6σ在提高18Cr2Ni4W齿轮的热处理合格率的应用研究
摘 要
σ在统计学中被称为“标准差”，表示一组数据的离散程度。在管理学中又被赋予了衡量工作质量、产品和服务的作用，是对流程质量水平客观精确的度量。PL公司在实施6σ管理中主动开展各类项目，通过“提高18Cr2Ni4W齿轮的热处理合格率”这个项目的实施过程和结果的介绍，以期验证在PL公司推进6σ的可行性和适用性，并树立一个可供参考的案例。
关键词：6σ项目 18Cr2Ni4W钢 热处理 合格率
6σ统计学意思就是“6倍标准差”，体现在产品质量上就是每百万件的坏品率小于3.4，基本接近质量零缺陷。6σ管理是一种依靠数据，运用统计技术精确测量，通过对过程的优化来提高组织的核心竞争力的方法论。2013年PL公司决定将6σ管理引入企业，并作为企业战略推进。本人参与了“提高18Cr2Ni4W齿轮的热处理合格率”这个项目的实施，本文通过对项目实施过程和结果的介绍，以验证在PL公司推进6σ的可行性和适用性。
一、定义阶段
18Cr2Ni4W 钢的导热性差、高淬透性和线膨胀系数大，在热处理工艺过程中需要多次加热和冷却，所以热处理后齿轮的内应力大变形量大。PL公司热处理的18Cr2Ni4W齿轮的热处理常见质量问题有：表面硬度不足、硬化层深度不足、残余奥氏体过多、裂纹等，其中主要问题是“硬度不足”，只要将这个问题解决就会大幅度的降低缺陷率。
所以本项目可以作如下描述：MG系列开采机是PL公司的主要产品之一，近2年其核心部件截割部减速机的齿轮热处理的FTY(First time yield)仅为73%，“硬度不足”占到质量问题的73%，虽然采取了各种措施希望提高合格率，但效果不明显。“硬度不足”问题已经成为该产品的瓶颈问题，影响到了产品的整体流程效率，增加了运行成本。本项目要解决的问题就是：提高18Cr2Ni4W齿轮的硬度不足问题的合格率。
二、测量阶段
首先确立测量标准，18Cr2Ni4W钢齿轮的硬度要求是明确的，对其测量的结果是可区分的，质量结果可定义为合格与不合格。将2012-2013年每月的合格率统计表用Minitab绘制成时间序列图，从中可以发现硬度合格率随时间的分布，也能清楚的发现合格率的高点和低点，便于后面对问题的综合分析。
然后确认确认测量系统的可靠性，采用验证检查一致性的方法，3名检验员对8件淬火后18Cr2Ni4W钢齿轮进行洛氏硬度检验，测三个点取平均值得出最终硬度，合格的记为OK，不合格的为BAD。经检验总的重复性大于90%，由于数据量较少，再现性接近90%可接受，最终结论是测量系统能够满足要求。
最后在本阶段还需计算流程能力计算及确定改善目标。通过对2012-2013年质量统计数据计算得出：长期工程能力Zlt = 0.09，短期工程能力Zst = 1.3，能力漂移Zshift＝Zst－Zlt =1.21，通过改进流程水平可提高1.21σ水平。
三、分析阶段
项目团队邀请了设备、工艺方面的专家举行专题会议，列举和排查质量因素，将讨论结果绘制鱼骨图。热处理过程的复杂性决定其影响因素是多方面的，在开展本项目之前公司曾因本零件热处理合格率低做过很多工作，所以在操作者和工件两方面因素基本排除，重点对设备和环境两方面因素进行重点分析和排查，结果如表1所示。
表1 流程控制缺陷表
序号 影响因素 后果 关键性描述
1 淬火炉测温装置 影响加热温度准确性 关键
2 回火炉测温装置 影响加热温度准确性 关键
3 淬火炉附近高温、高湿度 超出仪表允许范围，仪表会失灵 关键
4 设备高温漏电 干扰仪表，影响加热温度准确性 关键
5 温控仪表附近存在高压电场 干扰仪表，影响加热温度准确性 关键
6 温控仪表附近存在交变磁场 干扰仪表，影响加热温度准确性 关键
7 等温转变高温转低温时间过长 工件温度降发生马氏体转变 关键
8 油冷转冰冻间隔时间过长 发生奥氏体沉化 关键
9 毛坯质量缺陷 影响产品质量 关键
10 工件表面污染 淬火后存在软点 关键
11 测量系统 导致测量误差 非关键
12 工艺方法 对操作者要求高 非关键
四、改善阶段
根据上阶段所判断出的影响因素，在改善阶段进行重点控制。
设备因素改善：严格执行设备三级保养和大修制度，每周例保、每月一保、两年二保。在每次设备开机之前增加设备巡检工序，经维修人员签字后方可开机生产。做好各类接地检查，防止设备高温漏电。
环境因素改善：根据质量时序图发现，产品的合格率随月份具有一定的规律性，两年内合格率较低的时间段均在7-9月份。在分析阶段的项目组会议中就把环境因素作为重点的怀疑对象，因此在改善阶段维修部联合动力部和技术部对热处理设备周边的动力线路和大功率设备进行排查改进，对淬火炉二次仪表柜移动到相对远的位置，并安装强制排风装置，改善仪表工作环境。
人为因素改善：对于操作过程中具有时效性的环节，安排维修人员安装计时报警装置，提示操作者操作时间的临界点。维修部门台账记录除了手写工作记录之外还要将本班次的设备和维修记录录入电脑存档，按月制作设备运行状况报表，以此来积累数据，实现设备运行状况的历史追溯和性能周期规律的发掘。
改善效果评估发现，2014年1-7月合格率明显呈上升趋势（如图2所示），而且处在高位。虽然项目完成至现在时间较短，统计的数据量不大，存在一定的统计学缺陷，但对照前两年的1-7月份合格率，可明显看出改善前合格率每月的波动较大，平均合格率低。改善后合格率较为稳定维持在一个较高水平。通过计算1-7月份的Zst=1.91 Zlt=1.74 Zshift=0.17，可以看出，通过改进流程的σ水平有了较大提高，流程中存在的问题得到了改善，产品合格率稳定在一个较高的水平，达到了预期的目的。
图2 2012-2014年7月18Cr2Ni4W钢齿轮淬火合格率时序图
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五、控制阶段
控制阶段是项目流程的最后一个环节，是保持改善成果的重要一步。此阶段项目小组从制度建设、人员培训和监督检查三个方面进行推进。项目进行中，对操作流程的改进主要以临时文件的形式传达，经评估确认后在控制阶段将固定为技术文件，明确责任推进实施。新的制度和文件要让所有工作人员都能掌握和顺利执行，就需要进行学习和培训，并且对学习效果进行检验和考核。工作人员经过培训学习掌握了新的技术流程后，在操作中能否认真实施还需要对其监督和检查。控制阶段就是通过上述三个方面的工作使改善后的流程变成程序化和习惯化。
六、成果
财务部门根据水、电、风、人工、设备折旧成本核算2012-2013年平均每千克18Cr2Ni4W钢热处理成本27元，2014年1-7月平均每千克18Cr2Ni4W钢成本18.5元，如果按照2014年1-7月的平均合格率保持下去，每千克18Cr2Ni4W钢热处理成本减少8.5元。PL公司平均年消耗42吨18Cr2Ni4W钢，计算盈余37.5万元。这仅仅是18Cr2Ni4W钢材热处理的盈余，在此项目中的改进措施对其他钢种的热处理质量都会带来好处，因此本项目的盈余是最低标准估算。
作者简介：彭红梅（1977-），女，汉族，河北石家庄人，江苏安全技术职业学院 讲师，从事先进制造技术。
