氧化锌粉料称量过程能力的影响因子研究

于 森，李彦玲，孔繁奇，杨大伟，王泽民

[赛轮（沈阳）轮胎有限公司，辽宁 沈阳 110144]

1955年，第1台远程控制的自动称量系统在橡胶配料工艺领域开始尝试应用[1]，经过多年的发展，橡胶配料自动称量技术越发成熟[2-4]，企业对称量精度的要求也越来越高[5-10]。在轮胎制造过程中，由于操作人员和设备的原因，粉料称量时会存在一定误差（而且误差并非正态分布），从而影响轮胎性能。

本工作以氧化锌粉料称量过程为研究对象，忽略人为因素，在设备正常工作的前提下，通过多次试验，寻找氧化锌粉料称量准确性的影响因子，以提高氧化锌粉料的称量过程能力，从而改善产品质量，提高利润。

1 试验材料与设备

试验材料为某配方的氧化锌粉料。

试验设备为粉料自动在线投料系统，软控股份有限公司产品。

2 试验方案

本试验运用精益六西格玛方法论，借助Minitab软件进行数据分析，方案如下。

（1）抽取某配方一段连续生产区间内全部氧化锌粉料，选取至少100组称量样本，作出氧化锌粉料称量样本分布概率图与直方图。

（2）运用柏拉图方法筛选氧化锌粉料称量过程影响因子，并对影响因子进行潜在失效模式及后果分析（简称FMEA），找到称量参数的重要影响因子。

（3）对于已筛选出的重要影响因子，进行下一步分析，找到关键影响因子。

3 结果与讨论

3.1 试验及称量样本分布图

抽取4天的氧化锌粉料称量样本数据（每天106车），从制造执行系统（MES）中导出电子记录。

选取样本容量（N）为120，得到氧化锌粉料称量样本分布概率图（见图1），其中，百分比1为（每相差0.05 kg氧化锌样本组数/氧化锌样本总数）×100%。样本分布概率的标准差（简称标准差）为0.038 42，概率（P）小于0.005。氧化锌粉料称量样本分布直方图如图2所示，其中，频率为（各种质量氧化锌样本组数/氧化锌样本总数）×100%。

图1 氧化锌粉料称量样本分布概率图

图2 氧化锌粉料称量样本分布直方图

根据图1和2分析氧化锌粉料称量样本是否为正态分布（P小于0.05时，数据为非正态分布），对数据进行个体分布标识分布和变换，发现P均小于0.05，均未拟合成功，即数据为非正态分布。在操作人员称量氧化锌粉料过程中，氧化锌粉料质量在合格范围之内，但是质量总体离最佳值较远。针对这一情况，进一步分析氧化锌粉料称量过程中的影响因子。

3.2 称量关键影响因子分析

通过柏拉图方法筛选氧化锌粉料称量影响因子，进一步总结氧化锌粉料称量影响因子重要程度，如图3所示，重要程度通过因果（CE）矩阵工具打分评价，累计百分比为各影响因子在所有影响因子中重要程度占比的累计百分数。

从图3可以看出，氧化锌粉料称量的重要影响因子有称量参数（含影响因子1和2）、管道材质和送料螺旋间距，对其进行FMEA打分（见表1），发现最重要的影响因子为称量参数。进一步选择慢称值、提前量和点动值3个参数进行分析，以发现关键影响因子。

表1 FMEA打分表

图3 氧化锌粉料称量影响因子重要程度

慢称值为快称转为慢称时距离中心值剩余的质量，分别设置为4和3 kg；提前量为连续称量转为点动称量时距离中心值剩余的质量，分别设置为0.1和0.3 kg；点动值为点动称量的时间，分别设置为0.5和1.5 s。对调整值先进行理论分析是否有必要设置，再进行氧化锌粉料称量对比分析。调整值为上一车超出公差范围时，下一车称量时调整提前量的百分比。由于此项参数只在超出公差时产生影响，所以不是本工作的显著影响因子。

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对慢称值分别为3和4 kg的两组氧化锌粉料称量样本进行Mann-Whitney检验（见图4，图中EAT为总样本平均值，W为第1个样本的秩和），由于P大于0.05，不能拒绝原假设（慢称值为3和4 kg的氧化锌粉料称量中心值没有显著差异），所以慢称值对氧化锌粉料称量过程能力没有太大影响。

图4 Mann-Whitney检验图示意

提前量为0.1和0.3 kg时，两组氧化锌粉料称量样本提前量分布概率图如图5所示[百分比2为（每相差0.01 kg氧化锌样本组数/氧化锌样本总数）×100%]，提前量等方差检验图如图6所示，提前量为0.1和0.3 kg时，氧化锌粉料称量标准差分别为0.004 8和0.007 5。

由图5可知，两组氧化锌粉料称量样本的提前量分布P小于0.05，不服从正态分布；对两组数据进行等方差检验（见图6），由于非正态分布按Levene检验结果，得到P小于0.05，拒绝原假设（提前量为0.1和0.3 kg的氧化锌粉料称量数据波动没有显著差异）。假设检验结果说明，即使设置距中心值0.3或0.1 kg时由连续称量转为点动称量，如果距离称量目标值太近，可能会造成称量数据波动加大，所以提前量是氧化锌粉料称量过程能力的关键影响因子。

图5 提前量分布概率图

图6 提前量等方差检验图

点动值为0.5和1.5 s时，两组氧化锌粉料称量样本点动值分布概率图如图7所示，点动值等方差检验图如图8所示。

图7 点动值分布概率图

图8 点动值等方差检验图

由图7和8可知，点动值为0.5和1.5 s时，对氧化锌粉料称量的中心值没有影响，但对数据波动有影响（点动值为1.5 s时标准差为0.229 8，点动值为0.5 s时标准差为0.209 5），也就是会影响称量过程能力，所以本工作中点动值是影响氧化锌粉料称量过程能力的关键影响因子。

4 结论

（1）提前量和点动值是影响氧化锌粉料称量过程的关键影响因子。

（3）点动值为1.5 s时氧化锌粉料称量标准差比点动值为0.5 s时高10%，点动值为0.5 s时氧化锌粉料称量更为稳定。