楊 平

（山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031）

1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法簡(jiǎn)介

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法早先由日本質(zhì)量管理專(zhuān)家田口玄一提出，在日本得到大力推廣，對(duì)日本的經(jīng)濟(jì)騰飛起到了巨大的作用。該方法可以廣泛地運(yùn)用在企業(yè)的質(zhì)量攻關(guān)、提高產(chǎn)量、降低成本等活動(dòng)中。該方法的特點(diǎn)是：實(shí)驗(yàn)次數(shù)少，優(yōu)化方案快，節(jié)約大量人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。一般不需要投資，不影響生產(chǎn)，不會(huì)給企業(yè)帶來(lái)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(jì)效益，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法推廣應(yīng)用成功案例

山西大學(xué)商務(wù)學(xué)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在多個(gè)中小企業(yè)實(shí)施正交試驗(yàn)法取得了成功，救活了多家企業(yè)，獲得了多項(xiàng)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(chǎng)從江蘇引進(jìn)雙氰胺生產(chǎn)技術(shù)，建成設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)500 t雙氰胺。建廠(chǎng)當(dāng)年雙氰胺在國(guó)際市場(chǎng)上走俏，產(chǎn)品供不應(yīng)求，售價(jià)高達(dá)15 000元/t。市場(chǎng)雖好，但該廠(chǎng)生產(chǎn)不景氣，年產(chǎn)量?jī)H達(dá)380 t，產(chǎn)量少、成本高，虧損嚴(yán)重，于是該廠(chǎng)廠(chǎng)長(zhǎng)請(qǐng)王天保教授對(duì)企業(yè)進(jìn)行診斷。進(jìn)廠(chǎng)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(yán)，未找到最佳工藝條件，于是雙方簽訂了校企聯(lián)合立項(xiàng)攻關(guān)協(xié)議，由王天保教授帶領(lǐng)8名大學(xué)生利用學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，針對(duì)全廠(chǎng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。實(shí)驗(yàn)方案如下：

2.1.1 提高石灰氮質(zhì)量和產(chǎn)量的正交試驗(yàn)

雙氰胺產(chǎn)品是煤炭深加工項(xiàng)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(dāng)時(shí)該廠(chǎng)石灰氮的有效含氮量?jī)H為18%，這樣指標(biāo)的石灰氮只能算二級(jí)品（一級(jí)品有效含氮量應(yīng)為18%以上，優(yōu)級(jí)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(jìn)行氮化反應(yīng)，生成石灰氮。

經(jīng)診斷發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)該廠(chǎng)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(guò)厚，氮?dú)夂茈y進(jìn)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?jī)H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(jì)了正交試驗(yàn)方案：把加料溫度作為一個(gè)因素，加料溫度仍然定為900℃，而把原來(lái)停止加料的溫度由820℃提高到880℃，這就把溫差由原來(lái)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(duì)原來(lái)加料過(guò)厚，層料中間不能徹底氮化的問(wèn)題，王天保教授縮短了加料的時(shí)間間隔，勤填少加，使料層變薄，氮?dú)夂苋菀走M(jìn)入料層內(nèi)部，使中間料層能夠徹底氮化。

王天保教授從當(dāng)年5月1日按照新方案開(kāi)始控制，經(jīng)過(guò)努力，5月份石灰氮的產(chǎn)量就達(dá)到376 t，比該廠(chǎng)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(dá)到優(yōu)級(jí)品。后來(lái)又在很短的時(shí)間內(nèi)，把原來(lái)廠(chǎng)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(xiàng)，就節(jié)省了40多萬(wàn)元（1 t廢品價(jià)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(guò)正交試驗(yàn)法優(yōu)化了工藝以后，從5月份開(kāi)始至年底，當(dāng)年優(yōu)級(jí)品雙氰胺產(chǎn)量就達(dá)到554 t，超過(guò)了該廠(chǎng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500 t。

2.1.2 擴(kuò)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(duì)產(chǎn)品烘干機(jī)的烘干能力僅為500 t，不能適應(yīng)高產(chǎn)要求的問(wèn)題，王天保教授指導(dǎo)該廠(chǎng)于第二年就又開(kāi)始對(duì)烘干工序進(jìn)行了技術(shù)改造，增加了一條烘干線(xiàn)，達(dá)到了年產(chǎn)1 000 t雙氰胺的能力，比設(shè)計(jì)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(chǎng)借助大好時(shí)機(jī)，開(kāi)始引進(jìn)外資。王天保教授代表中方與日本商家進(jìn)行談判，順利實(shí)現(xiàn)中日合資，成立了“正欣雙氰胺有限責(zé)任公司”。日本商家注入資金，王天保教授指導(dǎo)該廠(chǎng)對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)改造后，該廠(chǎng)竟達(dá)到年產(chǎn)2 000 t的生產(chǎn)能力。

之后，王天保教授又進(jìn)行了降低石灰氮耗量的實(shí)驗(yàn)。原來(lái)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(duì)于年產(chǎn)2 000 t雙氰胺的該廠(chǎng)，一年僅降低成本一項(xiàng)就節(jié)約了1 200萬(wàn)元?？梢?jiàn)正交試驗(yàn)法是不要投入，可見(jiàn)大效，一本萬(wàn)利、長(zhǎng)期獲益的好方法。

該項(xiàng)成果經(jīng)省科委組織的專(zhuān)家鑒定，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并且獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

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(chǎng)當(dāng)時(shí)花18萬(wàn)從天津化工研究所購(gòu)買(mǎi)了用毒重石（碳酸鋇）生產(chǎn)八水氫氧化鋇的專(zhuān)利，工藝流程為：碳酸鋇礦石（經(jīng)過(guò)煅燒）——氧化鋇（浸泡）——?dú)溲趸^——結(jié)晶（八水氫氧化鋇）

因該項(xiàng)專(zhuān)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(guò)工業(yè)中試，仍然停留在實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)狀態(tài)，不能用于工業(yè)批量生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)山西有5家購(gòu)買(mǎi)了此項(xiàng)專(zhuān)利，結(jié)果均因嚴(yán)重虧損而倒閉，僅剩榆次鋇鹽廠(chǎng)一家。該廠(chǎng)經(jīng)過(guò)一年試生產(chǎn)，虧損90多萬(wàn)元，也瀕臨倒閉轉(zhuǎn)產(chǎn)的狀態(tài)。情急之下，該廠(chǎng)廠(chǎng)長(zhǎng)慕名邀請(qǐng)王天保教授進(jìn)廠(chǎng)診斷。雙方簽訂了合作攻關(guān)協(xié)議，并在省科委立項(xiàng)。

王天保教授利用正交試驗(yàn)法，對(duì)碳酸鋇煅燒工藝進(jìn)行攻關(guān)，把原來(lái)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(jī)物的辦法解決煅燒罐破裂問(wèn)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(guò)關(guān)問(wèn)題。通過(guò)一系列的改進(jìn)，使得該廠(chǎng)產(chǎn)量由原來(lái)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(chǎng)不僅沒(méi)有倒閉轉(zhuǎn)產(chǎn)，還進(jìn)行了擴(kuò)建，已成為全國(guó)最大的鋇鹽生產(chǎn)基地和榆次地區(qū)利稅大戶(hù)。

該項(xiàng)成果經(jīng)省科委組織的專(zhuān)家鑒定，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并且獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

2.3 提高金屬鎂煅燒活性度

王天保教授還對(duì)評(píng)定金屬鎂廠(chǎng)的金屬鎂生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，使該廠(chǎng)的煅燒活性度由24%以下提高到34%以上，超過(guò)了部頒標(biāo)準(zhǔn)，獲得QC成果獎(jiǎng)。

2.4 應(yīng)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)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(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，獲得發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利各一項(xiàng)。這是正交試驗(yàn)法在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)發(fā)明運(yùn)用的成功案例。

3 中小企業(yè)推廣正交試驗(yàn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有及其重要的地位。一部分中小企業(yè)經(jīng)營(yíng)成功，但還有相當(dāng)一部分中小企業(yè)由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力弱，缺乏人才，管理混亂，工藝管理不嚴(yán)，未在最佳狀況運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(yàn)法，結(jié)合本企業(yè)生產(chǎn)工藝或新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，運(yùn)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量，而且好的項(xiàng)目可以廠(chǎng)校聯(lián)合立項(xiàng)攻關(guān)。實(shí)踐證明這是可行的，王天保教授推廣應(yīng)用正交試驗(yàn)法是高校和企業(yè)結(jié)合的一個(gè)典范，他的“改革畢業(yè)實(shí)習(xí)，闖產(chǎn)學(xué)研結(jié)合之路”的課題曾獲山西省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，企業(yè)獲利、師生獲益。