產品正向設計六西格瑪技術應用研究

黃 浩

(貴州航天電器股份有限公司,貴州貴陽，550009)

研究與設計

產品正向設計六西格瑪技術應用研究

黃 浩

(貴州航天電器股份有限公司,貴州貴陽，550009)

本文結合小批量、多規格產品特點，提出了產品研發改進的正向設計流程，并在研發平臺基礎上注入了六西格瑪管理的理念和方式，經過一年多時間的推進，已經搭建完成相應的平臺，在部分項目中在推廣和實施，針對實施情況，提出當前存在的一些問題和改進建議。

正向設計；六西格瑪

1 引言

長久以來，產品研發都是在借鑒國外樣機的基礎上研制，部分產品都是原樣繪制，樣機性能也是完全借鑒國外樣機參數，而研制的產品通過實物來驗證是否滿足輸入的要求。這種研發管理方式成為公司近些年來業務增長有效保障。隨著用戶裝機要求的提高，對元器件的性能指標和使用要求也有了更進一步的要求，部分接插件產品對電傳輸的要求也提高，原樣仿制受采購材料、工藝水平、技術人員水平等方面的影響，以至于部分研發產品無法完全滿足用戶使用要求，研發風險增加。在產品研發過程中，通過樣機驗證設計滿足情況的老的方式存在諸多問題，如產品研發一次性通過率不強(縱向產品、新品試驗過程中或多或少都存在問題)，研發周期加長，研發成本增加等。

大多數企業已意識到人們對市場所提供的產品或服務的質量有了新的要求，企業質量已經從最初的產品或服務能夠滿足標準或規范的要求，發展到滿足顧客及相關方綜合滿意的質量。對于企業而言，生產出高品質的產品、正確識別顧客的需求以及潛在需求、對市場作出快速反應、縮短周期、確保供應鏈的高效運作等等，已經成為競爭的關鍵。

為了推進產品研發的競爭力和質量穩定性，結合軍品產品小批量、多規格的特點，公司于2014年開始進行研發正向設計平臺建設工作，并在研發平臺基礎上注入了六西格瑪管理的理念和方式，經過一年多時間的推進，已經搭建完成相應的平臺，在部分項目中在推廣和實施。

2 正向設計

國外公司產品設計創新性和高可靠性來源于他們所擁有的研發管理平臺。這些管理平臺中使用諸如項目管理、產品數據管理等定制化的商用系統，借助信息化手段落實系統工程方法。國外產品研制借助全過程運用項目管理系統，在整個研制過程中產生的各種設計、仿真、試制、驗證等設計文件、規范等會整理齊套，經設計、工藝和質量評審后以電子文件的形式歸檔，形成完整齊套的產品規范化文件。

由于國內產品研制生產單位的產品研發平臺建立起步較晚，很多單位基本上還沒有建立數字化設計平臺，也沒有進行數字化仿真的設備或軟件，相關如質量先期策劃與控制計劃(APQP)、質量功能分析(QFD)、測量系統分析(MSA)、工藝試驗設計(DOE)等方法還在摸索了解和學習階段，產品設計和研發制造采用的研發模式是：二維設計→試制樣品→性能檢測或試用→根據試驗或試用結果調整或優化產品部分參數→加工樣品→試驗合格→滿足用戶使用要求→產品定型的模式，產品設計質量和實物加工質量很多都依靠人員的經驗來確定，沒有進行定量的分析和控制，產品的一致性和可靠性距離國外同類產品還存在較大差距。結合近些年快速發展的需要和已有的技術基礎，公司于2014年開始推廣應用正向設計工作，確立了產品正向設計研發流程，通過完善相關制度固化了作業標準和要求。

產品設計以正向設計理念為指導，在現有產品開發平臺的基礎上，建立完整的產品模型并進行數字化仿真，達到設計輸出的結果可定量分析，并逐步使仿真的結果與實物測試結果相重合或無限接近。通過建立一整套完整的數字化設計規范和設計流程，使現有的分散設計狀況提高到系統設計水平，打造集方案設計、仿真分析、可制造性分析、可靠性分析、數據庫的軟硬件環境的數字化產品設計平臺。形成仿真設計指導文件，提高仿真能力和設計水平，指導設計進行結構和可靠性分析。

3 產品研發六西格瑪技術應用方案

3.1 DMAIC流程和技術方法的局限性

以DMAIC流程為代表的六西格瑪改進的管理模式，在世界范圍內獲得了巨大的成功。但是，常規的DMAIC流程和技術方法主要適用于大批量、制造流程穩定、有大量統計數據的產品；DMAIC的前提是不改變設計，只改進流程，認為設計方案是正確的。因此，面對各種各樣的工程實際問題，DMAIC流程有很多的局限，例如：

1)不適合小批量的產品；

2)不適合于研發階段的產品；

3)不適合于流程不穩定的產品；

4)不適合于得不到大量統計數據的情況；

5)不適合于需進行設計優化的產品；

6)不適合于新產品的設計；

7)不適合于生產裝置、工藝裝備的使用可靠性問題；

8)不能完全照搬來解決軟件的質量問題和產品可靠性、維修性問題等。

針對新產品的研發，國外正在大力發展和應用六西格瑪設計(DFSS)；多年來，中國在六西格瑪設計實踐方面也已開展了大量的工作，并有自己的特色，但是除了解決新產品的設計問題外，六西格瑪設計并不能彌補DMAIC的其他局限。

對于小批量的產品，或者樣機直接交付顧客使用，由于很難保持制造流程的穩定和獲得大量的統計數據，DMAIC流程并不適用。針對產品研制需求，在產品正向設計研發流程中，確立IDDOV研發流程，流程包含了識別階段、定義階段、設計階段、優化階段和驗證階段，在產品研發流程中引入六西格瑪管理理念和應用相應的技術方法。

3.2 IDDOV研發流程

在IDDOV研發流程中，強調以目標為導向的項目管理機制，以研究課題成立項目組，同時不再嚴格按照原有的初樣、正樣和定型開展研制工作，而是以產品實現為目標，設立產品設計、產品優化、產品驗證等環節，同時建立各環節的保障措施，確保研發效率。

基于IDDOV正向的研發流程六西格瑪技術工和并行工程框圖見圖1。IDDOV流程的內容、技術方法和設計輸出見表1。

在該流程中，注重研發過程的有效性。

在識別階段，注重在前期的市場開發過程中，識別顧客的需求，除了顧客指定的技術參數外，還要去了解客戶型號的應用環境、產品裝機的位置、產品使用方法以及潛在的技術要求等，在此基礎上，進行產品可行性的研究和立項論證。

在定義階段，在客戶需求得到充分識別的前提下，對相關的要求進行展開，形成產品的技術參數和要求，在此基礎上形成產品的初步設計方案。

在設計階段，轉入產品的技術設計、工藝設計和質量設計，確立產品的最終實現的研制加工流程，確立產品加工關、重要特性和要素，形成產品技術圖紙、詳細規范和質量控制計劃。

在優化階段，通過仿真分析、優化試驗、參數設計、試驗設計等技術工具，對設計確定的參數進行進一步的優化，固化工藝參數。

驗證階段貫穿了產品設計、穩定性優化設計、試驗驗證三個階段，涵蓋仿真分析驗證、參數的確認驗證、極限試驗驗證以及小批量過程能力分析驗證等。驗證確認完成后，獲得顧客的確認后，產品基線已經完成，狀態固化并確認后可以轉入大批量的生產。

圖2 六西格瑪技術工和并行工程框圖

表1 IDDOV流程的內容、技術方法和設計輸出

4 推進情況及效果評價

公司組織對正向設計研發流程進行系統的策劃、整理，完成了研發體系文件的工作，正向設計的研發平臺得到了確立并實施。新研發的產品也正按照新的管理要求執行，結合近期各項評審的意見和建議，目前在研發流程執行上，存在以下問題：

1)顧客需求的識別不到位市場人員、技術人員對于用戶具體使用、裝機環境缺乏足夠的了解和重視，容易忽視一些潛在的需求；顧客對于產品要求只是一個大概的性能指標參數，需要我們與用戶進行溝通，為用戶提供更加細化的技術要求，并得到用戶的確認。如導線規格及出線方式、裝機位置、通電電流、密封要求、壽命要求等等。

2)顧客需求的分解不充分

在質量功能展開(QFD)分解過程中，目前形式化的工作做的相對比較多，未形成以項目團隊共同分析，確定技術、工藝參數的氛圍。

在各類技術評審、資料審查過程中，通過技術評審、資料審查，使部分人員對正向設計、六西格瑪技術有了更多的了解，后續需進一步加強各類技術工具的培訓和應用，提升各類人員的綜合水平。

5 結論

長久以來，產品研發都是在借鑒國外樣機的基礎上研制。隨著用戶裝機要求的提高，對元器件的性能指標和使用要求也有了更進一步的要求，原樣仿制受采購材料、工藝水平、技術人員水平等方面的影響，研發風險增加。在公司近年來的產品研制過程中，建立了正向設計的研發流程，并在研發過程中注入了六西格瑪管理的方法，并強調各類六西格瑪技術工具在過程中的有效應用，該方法在行業內應屬于較為先進的管理方法，后續需要不斷的深入開展過程有效性評估和質量技術工具的應用，以便提高產品研發水平。

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2015-09-01

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.05.003

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1000-6133(2015)05-0011-03