王歡 侯經(jīng)韜 紀(jì)劍峰

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830000）

1 研究背景

六西格瑪管理以產(chǎn)品、流程的持續(xù)改進(jìn)為基本策略，通過(guò)理念、文化和方法體系的系統(tǒng)集成，最大限度地消除缺陷、消除浪費(fèi)、降低成本，為客戶(hù)創(chuàng)造完美的價(jià)值，提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力[l-4]。目前世界500 強(qiáng)和我國(guó)100 強(qiáng)的大部分企業(yè)都已經(jīng)實(shí)施了六西格瑪管理，西格瑪水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力與競(jìng)爭(zhēng)力的最有效的指標(biāo)。美國(guó)公司的六西格瑪平均水平已從十年前的三西格瑪左右提高到了接近五西格瑪?shù)乃?，日本已超過(guò)了5.5 西格瑪?shù)乃?，而我?guó)整體的西格瑪水平還比較低[5]。

4043 鋁合金由于具有熔化后流動(dòng)性好、熔點(diǎn)低和結(jié)晶溫度范圍寬等特點(diǎn)，是目前用量較大的焊接用鋁合金，但由于細(xì)化劑易被硅元素毒化而難以被有效細(xì)化，晶粒粗大導(dǎo)致后續(xù)拉拔工序斷線頻繁，成為鋁加工行業(yè)的老難題。本文以4043 鋁合金桿為例，應(yīng)用六西格瑪科學(xué)管理方法找出提高4043 合金桿橫截面晶粒分布的影響因素，并最終完成優(yōu)化。

2 定義階段

定義階段是六西格瑪方法論第一個(gè)階段，主要任務(wù)是明確項(xiàng)目的改善指標(biāo)以及指標(biāo)的現(xiàn)狀和改善目標(biāo)。

項(xiàng)目改善目標(biāo)Y定義為4043合金桿橫截面細(xì)晶區(qū)面積，檢驗(yàn)方法是先采用鋁合金金相檢驗(yàn)方法顯示出合金桿橫截面的晶粒分布圖像，然后用圖像分析軟件對(duì)細(xì)晶區(qū)面積進(jìn)行測(cè)量。

圖1 合金桿細(xì)晶區(qū)面積示意圖

隨機(jī)抽取檢驗(yàn)了25個(gè)數(shù)據(jù)平均值為812006ppi，設(shè)定目標(biāo)為2300000ppi。過(guò)程能力分析Cp 為1.81，Cpk為-1.44，說(shuō)明細(xì)晶區(qū)面積指標(biāo)波動(dòng)較小，比較穩(wěn)定，但與目標(biāo)值差距較大。

圖2 鋁合金桿橫截面細(xì)晶區(qū)面積測(cè)量系統(tǒng)方差分析

3 測(cè)量階段

測(cè)量階段的重點(diǎn)工作是在定義階段工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步明確測(cè)量系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)過(guò)程分析識(shí)別改進(jìn)方向。

首先對(duì)Y的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到結(jié)論：測(cè)量系統(tǒng)GageR&R 等于3.23%，遠(yuǎn)小于30%，NDC 等于43，遠(yuǎn)大于4，量具的方差分析如圖2所示，結(jié)果顯示方差分析符合要求，測(cè)量系統(tǒng)可靠。

在確認(rèn)測(cè)量系統(tǒng)符合要求后，開(kāi)始尋找過(guò)程中對(duì)Y 有影響的影響因素，并篩選出主要的影響因素作為X。首先在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)召開(kāi)會(huì)議.利用頭腦風(fēng)暴的方法將所有認(rèn)為對(duì)Y有影響的影響因素全部梳理出來(lái)，然后利用因果矩陣按照對(duì)Y 的影響程度對(duì)所有的影響因素進(jìn)行打分、排序，再對(duì)排序靠前的影響因素進(jìn)行潛在失效模式分析，挖掘出RPN 分?jǐn)?shù)最高的8項(xiàng)最根本影響因素作為X，制定數(shù)據(jù)收集計(jì)劃進(jìn)入下一階段。

表1 數(shù)據(jù)收集計(jì)劃

4 分析階段

在證實(shí)了測(cè)量系統(tǒng)的可靠性并找到了關(guān)鍵因素X 后，執(zhí)行了數(shù)據(jù)收集計(jì)劃，并利用回歸分析對(duì)各X對(duì)Y 的影響程度進(jìn)行分析（圖3），可以看出8個(gè)影響因素中僅退火時(shí)間的P 值＞0.05，即剩余7 個(gè)影響因素均對(duì)Y的影響顯著，而退火時(shí)間*退火時(shí)間對(duì)Y的影響亦顯著。綜合結(jié)果為8 個(gè)影響因子均為顯著影響Y的影響因子，均需納入回歸方程。

圖3 各x對(duì)細(xì)晶區(qū)面積影響的驗(yàn)證

最終得到R-sq（調(diào)整）為64.57%的回歸方程為：

對(duì)該回歸方程進(jìn)行殘差分析（圖4），殘差圖正態(tài)、無(wú)特殊形狀和規(guī)律，證明模型擬合較好。

圖4 回歸方程殘差圖

同時(shí)，利用響應(yīng)優(yōu)化器，得到最優(yōu)的預(yù)測(cè)方案：乳液溫度23.4℃，收桿溫度330℃，退火溫度420℃，退火時(shí)間5小時(shí)，Sr含量0.05%，喂絲速度3m/min，進(jìn)軋溫度375℃，出坯溫度385℃。

5 改善階段

圖5 改善前后4043鋁合金桿的細(xì)晶區(qū)面積對(duì)比圖（左：改善前，右：改善后）

對(duì)響應(yīng)優(yōu)化器的最優(yōu)預(yù)測(cè)方案進(jìn)行驗(yàn)證，改善前后4043 鋁合金桿的細(xì)晶區(qū)面積對(duì)比如下圖5 所示，改善后細(xì)晶區(qū)面積均值達(dá)到2207000ppi。細(xì)晶區(qū)面積過(guò)程能力分析Cp 為1.83，Cpk 為1.21，說(shuō)明細(xì)晶區(qū)面積指標(biāo)穩(wěn)定，且與目標(biāo)值差顯著縮小，得到較大的改善。

6 控制階段

根據(jù)分析、改善階段的成果制定了控制計(jì)劃如下表2 所示?？刂齐A段的目標(biāo)是將最優(yōu)的方案固化下來(lái)，因此對(duì)各影響因素的波動(dòng)范圍進(jìn)行了規(guī)定，并根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型選用相應(yīng)的控制圖對(duì)控制效果進(jìn)行跟蹤，并指出了發(fā)生異常時(shí)的處理方案。

表2 控制計(jì)劃

7 結(jié)論

應(yīng)用六西格瑪定義、測(cè)量、分析、改善、控制五步科學(xué)方法，對(duì)4043 鋁合金桿的細(xì)晶區(qū)面積進(jìn)行了改善，最終成功將細(xì)晶區(qū)面積的過(guò)程能力由-1.44提升至1.21，并制定了控制計(jì)劃在后續(xù)生產(chǎn)中對(duì)成果進(jìn)行跟蹤。