申请工业工程师资格认证

申请工业工程师资格认证实践应用报告
基于谢宁方法的
同轴电缆绝缘附着力改善
学校：上海交通大学
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基于谢宁方法的同轴电缆绝缘附着力改善
摘要
同轴电缆的绝缘附着力是同轴电缆重要的机械强度性能指标，需要分析影响其的关键因素。

道林·谢宁方法是试验设计技术的最新进展，它是由几种方法组合而成专门用来寻找生产中的重要因素，并使它们以最佳参数进行组合，提高产品质量。

本文采用成对比较法和变量搜索法，分析了影响同轴电缆的绝缘附着力的关键因素，并采用实例分析和验证了该方法的有效性和可行性，并对分析结果进行回归分析，有效地改善了生产中遇到的技术难题。

关键词: 同轴电缆，谢宁试验设计方法，附着力，发泡工艺
~
目录
摘要 (Ⅰ)
目录 (Ⅱ)
1 问题描述 (1)
1.1企业介绍 (1)
1.2产品结构与工艺流程 (4)
1.3产品的缺陷 (6)
2 应用条件 (8)
2.1谢宁方法介绍 (8)
2.2改善方案的拟定 (9)
3 分析过程 (13)
3.1测量系统分析 (13)
3.2试验设计 (15)
4 解决方案 (22)
4.1方案实施及结果 (22)
4.2成果维护 (26)
5 结果和应用 (30)
5.1缺陷改善的财务成果（成本节约） (30)
5.2经验总结和应用价值 (31)
5.3结论 (31)
参考文献 (32)
1问题描述
1.1企业介绍
A公司在设计、生产“最后一英里”通讯网络所需解决方案产品方面具有世界领先地位。

A 公司制造用于有线电视和其他视频的高品质、高性能的同轴电缆, 已成为世界最大的制造商。

为更好地满足亚太地区同轴电缆市场的需求,A公司是B集团在亚太地区开设的第一家工厂。

公司产品涉及所有通信业务，包括有线电视，无线基站天线，通信电气柜，电缆接头及跳线，网络传输电缆及全套网络布线方案。

本文中介绍的产品项目为无线通信基站使用的天线馈线在A公司工厂投产过程中遇到的一个技术难题，最终通过谢宁方法进行质量改进的案例。

A公司工厂自从2008年5月开始投产无线通信基站使用的天线馈线，馈线电缆的主要运用于基站机房与发射塔上天线的信号与能源的传输。

由于该电缆的应用多在于野外环境，所以对其机械性能，电缆的信号传输可靠性和安装便捷性均提出了很高的要求，B集团正是代表着先进的通信技术的领导者。

近年来，随着第三代通信技术的革新，我国很多地方的早些年建造的通信基站都将迎来一次大规模的通信设备的更新换代，天线馈线的需求将会随着3G产业的发展得到大幅度的提升，同时由于南亚地区（如印度）基础通信设施的建设起步落后，如今再发展有线通信需要投入的成本显然无法与直接投资建设无线通信网络低廉的成本相媲美，所以无线基站的天线馈线需求在未来的十年间将会有一个非常良好的市场预期。

1.2产品结构与工艺流程
同轴通信电缆主要用于通信用电信号传播介质，因此很容易根据起命名想象出得其结构应当由两个由金属材料组成圆柱形屏蔽层，期间的结构用于电信号的传播,而为了连接这两个金属屏蔽层，则需要使用低密度，底介电常数，机械强度较高的绝缘材料，于是高分子聚合物就很好的充当了这一角色。

……
本文涉及的同轴电缆的结构如图2所示，是由内导体(铜带焊接)附着绝缘发泡(聚乙烯) ，经过外导体(铝带焊接)包附上黑色护套(聚乙烯)组成。

因此,从电缆的结构图中，可以很清楚地了解电缆的生产过程主要由金属焊接与绝缘材料的挤出发泡工艺过程（工艺流程如图3所示）。

其中，由于发泡绝缘过程涉及到将内外两层金属屏蔽层结构连接起来，对同轴电缆的机械强度
起到了非常关键的作用，因此是整个工艺流程的关键所在。

图3 同轴电缆的工艺流程图
1.3产品的缺陷
同轴电缆的绝缘附着力是同轴电缆重要的机械强度性能指标，需要分析影响其的关键因素。

谢宁方法是试验设计技术的最新进展，它是由几种方法组合，而成专门设计用来寻找生产工艺过程中对产品性能。

……
2应用条件
2.1谢宁方法介绍
谢宁方法是道林·谢宁创立的一种被称为“统计工具”的方法（即通过试验设计确定系统性原因）【5】，这种方法将统计方法和工程技术结合起来解决工程问题。

该方法的目标是通过找出造成生产过程中变异的最重要的因素来减小变异。

其特点是强调与部件科学的对话，通过比较直观和符合具体逻辑思维的产品部件分析，可以清晰地分离出主要作用与相互作用，从而取代田口法凭工程猜测构建出变量的数学实验法，有助于精确查找问题的根本原因。

谢宁方法主要运用过程可以分解为以下几个步骤：
1) 问题的定义, 挑选问题的根据应该源于客户需求或质量成本。

2) 针对所需分析问题的相应定量测试系统，对测量设备进行精准度的校验及系统稳定性分析。

3) 列出可疑变量, 通过零件搜索，多变图技术，成对比较技术将变量的数目缩减到一个可以控制的程度, 就可以通过变量搜索研究相应的因子。

4) 统计实验设计, 在可疑变量数目降到4个以下时, 通过实验估计这些因子的作用的量级和交互影响, 用回归分析的方法推导出近似优化解的轨迹。

5) 将优化解运用了改善后的小批量生产试验，使用成对比较分析 (B vs C) 对新产品与原先产品进行比较，确认改善效果。

6）导入统计过程控制（SPC）, 对关键特性的测试值实时监控，如有异常，由技术人员及时确认及调整生产线关键参数。

下面对谢宁方法特有的工具进行详细的解析，并在课题的解决实践中尝试运用这几种工具为企业的质量改进活动提供帮助。

根据作者对谢宁方法的研究与探讨，本文使用谢宁试验方法改善产品性能总共需要经历三大步骤：即MSA(Measurement System Analysis,即测量系统分析),DOE(Design Of Experiment,即试验设计)，SPC(Statistical Process Control,即统计过程控制)，由于MSA和SPC均为常用的质量分析工具，具体的方法细节，就不在做此详细讨论了。

下文将具体地介绍每一步骤的改善方案。

2.1.1 MSA(测量系统分析)
在进行任何质量改善活动之前，对测量系统进行细致地分析都是很有必要的。

试想，如果没有精确可靠的测量系统，那么，对于改善前、后测试数据的对比分析所做出的结论将会被打上一个大大的问号。

因此只有信赖度高的测量系统所得出的测试数据，才能够对整个改善成效的可信度提供足够的数据支持。

2.1.2 DOE(试验设计)
当测量系统被充分地确认完成改善后，就可以更多地关注于生产工艺过程的分析改进活动。

根据所需改善案例的特性，同轴电缆绝缘附着力的改善，将分别采用成对比较法将多个可能决定产品特性的工艺参数拆解后，对其中每个参数与产品最终特性进行一一对比，然后选出其中相对重要的4～6个参数变量进入到下一步的变量搜索的分析。

在变量搜索中，将会之前对选出的这4～6个参数变量进行最佳水平与临界水平的对比分析，根据每个参数对产品特性的贡献度筛选出2～3的最关键工艺参数进入到下一步的回归分析。

在回归分析中，将会对通过变量搜索筛选出来的关键工艺参数进行进一步的近似回归分析，得到每个参数的近似一次拟合方程，然后对每个方程的应变量范围进行分析，得到自变量（关键工艺参数）恰当范围，并根据需要重新定义工艺参数的设定表。

在完成上述分析后，将优化后参数设定用于改善试验，重新测试试验品的绝缘附着力性能，对比性能前后数据进行比较试验，确认优化后的参数确实使产品的机械性能得到了有效提升。

2.1.3SPC(统计过程控制)
当改善活动的成果被认可后，还需要通过日常的参数统计，对生产工艺的稳定性进行控制，这就是统计过程控制在谢宁方法中的最后一个关键步骤地运用。

具体地操作步骤为：1．定义所控制的产品特性的控制上、下界限；
2．进行定期的抽检测试，并在趋势控制图上进行描点画图；
3．当发现产品特性测量值超出了控制的上下界限时，及时通知工程师；
4．工程师根据当前各工艺参数的设定位置，决定合适地工艺调整方案。

2.2改善方案的拟定
若要稳定地控制绝缘附着力这项指标，首先需要分析影响其绝缘附着力的几个工艺参数。

电缆挤出发泡是一项非常复杂的工艺过程，为了提高这项工艺的稳定性，首先需要对电缆的挤出发泡过程做一个充分的解析。

电缆的挤出发泡过程具体可分解为：内导体的预热→内皮胶水挤出→内皮胶水冷却→发泡绝缘材质挤出→再次冷却电缆。

实际的工业化生产运用如图10所示：
图10 发泡绝缘工艺示意图
……
4解决方案
4.1方案实施与结果
综上分析，工艺参数生产线速度的设定范围由10m/min~14m/min更改为10m/min~12.4m/min，即11.2±1.2m/min；内皮预热温度由550℃~650℃更改为620℃~680℃，即650±30℃。

当质量问题通过工艺参数的调整得到解决后，需要进一步分析其改善前后的效果，通过成效对比的方法确认改善的有效性。

为了对改善成效的有效性进行对比，设计了如下试验，在不改变任何硬件设施的情况下，由相同的操作人员在很短的时间段进行生产出相同数量的产品样本，然后对这些样本进行分别测试，并进行分布对比，确认改善的有效性。

根据回归分析的结论，可以对成效对比的试验参数作如下设计：
1)只针对最重要的两个工艺参数（生产线速度和内皮预热温度）进行调整；
2)其它工艺参数在其设定范围内取中心推荐值，以尽可能减小由此参数引发的试验误差；
3)对比样本的制作安排同样的生产设备，相同的操作人员，所有的样本测试均由同一个测
试员检测。

因此，改善前后的试验参数对比如表14：……
安排了改善前与改善后的两组参数的各18个样本的绝缘附着力测试的对比试验，测试数据如下表：
表15 绝缘附着力改善对比
通过统计分析，可以从下面的改善前后绝
缘附着力分布中得到：
1、 改善后，绝缘附着力的平均值由改善前的165.3kg 提升到230.8kg ， 即X b = 230.8, X c =165.3, 于是（X b -X c ）=230.8-165.3=65.3kg ；
2、 B 状态下的标准差Sigma (b)为改善前的总体方差，公式如(4.1)
Sigma(b)=1
)(2
1
--=
∑
=n x x S n
i i ………(4.1)
式中：
i x —为改善后的每次试验样本值，
x
—为改善后所有试验样本的平均值，
n —为改善后所有试验的次数。

参考文献
中文参考文献著录格式示例
1. 专著
2. 期刊
3. 学位论文
4. 技术标准 4.技术标准
京：中国标准出版社，
序号
作者 题名 保存地点及单位 年份 注释同上
序号 起草 标准 标准 发布年份 标准名称 出版地 出版者 出版年度 责任者 代号 顺序号
英文参考文献著录格式
1. 专著
① ② ③
maintenance [M], Los Altos, California, Dolby Access Press, 1978, 56-93
④ ⑤ ⑥ ⑦
2. 期刊
[16] Satty T.L.
, Management
①：参考文献序号;②：作者姓名一律采用姓在前。

作者超过3人时，只列出前3人姓名后加 “etc ”; ③：书名（若有多个版本时，须在书名后加注：2nd.edition 或xth.edition ;
④：出版地；⑤出版者；⑥出版年份；⑦起止页码
序号 作者姓名（注释同题名 刊名。