韩 强，时 晓，王晓丽，杨恒远，刘 跃
（潍柴重机股份有限公司，山东 潍坊 261001）
六西格玛是一套系统的、集成的业务改进方法体系，是旨在持续改进组织业务流程，实现顾客满意的管理方法。通过系统地、集成地采用业务改进流程，实现无缺陷的六西格玛设计（design for six sigma，DFSS），并对现有过程进行过程界定（define）、测量（measure）、分析（analyze）、改进（improve）、控制（control）——简称DMAIC 流程，消除过程缺陷和无价值作业从而提高质量和服务、降低成本、缩短运转周期，达到顾客完全满意，增强组织竞争力[1]。
经过数据统计某型曲轴生产过程中，曲轴弯曲率高达5.5%，高于同类水平，导致生产成本大大提高，为解决此问题，使用DMAIC 方法进行改进，最终弯曲率降至2%以下。为更好说明使用六西格玛方法解决此问题的过程，本文将从DMAIC 的顺序介绍各个阶段开展的工作。
六西格玛在统计学上表示一个流程或产品在100 万次使用机会中只出现3～4 个缺陷，六西格玛管理的目标是消除变量、优化流程、提高质量，满足客户需求[2]。
依靠统计学解决问题是六西格玛管理的特点，其运用因果图、流程图、时间序列图、矩阵图和回归分析等工具进行数据分析。而EXCEL 作为统计分析工具，通过自定义公式，可以绘制多种统计图形，直接显示数据分析的结果，充分满足六西格玛管理各个阶段的数据测量、收集、分析和改进的需求，是实施全面六西格玛管理的重要工具[3]。
2.1 定义阶段（define）
统计分析发现生产某系列曲轴弯曲率（高达5.5%）已影响加工单位生产计划，并多次进行反馈，为提高客户满意度，降低生产成本，本项目将对降低曲轴弯曲率进行分析。所以本项目的CTQ 为：降低中速机曲轴弯曲率，Y 定义为中速机曲轴弯曲率。同时明确曲轴弯曲率基线水平为5.5%，目标水平为2%.Y 的缺陷定义如表1 所示，表现形式如图1 所示。
图1 缺陷表现形式
表1 缺陷定义
2.2 测量阶段（measure）
测量阶段主要任务是对关键指标Y 的数据真实性检验，并定性的筛选出一些Y 的影响因子X，同时在该阶段针对可能的关键X 采取快速改善措施[4]。
目前曲轴弯曲的检测方法是，由检验人员对曲轴划线检测，得出的结果为合格品或不合格品，因此测量误差主要来自于检验人员的操作（属性一致性分析）。具体方法是：由项目组挑选30 件某型号曲轴，其中5 件为不合格品，由3 名检验人员分别依次检验，不得相互交流结果，独自完成。部分检验结果如表2（其中1 代表合格品，0 代表不合格品）所示，EXCEL 分析结果如表3 所示。
表2 数据收集表
表3 评估一致性结果
EXCEL 分析结果显示评审人员自身、人员之间、人员与标准的Kappa 值均超过0.8，该测量系统满足要求。后续从人机料法环等方面先后做宏观流程图、微观流程图、C&E 矩阵、FMEA 分析对因子X进行定性筛选，筛选出7 个因子，输出因子改善计划如表4 所示，并X4 进行快赢改进。
表4 因子改善计划表
如图2 所示，改进前，打箱粗清后气眼针长度在8 mm～15 mm，热处理放置曲轴时，因曲轴结构原因，气眼针位置位于底部，导致曲轴放置不平，使在高温热处理过程中曲轴易弯曲变形。如图3 所示，改进后，要求粗清操作者反复清理残留气眼针，因粗清设备的局限性，控制气眼针粗清后长度在3 mm以内，后期通过持续改进粗清设备，保证粗清彻底。
图2 粗清改进前
图3 粗清改进后
2.3 分析阶段（Analyze）
分析阶段主要任务是针对固化时间、封箱工艺、压火时间、残留冒口、垫铁成分、垫铁数量6 个关键因子进行分析，如表5 所示，进一步筛选出显著的真正的关键因子。
表5 关键因子分析
对X1 进行回归分析并建立回归方程：弯曲率=6.11 -0.157 ×固化时间。使用残差分析对回归方程进行诊断发现残差都正常，从而确信建立的回归模型是合理的。使用方差分析法对回归方程进行显著性检验得出P<0.05，从而说明固化时间对曲轴弯曲率影响显著。
对X3（压火时间），本项目小组采用卡方检验的方式进行验证，选用两种压火时间。方案一：压火时间24 h，即浇注后24 h 打箱；
方案二，压火时间48 h，即浇注后48 h 打箱。通过收集数据进行卡方检验（如表6 所示）P=0.596>0.05，说明压火时间对曲轴弯曲影响不显著。
表6 X3 因子压火时间卡方检验
对X2（封箱工艺）采用卡方检验的方式，选用两种封箱工艺进行封箱，如图4 所示。方案一：一侧增加石棉垫进行封箱。方案二：只采用封箱膏封箱。通过收集数据进行卡方检验，如表7 所示，P=0.044<0.05，说明封箱工艺对曲轴影响显著
表7 X2 因子封箱工艺卡方检验
图4 封箱工艺
对X5（残留冒口）分析，曲轴冒口位于曲轴一端，且重量较大，在高温正火过程中曲轴整体强度下降，一侧的冒口会压着曲轴产生弯曲，如图5 所示。因此在热处理前割掉冒口，会降低曲轴弯曲度。本小组采用卡方检验的方式验证残留冒口对曲轴弯曲的影响，选用两种切割冒口方案分别进行试验。方案一：热处理后割冒口；
方案2：热处理前割冒口。通过收集数据进行卡方检验，如表8 所示，P=0.045<0.05，说明残留冒口对曲轴弯曲影响显著。
表8 X5 因子残留冒口卡方检验
图5 残留冒口导致曲轴弯曲
对X6（垫铁成分），垫铁成分现有两种分别是球墨铸铁与灰铸铁，这两种铸铁力学性能不同，且多次正火后烧损严重（见如图6），可能会对曲轴弯曲产生影响，现采用卡方检验的方式验证垫铁成分曲轴弯曲的影响，选用两种成分的垫铁方案分别进行试验。通过收集数据进行卡方检验，如表9 所示，P=0.8>0.05，说明垫铁成分对曲轴弯曲对影响不显著。
表9 X6 因子垫铁成分卡方检验
图6 垫铁烧损
对X7（垫铁数量）采用卡方检验的方式，选用两种垫铁数量方案分别进行试验，如图7 所示。方案一：曲轴两端与中间加垫铁；
方案二：曲轴两端与中间三处加垫铁。通过收集数据进行卡方检验，如表10 所示，P=0.8>0.05，说明垫铁数量对曲轴弯曲对影响不显著。
表10 X7 因子垫铁数量卡方检验
图7 垫铁数量方案
A 阶段完成之后，筛选出X1、X2、X5 因子影响显著，X2、X5 因子随即进行改善，X1 因子在I 阶段进行改善。
2.4 改进阶段（Improve）
工作改进阶段主要任务是针对X1（固化时间）实施改善对策，确定最佳参数。对X1（固化时间）进行单因子实验，共设置23 个水平，每组水平5 个样本，部分实验结果如表11 所示。从主交应图（见图8）中可看出：弯曲度随固化时间呈下降趋势；
固化时间大于18 h 时，弯曲度相对较低。
表11 单因子实验结果
根据拟合线图（见图8）得出回归方程：
图8 主效应图及拟合曲线
曲轴弯曲度=4.478+0.1 268×固化时间1-0.02 448×固化时间2+0.000 665×固化时间3.
由拟合曲线图可知，固化时间为18 h～25 h，弯曲度在2.5 mm～2.8 mm 以内。由于当固化时间为22 h时，曲轴弯曲度已较低，故认为固化时间为22 h 为最佳工艺参数。
2.5 控制阶段
控制阶段主要任务是将前面阶段制定的改善措施固化下来，并对改善结果及交益情况最终确认。对措施实施之后交果进行确认，某系列曲轴一个月内生产183 支，弯曲返修3 支，弯曲率降至1.64%，完成了项目目标，对项目收益进行核算，预计年产生经济交益4.93 万元。
通过六西格玛DMAIC 流程的开展，与单位生产实际相结合，全面分析了影响曲轴弯曲率的原因，并采取合理方法解决问题，使曲轴弯曲率由5.5%降低到1.64%，提高了客户满意度，节约了成本。
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