氧化鋅粉料稱量過程能力的影響因子研究

于 森，李彥玲，孔繁奇，楊大偉，王澤民

[賽輪（沈陽）輪胎有限公司，遼寧 沈陽 110144]

1955年，第1臺遠程控制的自動稱量系統在橡膠配料工藝領域開始嘗試應用[1]，經過多年的發展，橡膠配料自動稱量技術越發成熟[2-4]，企業對稱量精度的要求也越來越高[5-10]。在輪胎制造過程中，由于操作人員和設備的原因，粉料稱量時會存在一定誤差（而且誤差并非正態分布），從而影響輪胎性能。

本工作以氧化鋅粉料稱量過程為研究對象，忽略人為因素，在設備正常工作的前提下，通過多次試驗，尋找氧化鋅粉料稱量準確性的影響因子，以提高氧化鋅粉料的稱量過程能力，從而改善產品質量，提高利潤。

1 試驗材料與設備

試驗材料為某配方的氧化鋅粉料。

試驗設備為粉料自動在線投料系統，軟控股份有限公司產品。

2 試驗方案

本試驗運用精益六西格瑪方法論，借助Minitab軟件進行數據分析，方案如下。

（1）抽取某配方一段連續生產區間內全部氧化鋅粉料，選取至少100組稱量樣本，作出氧化鋅粉料稱量樣本分布概率圖與直方圖。

（2）運用柏拉圖方法篩選氧化鋅粉料稱量過程影響因子，并對影響因子進行潛在失效模式及后果分析（簡稱FMEA），找到稱量參數的重要影響因子。

（3）對于已篩選出的重要影響因子，進行下一步分析，找到關鍵影響因子。

3 結果與討論

3.1 試驗及稱量樣本分布圖

抽取4天的氧化鋅粉料稱量樣本數據（每天106車），從制造執行系統（MES）中導出電子記錄。

選取樣本容量（N）為120，得到氧化鋅粉料稱量樣本分布概率圖（見圖1），其中，百分比1為（每相差0.05 kg氧化鋅樣本組數/氧化鋅樣本總數）×100%。樣本分布概率的標準差（簡稱標準差）為0.038 42，概率（P）小于0.005。氧化鋅粉料稱量樣本分布直方圖如圖2所示，其中，頻率為（各種質量氧化鋅樣本組數/氧化鋅樣本總數）×100%。

圖1 氧化鋅粉料稱量樣本分布概率圖

圖2 氧化鋅粉料稱量樣本分布直方圖

根據圖1和2分析氧化鋅粉料稱量樣本是否為正態分布（P小于0.05時，數據為非正態分布），對數據進行個體分布標識分布和變換，發現P均小于0.05，均未擬合成功，即數據為非正態分布。在操作人員稱量氧化鋅粉料過程中，氧化鋅粉料質量在合格范圍之內，但是質量總體離最佳值較遠。針對這一情況，進一步分析氧化鋅粉料稱量過程中的影響因子。

3.2 稱量關鍵影響因子分析

通過柏拉圖方法篩選氧化鋅粉料稱量影響因子，進一步總結氧化鋅粉料稱量影響因子重要程度，如圖3所示，重要程度通過因果（CE）矩陣工具打分評價，累計百分比為各影響因子在所有影響因子中重要程度占比的累計百分數。

從圖3可以看出，氧化鋅粉料稱量的重要影響因子有稱量參數（含影響因子1和2）、管道材質和送料螺旋間距，對其進行FMEA打分（見表1），發現最重要的影響因子為稱量參數。進一步選擇慢稱值、提前量和點動值3個參數進行分析，以發現關鍵影響因子。

表1 FMEA打分表

圖3 氧化鋅粉料稱量影響因子重要程度

慢稱值為快稱轉為慢稱時距離中心值剩余的質量，分別設置為4和3 kg；提前量為連續稱量轉為點動稱量時距離中心值剩余的質量，分別設置為0.1和0.3 kg；點動值為點動稱量的時間，分別設置為0.5和1.5 s。對調整值先進行理論分析是否有必要設置，再進行氧化鋅粉料稱量對比分析。調整值為上一車超出公差范圍時，下一車稱量時調整提前量的百分比。由于此項參數只在超出公差時產生影響，所以不是本工作的顯著影響因子。

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對慢稱值分別為3和4 kg的兩組氧化鋅粉料稱量樣本進行Mann-Whitney檢驗（見圖4，圖中EAT為總樣本平均值，W為第1個樣本的秩和），由于P大于0.05，不能拒絕原假設（慢稱值為3和4 kg的氧化鋅粉料稱量中心值沒有顯著差異），所以慢稱值對氧化鋅粉料稱量過程能力沒有太大影響。

圖4 Mann-Whitney檢驗圖示意

提前量為0.1和0.3 kg時，兩組氧化鋅粉料稱量樣本提前量分布概率圖如圖5所示[百分比2為（每相差0.01 kg氧化鋅樣本組數/氧化鋅樣本總數）×100%]，提前量等方差檢驗圖如圖6所示，提前量為0.1和0.3 kg時，氧化鋅粉料稱量標準差分別為0.004 8和0.007 5。

由圖5可知，兩組氧化鋅粉料稱量樣本的提前量分布P小于0.05，不服從正態分布；對兩組數據進行等方差檢驗（見圖6），由于非正態分布按Levene檢驗結果，得到P小于0.05，拒絕原假設（提前量為0.1和0.3 kg的氧化鋅粉料稱量數據波動沒有顯著差異）。假設檢驗結果說明，即使設置距中心值0.3或0.1 kg時由連續稱量轉為點動稱量，如果距離稱量目標值太近，可能會造成稱量數據波動加大，所以提前量是氧化鋅粉料稱量過程能力的關鍵影響因子。

圖5 提前量分布概率圖

圖6 提前量等方差檢驗圖

點動值為0.5和1.5 s時，兩組氧化鋅粉料稱量樣本點動值分布概率圖如圖7所示，點動值等方差檢驗圖如圖8所示。

圖7 點動值分布概率圖

圖8 點動值等方差檢驗圖

由圖7和8可知，點動值為0.5和1.5 s時，對氧化鋅粉料稱量的中心值沒有影響，但對數據波動有影響（點動值為1.5 s時標準差為0.229 8，點動值為0.5 s時標準差為0.209 5），也就是會影響稱量過程能力，所以本工作中點動值是影響氧化鋅粉料稱量過程能力的關鍵影響因子。

4 結論

（1）提前量和點動值是影響氧化鋅粉料稱量過程的關鍵影響因子。

（3）點動值為1.5 s時氧化鋅粉料稱量標準差比點動值為0.5 s時高10%，點動值為0.5 s時氧化鋅粉料稱量更為穩定。