六西格玛设计在新钢种开发试制中的应用

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1、六西格玛设计在新钢种开发试制中的应用——以Q450NQR1新产品开发试制为例万兰凤1郭振和2殷胜3王志陵4（1、2、3宝钢股份梅钢公司科技部，南京，210039；4上海朱兰研究院，上海，200050）摘要：文章阐述了梅山钢铁股份有限公司（简称梅钢）将六西格玛设计方法引入产品研发的基本想法，描述了六西格玛设计的定义及其作用，在研究了六西格玛设计模型的基础上，结合梅钢材料设计及生产的特点，提出了梅钢DCOV的独特设计模型，并以Q450NQR1新产品开发试制为例，详细介绍了梅钢采用该模型在新品开发中应用的全过程，

2、并验证了有效性。关键词：DFSS、DMAIC、Q450NQR1、DCOV、界定、概念、优化、验证1.引言降低车辆自重、提高整车性能是满足火车提速的前提，因而铁道部于2006年提出：新造货车上全部采用具有高强度、高耐候特性的Q450NQR1热轧钢板，代替以前采用的较低级别钢种。Q450NQR1附加值高，市场需求量大，具有广阔的市场前景。Q450NQR1不仅要具有高强度，而且还要具有优良的综合力学性能、良好冷成型加工性能、焊接性能及耐腐蚀性能，是目前梅钢所生产的产品中合金元素及含量最多的产品，因此对产品的设计及

3、生产等工艺都提出了严峻的挑战。至2002年以来，梅钢一直采用六西格玛改进5的方法提高产品质量、优化工艺过程，取得了很好的成效，但如何将六西格玛方法引入设计开发过程一直是梅钢的困惑点；再者Q450NQR1新钢种设计开发的难度极高，基于如上两方面的原因促使梅钢产生了在新品研发中运用六西格玛设计思想及方法1、2的想法。2.六西格玛设计六西格玛设计（DFSS）诞生于上世纪九十年，是一种以六西格玛水平为目标的产品设计及过程设计的系统方法，源于系统工程。DFSS6采用统计方法量化系统性能与相关设计参数、过程参数之间的关

4、系，面向产品全生命周期，把关键顾客需求设计到产品中，从而达到提高产品质量、加快产品开发速度、降低产品生命周期成本的目的。六西格玛设计（DFSS）与六西格玛改进（DMAIC），两者之间的区别就好比把旧裤子补一补再穿与买条新裤子之间的差别。六西格玛设计不是对现在产品或流程进行改进，而是要从一开始就把产品或流程设计得无懈可击。以事先的投入来节约事后的修补。DFSS目前还没有统一的解决问题的模式，常见的模式包括：DMADV6（即界定、测量、分析、设计、验证）、IDDOV3（即识别、界定、开发、优化、验证）、ICOV

5、4（即识别、刻画、优化、验证）等。这些模式虽表述各异，但内容大同小异，以设计流程为主线，每一步骤采用统计方法来优化与评价，从而减少设计缺陷与变更。3.Q450NQR1新品开发过程大多数六西格玛设计模式其出发点是从零开始的设计活动，或者说是原始创新，而较多的情况是引进消化吸收再创新，也就是说从母公司、总公司或其他途径可以获得部分设计资料，重点是完成“本企业化”的工作，找到切合本企业实际的整体设计方案。梅钢基于此对DFSS模型进行微调，形成了独具梅钢特色的DCOV设计模型，即界定项目（Define）、设计概念（

6、Concept）、设计优化（Optimize）及设计验证（Validate）。73.1界定项目（Define）该阶段的主要工作包括：组成多功能的设计项目团队；对顾客需求进行分析；对项目目标及流程进行界定；对Q450NQR1产品及工艺设计的重点和难点进行分析。3.1.1顾客需求界定应用QFD的方法将顾客之声转化为设计的关键质量特性，并结合KANO模型确定关键质量指标、当然质量指标、潜在质量指标。结果见表1。表1顾客需求的质量指标关键质量指标当然质量指标潜在质量指标化学成分表面质量性能各向异性力学性能包装质量N

7、、H、O含量冲击功卷重焊接性能耐腐蚀性质量证明书板形………………结合技术分析、竞争对手比较分析及顾客的要求，确定了如下设计目标：（1）化学成分及性能要求表2化学成分（Wt）%（熔炼分析值）牌号CSiMnPSCuCrNiQ450NQR1≤0.12≤0.75≤1.50≤0.025≤0.0080.20～0.550.30～1.250.12～0.65备注为改善钢材性能，可以加入V、Nb、Ti等元素表3力学性能及工艺性能厚度规格mm下屈服强度ReLMPa抗拉强度RmMPa断后伸长率（L0=5.65mm）A%180º弯曲

8、试验（a-试样厚度）弯心直径≤6.0≥450≥550≥22d=a>6.0≥20d=2a表4冲击性能试样尺寸mm试样方向试验温度℃冲击功J10.0×10×55mm横向-40≥60（2）其他要求晶粒度级别不低于7级；非金属夹杂物：A类级别不大于2.5级，B类（氧化物）级别不大于2.0级；耐腐蚀性能，对耐大气腐蚀钢新品种，须进行室内加速腐蚀试验（周期浸润腐蚀试验等以验证其耐腐蚀性能），产品相对于Q345B腐蚀率≤55%