六西格玛管理在8030铝合金导体开发中的应用

柳尧裕， 徐 静

(远东电缆有限公司，江苏宜兴214257)

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8030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、生产效率低等问题，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。

根据六西格玛改进的特点，选用了适合产品改进的“DMAIC”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(CTQ)，铝合金线抗拉强度≥103 MPa、20℃时导体电阻率≤0.028 170 Ω·mm2/m、伸长率≥10%。

使用宏观流程图确定项目流程(见图1)，制定项目总体计划和日程安排表，选择各角色人员并分配工作职责，正式组建项目团队，完成项目授权。

1.2 测量阶段

对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

对CTQ进行过程失效模式及后果分析(PFMEA)，对铝合金导体性能的影响因素进行筛选，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，通过分析可知，铝合金杆的性能决定合金线的性能，并且建立了杆与线性能的回归方程。通过回归方程和铝合金线的CTQ推导出合金杆的性能指标，性能指标为:铝合金杆强度110～130 MPa、20℃时导体电阻率≤0.028592Ω·mm2/m、伸长率≥15%。

图1 宏观流程图

铝合金杆的主要成分是 Cu、Fe、Si和Re，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，因此需通过分析阶段找出影响铝合金杆性能的关键因素，分析结果为Cu和Fe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，Cu和Re含量、浇铸机速度影响铝合金杆的电阻率，Cu和Fe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

铝合金线和铝合金杆的影响因素确定后，根据影响因素对合金杆的成分和连铸连轧工艺进行改进，以提高合金杆的性能。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Fe、Cu和Re含量，提高合金性能。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 铝合金杆成分改进因素水平表

表2 铝合金杆成分改进综合信噪比分析结果(n=2)①n=2为每种试验方案，试验结果分析时取两根铝合金杆进行测试。

从表2可以看出，最佳方案为A2B3C1，即成分为Fe(0.65±0.05)%、Cu(0.045±0.005)%、Re(0.1±0.01)%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)正交试验表，找出最佳的工艺参数，使得铝合金杆的性能达到最优。铝合金杆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 铝合金杆工艺改进因素水平表

表4 铝合金杆工艺改进综合信噪比分析结果(n=2)

从表4可以看出，最佳方案为A3B2C1，即连铸连轧工艺参数为:浇铸机速度(850±5)rpm;乳化液温度(50±2)℃、乳化液压力(0.3±0.01)MPa时，生产的铝合金杆性能综合信噪比最高，合金杆性能最好。

(3)挤铝工艺改进

应用田口分析找出挤铝工艺的最佳方案。用改进阶段确定的最佳成分和工艺方案生产的铝合金杆进行挤铝，铝合金杆强度为 113.7 MPa、电阻率0.028492 Ω·mm2/m、伸长率21.4%，按照田口设计方案进行挤铝，选用L9(34)正交试验表，具体因素水平表见表5，田口分析结果见表6。

表5 挤铝工艺正交试验因素水平表

表6 挤出铝合金线综合信噪比试验结果(n=10)

从表6可看出，当选用A2B3的试验方案时，铝合金线性能的综合信噪比最高，即压缩比4.0，挤压转速(13±0.1)rpm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

1.5 控制阶段

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中控制方法为单值移动极差控制图(I-MR图)，判定标准为控制图判定标准。

表8 控制计划表

2 项目收益

(1)通过六西格玛改进在“8030铝合金导体配方开发”项目中的实践应用，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1 605.7万元。

(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;提高了团队人员业务水平及公司品牌美誉度。

(4)项目实施后，有效地提高了8030铝合金电缆的质量和销售量，进一步提升了公司在客户心目中的形象。

3 结束语

六西格玛管理应用在配方型项目的开发中，可以缩减试验次数，减少试验成本，高效地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，实现企业可持续发展。