馬越峰　郭曉慧

摘要： 釹鐵硼永磁體是目前應(yīng)用最為廣泛的稀土磁性材料，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的釹鐵硼磁體其磁性能未能達(dá)到使用要求。本文基于稀土磁性材料生產(chǎn)工藝，借助魚(yú)骨圖分析方法，找出影響稀土磁性材料磁性能的重要因素，然后結(jié)合層次分析法，將所繪魚(yú)骨圖轉(zhuǎn)化為層次結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算各指標(biāo)因素相對(duì)于目標(biāo)的影響程度，進(jìn)而確定出影響其磁性的主要因素和次要因素，并據(jù)此提出合理可行的預(yù)防對(duì)策。

Abstract： Nd-Fe-B permanent magnet is the most widely used rare earth magnetic materials， but the magnetic property of current domestic Nd-Fe-B magnets always fails to meet the requirements. Based on the characteristics of rare earth magnetic material production process， the paper identifies important factors that influence the magnetic property of rare earth magnetic materials with the analysis method of fish-bone diagram， and then the author turns the fish-bone diagrams into an attribute hierarchy model with the ideal of AHP. It expresses the influencing force of each cause to the target with the method of quantitative analysis. So the main factors and secondary factors to the magnetic property of Nd-Fe-B magnets can be focused on and can put forward reasonable and feasible forecasting model.

關(guān)鍵詞： 稀土磁性材料；質(zhì)量診斷；魚(yú)骨圖；層次分析法

Key words： rare earth magnetic materials；quality diagnosis；fish-bone diagram；AHP

中圖分類號(hào)：F253.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）32-0145-05

0 引言

近年來(lái)，稀土憑借其特殊的元素組合特性，逐漸成為支持國(guó)家新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、電子信息等行業(yè)特別是國(guó)防軍事領(lǐng)域發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。稀土磁性材料是一種性能優(yōu)異、應(yīng)用范圍廣闊的永磁材料，目前市場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛的市場(chǎng)主流稀土磁性材料是釹鐵硼材料。釹鐵硼材料在減小體積的情況下大幅度提高了產(chǎn)品的性能、節(jié)約能耗，符合現(xiàn)代戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中倡導(dǎo)節(jié)能、減排、環(huán)保的技術(shù)發(fā)展需求趨勢(shì)。但是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的釹鐵硼磁體其磁性能與理論相差太遠(yuǎn)，燒結(jié)的釹鐵硼磁性材料性能差，易被腐蝕，應(yīng)用范圍窄，稀土磁性材料的質(zhì)量亟待提高。在此情形下，質(zhì)量管理成為稀土磁性材料生產(chǎn)企業(yè)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。質(zhì)量控制與診斷是質(zhì)量管理的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)預(yù)防原則、保持生產(chǎn)穩(wěn)定的重要手段。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，質(zhì)量特性值已經(jīng)多元化。為了更好地進(jìn)行質(zhì)量管理，需要將這些特性值作為一個(gè)整體進(jìn)行多元控制與診斷。所以，建立多元質(zhì)量控制與診斷體系，是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

本文根據(jù)稀土磁性材料生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，借助魚(yú)骨圖分析方法，綜合考慮包頭市稀土永磁材料廠生產(chǎn)管理實(shí)際情況，找出影響稀土磁性材料磁性能的重要因素，分層繪制形成魚(yú)骨圖。然后結(jié)合層次分析法，將所繪魚(yú)骨圖轉(zhuǎn)化為層次結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算各指標(biāo)因素相對(duì)于所研究目標(biāo)即產(chǎn)品磁性能的重要程度，確定影響釹鐵硼磁體的主要因素和次要因素，并據(jù)此提出合理可行的預(yù)防對(duì)策，對(duì)于提高稀土磁性材料的磁性能具有重要的意義。

1 魚(yú)骨圖和層次分析法介紹

魚(yú)骨圖又稱為因果圖或特性要因圖，是用圖來(lái)表示導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題具體原因的方法。魚(yú)骨圖通常是以質(zhì)量問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，從人、設(shè)備、原材料、操作方法和環(huán)境五個(gè)方面入手，從大到小，逐步搜索產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的具體原因，并在同一張圖上用箭頭把它們的關(guān)系表示出來(lái)，以便對(duì)質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。魚(yú)骨圖分析法在定性質(zhì)量診斷中使用較廣。對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)，使用魚(yú)骨圖分析問(wèn)題，可以做到一目了然、思路清晰并且無(wú)所遺漏。實(shí)際操作中，具體作圖方法如下：①明確所要分析的質(zhì)量問(wèn)題并將對(duì)問(wèn)題有深度了解的相關(guān)人員組成工作組；②從人、設(shè)備、原材料、操作方法和環(huán)境五個(gè)方面出發(fā)，請(qǐng)各成員依次列出自己認(rèn)為的引起問(wèn)題的主要原因；③主要原因進(jìn)一步細(xì)化，盡可能列出所有原因；④對(duì)魚(yú)骨圖進(jìn)行優(yōu)化整理做出最終的圖形。

魚(yú)骨圖能夠詳盡地列出影響問(wèn)題的所有因素，但是由于企業(yè)各種資源的約束，往往無(wú)法全部改進(jìn)這些因素，在這些因素中有些是主要因素，有些是次要因素，企業(yè)通常會(huì)選擇那些主要的影響較大的因素優(yōu)先解決，這就需要首先確定各個(gè)因素的重要程度，對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)先排序。層次分析法就能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的，對(duì)這些因素進(jìn)行定量的更詳盡的分析。層次分析法的基本原理是將所有因素按所屬類型從上而下分解成若干層，通過(guò)逐層比較各關(guān)聯(lián)因素的重要性，分析出所有因素對(duì)于目標(biāo)問(wèn)題的重要程度，從而進(jìn)行優(yōu)先程度排序。具體步驟如下：①將問(wèn)題所包含的因素分層，建立層次結(jié)構(gòu)；②對(duì)同一屬性的因素兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣；③對(duì)判斷矩陣進(jìn)行正規(guī)化處理求出原始判斷矩陣中各因素的相對(duì)權(quán)重；④求層次總排序即合成權(quán)重；⑤對(duì)各判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；⑥根據(jù)排序結(jié)果，做出綜合分析。

運(yùn)用層次分析法，在傳統(tǒng)魚(yú)骨圖的基礎(chǔ)上加入了定量分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出末端因素相對(duì)于“魚(yú)頭”的優(yōu)先排序，排序越靠前說(shuō)明其對(duì)所要研究問(wèn)題的影響能力越大，越需集中精力去解決。近年來(lái)，一些學(xué)者將二者相結(jié)合用于質(zhì)量診斷，取得了不錯(cuò)的效果。羅宜美，黃勝延，曹式有[1]應(yīng)用層次分析法的思想對(duì)某工廠A12立式車床加工換件準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的傳統(tǒng)魚(yú)骨圖進(jìn)行了改進(jìn)，分析出所有影響因素中機(jī)床三爪行程小是最主要的因素，要著重改進(jìn)。李振福[2]將魚(yú)骨圖和AHP方法相結(jié)合對(duì)北極航線問(wèn)題進(jìn)行了診斷，清楚的指出問(wèn)題的主要方面和次要方面，并從國(guó)家層面和社會(huì)層面提出北極航線問(wèn)題的解決策略。白少雪，陳全，李宗坤[3]綜合考慮煙花爆竹行業(yè)安全評(píng)價(jià)的理論和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用魚(yú)骨圖法對(duì)該過(guò)程發(fā)生的爆炸事故進(jìn)行定性分析，找出導(dǎo)致事故發(fā)生的因素；再運(yùn)用層次分析法進(jìn)行定量分析，確定導(dǎo)致事故發(fā)生的關(guān)鍵因素是人的不安全操作行為，將這一因素應(yīng)該作為事故預(yù)防的重點(diǎn)。胡玉琴，王殿生等[4]針對(duì)石油靜電事故影響因素的復(fù)雜性、多層次性和不確定性的特點(diǎn)，采用魚(yú)骨圖分析法，找出了引發(fā)石油靜電事故的影響因素，確定出6個(gè)主因素25個(gè)子因素的石油靜電事故評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法確定了各個(gè)影響因素的重要程度，分析出導(dǎo)致石油靜電事故的重要因素，合理地解決了石油靜電事故影響因素分析難題。張征，聶俊峰，傅斌賀[5]為有效地分析乘員信息處理過(guò)程中的失誤影響因素，將魚(yú)骨圖和層次分析法兩種方法相結(jié)合，用魚(yú)骨圖定性地辨識(shí)出4個(gè)層面16項(xiàng)因素，并將其導(dǎo)入層次分析模型，通過(guò)總排序和影響因素等級(jí)分別篩選出3個(gè)關(guān)鍵因素和3個(gè)重要影響因素，為預(yù)防研究提供一定的參考。

目前，未有學(xué)者將魚(yú)骨圖和層次分析法相結(jié)合應(yīng)用于稀土企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量研究，本文將這一方法引入到稀土磁性材料質(zhì)量診斷中，先用魚(yú)骨圖分析方法找出影響稀土磁性材料磁性能的因素，再應(yīng)用層次分析法將所有影響因素進(jìn)行綜合排序，根據(jù)排序先后順序確定出稀土企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中為了控制產(chǎn)品質(zhì)量分別需要嚴(yán)格控制、有效控制和一般控制的因素。

2 稀土磁性材料質(zhì)量問(wèn)題診斷

2.1 稀土磁性材料生產(chǎn)工藝

包頭市磁材廠生產(chǎn)釹鐵硼磁體的工藝流程為：①熔煉：鐠釹、硼、鐵及其他元素在真空感應(yīng)熔煉爐加熱融化，融化液體澆鑄到旋轉(zhuǎn)的銅棍上，快速冷卻，制得釹鐵硼合金片；②氫處理：常溫下氫氣與釹鐵硼合金片發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)體積膨脹，合金沿晶界斷裂，使釹鐵硼的晶粒破碎，再加熱發(fā)生可逆反應(yīng)（脫氫），得到破碎的釹鐵硼顆粒，利于制粉；③磨粉：在氣流磨機(jī)內(nèi)氣流高速流動(dòng)，帶動(dòng)釹鐵硼顆粒反復(fù)碰撞，制得大小均勻的釹鐵硼顆粒；④壓型：在壓機(jī)內(nèi)高強(qiáng)磁場(chǎng)取向，使釹鐵硼每一顆粒平行一致排列，壓制后得到一定形狀的生坯；⑤燒結(jié)：在燒結(jié)爐內(nèi)加熱，生坯排氣、收縮，高溫?zé)Y(jié)后制得釹鐵硼毛坯；⑥性能測(cè)試：利用磁特性測(cè)試儀測(cè)量毛坯磁性能；⑦機(jī)械加工、表面處理、充磁、包裝：按照用戶的需求直接壓制成為各種形狀的磁性產(chǎn)品并充磁、包裝出廠，見(jiàn)圖1。

2.2 質(zhì)量源辨識(shí)-魚(yú)骨圖

稀土磁性材料質(zhì)量問(wèn)題是指磁體磁性能差，表現(xiàn)為燒結(jié)釹鐵硼合金產(chǎn)品一致性差、稀土磁性材料的表面鍍膜質(zhì)量較差，表面欠致密，易被腐蝕、成品應(yīng)用范圍窄。本文總結(jié)了對(duì)包頭市各稀土磁性材料生產(chǎn)廠的調(diào)研結(jié)果，并與專家討論分析得出影響釹鐵硼磁體磁性能的因素。影響因素主要包括以下五個(gè)方面：

①人（生產(chǎn)操作者）：操作者對(duì)與生產(chǎn)相關(guān)的理論掌握不充分，操作過(guò)程不順利；工人對(duì)機(jī)器設(shè)備不熟悉，操作不熟練；企業(yè)對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)所必要的科研投入沒(méi)有或不足；由于企業(yè)缺乏必要的體檢程序或工時(shí)不合理等因素造成生產(chǎn)操作者體力不支，導(dǎo)致經(jīng)常性的操作失誤；企業(yè)對(duì)提高磁性產(chǎn)品磁性能缺乏有效的監(jiān)督手段。

②機(jī)（機(jī)器設(shè)備）：釹鐵硼永磁體生產(chǎn)過(guò)程中每一環(huán)節(jié)都有特定的生產(chǎn)設(shè)備，如氣流磨出粒粒度大導(dǎo)致磨粉不徹底，直接影響到壓型形成的生坯的質(zhì)量；激光粒度儀測(cè)量粉體粒度時(shí)測(cè)量不精確，導(dǎo)致顆粒過(guò)大無(wú)法成型；壓制過(guò)程中磁場(chǎng)壓機(jī)中橡膠模磨損嚴(yán)重導(dǎo)致壓力不足等。此外對(duì)所有設(shè)備而言，機(jī)器維修保養(yǎng)不及時(shí)以及設(shè)備操作過(guò)于復(fù)雜等因素也會(huì)影響到各環(huán)節(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)而影響到成品磁體的磁性能。

③料（原材料及生產(chǎn)過(guò)程中的添加劑）：目前生產(chǎn)高性能的稀土永磁體需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是釹鐵硼永磁體產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)品的穩(wěn)定性和均勻性，而原材料成分不均勻、熔煉過(guò)程中引入雜質(zhì)或被氧化、壓型時(shí)添加劑的種類及用量不合理以及生產(chǎn)中的其他不同組分和微量元素的缺少控制等都是重要的影響因素。

④法（生產(chǎn)方法）：目前國(guó)外釹鐵硼磁體的研究達(dá)到較高水平，其生產(chǎn)工藝已經(jīng)不是傳統(tǒng)的燒結(jié)磁體制備工藝，而是采用了而是采用了速凝薄帶工藝制備合金、氫處理破碎和氣流磨工藝制粉、橡皮模等靜壓工藝成型等一系列技術(shù)，是一種全新的燒結(jié)磁體制造方法，使磁性能得到大幅度的提升。而我國(guó)大多廠家生產(chǎn)手段仍然落后，造成所生產(chǎn)的永磁材料磁性能與理論相差甚遠(yuǎn)，如：熔融合金液體冷卻速度慢，導(dǎo)致生產(chǎn)中α-Fe在鑄片中產(chǎn)生，后續(xù)還必須要做等溫?zé)崽幚硪约叭鄙俑幌⊥料?；釹鐵硼合金片破碎工藝水平低導(dǎo)致合金的晶粒破壞，且富Nd相分布非常不均勻；磨粉時(shí)含氧量不足或過(guò)高導(dǎo)致磨粉效率低且粒度分布非常不均勻；燒結(jié)中粘結(jié)工藝落后使成品在燒結(jié)過(guò)程中開(kāi)裂或產(chǎn)品硬度高；鍍膜工藝存在缺陷致使稀土磁性材料表面鍍膜質(zhì)量較差，表面欠致密，易被腐蝕。

⑤環(huán)（環(huán)境）：生產(chǎn)車間的環(huán)境不僅影響操作者也影響機(jī)器設(shè)備尤其是某些測(cè)量設(shè)備的精確性。車間光線暗、噪音大、溫度濕度波動(dòng)大或者是工藝布局不合理、工人操作機(jī)器不方便等都是關(guān)鍵的影響因素。

基于以上分析，構(gòu)造稀土磁性材料質(zhì)量分析魚(yú)骨圖如圖2所示。

3 層次分析法

3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

影響稀土磁性材料磁性能的因素很多，結(jié)合上述魚(yú)骨圖分析結(jié)果，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，如表1所示，評(píng)價(jià)體系包括5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和25個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

3.2 構(gòu)造判斷矩陣計(jì)算權(quán)重

結(jié)合層次結(jié)構(gòu)模型，采用1～9比率標(biāo)度進(jìn)行同層次兩兩因素間的相對(duì)比較，構(gòu)造出判斷矩陣，見(jiàn)表2。求解判斷矩陣的特征根和特征向量，為同一層次各因素相對(duì)于上一層次某一因素相對(duì)重要性排序，然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

計(jì)算判斷矩陣的最大特征值？姿max并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。將計(jì)算出的最大特征根？姿max導(dǎo)入公式進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

RI的取值見(jiàn)表3，如果CR<0.1，則n階判斷矩陣A的一致性可以接受。

為了從不同角度和不同層面客觀深入的對(duì)稀土磁性材料磁性能影響因素進(jìn)行分析，獲得準(zhǔn)確、全面、可靠的信息和數(shù)據(jù)，采用專家法為各因素及指標(biāo)打分。專家學(xué)者他們分別來(lái)自于包頭稀土磁性材料相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)部門主管、包鋼稀土研究院、內(nèi)蒙古科技大學(xué)、包頭發(fā)改委、包頭政府及自治區(qū)的稀土工業(yè)協(xié)會(huì)的專家，在選擇過(guò)程中充分考慮了專家的知識(shí)結(jié)構(gòu)、專業(yè)背景和工作經(jīng)歷，以最大可能地保證測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)的客觀性和可靠性。最后，在上述專家學(xué)者的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納總結(jié)。構(gòu)造出如下判斷矩陣：

3.3 結(jié)果分析及改進(jìn)措施

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，按照所求綜合權(quán)重大小確定影響稀土磁性材料磁性能的一級(jí)指標(biāo)中B3權(quán)重最大為0.353，表示料是影響磁性能的最主要因素，企業(yè)在生產(chǎn)工程中要提高產(chǎn)品性能應(yīng)該更加注重與料相關(guān)的因素；B4次之權(quán)重為0.320，表示產(chǎn)品性能的影響因素中生產(chǎn)方法也很重要，先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品性能具有重要的意義，其他包括人、機(jī)器以及環(huán)境等因素權(quán)重分別為0.086，0.167，0.074，與前兩個(gè)因素相比重要程度較低。

25個(gè)子因素相對(duì)于目標(biāo)問(wèn)題影響程度排序如下：B33，B45，B21，B34，B44，B12，B31，B54，B24，B32，B41，B14，B42，B25，B52，B43，B22，B11，B23，B53，B26，B51，B13，B15，B55。所有因素中B33，B45兩個(gè)因素的綜合權(quán)重大于0.1，B21，B34接近0.1，B44，B12，B31，B54權(quán)重接近0.05，是最主要的影響因素，需要企業(yè)嚴(yán)格控制，這意味著企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注這些因素是否達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以控制磁性材料的磁性能；B24，B32，B41，B14，B42，B25綜合權(quán)重均接近0.02，B52，B43，B22綜合權(quán)重大于0.01，屬于次要因素，需要企業(yè)有效控制，如果控制不當(dāng)，也會(huì)對(duì)稀土磁性產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響。B11，B23，B53，B26，B51，B13，B15，B55權(quán)重均小于0.01，這8個(gè)因素對(duì)磁性材料磁性能的影響較小，但是企業(yè)不可完全忽視，企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中一般控制即可。

從上述結(jié)果分析中可以看出，稀土磁性材料生產(chǎn)企業(yè)為了提高產(chǎn)品性能，主要從原材料成分是否均勻、冷卻工藝是否先進(jìn)、所使用氣流磨的出粒粒度是否合規(guī)以及生產(chǎn)中各種組分和微量元素的控制是否得當(dāng)四個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行控制。對(duì)于這四個(gè)主要影響因素改進(jìn)措施如表6所示。

4 結(jié)論

魚(yú)骨圖只能定性地找出影響稀土磁性材料磁性能的因素有哪些，而具體這些因素如何影響以及影響程度等都無(wú)法確定。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)由于資源等各種約束無(wú)法顧及所有因素，這就需要事先了解在這些影響因素中哪些是主要因素，需要及時(shí)解決，哪些是次要因素，可以暫時(shí)擱置。本文在魚(yú)骨圖的基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析法將影響稀土磁性材料磁性能的所有因素進(jìn)行單層排序和綜合排序，確定了各種影響因素對(duì)最終問(wèn)題的影響程度大小，影響程度越大，越需要優(yōu)先解決。

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