六西格玛方法论在降低机体铸造件不良率方面的应用.pdf

2024年第1期2024年2 月企业管理六西格玛方法论在降低机体铸造件不良率方面的应用铸造设备与工艺FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGYD0I:10.16666/ki.issn1004-6178.2024.01.014Feb.2024No1李锋，宋学恩，李文锋，张敏之，王庆泉（潍柴重机股份有限公司，山东潍坊2 6 110 1）摘要：运用六西格玛DMAIC方法论，针对某机体铸件缺陷不良进行定义、测量、分析、改进和控制。通过具体全面的现状掌握、细致的测量系统分析、合理的分析及改进等系统性工具，最终显著降低了该机体的铸造不良率，有效提高了客户满意度，维护了品牌形象。关键词：六西格玛;DMAIC；不良率；测量系统分析中图分类号：TC245Application of Six Sigma Methodology in Reducing Defective Rate of a Machinary Casting BodyLI Feng,SONG Xue-en,LI Wen-feng,ZHANG Min-zhi,WANG Qing-quan(Weichai Heawy Machinery Co.,Ltd.,Weifang Shandong 261101,China)Abstract:Six Sigma DMAIC methodology was used to define,measure,analyze,improve and control the defects of a machinerycasting.Through specific and comprehensive current situation,detailed measurement system analysis,reasonable analysis andimprovement and other systematic tools,the casting defect rate of the body was significantly reduced,customer satisfaction waseffectively improved,and the brand image was maintained.Key words:six sigma,DMAIC,defect rate,measurement system analysis文献标识码：A文章编号：16 7 4-6 6 94(2 0 2 4)0 1-0 0 46-0 4六西格玛是一种改善企业质量流程管理的技术，以“零缺陷”的完美商业追求，带动质量大幅度提高，成本效益大幅度提升，最终实现企业财务成效的提升与企业竞争力的突破。DMAIC方法论是六西格玛管理流程中适用于流程改善的重要工具。DMAIC是指由定义（Define）、测量（Measure）分析（A n a l y z e）、改进（Improve）控制（Control)五个阶段构成的过程改进方法2,主要用于对现有流程的改进。经过数据统计，某铸造机体半年内返工率7.45%，废品率1.35%，综合不良率8.8%，给企业造成较大的经济损失。为系统解决此问题，使用DMAIC的方法针对该问题进行攻关,最终返工率降至2.0 7%，废品率降至0.44%，不良率降至2.51%.为更好展示使用六西格玛方法解决此问题的过程，本文从DMAIC五个阶段进行介绍，以供同行参考。1定义阶段定义阶段是六西格玛项目的起点，目的是确立收稿日期：2 0 2 3-0 8-18作者简介：李锋（198 9-）,男，工程师，硕士，主要从事铸造工艺管理工作。项目的范围、目标和关键要素。在此阶段，需要完成确定项目的业务目标和测量指标，识别项目的关键利益相关者和顾客需求,确定项目的范围、边界和团队成员，开发项目的项目计划和时间表等工作。由于该机型生产场地发生转移，生产环境发生了变化，造成了质量问题频发，急需攻关解决。经过数据统计，不良率的基线水平为8.8%，使用帕累托图对缺陷类别及占比进行分析，发现砂眼、夹渣、气孔等为主要缺陷，占到了总缺陷的8 9.7%，如图1所示。80706050数40302010J缺陷种类砂眼夹杂气孔缺料其他数冀36首芬比46.2累积%46.210080604020L0221228.215.474.489.7图1缺陷类型及占比67.797.422.6100.0Feb.2024No1进一步通过统计发现砂眼主要集中在机体飞轮端和自由端，夹渣主要集中在飞轮端第一瓦口处。用宏观流程图确定了缺陷涉及的生产流程，将内外部顾客之声转化为顾客需求，最终确定了关键质量特性为该机体不良率。同时对缺陷进行定义如表1所示。表1缺陷定义缺陷缺陷表现砂眼臀件表面或内部因砂粒产生的孔检验员洞铸件内或表面上存在的和基体金夹渣属成分不同的质点，包括渣、涂料检验员层、氧化物、硫化物、硅酸盐等铸件内由气体形成的孔洞类缺气孔陷。其表面一般比较光滑，主要呈检验员梨形、圆形和椭圆形。2汉测量阶段测量阶段的主要目标是收集和分析与项目相关的数据,并识别导致缺陷的主要原因。针对三种缺陷进行测量系统分析，选取3名专职检验人员对60件铸件依次检验2 轮，不得相互交流结果，独自完成（1代表合格，0 代表不合格），试验数据如表2所示。根据试验数据，得出所有一致性比率 8 0%.检验评审人员自身kappa值 0.9，说明其自身的重复性满足测量系统要求的程度良好。检验评审人员之检验员1判判序断序断序断序断序断序断序断序断序断序断序断序断号结号结号结号结号结号结号结号结号结号结号结号结果果11160312017132311803304803118033048031180334119134149一5020135150150201351501502013515016121136151712203715217122037812303815308123038153081230381539024039154190240391541902403915411002514011026141一56一11026141一5611112027142157一12027142一57112027142157113128143058113128143058113128043058114029144159014029144159014029144159015130145060115130145060115130145060148铸造设备与工艺间kappa值 0.9，说明检验评审人员之间的再现性满足测量系统要求的程度良好。检验评审人员与标准kappa值 0.9，满足测量系统的要求。后续经过宏观流程图、微观流程图的分析,共导出59 个缺陷相关因子。由C&E矩阵分析,从59个因子中导出10 个主要因子，通过FMEA分析，从10 个主要因子导出8 个关键因子。针对8检验人检验标准Q/WCG050-2009灰铸铁件通用技术条件Q/WCG050-2009灰铸铁件通用技术条件Q/WCG050-2009灰铸铁件通用技术条件表2 测量系统分析试验数据检验员2判判果果146114706121136051061211360510521712203715210055010025140055010025140055002614115612024年第1期个因子，制定了表3所示因子改善计划表。针对X2冷铁结构，改善前冷铁间砂型局部吃砂量小，造成的散落砂或掉砂现象严重，改善后,将圆弧形冷铁改为方形冷铁，增大了冷铁间砂型吃砂量，减少了砂眼缺陷，如图2 所示。针对X5起模方式，改进前由于操作空间以及滑轨工作状态决定操作方式为三面起模，扒模严重，易造成砂眼缺陷。改进后改变工作状态，四面同时开模，更换性能更好的滑轨，便于起模。起模顺畅，无扒模倾向，减少砂眼缺陷。针对X6扒渣次数，参照之前的成功案例，将扒渣次数由2 次增加到3次，提升扒渣后的效果，改善浇注前铁水质量，减少夹渣缺陷。针对X7下芯方式,回油槽与喷油泵腔紧邻,造型时回油槽直接形成在下砂型上，在下喷油泵腔芯时容易被挤伤，一旦挤伤，修补难度较高，容易造成砂眼缺陷。根据回油槽结构尺寸，制作了半圆形钢管,在下喷油泵腔芯时,将钢管扣在回油槽上，避免了回油槽挤伤，如图3所示。检验员3判判果果111612017132411913414914119134149判果031判果146147120171321474801判果11603114611判果判果判果2024年第1期因子流程步骤X1研箱X2造型X3研箱X4浇注X5造型X6浇注X7研箱X8冷芯制芯a)改善前图2 X2冷铁结构改进前后照片a)改善前b)改善后图3下芯方式的即时改善经过M阶段即时改善，返工率下降到6.17%，废品率下降到1.2 3%，综合不良率下降到7.41%，取得了初步效果。3分析阶段在分析阶段主要是针对X1、X 3、X 4、X 8 因子进行分析,以判断是否为缺陷的显著因子。针对X1集渣冒口设置我们进行机理分析，由于机体飞轮端位于横浇道末端，熔渣易于聚积，因此第一瓦口存在夹渣现象普遍。在上型板第一瓦口正上方增加集渣冒口，将明显改善夹渣问题。因此该因子为显著因子。针对X3挡渣板位置我们进行机理分析，挡渣板距直浇口过近，会使直浇口侧浮渣效果减弱，容易铸造设备与工艺表3因子改善计划表输入因素集渣冒口设置冷铁结构挡渣板位置出气针设置起模方式扒渣次数下芯方式砂芯树脂加人量b)改善后造成夹渣缺陷。如果挡渣板位置过远，熔渣在下降冲击力的作用下同样会随铁水卷人直浇口侧造成改善计划夹渣缺陷。因此,X3因子对夹渣不良率影响显著，必A阶段分析M阶段改善A阶段分析A阶段分析M阶段改善M阶段改善M阶段改善A阶段分析须对X3因子挡渣板位置进行有效控制。分析过程如图4所示。铁水流动方向图4X3挡渣板机理分析针对X4出气针设置，我们进行卡方检验试验设计，分别设计方案一：中冷器芯芯头无排气装置，方案二：中冷器芯芯头加20mm出气针。试验结果数据及卡方检验结果分别如表4所示。由试验可得，P=0.0180.05，说明出气针设置对气孔缺陷率影响显著。表4卡方检验试验数据X4实施日期气孔数合格数10月8 日中冷器芯芯头无排气装置10月10 日10月15日中冷器芯芯头加20mm出气针10月16 日针对X8砂芯树脂加人量，同样进行卡方检验试验设计，结果P值=0.0 16 0.0 5,说明砂芯树脂加人量对砂眼缺陷影响显著。经过A阶段分析，四个因子都影响显著，将在I阶段对X1、X 3、X 4、X 8 因子继续进行改进。4改进阶段在改进阶段，根据因子特性,决定对X1集渣冒口设置和X3挡渣板位置进行两因子三水平DOE实验，对X4出气针设置和X8砂芯树脂加人量分别进行四水平单因子试验。针对X1和X3，设计DOE试验如表5所示，试验数据如表6 所示。表5DOE试验设计因子序号单位-1水平名称集渣冒X1口设置mm挡渣板挡渣板距直浇口挡渣板距直浇挡渣板距直浇X3位置mm挡渣板集渣冒口直径集渣冒口直径集渣冒口直径60 mm70 mm145 mm口 155 mmX3直浇口710水平1水平80 mm口 16 5 mm491319Feb.2024No1标准序 运行序PtType419263548546773829由方差分析，P值均小于0.0 5，表明集渣冒口设置和挡渣板位置对机体夹渣缺陷有显著影响。由残差分析,可以判断实验模型是合适的,如图5所示。通过回归分析，得出回归方程为：合格品数量=18 8 5+24.5X，+0.0 0 16 7 X-0.0783X-0.017X.从主效应图中可断言：集渣冒口直径80mm和挡渣板位置155mm，使响应变量取值最大。由此结果得出：集渣冒口直径取8 0 mm，挡渣板位置取155mm，为最佳工艺参数。9990550-0.50-0.25 0.001)正态概率图432100.2 0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.43）残差直方图集渣方式38363432302850李锋，宋学恩，李文锋，张敏之，造西骼法危在呼低梵体铸造件不良率方面的应用表6DOE试验数据集渣冒口档渣板位合格品数区组设置1111111111111111110.40.20.20.250.50a）合格数残差图挡渣板距出铁口距离6070图5集渣冒口设置和挡渣板位置对机体夹渣缺陷影响分析残差图和主效应图2024年第1期针对X4出气针设置，进行单因子试验。HO：出气针设置对气孔缺陷影响不显著，即四样本所对应置量70145801657016570155801556014580145601656015525302）残差值与似合值0.40.0-0.21234567894）残差值与顺序的关系80145b）主效应图的总体均值相等。Ha：出气针设置对气孔缺陷影响2835323840263030363540155165显著，即四样本所对应的总体均值不相等，试验数据如表7 所示。均值检验中P=0.0070.05，拒绝零假设，四样本所对应的总体均值不相等，即出气针设置对气孔缺陷影响显著，由残差分析，可以判断实验模型是合适的。从主效应图中可看出：四种不同直径尺寸下的合格机体数量之间有显著差异；直径为18、2 0、2 2 时的合格品机体数量是最多的,并且三者之间是无差异的。根据拟合线图得出回归方程，合格品数量=95.38+11.31气眼针直径-0.2 8 13气眼针直径2,通过计算得出20为最佳气眼针直径尺寸，主效应图和拟合线图如图6 所示。18171413191817141311617图6 出气针设置对气孔缺陷影响分析主效应图和拟合线图表7单因子试验数据气眼针直径/mm16试验一14试验二1316合格品数量=-95.38+11.31气眼针直径-0.2 8 13气眼针直径21819202122气眼针直径/mmb)主效应图18201718181818气眼针直径/mma)主效应图20（下转第7 2 页）22S0.651920R-Sa92.4%R-Sa(调整)89.3%22样本数量18201720Feb.20244No13.5.7虎牛搏斗铜扣饰虎牛搏斗铜扣饰如图2 8 所示。时代：西汉。1956年晋宁石寨山出土。云南省博物馆藏。高9.7 cm，宽 1 5.3 cm.一虎与一巨角牛搏斗，虎被牛撞倒在地，腹部被牛角戳穿,肠露腹外；虎口反咬牛之前腿,前爪抓住牛腹，后爪瞪向牛头；其下有一蛇，蛇口咬住豹的后腿。铸造设备与工艺3.5.8二狼噬鹿铜扣饰二狼噬鹿铜扣饰如图2 9 所示。时代：西汉。晋宁石寨山出土。云南省博物馆藏。高1 2.7 cm，宽16.7 cm.一狼跃踞鹿背，口噬其耳，两前爪抓住鹿头、肩部；另一狼伏于鹿腹下，前抓紧紧抓住鹿的后腿及腰部，口咬其腿；鹿前足弯曲腾空，后腿地，作仰首哀喙状。其下有一蛇，口咬鹿尾，尾绕狼腿，2024年第1 期图2 7 立免杖头铜饰图2 8 虎牛搏斗铜扣饰图2 9 二狼噬鹿铜扣饰的交流与融合，既有生活情趣，又有狂野的自然风4结语情，具有很高的研究价值。古滇国青铜艺术，是具有独特地域性、民族性、参考文献：历史性的宝贵文化遗存，蕴含了古滇国政治、经济、人文、生产、生活、战争、宗教祭祀等等各个方面，器型独特，铸造精美，装饰技艺高超，而且展示了文化1 】张增祺.滇国青铜艺术 M.昆明：云南人民出版社，云南美术出版社,2 0 0 0.(上接第 49 页)对X8砂芯树脂加人量进行单因子试验设计，计算得出树脂加入量最佳工艺参数30 0 0 ml/100kg或31 0 0 ml/100kg.I阶段结束后，统计了返工率和废品率分别为2.0 7%和0.44%，综合不良率为2.51%,较基线水平有明显下降，改进效果显著。5控制阶段在控制阶段，主要是制定了控制计划，对文件进行了标准化并制定了后续计划。6结论通过六西格玛DMAIC流程方法论的应用，成功降低了该铸造机体的不良率,采用系统全面的正向思维，高效的解决了一些瓶颈问题，使得该机体的不良率由8.8%下降到2.51%，提高了产品品质，提升了客户满意度。参考文献：1 何桢.六西格玛管理【M.第3版.北京：中国人民大学出版社，2 0 1 4.2王润周.基于六西格玛管理的S公司质量改进研究 D.天津：天津理工大学，2 0 2 0.3黄艳，赵振辉,采峰，等.六西格玛绿带培训教材 M.第2 版.北京：中航工业精益六西格玛研究所，2 0 1 2.4 韩韩强，时晓，王晓丽，等.六西格玛管理在降低曲轴弯曲率中的应用 J.铸造设备与工艺，2 0 2 2(4):6 3-6 6.5戚鹏超,许景峰,张明,等.六西格玛管理系统在解决铸造缺陷方面的应用 J.铸造设备与工艺，2 0 2 1（4)：57-6 0+7 0.72