六西格瑪水準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì),我們做得到!
接觸過六西格瑪管理的朋友都知道:所謂的“六西格瑪的質(zhì)量水平”,是指每百萬個(gè)產(chǎn)品中只有3.4個(gè)缺陷產(chǎn)品,甚至更少。這相當(dāng)于產(chǎn)品的Cp>=2,Cpk>=1.5的結(jié)果。要達(dá)到這樣近乎完美的質(zhì)量水平,僅僅依靠生產(chǎn)階段的管控是不夠的,往往需要在設(shè)計(jì)階段就要做好公差設(shè)計(jì)(也稱“容差設(shè)計(jì)”)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/249155.htm公差設(shè)計(jì)ToleranceDesign是研發(fā)三階段(系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和公差設(shè)計(jì))中的最后一環(huán),它是指在參數(shù)設(shè)計(jì)階段確定的最佳條件的基礎(chǔ)上,尋找各個(gè)參數(shù)最佳的容許誤差,使得質(zhì)量和成本綜合起來達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。相對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)而言,公差設(shè)計(jì)是最容易被忽略的一環(huán)。這一方面是因?yàn)槿藗儗?duì)質(zhì)量波動(dòng)的理解不夠深入,更重要的是缺乏一個(gè)成熟的公差設(shè)計(jì)的工具軟件,使得企業(yè)在推行六西格瑪設(shè)計(jì)時(shí)很難落地。
筆者根據(jù)近幾年的研發(fā)項(xiàng)目實(shí)踐,在很多企業(yè)已配備的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管理軟件JMP平臺(tái)上總結(jié)出一個(gè)切實(shí)可行的公差設(shè)計(jì)解決方法,供有六西格瑪設(shè)計(jì)需求的技術(shù)人員參考。
下面,結(jié)合一個(gè)在汽車、機(jī)械、電子等行業(yè)適用面都比較廣的基礎(chǔ)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例,介紹一下公差設(shè)計(jì)的原理及其計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方式。
在一個(gè)裝配環(huán)中裝入3個(gè)零件,如下圖所示,技術(shù)要求間隙(Gap)的目標(biāo)值T=0.015,LSL
=0.005,USL=0.025,也就是Gap的長度要求滿足0.015?0.010。加工的零件1、2、3的平均值?p=1.554,標(biāo)準(zhǔn)差?p=0.001,而裝配環(huán)的平均值?e=4.674,標(biāo)準(zhǔn)差?e=0.002。假設(shè)所有部件的參數(shù)均已實(shí)現(xiàn)六西格瑪?shù)哪繕?biāo),
試問:該系統(tǒng)公差設(shè)計(jì)的能力如何?如果未能達(dá)到六西格瑪水平,應(yīng)當(dāng)如何改進(jìn)?
容易看出,間隙與裝配環(huán)及3個(gè)零件的設(shè)計(jì)關(guān)系是:
=0.012
所以,當(dāng)前的缺陷數(shù),由此轉(zhuǎn)化得到的西格瑪水平只有4.15(考慮1.5個(gè)sigma偏移,下同),沒有達(dá)到六西格瑪?shù)哪繕?biāo)。
如何改進(jìn)呢?常見的有兩種方法:調(diào)整均值或降低標(biāo)準(zhǔn)差。
1.第一次改進(jìn)
調(diào)整均值是相對(duì)簡單的一種方法,運(yùn)用JMP軟件中的預(yù)測(cè)刻畫器(其后臺(tái)運(yùn)用的是數(shù)學(xué)中的優(yōu)化論OptimizationTheory),實(shí)現(xiàn)起來就更方便了。從下圖可見,當(dāng)裝配環(huán)的平均值調(diào)整到4.677,零件的平均值保持1.554不變,就能使間隙均值增大到0.015,與目標(biāo)值重合。這時(shí)候的缺陷數(shù)PPM降到了157,由此轉(zhuǎn)化得到的西格瑪水平也提高到5.10,但仍未達(dá)到六西格瑪?shù)哪繕?biāo)。
2.第二次改進(jìn)
在調(diào)整均值的功效發(fā)揮到極限之后,還可以使用降低標(biāo)準(zhǔn)差的方法來進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。那么應(yīng)該讓裝配環(huán)和3個(gè)零件的標(biāo)準(zhǔn)差降到多少呢?從本質(zhì)上講,答案是下述這個(gè)方程式的數(shù)值解:
這本來是一個(gè)很復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題,涉及到計(jì)算機(jī)編程技術(shù)。但基于上述公式利用JMP軟件中的預(yù)測(cè)刻畫器及其內(nèi)置的意愿函數(shù)功能,方程式的求解變得方便了很多。如下圖所示,當(dāng)裝配環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)差降低到0.0016171,零件的標(biāo)準(zhǔn)差降低到0.0008205時(shí),缺陷數(shù)PPM就等于3.4了,也就是我們夢(mèng)寐以求的六西格瑪水平。
3.第三次改進(jìn)
有些人可能對(duì)第二次改進(jìn)的結(jié)果已經(jīng)很滿意了,但還有些人卻還會(huì)感到有些不足:能否根據(jù)實(shí)際需要事先指定標(biāo)準(zhǔn)差改進(jìn)的比例?具體地說,在系統(tǒng)從5.1個(gè)西格瑪向6個(gè)西格瑪優(yōu)化的過程中,能否分配其中30%的改進(jìn)來自于零件,70%的改進(jìn)來自于裝配環(huán)呢?這個(gè)業(yè)務(wù)需求其實(shí)可以轉(zhuǎn)化成以下三個(gè)方程式:
求解這個(gè)方程組是一個(gè)更加復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題,需要的編程時(shí)間也更長。所幸的是,同樣基于這個(gè)方程組,利用JMP軟件中的預(yù)測(cè)刻畫器及其內(nèi)置的意愿函數(shù)功能,方程組的求解難題被輕松解決。如下圖所示,當(dāng)裝配環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)差降低到0.0015311,零件的標(biāo)準(zhǔn)差降低到0.0008738時(shí),缺陷數(shù)PPM也會(huì)等于3.4,而且裝配環(huán)標(biāo)準(zhǔn)差的改進(jìn)比重恰巧等于事先指定的0.7,零件標(biāo)準(zhǔn)差的改進(jìn)比重恰巧等于事先指定的0.3。
顯然,這種改進(jìn)方式有利于工程師們更積極地參與公差設(shè)計(jì)的過程,將較多的改進(jìn)比重分配給容易優(yōu)化、成本低廉的部件,較少的改進(jìn)比重分配給不易優(yōu)化、成本昂貴的部件。
總之,通過巧妙地使用一些現(xiàn)成的統(tǒng)計(jì)分析工具,我們發(fā)現(xiàn):公差設(shè)計(jì)并不遙遠(yuǎn),達(dá)到六西格瑪水準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是可望又可及的,由此而設(shè)計(jì)并制造出來的產(chǎn)品質(zhì)量必然會(huì)更加穩(wěn)健和可靠。
評(píng)論