基于精益六西格瑪改善方法的汽輪機預扭葉片質量改善研究

張仲國 王 超

（哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150021）

隨著綠色低碳社會逐步發展，電廠對發電設備的效能指標提出了更高的要求，許多新設計、新技術也應運而生，預扭結構葉片就是其中之一，它能夠進一步提高機組效率常規葉片安裝到輪槽后，機組在運行時圍帶和中間體受離心力和不同材料的熱膨脹影響，圍帶和葉片中間體出現小的間隙，導致葉片強度和振動基礎發生變化，存在葉片不能安全運行的潛在隱患。而預扭式動葉片在裝配時葉型扭轉，圍帶之間產生錯牙，整圈葉片會有一個較大的過盈量，葉型部分有一定的預應力，在運行過程中圍帶會回彈，依然保持緊密貼合，從而避免了常規葉片在運行中存在的缺點。

在實際裝配過程中，與普通葉片相比其加工難度也更大。我公司裝配車間提出預扭結構葉片在裝配過程中整圈節距或大或小，并且存在間隙超差問題，葉片裝配周期長，平均兩天一個級別，無法滿足生產進度要求，個別機組出現嚴重的拖期現象。因此，為提高葉片的裝配效率，減少修磨量，必須提高單只葉片的加工精度。為了解決預扭葉片合格率低的問題，開展了本課題改進項目。

1 精益六西格瑪改善的含義

精益六西格瑪（Lean Six Sigma）是精益生產與六西格瑪管理的融合，其目的是通過整合精益生產與六西格瑪管理兩種生產模式的優點，達到消除浪費和減少變異的管理效果[1]。其中六西格瑪（Six Sigma）管理方法是一種減少變異改善流程能力的管理策略，由摩托羅拉公司的比爾·史密斯（Bill Smith)于1986年提出，主要強調“以客戶需求為驅動”、“以流程為中心”、“基于事實和數據驅動”，將所有的工作作為一種流程，采用量化的方法分析流程中影響質量的因素，找出最關鍵的因素加以改進從而達到更高的客戶滿意度。一個企業達到六西格瑪標準的指標是長期流程的出錯率不能超過3.4ppm[2]。六西格瑪管理包括六西格瑪改善(DMAIC)和六西格瑪設計（DFSS）兩種執行模式，本項目中使用的DMAIC 模式是對當前低于六西格瑪規格的項目進行界定（define）、測量（measure）、分析（analyze）、改善（improve）以及控制（control）的過程。

2 質量改善執行過程分析

2.1 定義階段

預扭結構葉片主要使用三坐標測量機進行檢測，每只葉片檢測的指標包括進汽側圓弧輪廓度、出汽側圓弧輪廓度、背徑向與進出汽側的夾角、根三維角、冠三維角、根節距、冠節距、冠位置度、根冠錐面、汽道厚度、出汽邊厚度、內背弧輪廓度、汽道扭轉13 項。檢測過程中有一項不合格，即為該葉片不合格。

圖1 葉片檢測指標柏拉圖

在項目定義階段，利用柏拉圖確認了五軸機加合格率（y1）和葉片拋光后合格率（y2）兩個關鍵問題項。通過對50 個級別葉片合格率的統計，確定了Y 的基線為76%，設定改進目標為90%。為保證項目能夠順利開展并取得預期目標，通過SIPOC 流程分析初步確定綜合精銑及拋光工序為關鍵流程，進而組建了項目團隊，制定了項目計劃。定義階段的工作為后續改進項項目成功實施奠定了基礎。

2.2 測量階段

在后續進行定量分析及測量前，對測量系統進行分析，確保測量系統的可用性。隨機抽取20 只葉片分別用3 臺三坐標測量，每臺三坐標檢測三遍數據。利用MINITAB 軟件研究三坐標檢測系統，分析結論為通過根節距研究方差量具R&R 貢獻率小于10%；變異（%SV)小于30%，葉根節距極差圖中4 號機118、142 號樣品測量值有出入，其余所有的點均落在控制線內，表明測量系統穩定性在可接受。

2.3 分析階段

根據項目測量階段制定的數據采集計劃以及前期確定的影響因子，通過綜合運用圖形化探索分析、回歸分析、假設檢驗等工具，項目組對前期查找處的影響因子進行了逐一確認，最終確認夾具、精銑參數、頂針孔深度、五軸汽道余量、五軸錐面余量5 個因子為顯著因子，進入I 階段進行改善[3]。

2.4 改善階段

項目組制定了關鍵因子規劃，明確不同影響因子的改進措施，以實現最終問題的解決。針對因子汽道精銑參數進行全因子設計實驗，如表所示，其余進行單變量因素研究。

表1 因子水平選擇表

實驗確定汽道精銑參數在出汽邊點數為95、前傾角為10、葉片特征為N 時汽道厚度與出汽邊厚度差值最小。根據本項實驗結果對現場加工的產品進行跟蹤8 組，汽道厚度、出汽邊厚度、汽道與出汽邊差均滿足工藝要求。

2.5 控制階段

改善后追蹤記錄項目指標3 個月，預扭葉片加工合格率均穩定在90%以上，項目預期目標得以實現。隨著鞏固措施進一步實施，2019 年6 月-10 月持續追蹤預扭葉片加工合格率指標，均穩定在90%以上。

3 項目成果應用

隨著公司產品結構改型，中小葉片的結構已經全部改成了預扭葉片結構。通過持續一年的項目開展，預扭葉片合格率從76%提升到95.3%，公司葉片裝配質量得到了極大提升。改進前頻繁發生的葉片不封圈、葉片角尺差、葉片修配余量大、喉部尺寸超差、產品通流不理想等問題，徹底得到解決，這都歸結于DMAIC 模式的成功開展。

該項目成果已經在預扭結構葉片上進行了推廣，總結的汽道加工參數、中差編程法、記錄卡的記錄方法同樣適用于廠內所有結構葉片。精益六西格瑪項目的開展，改變了傳統工藝人員的知識認知，項目定義、測量系統分析、原因分析、改善控制等方法的應用，使技術人員對待質量問題的分析有了理論支撐；柏拉圖、正態分布、假設檢驗等統計工具的使用，讓平時不太關注或者無大用處的數據得到了用武之地[4]。

公司為實現高質量發展，需將核心部件維持在較好質量水平。鑒于預扭葉片質量提升取得有效成果，公司下一步將在大件工藝、中小件工藝等專業全面開展六西格瑪質量提升項目，從上到下、自下而上同時推進精益六西格瑪質量理念落地。