正交试验设计法在中小企业的推广实例

杨 平

（山西大学商务学院，山西 太原 030031）

1 正交试验设计法简介

正交试验设计法早先由日本质量管理专家田口玄一提出，在日本得到大力推广，对日本的经济腾飞起到了巨大的作用。该方法可以广泛地运用在企业的质量攻关、提高产量、降低成本等活动中。该方法的特点是：实验次数少，优化方案快，节约大量人力、物力、财力和时间。一般不需要投资，不影响生产，不会给企业带来任何损失，能很快找出最优方案，然后按照最优方案控制生产，提高企业经济效益，实现优质、高产、低耗。

2 正交试验设计法推广应用成功案例

山西大学商务学院王天保教授以其深厚的技术功底及在企业和高校多年工作的实践经验，在多个中小企业实施正交试验法取得了成功，救活了多家企业，获得了多项科技成果。

2.1 双氰胺生产工艺的优化研究

娘子关双氰胺厂从江苏引进双氰胺生产技术，建成设计生产能力为年产500 t双氰胺。建厂当年双氰胺在国际市场上走俏，产品供不应求，售价高达15 000元/t。市场虽好，但该厂生产不景气，年产量仅达380 t，产量少、成本高，亏损严重，于是该厂厂长请王天保教授对企业进行诊断。进厂调研后，王天保教授发现该企业管理混乱，工艺控制不严，未找到最佳工艺条件，于是双方签订了校企联合立项攻关协议，由王天保教授带领8名大学生利用学生毕业实习的机会，针对全厂存在的问题进行了技术攻关。实验方案如下：

2.1.1 提高石灰氮质量和产量的正交试验

双氰胺产品是煤炭深加工项目，生产工艺流程为：煤——焦炭——电石——石灰氮——双氰胺。

石灰氮是生产双氰胺的主要原料，当时该厂石灰氮的有效含氮量仅为18%，这样指标的石灰氮只能算二级品（一级品有效含氮量应为18%以上，优级品有效含氮量应为20%以上）。石灰氮的生产原理为，电石在高温下进行氮化反应，生成石灰氮。

经诊断发现，当时该厂的工艺规定：900℃加料，820℃停止加料。冷料加入氮化炉内，因吸热反应而温度下降，且加料层过厚，氮气很难进入料层内部，致使这层料中间不能彻底氮化，结果造成大批有效含氮量仅为15%以下的废品堆积如山，前后约200余t废品。

王天保教授在遵循生产工艺要求的前提下，设计了正交试验方案：把加料温度作为一个因素，加料温度仍然定为900℃，而把原来停止加料的温度由820℃提高到880℃，这就把温差由原来的80℃减少到20℃，使得冷料入炉后，也能够保持正常炉温。另外，针对原来加料过厚，层料中间不能彻底氮化的问题，王天保教授缩短了加料的时间间隔，勤填少加，使料层变薄，氮气很容易进入料层内部，使中间料层能够彻底氮化。

王天保教授从当年5月1日按照新方案开始控制，经过努力，5月份石灰氮的产量就达到376 t，比该厂4月份石灰氮的产量200 t提高了88%。这批石灰氮不仅产量高，质量也特别好，376 t石灰氮的有效含氮量均在22%以上，全部达到优级品。后来又在很短的时间内，把原来厂内堆积的200余t废品全部搭配用完，仅回收利用废品一项，就节省了40多万元（1 t废品价值2 200元）。在完成氮化工序攻关的基础上，紧接着又优化了双氰胺的聚合和结晶工序。

经过正交试验法优化了工艺以后，从5月份开始至年底，当年优级品双氰胺产量就达到554 t，超过了该厂的设计生产能力500 t。

2.1.2 扩大双氰胺产量，降低双氰胺生产成本的工艺优化

产量提高以后，针对产品烘干机的烘干能力仅为500 t，不能适应高产要求的问题，王天保教授指导该厂于第二年就又开始对烘干工序进行了技术改造，增加了一条烘干线，达到了年产1 000 t双氰胺的能力，比设计生产能力年产500 t提高了整整1倍，使企业扭亏为盈。

企业盈利后，该厂借助大好时机，开始引进外资。王天保教授代表中方与日本商家进行谈判，顺利实现中日合资，成立了“正欣双氰胺有限责任公司”。日本商家注入资金，王天保教授指导该厂对生产线改造后，该厂竟达到年产2 000 t的生产能力。

之后，王天保教授又进行了降低石灰氮耗量的实验。原来每吨双氰胺耗石灰氮7 t，优化后，吨耗降低至4 t以下。每吨双氰胺的成本降低了6 000多元。对于年产2 000 t双氰胺的该厂，一年仅降低成本一项就节约了1 200万元。可见正交试验法是不要投入，可见大效，一本万利、长期获益的好方法。

该项成果经省科委组织的专家鉴定，达到国内领先水平，并且获省科技进步奖。

2.2 八水氢氧化钡生产工艺优化研究

榆次市钡盐化工厂当时花18万从天津化工研究所购买了用毒重石（碳酸钡）生产八水氢氧化钡的专利，工艺流程为：碳酸钡矿石（经过煅烧）——氧化钡（浸泡）——氢氧化钡——结晶（八水氢氧化钡）

因该项专利仅仅能够用毒重石（碳酸钡）生产出八水氢氧化钡，但未经过工业中试，仍然停留在实验室的技术状态，不能用于工业批量生产。当时山西有5家购买了此项专利，结果均因严重亏损而倒闭，仅剩榆次钡盐厂一家。该厂经过一年试生产，亏损90多万元，也濒临倒闭转产的状态。情急之下，该厂厂长慕名邀请王天保教授进厂诊断。双方签订了合作攻关协议，并在省科委立项。

王天保教授利用正交试验法，对碳酸钡煅烧工艺进行攻关，把原来的转化率20%~30%（且很不稳定）一举提高到90%以上，并用在煅烧罐内添加有机物的办法解决煅烧罐破裂问题；加真空吸滤收回废渣中的成品；用真空结晶解决成品质量不过关问题。通过一系列的改进，使得该厂产量由原来的75 t/月提高到310 t/月。未加入投资，产量提高了3倍。该厂不仅没有倒闭转产，还进行了扩建，已成为全国最大的钡盐生产基地和榆次地区利税大户。

该项成果经省科委组织的专家鉴定，达到国内领先水平，并且获省科技进步奖。

2.3 提高金属镁煅烧活性度

王天保教授还对评定金属镁厂的金属镁生产工艺进行优化，使该厂的煅烧活性度由24%以下提高到34%以上，超过了部颁标准，获得QC成果奖。

2.4 应用正交试验法进行产品开发

王天保教授帮助曾被通知停业整顿的榆次安华灭火器材有限公司生产的EBM气溶胶灭火器进行技术攻关，获得发明专利和实用新型专利各一项。这是正交试验法在产品开发发明运用的成功案例。

3 中小企业推广正交试验法的必要性

山西省中小企业发展迅速，数量较大，在国民经济中占有及其重要的地位。一部分中小企业经营成功，但还有相当一部分中小企业由于经济实力弱，缺乏人才，管理混乱，工艺管理不严，未在最佳状况运行，经济效益差。这些中小企业往往资金紧张、融资困难、发展缓慢、生存艰难，急需走出困境，尽快良性发展。而正交试验法正是解决企业生存发展的一剂良药。

建议中小企业技术人员掌握正交试验法，结合本企业生产工艺或新产品开发，运用正交试验法进行优化，改进产品质量，提高产量，而且好的项目可以厂校联合立项攻关。实践证明这是可行的，王天保教授推广应用正交试验法是高校和企业结合的一个典范，他的“改革毕业实习，闯产学研结合之路”的课题曾获山西省优秀教学成果一等奖，企业获利、师生获益。