六西格玛管理在降低曲轴弯曲率中的应用

时间:2023-06-15 17:05:03 公文范文 来源:网友投稿

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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