利用精益六西格瑪方法提升軸承鋼的表面探傷合格率

蔣玉梅 宋金平 侯心愿

（1.南京鋼鐵股份有限公司； 2.安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 引言

精益六西格瑪就是融合精益和六西格瑪來(lái)解決生產(chǎn)、研發(fā)、營(yíng)銷等關(guān)鍵運(yùn)營(yíng)流程的難題。使用六西格瑪消除變異、使用精益消除不增值的步驟。以提高軸承鋼表探合格率為例，通過建立精益六西瑪項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，對(duì)軸承鋼生產(chǎn)流程進(jìn)行梳理，查找流程中的不增值步驟及影響軸承鋼表面質(zhì)量的因素，通過針對(duì)性地采用改進(jìn)措施，最終提升軸承鋼表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)表探傷合格率的提高及提高軸承鋼生產(chǎn)效率。

1 存在問題

用于汽車制造等行業(yè)的軸承鋼，用戶對(duì)其產(chǎn)品表面的質(zhì)量要求較高，需進(jìn)行表面探傷合格后方可放行。但現(xiàn)階段經(jīng)M廠的軸承鋼表面探傷合格率低，且不穩(wěn)定，需返工或改判、判廢處理，影響合同交付，顧客抱怨較大，急需對(duì)軸承鋼表面質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量及質(zhì)量的穩(wěn)定性，從而提高供貨能力，提升用戶美譽(yù)度。

2 實(shí)施情況

成立“提高軸承鋼表探合格率”精益六西格瑪項(xiàng)目小組，運(yùn)用流程圖對(duì)軸承鋼的生產(chǎn)過程進(jìn)行了全流程梳理，查找不增值步驟，采用因果矩陣表查找出影響軸承鋼表面質(zhì)量的因素，實(shí)施改進(jìn)。

2.1 定義

2.1.1 情況描述

針對(duì)M廠軸承鋼表面探傷合格率低（Y）的問題，利用宏觀流程圖SIPOC流程分解，確定項(xiàng)目范圍；對(duì)表面探傷合格率Y及缺陷進(jìn)行定義。影響軸承鋼表面質(zhì)量的主要缺陷種類有裂紋、褶皺、麻面、碰擦傷等。確定Y的計(jì)算公式（表探合格率（%）=表探合格軋材量/總探傷軋材量）；現(xiàn)階段軸承鋼的表面探傷合格率為84.3%，通過分析基線及最好水平，確定項(xiàng)目目標(biāo)為88%，預(yù)計(jì)項(xiàng)目收益；確定項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及實(shí)施計(jì)劃等。

2.1.2 屬性判斷

收集歷史數(shù)據(jù)，對(duì)軸承鋼的表面探傷合格率做正態(tài)性檢驗(yàn)計(jì)算（如圖1所示），對(duì)合格率屬性進(jìn)行定位，并對(duì)軸承鋼的表面探傷合格率做流程穩(wěn)定性分析（如圖2所示）。

從圖1可以看出，P值＞0.05，滿足正態(tài)分布；從圖2可以看出，軸承鋼表探不良數(shù)（總量-合格數(shù)）過程穩(wěn)定，但波動(dòng)較大。

2.2 測(cè)量

對(duì)表面探傷設(shè)備進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析( MSA)，了解測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)波動(dòng)源以及其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，最后給出測(cè)量系統(tǒng)是否合符使用要求的明確判斷；在測(cè)量系統(tǒng)符合使用要求的基礎(chǔ)上，對(duì)影響因子進(jìn)行初步分析，找出一個(gè)快贏因子實(shí)施改進(jìn)。

圖1 軸承鋼的表面探傷合格率概率分析（正態(tài)）

圖2 軸承鋼的表面探傷合格率不良數(shù)P控制

2.2.1 Y的測(cè)量系統(tǒng)分析

因?yàn)楸砻嫣絺细衤适峭ㄟ^自動(dòng)探傷設(shè)備檢測(cè)的，除需對(duì)自動(dòng)探傷設(shè)備及儀器校正、人員資質(zhì)、作業(yè)規(guī)范進(jìn)行分析外，還要對(duì)成品檢驗(yàn)人員的一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)是滿足測(cè)量要求的。

2.2.2 初步原因分析

繪制詳細(xì)流程（如圖3所示），查找可控影響因子（X）；查找輸入和輸出變量作業(yè)規(guī)格/條件；利用C&E矩陣分析，確定主要影響因子10個(gè)（鋼坯表面檢驗(yàn)方法、除鱗壓力、軋輥冷卻、軋輥過鋼噸位、輥道材質(zhì)、軋制操作人員、收集打包方式、剝皮當(dāng)量、剝皮速度、磨頭數(shù)量） ；確定一個(gè)快贏的可控影響因子—鋼坯表面檢驗(yàn)方法（X1），及時(shí)改進(jìn)，增加對(duì)坯料進(jìn)行拋丸、探傷、點(diǎn)磨的工序，從而減少此因子對(duì)表面探傷合格率的影響。

圖3 軸承鋼生產(chǎn)的詳細(xì)流程

2.3 分析

利用X與Y的相關(guān)性矩陣（見表1），根據(jù)數(shù)據(jù)類型選擇雙t檢驗(yàn)或單因子方差，對(duì)剩下的9個(gè)可控影響因素（X）進(jìn)行圖形分析、量化分析以及技術(shù)分析，計(jì)算出各因素對(duì)表面探傷合格率的影響程度 (貢獻(xiàn)率) 。

2.3.1 圖形分析、量化分析

將業(yè)務(wù)問題轉(zhuǎn)化為統(tǒng)計(jì)問題：利用雙t檢驗(yàn)或單因子方差分析驗(yàn)證不同X是否與對(duì)應(yīng)的小Y比例的影響是否顯著。

以X2除鱗壓力與Y3麻面關(guān)系的分析為例，由于項(xiàng)目研究的產(chǎn)品為軸承鋼，所以對(duì)除鱗壓力的分析主要是針對(duì)軸承鋼生產(chǎn)進(jìn)行的，原設(shè)計(jì)將高壓水除鱗壓力設(shè)定為18 MPa，壓力過小，會(huì)出現(xiàn)氧化鐵皮清除不徹底的情況。因該廠高壓水除鱗的極限壓力為26 MPa,通過多次與其他單位對(duì)標(biāo)討論，并結(jié)合該廠的設(shè)備特點(diǎn)和實(shí)際生產(chǎn)情況，決定將除鱗壓力分別設(shè)定在18 MPa和24 MPa進(jìn)行試驗(yàn)研究，找出除鱗壓力與麻面是否有關(guān)系。

表1 X與Y相關(guān)性矩陣

利用假設(shè)檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，通過試驗(yàn)、數(shù)據(jù)收集，運(yùn)用Minitab軟件分析除鱗壓力與麻面比例的關(guān)系，如圖4所示。Ho假設(shè)：除鱗壓力對(duì)麻面比例沒有影響；Ha假設(shè)：除鱗壓力對(duì)麻面比例有影響。

圖4 麻面比例三合一分析

從圖4可以看出，除鱗壓力與麻面比例相關(guān)。

運(yùn)用雙t檢驗(yàn)對(duì)除鱗壓力對(duì)麻面比例的影響進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5所示。

圖5 麻面比例箱

從圖5可以看出，P ＝ 0.000 ＜0.05，拒絕原假設(shè)Ho，接受備假設(shè)Ha。這說明除鱗壓力對(duì)麻面比例有影響，當(dāng)除鱗壓力為18 MPa時(shí)，麻面比例較高；當(dāng)除鱗壓力為24 MPa時(shí)，麻面比例較低。因此，盡可能利用除鱗壓力與麻面比例的關(guān)系來(lái)控制合格率，在改善階段對(duì)改善效果進(jìn)行驗(yàn)證。

通過運(yùn)用以上分析方法對(duì)9個(gè)可控影響因素逐一進(jìn)行分析，確定9個(gè)因子與表面探傷合格率均相關(guān)，且有4個(gè)快贏改善X因子（見表2）可直接采取措施進(jìn)行改善，減少其對(duì)表面探傷合格率的影響。

表2 快贏改善

2.4 改進(jìn)

針對(duì)分析得出的改善難度較大的五個(gè)關(guān)鍵X因子，分別提出了改善思路，并按照實(shí)施時(shí)間短至長(zhǎng)、涉及范圍小至大、改進(jìn)難度易至難、改善效果明顯至顯著等原則，按1、3、9的打分準(zhǔn)則分別從四個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，分?jǐn)?shù)高表示容易改善，分?jǐn)?shù)低表示難以改善，并根據(jù)總分由高到低的順序（見表3），指導(dǎo)改善的優(yōu)先序[2]。

表3 改善對(duì)應(yīng)

從表3可以看出，因子改善及確保落實(shí)的優(yōu)先順序?yàn)?X2—X4—X8—X9—X10。

針對(duì)分析出的關(guān)鍵因子進(jìn)行分析改進(jìn)，以對(duì)X2改進(jìn)分析為例，針對(duì)分析出的潛在失效原因——除鱗壓力設(shè)定不合理實(shí)施改進(jìn)，改善因除鱗壓力設(shè)置不合理，除鱗效果不佳，氧化鐵皮清除不徹底，軋制過程易壓入，導(dǎo)致軋材表面產(chǎn)生麻面的現(xiàn)象，將除鱗壓力由18 MPa提高到24 MPa,并在高壓水除鱗后增加了一個(gè)機(jī)械除鱗裝置。措施實(shí)施后，軋材表面的麻面現(xiàn)象明顯減少。

將改善后收集的數(shù)據(jù)和改善前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。

圖6 X2改善檢查三合一分析

對(duì)有交互影響的因子（磨頭數(shù)量X8、剝皮當(dāng)量X9、剝皮速度X10），在滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)的條件下，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)挑選最優(yōu)方案。利用MiniTab設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，試驗(yàn)結(jié)果見表4，試驗(yàn)結(jié)果的三合一分析如圖7所示。

表4 磨頭數(shù)量X8、剝皮當(dāng)量X9、剝皮速度X10的試驗(yàn)結(jié)果

圖7 試驗(yàn)結(jié)果三合一分析

從圖7可以看出，磨頭個(gè)數(shù)與剝皮速度有顯著交互作用，運(yùn)用軟件對(duì)磨頭個(gè)數(shù)與剝皮速度的匹配進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，找出最優(yōu)的方案，結(jié)果如圖8所示。

通過響應(yīng)優(yōu)化器優(yōu)選出了最佳的參數(shù)組合，因?yàn)楹细衤适且粋€(gè)望大的數(shù)據(jù)，所以合格率最高時(shí)的磨頭個(gè)數(shù)為12個(gè)，剝皮速度為600 r/min，這個(gè)組合是最佳的。

圖8 響應(yīng)優(yōu)化器結(jié)果

通過過程快贏及各項(xiàng)改進(jìn)措施的實(shí)施，圓鋼的表面缺陷大幅度減少，表面質(zhì)量明顯提高，減少了剝皮工序,可以直接進(jìn)行拋丸探傷，工序成本降低了100元/噸，表面探傷合格率由改進(jìn)前的平均84.3%提高到88.27%，且減少了剝皮工序，達(dá)到項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)，改善效果明顯。

2.5 控制

為確定改進(jìn)有效并持續(xù)進(jìn)行，針對(duì)改進(jìn)措施制定控制方案，并納入控制計(jì)劃，使改進(jìn)文件化、標(biāo)準(zhǔn)化。通過統(tǒng)計(jì)過程控制 (SPC)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而達(dá)到保證改進(jìn)質(zhì)量的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

精益六西格瑪是解決技術(shù)質(zhì)量問題的一種系統(tǒng)有效的方法，通過DMAIC (定義、測(cè)量、分析、改善、控制) 五個(gè)步驟準(zhǔn)確分析出影響表面探傷合格率的真正原因，優(yōu)于傳統(tǒng)的問題處理方法，傳統(tǒng)方法采用排除法從疑似因子中找真因，存在問題定位不準(zhǔn)確，效率低落弊端。精益生產(chǎn)與六西格瑪管理的結(jié)合，其本質(zhì)是消除浪費(fèi)。精益六西格瑪管理的目的是通過整合精益生產(chǎn)與六西格瑪管理，吸收兩種生產(chǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)單個(gè)生產(chǎn)模式的不足，達(dá)到更佳的管理效果。從數(shù)據(jù)找規(guī)律；根據(jù)機(jī)理和規(guī)律找真因，根據(jù)證據(jù)抓真因；機(jī)理分析透徹，確定真因準(zhǔn)確。逐個(gè)分析與改善，改善效果明顯。