織競爭力[1]。

經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計某型曲軸生產(chǎn)過程中，曲軸彎曲率高達5.5%，高于同類水平，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大大提高，為解決此問題，使用DMAIC 方法進行改進，最終彎曲率降至2%以下。為更好說明使用六西格瑪方法解決此問題的過程，本文將從DMAIC 的順序介紹各個階段開展的工作。

1 六西格瑪概述

六西格瑪在統(tǒng)計學(xué)上表示一個流程或產(chǎn)品在100 萬次使用機會中只出現(xiàn)3～4 個缺陷，六西格瑪管理的目標(biāo)是消除變量、優(yōu)化流程、提高質(zhì)量，滿足客戶需求[2]。

依靠統(tǒng)計學(xué)解決問題是六西格瑪管理的特點，其運用因果圖、流程圖、時間序列圖、矩陣圖和回歸分析等工具進行數(shù)據(jù)分析。而EXCEL 作為統(tǒng)計分析工具，通過自定義公式，可以繪制多種統(tǒng)計圖形，直接顯示數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，充分滿足六西格瑪管理各個階段的數(shù)據(jù)測量、收集、分析和改進的需求，是實施全面六西格瑪管理的重要工具[3]。

2 曲軸彎曲率的改進與控制

2.1 定義階段（define）

統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)某系列曲軸彎曲率（高達5.5%）已影響加工單位生產(chǎn)計劃，并多次進行反饋，為提高客戶滿意度，降低生產(chǎn)成本，本項目將對降低曲軸彎曲率進行分析。所以本項目的CTQ 為：降低中速機曲軸彎曲率，Y 定義為中速機曲軸彎曲率。同時明確曲軸彎曲率基線水平為5.5%，目標(biāo)水平為2%.Y 的缺陷定義如表1 所示，表現(xiàn)形式如圖1 所示。

圖1 缺陷表現(xiàn)形式

表1 缺陷定義

2.2 測量階段（measure）

測量階段主要任務(wù)是對關(guān)鍵指標(biāo)Y 的數(shù)據(jù)真實性檢驗，并定性的篩選出一些Y 的影響因子X，同時在該階段針對可能的關(guān)鍵X 采取快速改善措施[4]。

目前曲軸彎曲的檢測方法是，由檢驗人員對曲軸劃線檢測，得出的結(jié)果為合格品或不合格品，因此測量誤差主要來自于檢驗人員的操作（屬性一致性分析）。具體方法是：由項目組挑選30 件某型號曲軸，其中5 件為不合格品，由3 名檢驗人員分別依次檢驗，不得相互交流結(jié)果，獨自完成。部分檢驗結(jié)果如表2（其中1 代表合格品，0 代表不合格品）所示，EXCEL 分析結(jié)果如表3 所示。

表2 數(shù)據(jù)收集表

表3 評估一致性結(jié)果

EXCEL 分析結(jié)果顯示評審人員自身、人員之間、人員與標(biāo)準(zhǔn)的Kappa 值均超過0.8，該測量系統(tǒng)滿足要求。后續(xù)從人機料法環(huán)等方面先后做宏觀流程圖、微觀流程圖、C&E 矩陣、FMEA 分析對因子X進行定性篩選，篩選出7 個因子，輸出因子改善計劃如表4 所示，并X4 進行快贏改進。

表4 因子改善計劃表

如圖2 所示，改進前，打箱粗清后氣眼針長度在8 mm～15 mm，熱處理放置曲軸時，因曲軸結(jié)構(gòu)原因，氣眼針位置位于底部，導(dǎo)致曲軸放置不平，使在高溫?zé)崽幚磉^程中曲軸易彎曲變形。如圖3 所示，改進后，要求粗清操作者反復(fù)清理殘留氣眼針，因粗清設(shè)備的局限性，控制氣眼針粗清后長度在3 mm以內(nèi)，后期通過持續(xù)改進粗清設(shè)備，保證粗清徹底。

圖2 粗清改進前

圖3 粗清改進后

2.3 分析階段（Analyze）

分析階段主要任務(wù)是針對固化時間、封箱工藝、壓火時間、殘留冒口、墊鐵成分、墊鐵數(shù)量6 個關(guān)鍵因子進行分析，如表5 所示，進一步篩選出顯著的真正的關(guān)鍵因子。

表5 關(guān)鍵因子分析

對X1 進行回歸分析并建立回歸方程：彎曲率=6.11 -0.157 ×固化時間。使用殘差分析對回歸方程進行診斷發(fā)現(xiàn)殘差都正常，從而確信建立的回歸模型是合理的。使用方差分析法對回歸方程進行顯著性檢驗得出P<0.05，從而說明固化時間對曲軸彎曲率影響顯著。

對X3（壓火時間），本項目小組采用卡方檢驗的方式進行驗證，選用兩種壓火時間。方案一：壓火時間24 h，即澆注后24 h 打箱；方案二，壓火時間48 h，即澆注后48 h 打箱。通過收集數(shù)據(jù)進行卡方檢驗（如表6 所示）P=0.596>0.05，說明壓火時間對曲軸彎曲影響不顯著。

表6 X3 因子壓火時間卡方檢驗

對X2（封箱工藝）采用卡方檢驗的方式，選用兩種封箱工藝進行封箱，如圖4 所示。方案一：一側(cè)增加石棉墊進行封箱。方案二：只采用封箱膏封箱。通過收集數(shù)據(jù)進行卡方檢驗，如表7 所示，P=0.044<0.05，說明封箱工藝對曲軸影響顯著

表7 X2 因子封箱工藝卡方檢驗

圖4 封箱工藝

對X5（殘留冒口）分析，曲軸冒口位于曲軸一端，且重量較大，在高溫正火過程中曲軸整體強度下降，一側(cè)的冒口會壓著曲軸產(chǎn)生彎曲，如圖5 所示。因此在熱處理前割掉冒口，會降低曲軸彎曲度。本小組采用卡方檢驗的方式驗證殘留冒口對曲軸彎曲的影響，選用兩種切割冒口方案分別進行試驗。方案一：熱處理后割冒口；方案2：熱處理前割冒口。通過收集數(shù)據(jù)進行卡方檢驗，如表8 所示，P=0.045<0.05，說明殘留冒口對曲軸彎曲影響顯著。

表8 X5 因子殘留冒口卡方檢驗

圖5 殘留冒口導(dǎo)致曲軸彎曲

對X6（墊鐵成分），墊鐵成分現(xiàn)有兩種分別是球墨鑄鐵與灰鑄鐵，這兩種鑄鐵力學(xué)性能不同，且多次正火后燒損嚴重（見如圖6），可能會對曲軸彎曲產(chǎn)生影響，現(xiàn)采用卡方檢驗的方式驗證墊鐵成分曲軸彎曲的影響，選用兩種成分的墊鐵方案分別進行試驗。通過收集數(shù)據(jù)進行卡方檢驗，如表9 所示，P=0.8>0.05，說明墊鐵成分對曲軸彎曲對影響不顯著。

表9 X6 因子墊鐵成分卡方檢驗

圖6 墊鐵燒損

對X7（墊鐵數(shù)量）采用卡方檢驗的方式，選用兩種墊鐵數(shù)量方案分別進行試驗，如圖7 所示。方案一：曲軸兩端與中間加墊鐵；方案二：曲軸兩端與中間三處加墊鐵。通過收集數(shù)據(jù)進行卡方檢驗，如表10 所示，P=0.8>0.05，說明墊鐵數(shù)量對曲軸彎曲對影響不顯著。

表10 X7 因子墊鐵數(shù)量卡方檢驗

圖7 墊鐵數(shù)量方案

A 階段完成之后，篩選出X1、X2、X5 因子影響顯著，X2、X5 因子隨即進行改善，X1 因子在I 階段進行改善。

2.4 改進階段（Improve）

工作改進階段主要任務(wù)是針對X1（固化時間）實施改善對策，確定最佳參數(shù)。對X1（固化時間）進行單因子實驗，共設(shè)置23 個水平，每組水平5 個樣本，部分實驗結(jié)果如表11 所示。從主交應(yīng)圖（見圖8）中可看出：彎曲度隨固化時間呈下降趨勢；固化時間大于18 h 時，彎曲度相對較低。

表11 單因子實驗結(jié)果

根據(jù)擬合線圖（見圖8）得出回歸方程：

圖8 主效應(yīng)圖及擬合曲線

曲軸彎曲度=4.478+0.1 268×固化時間1-0.02 448×固化時間2+0.000 665×固化時間3.

由擬合曲線圖可知，固化時間為18 h～25 h，彎曲度在2.5 mm～2.8 mm 以內(nèi)。由于當(dāng)固化時間為22 h時，曲軸彎曲度已較低，故認為固化時間為22 h 為最佳工藝參數(shù)。

2.5 控制階段

控制階段主要任務(wù)是將前面階段制定的改善措施固化下來，并對改善結(jié)果及交益情況最終確認。對措施實施之后交果進行確認，某系列曲軸一個月內(nèi)生產(chǎn)183 支，彎曲返修3 支，彎曲率降至1.64%，完成了項目目標(biāo)，對項目收益進行核算，預(yù)計年產(chǎn)生經(jīng)濟交益4.93 萬元。

3 結(jié)論

通過六西格瑪DMAIC 流程的開展，與單位生產(chǎn)實際相結(jié)合，全面分析了影響曲軸彎曲率的原因，并采取合理方法解決問題，使曲軸彎曲率由5.5%降低到1.64%，提高了客戶滿意度，節(jié)約了成本。