远东电缆有限公司 柳尧裕 徐静
摘要：
六西格玛管理是在提高顾客满意度的同时降低经营成本和周期的过程方法，其实质是DMAIC业绩改进模型，是以数据为基础的质量控制方法。将六西格玛管理应用在铝合金配方开发中，大量的缩减了试验次数，节约试验成本，高效的找出最佳配方。
0引言
六西格玛设计是一个广义概念，其思想是把关键顾客需求设计到产品中，采用统计方法量化系统性能和相关设计参数、过程参数。
传统的新产品开发模式，先进行市场调研，然后进行产品试制，最后进行工业化批量试制。这种开发模式存在开发可靠性低、成本高、周期长、试验结果偏差大等缺点。而六西格玛管理方法是从界定问题开始，经过测量绩效、分析原因、实施改进、控制改进成效五个阶段，将整个过程都建立在统计分析的技术基础上，并且应用六西格玛管理中的田口分析，可以通过少量的试验次数就能找到配方中最佳成分和最佳含量。
本文以电缆用铝合金导体开发为例，介绍了六西格玛管理方法在8030铝合金导体配方开发中的应用，验证了六西格玛方法在配方改进中的有效性。
1、 8030铝合金导体六西格玛改进
目前我们生产的8030铝合金导体存在着性能不稳定、效率低等问题，现决定对铝合金导体生产工艺进行六西格玛改进，提高产品的合格率和生产效率，使铝合金电缆快速投入市场，给企业带来新的经济增长点，成为我们的首要问题。
根据六西格玛改进的特点，选用了适合产品改进的“DMAIC”六西格玛改进模型，即定义、测量、分析、改进、控制五个阶段。
1.1定义阶段
定义阶段根据关键客户要求确定了关键质量特性，关键质量特性为铝合金线抗拉强度≥103MPa、20℃时导体电阻率≤0.028170Ω·mm2/m、伸长率≥10%。
使用SPIOC工具确定项目流程（见图1），制定项目总体计划和日程安排表，选择各角色人员并制定工作职责正式组建项目团队，完成项目授权。
图1 宏观流程图
1.2测量阶段
通过对关键质量特性（CTQ）进行因果矩阵分析，初步确定铝合金导体性能的影响因素，并且通过性能指标的过程能力分析，分析现阶段铝合金导体性能所处的水平。
1.3分析阶段
通过对关键质量特性进行FMEA分析，对铝合金导体性能的影响因素进行删选，分析后确定铝合金杆电阻率、抗拉强度、伸长率、挤压转速、压缩比是铝合金导体性能的主要影响因素。将铝合金杆的性能对铝合金线的性能影响做回归分析，通过分析得到铝合金杆的性能决定合金线的性能，并且建立了杆与线的回归方程，通过回归方程和铝合金线的质量目标推导出合金杆的性能指标，性能指标为：110MPa≤铝合金杆强度≤130MPa、20℃时导体电阻率≤0.028592Ω·mm2/m、伸长率≥15%。
铝合金杆的主要成分是Cu、Fe、Si和Re，主要通过连铸连轧工艺生产铝合金杆，连铸连轧工艺较复杂、关键控制点较多，因此需通过分析找出影响铝合金杆性能的主要因素，分析结果为Fe和Cu含量，浇铸机速度、乳化液温度和乳化液压力影响铝合金杆的强度，Re和Cu含量、浇铸机速度影响铝合金杆的电阻率，Fe和Cu的含量、浇铸机速度、乳化液压力影响铝合金杆伸长率。
1.4改进阶段
（1）铝合金杆成分改进
确定铝合金线和铝合金杆影响因素后，根据影响因素对合金杆的成分和连铸连轧工艺进行改进，以提高合金线的性能指标，使产品的合格率达到100%。改进阶段应用田口分析进行改进，分为成分改进和工艺改进两部分，
成分改进时选用L9（34）正交试验表，优化Cu、Fe、和Re含量，保证合金性能，提高过程能力。因铝合金杆强度与电阻率和伸长率是相互制约的性能指标，所以我们选用综合信噪比来评价合金杆性能的高低。综合信噪比值越高，表示合金杆的性能越好。正交试验的因素水平表见表1，田口分析结果见表2。
表1成分改进因素水平表
|
水平 |
A:Fe（%） |
B: Cu（ %） |
C: Re (%） |
|
1 |
0.45±0.05 |
0.015±0.005 |
0.1±0.01 |
|
2 |
0.65±0.05 |
0.030±0.005 |
0.2±0.01 |
|
3 |
0.85±0.05 |
0.045±0.005 |
0.3±0.01 |
表2 铝合金杆成分改进综合信噪比分析结果分析（n=2）
|
A |
B |
C |
综合SN |
|
1 |
1 |
1 |
97.8314 |
|
1 |
2 |
2 |
97.1755 |
|
1 |
3 |
3 |
97.8828 |
|
2 |
1 |
2 |
98.1036 |
|
2 |
2 |
3 |
97.9494 |
|
2 |
3 |
1 |
98.6222 |
|
3 |
1` |
3 |
97.3667 |
|
3 |
2 |
1 |
98.3304 |
|
3 |
3 |
2 |
95.7246 |
从表2可以看出最佳方案为A2B3C1，即成分为Fe0.65%、Cu0.045%、Re0.1%时，铝合金杆性能的综合信噪比值最高，性能最好。
（2）铝合金杆工艺改进
工艺改进时选用L9（34）正交试验，找出最佳的工艺参数，使得铝合金杆的性能达到最优。工艺改进的正交试验因素水平表见表3，田口分析结果见表4。
表3工艺改进因素水平表
|
水平 |
A：浇铸机速度（rpm） |
B：乳化液温度(℃) |
C：乳化液压(MPa) |
|
1 |
700±5 |
40±2 |
0.3±0.01 |
|
2 |
775±5 |
50±2 |
0.7±0.01 |
|
3 |
850±5 |
60±2 |
1.2±0.01 |
表4 铝合金杆工艺改进综合信噪比分析结果分析（n=2）
|
A |
B |
C |
综合SN |
|
1 |
1 |
1 |
93.9423 |
|
1 |
2 |
2 |
93.4208 |
|
1 |
3 |
3 |
92.218 |
|
2 |
1 |
2 |
93.2239 |
|
2 |
2 |
3 |
94.6717 |
|
2 |
3 |
1 |
98.7292 |
|
3 |
1` |
3 |
96.4474 |
|
3 |
2 |
1 |
100.367 |
|
3 |
3 |
2 |
98.3599 |
从表4可以看出最佳方案为A3B2C1，即工艺参数为即浇铸机速度：850±5 rpm；乳化液温度50±2℃、乳化液压力0.3±0.01MPa时铝合金杆性能综合信噪比最高，性能最好。
（3）挤铝工艺改进
应用田口分析找出挤铝工艺的最佳方案。挤铝用铝合金杆为改进阶段的最佳成分和工艺方案生产的铝合金杆，铝合金杆强度为113.7MPa、电阻率0.028492Ω·mm2/m、伸长率21.4%，按照田口设计方案进行挤铝，选用L9（34）正交表，具体因素水平表见表5，田口分析结果见表6。
表5分析挤铝工艺正交试验因素水平表
|
水平 |
A：压缩比 （%） |
B：挤压转速 (RPM) |
|
1 |
5.3 |
5±0.1 |
|
2 |
4.0 |
9±0.1 |
|
3 |
2.4 |
13±0.1 |
表6挤出铝合金线综合信噪比试验结果
|
序号 |
A |
B |
综合SN |
|
1 |
1 |
1 |
98.1466 |
|
2 |
1 |
2 |
98.8953 |
|
3 |
1 |
3 |
98.1331 |
|
4 |
2 |
1 |
98.7817 |
|
5 |
2 |
2 |
98.4100 |
|
6 |
2 |
3 |
99.0260 |
|
7 |
3 |
1 |
98.5000 |
|
8 |
3 |
2 |
98.3027 |
|
9 |
3 |
3 |
98.2397 |
通过铝合金线综合信噪比分析可看出，当选用A2B3的试验方案时，铝合金线的综合信噪比最高，即压缩比4.0，挤压转速13rpm时生产的铝合金线性能最好。
（4）铝合金线改进效果
通过改进阶段的分析，确定了7项改进措施。用改进阶段确定的最佳工艺条件生产铝合金线，改进后效果显著，改进结果见表7。
表7铝合金线改进后结果
|
y |
强度 |
电阻率 |
伸长率 |
|
改进前均值 |
87MPa |
0.028249Ω·mm2/m |
8.9% |
|
改进后均值 |
110.958MPa |
0.028065Ω·mm2/m |
21.076% |
|
改进后过程能力指数 |
CpL 1.99 |
CPU 0.80 |
CpL 3.55 |
|
性能合格率 |
100% |
100% |
100% |
1.5控制阶段
通过将改进措施纳入管理文件，明确新的流程，保证改进成果得以保持。控制计划表见表8
表8 控制计划表
|
序号 |
所属工序 |
控制对象 |
控制目标 |
测量单位 |
控制方法 |
判定标准 |
|
1 |
原材料 |
铝锭中Ti+V+Mn+Cr 含量 |
≤0.01 |
% |
I-MR图 |
控制图判定标准 |
|
2 |
铝锭中Si含量 |
≤0.05 |
% |
I-MR图 |
控制图判定标准 | |
|
3 |
成分配比 |
Fe含量 |
0.6-0.7 |
% |
I-MR图 |
控制图判定标准 |
|
4 |
B含量 |
0.04-0.05 |
% |
I-MR图 |
控制图判定标准 | |
|
5 |
Re含量 |
0.09-0.11 |
% |
I-MR图 |
控制图判定标准 | |
|
6 |
连铸连轧 |
浇铸机速度 |
850±5 |
rpm |
I-MR图 |
控制图判定标准 |
|
7 |
乳化液温度 |
48-52 |
℃ |
I-MR图 |
控制图判定标准 | |
|
8 |
乳化液压力 |
0.3±0.01 |
MPa |
I-MR图 |
控制图判定标准 |
2 项目收益
(1) 通过以上六西格玛改进在“8030铝合金导体配方开发”项目中实践应用，公司生产的8030铝合金导体合格率由62%提高到100%，自巩固期起的一年内产生直接经济效益1605.7万元。
（2）项目实施过程中，通过各部门、各专业人员之间的沟通协作，消除了部门间的壁垒障碍，最终实现了跨部门、跨专业的无边界合作。
（3）已形成发明专利一项；提高团队人员业务水平，提高公司品牌美誉度。
(4) 项目实施后，该电缆公司8030铝合金电缆质量的提升可有效提高该产品的价格和销售量，进一步提升该电线电缆公司在电线电缆市场和客户心目中的形象，为实现公司战略目标形成有力的支撑。
3 总结
六西格玛管理应用在配方型项目开发中，可以大量缩减试验次数，减少试验成本，高效的找出关键因素和最佳工艺。六西格玛管理带给员工的是分析问题和解决问题的方法，可以提高企业产品综合质量。企业应用六西格玛管理可改进产品的管理体系、提高质量管理水平，进而提升竞争力，实现企业持续发展。