六西格瑪管理在8030鋁合金導體開發中的應用

柳堯裕， 徐 靜

(遠東電纜有限公司，江蘇宜興214257)

0 引言

六西格瑪設計是一個廣義概念，其思想是把關鍵顧客需求設計到產品中，采用統計方法量化系統性能和相關設計參數、過程參數。

傳統的新產品開發模式，先進行市場調研，然后進行產品試制，最后進行工業化批量試制。這種開發模式存在開發可靠性低、成本高、周期長、試驗結果偏差大等缺點。而六西格瑪管理方法是從界定問題開始，經過測量績效、分析原因、實施改進、控制改進成效五個階段，將整個過程都建立在統計分析的技術基礎上，并且應用六西格瑪管理中的田口分析，可以通過少量的試驗次數就能找到配方中最佳成分和最佳含量。

本文以電纜用8030鋁合金導體開發為例，介紹了六西格瑪管理方法在8030鋁合金導體配方開發中的應用，驗證了六西格瑪方法在配方改進中的有效性。

1 8030鋁合金導體六西格瑪改進

目前我們生產的8030鋁合金導體存在著性能不穩定、生產效率低等問題，現決定對鋁合金導體生產工藝進行六西格瑪改進，提高產品的合格率和生產效率，使鋁合金電纜快速投入市場，給企業帶來新的經濟增長點。

根據六西格瑪改進的特點，選用了適合產品改進的“DMAIC”改進模型，即定義、測量、分析、改進、控制五個階段。

1.1 定義階段

定義階段根據關鍵客戶要求確定了關鍵質量特性(CTQ)，鋁合金線抗拉強度≥103 MPa、20℃時導體電阻率≤0.028 170 Ω·mm2/m、伸長率≥10%。

使用宏觀流程圖確定項目流程(見圖1)，制定項目總體計劃和日程安排表，選擇各角色人員并分配工作職責，正式組建項目團隊，完成項目授權。

1.2 測量階段

對CTQ進行因果矩陣分析，初步確定鋁合金導體性能的影響因素，并且通過性能指標的過程能力分析，分析現階段鋁合金導體性能所處的水平。

1.3 分析階段

對CTQ進行過程失效模式及后果分析(PFMEA)，對鋁合金導體性能的影響因素進行篩選，分析后確定鋁合金桿電阻率、抗拉強度、伸長率、擠壓轉速、壓縮比是鋁合金導體性能的主要影響因素。將鋁合金桿的性能對鋁合金線的性能影響做回歸分析，通過分析可知，鋁合金桿的性能決定合金線的性能，并且建立了桿與線性能的回歸方程。通過回歸方程和鋁合金線的CTQ推導出合金桿的性能指標，性能指標為:鋁合金桿強度110～130 MPa、20℃時導體電阻率≤0.028592Ω·mm2/m、伸長率≥15%。

圖1 宏觀流程圖

鋁合金桿的主要成分是 Cu、Fe、Si和Re，通過連鑄連軋工藝生產鋁合金桿，連鑄連軋工藝較復雜、關鍵控制點較多，因此需通過分析階段找出影響鋁合金桿性能的關鍵因素，分析結果為Cu和Fe含量，澆鑄機速度、乳化液溫度和乳化液壓力影響鋁合金桿的強度，Cu和Re含量、澆鑄機速度影響鋁合金桿的電阻率，Cu和Fe的含量、澆鑄機速度、乳化液壓力影響鋁合金桿伸長率。

1.4 改進階段

(1)鋁合金桿成分改進

鋁合金線和鋁合金桿的影響因素確定后，根據影響因素對合金桿的成分和連鑄連軋工藝進行改進，以提高合金桿的性能。改進階段應用田口分析進行改進，分為成分改進和工藝改進兩部分。

成分改進時選用L9(34)正交試驗表，優化Fe、Cu和Re含量，提高合金性能。因鋁合金桿強度與電阻率和伸長率是相互制約的性能指標，所以選用綜合信噪比來評價合金桿性能的高低，綜合信噪比值越高，表示合金桿的性能越好。正交試驗的因素水平表見表1，田口分析結果見表2。

表1 鋁合金桿成分改進因素水平表

表2 鋁合金桿成分改進綜合信噪比分析結果(n=2)①n=2為每種試驗方案，試驗結果分析時取兩根鋁合金桿進行測試。

從表2可以看出，最佳方案為A2B3C1，即成分為Fe(0.65±0.05)%、Cu(0.045±0.005)%、Re(0.1±0.01)%時，鋁合金桿性能的綜合信噪比值最高，性能最好。

(2)鋁合金桿工藝改進

工藝改進時選用L9(34)正交試驗表，找出最佳的工藝參數，使得鋁合金桿的性能達到最優。鋁合金桿工藝改進的正交試驗因素水平表見表3，田口分析結果見表4。

表3 鋁合金桿工藝改進因素水平表

表4 鋁合金桿工藝改進綜合信噪比分析結果(n=2)

從表4可以看出，最佳方案為A3B2C1，即連鑄連軋工藝參數為:澆鑄機速度(850±5)rpm;乳化液溫度(50±2)℃、乳化液壓力(0.3±0.01)MPa時，生產的鋁合金桿性能綜合信噪比最高，合金桿性能最好。

(3)擠鋁工藝改進

應用田口分析找出擠鋁工藝的最佳方案。用改進階段確定的最佳成分和工藝方案生產的鋁合金桿進行擠鋁，鋁合金桿強度為 113.7 MPa、電阻率0.028492 Ω·mm2/m、伸長率21.4%，按照田口設計方案進行擠鋁，選用L9(34)正交試驗表，具體因素水平表見表5，田口分析結果見表6。

表5 擠鋁工藝正交試驗因素水平表

表6 擠出鋁合金線綜合信噪比試驗結果(n=10)

從表6可看出，當選用A2B3的試驗方案時，鋁合金線性能的綜合信噪比最高，即壓縮比4.0，擠壓轉速(13±0.1)rpm時生產的鋁合金線性能最好。

(4)鋁合金線改進效果

通過改進階段的分析，確定了改進措施。用改進階段確定的最佳工藝條件生產鋁合金線，改進后效果顯著，改進結果見表7。

表7 鋁合金線改進后結果

1.5 控制階段

將改進措施納入管理文件，明確新的流程，保證改進成果得以保持?？刂朴媱澅硪姳?，表8中控制方法為單值移動極差控制圖(I-MR圖)，判定標準為控制圖判定標準。

表8 控制計劃表

2 項目收益

(1)通過六西格瑪改進在“8030鋁合金導體配方開發”項目中的實踐應用，公司生產的8030鋁合金導體合格率由62%提高到100%，自鞏固期起的一年內產生直接經濟效益1 605.7萬元。

(2)項目實施過程中，通過各部門、各專業人員之間的溝通協作，消除了部門間的壁壘障礙，最終實現了跨部門、跨專業的無邊界合作。

(3)已形成發明專利一項;提高了團隊人員業務水平及公司品牌美譽度。

(4)項目實施后，有效地提高了8030鋁合金電纜的質量和銷售量，進一步提升了公司在客戶心目中的形象。

3 結束語

六西格瑪管理應用在配方型項目的開發中，可以縮減試驗次數，減少試驗成本，高效地找出關鍵因素和最佳工藝。六西格瑪管理帶給員工的是分析問題和解決問題的方法，可以提高企業產品綜合質量。企業應用六西格瑪管理可改進產品的管理體系、提高質量管理水平，進而提升競爭力，實現企業可持續發展。