正交試驗設計法在中小企業的推廣實例

楊 平

（山西大學商務學院，山西 太原 030031）

1 正交試驗設計法簡介

正交試驗設計法早先由日本質量管理專家田口玄一提出，在日本得到大力推廣，對日本的經濟騰飛起到了巨大的作用。該方法可以廣泛地運用在企業的質量攻關、提高產量、降低成本等活動中。該方法的特點是：實驗次數少，優化方案快，節約大量人力、物力、財力和時間。一般不需要投資，不影響生產，不會給企業帶來任何損失，能很快找出最優方案，然后按照最優方案控制生產，提高企業經濟效益，實現優質、高產、低耗。

2 正交試驗設計法推廣應用成功案例

山西大學商務學院王天保教授以其深厚的技術功底及在企業和高校多年工作的實踐經驗，在多個中小企業實施正交試驗法取得了成功，救活了多家企業，獲得了多項科技成果。

2.1 雙氰胺生產工藝的優化研究

娘子關雙氰胺廠從江蘇引進雙氰胺生產技術，建成設計生產能力為年產500 t雙氰胺。建廠當年雙氰胺在國際市場上走俏，產品供不應求，售價高達15 000元/t。市場雖好，但該廠生產不景氣，年產量僅達380 t，產量少、成本高，虧損嚴重，于是該廠廠長請王天保教授對企業進行診斷。進廠調研后，王天保教授發現該企業管理混亂，工藝控制不嚴，未找到最佳工藝條件，于是雙方簽訂了校企聯合立項攻關協議，由王天保教授帶領8名大學生利用學生畢業實習的機會，針對全廠存在的問題進行了技術攻關。實驗方案如下：

2.1.1 提高石灰氮質量和產量的正交試驗

雙氰胺產品是煤炭深加工項目，生產工藝流程為：煤——焦炭——電石——石灰氮——雙氰胺。

石灰氮是生產雙氰胺的主要原料，當時該廠石灰氮的有效含氮量僅為18%，這樣指標的石灰氮只能算二級品（一級品有效含氮量應為18%以上，優級品有效含氮量應為20%以上）。石灰氮的生產原理為，電石在高溫下進行氮化反應，生成石灰氮。

經診斷發現，當時該廠的工藝規定：900℃加料，820℃停止加料。冷料加入氮化爐內，因吸熱反應而溫度下降，且加料層過厚，氮氣很難進入料層內部，致使這層料中間不能徹底氮化，結果造成大批有效含氮量僅為15%以下的廢品堆積如山，前后約200余t廢品。

王天保教授在遵循生產工藝要求的前提下，設計了正交試驗方案：把加料溫度作為一個因素，加料溫度仍然定為900℃，而把原來停止加料的溫度由820℃提高到880℃，這就把溫差由原來的80℃減少到20℃，使得冷料入爐后，也能夠保持正常爐溫。另外，針對原來加料過厚，層料中間不能徹底氮化的問題，王天保教授縮短了加料的時間間隔，勤填少加，使料層變薄，氮氣很容易進入料層內部，使中間料層能夠徹底氮化。

王天保教授從當年5月1日按照新方案開始控制，經過努力，5月份石灰氮的產量就達到376 t，比該廠4月份石灰氮的產量200 t提高了88%。這批石灰氮不僅產量高，質量也特別好，376 t石灰氮的有效含氮量均在22%以上，全部達到優級品。后來又在很短的時間內，把原來廠內堆積的200余t廢品全部搭配用完，僅回收利用廢品一項，就節省了40多萬元（1 t廢品價值2 200元）。在完成氮化工序攻關的基礎上，緊接著又優化了雙氰胺的聚合和結晶工序。

經過正交試驗法優化了工藝以后，從5月份開始至年底，當年優級品雙氰胺產量就達到554 t，超過了該廠的設計生產能力500 t。

2.1.2 擴大雙氰胺產量，降低雙氰胺生產成本的工藝優化

產量提高以后，針對產品烘干機的烘干能力僅為500 t，不能適應高產要求的問題，王天保教授指導該廠于第二年就又開始對烘干工序進行了技術改造，增加了一條烘干線，達到了年產1 000 t雙氰胺的能力，比設計生產能力年產500 t提高了整整1倍，使企業扭虧為盈。

企業盈利后，該廠借助大好時機，開始引進外資。王天保教授代表中方與日本商家進行談判，順利實現中日合資，成立了“正欣雙氰胺有限責任公司”。日本商家注入資金，王天保教授指導該廠對生產線改造后，該廠竟達到年產2 000 t的生產能力。

之后，王天保教授又進行了降低石灰氮耗量的實驗。原來每噸雙氰胺耗石灰氮7 t，優化后，噸耗降低至4 t以下。每噸雙氰胺的成本降低了6 000多元。對于年產2 000 t雙氰胺的該廠，一年僅降低成本一項就節約了1 200萬元。可見正交試驗法是不要投入，可見大效，一本萬利、長期獲益的好方法。

該項成果經省科委組織的專家鑒定，達到國內領先水平，并且獲省科技進步獎。

2.2 八水氫氧化鋇生產工藝優化研究

榆次市鋇鹽化工廠當時花18萬從天津化工研究所購買了用毒重石（碳酸鋇）生產八水氫氧化鋇的專利，工藝流程為：碳酸鋇礦石（經過煅燒）——氧化鋇（浸泡）——氫氧化鋇——結晶（八水氫氧化鋇）

因該項專利僅僅能夠用毒重石（碳酸鋇）生產出八水氫氧化鋇，但未經過工業中試，仍然停留在實驗室的技術狀態，不能用于工業批量生產。當時山西有5家購買了此項專利，結果均因嚴重虧損而倒閉，僅剩榆次鋇鹽廠一家。該廠經過一年試生產，虧損90多萬元，也瀕臨倒閉轉產的狀態。情急之下，該廠廠長慕名邀請王天保教授進廠診斷。雙方簽訂了合作攻關協議，并在省科委立項。

王天保教授利用正交試驗法，對碳酸鋇煅燒工藝進行攻關，把原來的轉化率20%~30%（且很不穩定）一舉提高到90%以上，并用在煅燒罐內添加有機物的辦法解決煅燒罐破裂問題；加真空吸濾收回廢渣中的成品；用真空結晶解決成品質量不過關問題。通過一系列的改進，使得該廠產量由原來的75 t/月提高到310 t/月。未加入投資，產量提高了3倍。該廠不僅沒有倒閉轉產，還進行了擴建，已成為全國最大的鋇鹽生產基地和榆次地區利稅大戶。

該項成果經省科委組織的專家鑒定，達到國內領先水平，并且獲省科技進步獎。

2.3 提高金屬鎂煅燒活性度

王天保教授還對評定金屬鎂廠的金屬鎂生產工藝進行優化，使該廠的煅燒活性度由24%以下提高到34%以上，超過了部頒標準，獲得QC成果獎。

2.4 應用正交試驗法進行產品開發

王天保教授幫助曾被通知停業整頓的榆次安華滅火器材有限公司生產的EBM氣溶膠滅火器進行技術攻關，獲得發明專利和實用新型專利各一項。這是正交試驗法在產品開發發明運用的成功案例。

3 中小企業推廣正交試驗法的必要性

山西省中小企業發展迅速，數量較大，在國民經濟中占有及其重要的地位。一部分中小企業經營成功，但還有相當一部分中小企業由于經濟實力弱，缺乏人才，管理混亂，工藝管理不嚴，未在最佳狀況運行，經濟效益差。這些中小企業往往資金緊張、融資困難、發展緩慢、生存艱難，急需走出困境，盡快良性發展。而正交試驗法正是解決企業生存發展的一劑良藥。

建議中小企業技術人員掌握正交試驗法，結合本企業生產工藝或新產品開發，運用正交試驗法進行優化，改進產品質量，提高產量，而且好的項目可以廠校聯合立項攻關。實踐證明這是可行的，王天保教授推廣應用正交試驗法是高校和企業結合的一個典范，他的“改革畢業實習，闖產學研結合之路”的課題曾獲山西省優秀教學成果一等獎，企業獲利、師生獲益。