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在中国,说到六西格玛,大家马上就会想到质量改进,想到六西格玛改进模型DMAIC,想到百万出错机会PPM值,却很少有人想到六西格玛设计DFSS,更加很少会有公司的研发部门推行六西格玛设计DFSS。然而六西格玛设计却是六西格玛管理中的源头部分,如果在产品的初期设计开发阶段不考虑好产品质量的好坏,成本的高低,次品率等,将会给产品的后期上市带来很多问题。

六西格玛改进(DMAIC方法)是针对现有流程的改进,即针对产品/流程的缺陷产生原因采取纠正措施,通过不断改进,使流程趋于“完美”。然而通过六西格玛DMAIC方法对流程的改进是有极限的,即使发挥DMAIC方法的最大潜力,产品的质量也不会超过最初的设计固有质量。

六西格玛设计DFSS就是按照合理的流程,运用科学的方法,准确理解和把握顾客的需求,对新产品/新流程进行设计,使产品/流程在低成本下实现六西格玛质量水平,同时使产品/流程具有抵抗各种干扰的能力,在各种恶劣的环境下,产品仍能满足顾客的需求。六西格玛设计DFSS就是帮助实现在提高产品质量和可靠性的同时降低成本和缩短研制周期的有效方法。
 

一、六西格玛设计应用在产品开发中的意义

 

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从产品开发流程和技术角度来看,六西格玛设计DFSS是提高产品固有质量的保证。


图1     新产品开发流程图

 

产品的开发流程图见图1。其中从概念设计到样机试制阶段,产品的技术规范和图纸等相关文件已经完成,产品的固有质量基本形成,如果在这个阶段之前不进行严格控制,后期的工艺设计只是为了保证设计要求的实现,生产控制只是为了达到技术规范的要求,几乎很难进一步提高产品固有质量的可能。而目前我司进行的六西格玛改进活动大都集中在生产控制阶段,也就是针对现有产品/流程进行测量,分析,改进等,以减少产品的缺陷,达到产品的固有质量,很少在产品开发阶段推行六西格玛设计DFSS,因此很多产品已经批量生产了,还在进行许多整改项目。

因此,为了真正提高产品质量,必须开展六西格玛设计DFSS,只有在设计阶段就赋予产品很高的固有质量,才有可能实现六西格玛的质量目标。

产品设计、工艺设计、生产控制和产品质量的关系如图2一样,具有杠杆效应。

产品设计、工艺设计和生产控制在杠杆的左侧,产品质量在杠杆的右侧,只要加强杠杆左侧的投入和控制力量,杠杆右侧的产品质量就会得到提升。朱兰博士提出的质量管理三部曲为质量策划/质量设计、质量控制和质量改进,其中质量策划/质量设计即为产品开发设计阶段赋予产品的质量,是三部曲中的第一阶段,也是最重要的阶段,对质量的贡献具有四两拨千斤的作用。
 

 

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从产品开发过程中问题的解决方法来分析,六西格玛设计DFSS能够提高解决问题的成功率,并能大大缩短产品开发周期。

  图2   质量杠杆效应图

 

六西格玛设计DFSS是按照合理的流程,运用科学的方法,准确理解和把握客户需求,对产品/流程进行稳健设计,能使产品在开发的阶段少走弯路,以最快的路径和方法达到产品的设计要求。对于一个产品的设计难题,会用一套严谨的解决方案流程来解决问题。其中六西格玛设计IDDOV流程就是一套高效的解决问题的流程。

六西格玛设计IDDOV流程的重要工作内容,技术方法,见表1。

IDDOV流程各阶段的工作步骤:

(1) 识别阶段(I)可划分为寻找市场机会,识别客户需求和制定项目特许任务书三个步骤,要应用QFD,卡诺分析,新QC七种工具、风险分析等方法去完成这三个步骤,争取在新产品立项时就将客户的需求,市场的机会等就考虑进去,以免以后做出来的产品不满足市场需求或者客户需求,而去变更产品要求。

(2)界定阶段(D)可划分为顾客需求的确定和展开,产品总体设计方案的论证和确定两个步骤,通过质量功能开展深入分析,将客户的需求逐层地展开为设计要求,工艺要求,生产要求,并采用系统设计分析等方法,形成一个可以实现顾客需求的总体设计方案。
 

表1    六西格玛设计(IDDOV)流程的主要工作内容、技术方法和设计输出


 

 (3)设计阶段(D)可划分为初步设计,全尺寸样机的设计和过程设计、样机的试制三个步骤,采用系统设计、QFD、FAEA面向X的设计、参数设计、容差设计、CAD/CAE等方法进行新产品的设计,以保证产品的固有质量要求和客户的需求。

(4) 优化阶段(O)可划分为产品设计的优化、过程设计的优化两个步骤,通过稳健设计和FMEA,DFX等方法,使产品质量特性稳定在目标值附近,以保证产品的质量稳定性。

(5)验证阶段(V)可划分为设计质量的验证,制造质量的验证、产品的验证与确认三个步骤,通过小抽样SPC,验收检验设计参数以及公司的标准和国家的标准等方法对产品设计的固有质量进行验证和制造质量进行检验,以保证产品的合格性。

六西格玛设计DFSS通过一套严谨的设计方法,以顾客需求为导向,以质量功能展开(QFD)为纽带,深入分析和展开客户需求,综合应用系统设计(包括创造性问题解决理论TRIZ)、试验设计,参数设计,容差设计以及FMEA等设计分析拘束,大幅度提高了设计过程中遇到问题的解决效率,从而缩短了产品的开发周期。
   

 
 

3

 

 

从经济角度考虑,六西格玛设计DFSS能够降低产品开发成本,且能为企业带来多方面的财务收益。

(1) 因为六西格玛设计有一套能够提高产品固有设计质量和高效解决问题的设计流程,能减少产品的技术更改次数和缩短产品的开发周期,所以就能减少产品的开发费用,从而降低产品的开发成本。
 

 

       图3     产品问题的发现时间和解决问题所需费用的关系图
 

(2)因为六西格玛设计DFSS在产品开发过程中,将很多隐患防患于未然,尽量使用能够彻底解决产品质量隐患的设计方法,这将很多质量事故扼杀在摇篮中,从而节约了解决质量事故消耗的费用,以及避免后期不停的下发更改通知更改设计要求,为企业节约大量的产品生命周期维护成本。

同时,六西格玛设计通过严谨的产品开发流程,能较早的发现问题并解决问题,以免在后期发现问题时需要较多的费用来解决问题。因为质量改进行动启动的越早,所花费的质量整改费用就越低。同样一个问题,发现的越早,付出的代价就越小。图3为产品问题的发现时间和解决问题所需费用的关系图,时间和费用成几何关系增长。

六西格玛设计DFSS就是在产品/流程设计一开始就寻找潜在缺陷,将一切可能的问题消灭在萌芽状态,努力创造一个新的更好的产品,这种预防潜在问题出现的产品设计方法,为企业带来的效益是相当可观的。

通过六西格玛设计DFSS在产品开发工程中应用的意义可以看出,六西格玛设计不但能提高产品的固有质量和缩短产品的开发周期,并能为企业带来可观的经济效益,因此六西格玛设计在产品开发中的重要性是显而易见的。一个企业在推进六西格玛管理的时候,不能只注重产品在制造过程中的应用,也不能只注重在产品质量整改过程中的应用,应该从产品的设计源头开始严格按六西格玛设计DFSS流程进行开发新产品,将产品的质量隐患杜绝在设计的源头,以免后期花费较多时间、人力、物资和财力进行质量更改,同时也能提高产品在客户中的美誉度,为企业增加无形的品牌价值。


 


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