六西格瑪方法在降低寬厚板質量成本中的應用

馮小軍，張 敏，王 震

（山鋼股份有限公司萊蕪分公司板帶廠，山東 濟南 271104）

0 引言

六西格瑪管理是以產品用戶為中心，以聚焦顧客關注重心為生產經營焦點的管理理念。六西格瑪管理其科學內涵是提高顧客滿意度和降低生產過程質量成本損失，采用科學、高效的改進方法，實現所在經營領域追求“零缺陷”產品，消除生產經營制造過程中產生的浪費問題，降低經營領域的成本，提高組織的市場競爭力。萊鋼集團于2009 年開始實施了六西格瑪管理。在質量管理中存在一些比較薄弱的環節和需要改進的地方，通過引進并推行六西格瑪管理，應用科學的分析方法和分析理念，能夠很好地予以改進、消缺。近年來山鋼股份有限公司萊蕪分公司（以下簡稱萊鋼）積極推進質量成本管理，對各工序質量成本進行嚴格的控制。寬厚板生產線在對內外部質量成本進行全樣本分析、測算的基礎上，發現返工質量成本為其質量成本的主要構成。返工現象使返工成本增加，主要是技術要求不嚴、過程質量控制不佳、操作規范不完善等的影響。根據2015 年不良質量成本統計結果，萊鋼厚板線返工造成的成本損失8.72 元/t，對成本影響較大。針對此現象，通過可行性分析，確認可通過實施六西格瑪對影響返工質量成本的因素進行改善，降低寬厚板返工質量成本。

返工成本是指為修復不合格產品使之達到質量要求所支付的費用。根據寬厚板產品不良質量成本統計，返工成本主要指為了消除不符合鋼板表面光潔度、板形平直度、鋼板機械性能質量特性要求的缺陷，所產生的成本。

1 確定寬厚板工藝流程

結合生產實際，確定寬厚板工藝控制的宏觀流程SIPOC，即S 供應商：煉鋼廠；I 輸入：鋼坯；P 過程：加熱、粗軋、精軋、冷卻；O 輸出：熱軋鋼板；C 客戶：經銷商、加工廠。具體宏觀流程圖如圖1 所示。

圖1 宏觀流程圖

2 量化階段

通過系統分析寬厚板產線生產過程中各類缺陷產生情況，系統性分析鋼板生產制造過程質量成本損失中返工成本損失情況，針對影響返工成本損失的關鍵因子進行一系列的分析和改進，通過降低生產過程鋼板返工總量，降低產品質量成本損失，提高厚板產品一次合格率；同時，通過優化生產流程，降低產品制造周期，保障合同兌現率，提高寬厚板產品市場競爭力。

3 測量階段

3.1 測量系統分析

返工損失包括矯直挽救損失、板形挽救損失、性能挽救損失。在定義階段，確定了關鍵質量特性為鋼板板形和性能，因此將鋼板板形和性能作為被測量對象進行了測量，并系統分析，分析結果見圖2。

通過Minitab 軟件可知，測量系統的重復性和在現行%P/TV 和%P/T≤30%、可區分類別數大于5，滿足工藝要求，測量系統可靠。

3.2 IPO 分析與因果矩陣

項目團隊成員通過頭腦風暴分析流程圖中的輸入、過程變量在人、機、料、法、環等方面對輸出指標的影響，同時根據影響因子的不同影響程度進行打分，查找各因子的影響次序。通過IPO 分析和因果矩陣分析，得到影響鋼板板形和性能強度的潛在因子29 個，即化學成分、加熱均勻性、出爐溫度、加熱時間、板坯厚度、粗軋開終軋溫度、中間坯厚度、精軋開終軋溫度、開冷溫度、終冷溫度、冷卻速率、軋制道次、工作輥輥型、工作輥軋制量等等。

3.3 FMEA（失效模式分析）

針對找出的29 個潛在因子進行了FMEA 打分，找出快速改善的機會，同時找出關鍵的影響因素。風險系數（RPN）=嚴重度（S）×頻度（O）×探測度（D）.

根據計算出的RPN值制作主要因子的pareto 圖（見圖3），根據28 原則，篩選出對關鍵質量特性有主要影響的關鍵因子。

圖3 主要因子的pareto 圖

項目團隊共篩選出14 個主要因子，對其中的6個因子實施了快贏改善。實施快贏改善的項目為工作輥冷卻水量調整、換輥周期優化、軋制負荷優化、雪橇SKI 調整、粗軋大壓下模式優化與投入等。

通過DM 階段的流程分析、快贏改善，進入到A階段的關鍵因子有鋼板厚度、精軋開軋溫度、彎輥力、竄輥位置、工作輥輥型、終冷溫度、上下水比、冷卻速率。

4 分析階段

該階段主要是對DM 階段篩選出的影響返工成本的關鍵因子進行驗證，結合生產實際準確找出其中的關鍵因子，作為重點改進目標。項目成員在A 階段主要采用了單因子方差分析和雙樣本T 檢驗的方法，驗證各因子的影響。下面以精軋開軋溫度為例，介紹分析過程（見圖4）。

圖4 單因子方差分析

各因子假設檢驗的P 值和方差分析的P 值均小于0.05，說明各因子是顯著的。這些因子包括精軋開軋溫度、彎輥力、竄輥位置、終冷溫度、上下水比、冷卻速率。

5 改進階段

A 階段分析過程中確認了關鍵因子，為更好地獲得各關鍵因子的最佳值，采用回歸分析的方法，分別找出影響板形和性能的因子的最佳設置范圍。根據典型品種，通過回歸分析、擬合線圖，找出各因子的最佳水平值。以上下水比與板形的回歸分析為例進行說明（見圖5）。

圖5 上下水比于板形的回歸分析

通過擬合線圖的方程可以計算最佳水比=-b/2a=329.1/（2×217.1）=0.7579（b 為水冷過程下水量，a 為水冷過程上水量），可以看出該規格水比設定為0.76板形最佳。

6 控制階段

針對已經改善的過程制定相應的控制計劃，控制計劃基本格式見表1。

表1 控制計劃基本格式

項目實施后，通過對相關因子的快速改善和標準化，對現場實施后抽取部分數據進行流程能力分析（見圖6），與改善前比較，25～40 mm 厚度規格鋼板不平度的過程能力0.53 顯著提高到1.84。

圖6 實施前后25～40 mm 厚度規格鋼板不平度的過程能力對比

7 結語

通過六西格瑪流程分析和改善，寬厚板不良質量成本損失由改善前的8.72 元/t 降低至改善后5.26 元/t，應用效果明顯。