六西格瑪工具DMAIC在CNC加工中的應用

(艾默生船用過程控制系統(上海)有限公司 上海 201201)

引言

近些年，傳統制造業已經開始逐漸淘汰單一功能機械設備如：普車、立鉆、銑床等，開始大量引入多軸聯動，20個基數以上刀庫的CNC數控加工中心。CNC加工中心的特點是：加工精度高、自動化、程序可控。對產品的質量有保障，而且可以持續輸出穩定的產品。但是高精的機械，并不能完全消除存在的質量問題。而對于發現的質量問題，又迫切的需要一種高效的質量控制方法和技術來迅速引導生產進行合理的改進。

對比傳統機械制造行業，目前大部分的企業質量控制在生產中的運行模式是：質量依賴人工，QC檢驗。稍微有點質量意識的企業，還能組建質量團隊，有QC、QA來實施質量活動。通常操作員生產一個工件，依照檢驗單、圖紙來完成尺寸檢驗，檢驗員抽樣巡檢，發現質量異常后，質量人員出面來協調處理，這是大多數制造業的真實寫照。這樣模式的好處是各司其職，生產只管生產，質量只負責處理異常。但是這種方式難免疑問：檢驗的數據是否真實？檢驗員能否把所有不良品都甄別出來？尤其是檢驗員發現測量的數據與操作員測量數值有較大誤差時，聽誰的？

在生產活動中，檢驗員和操作員的角色絕大多數是對立的。一個要求數量，一個要求質量。兩個矛盾體，必然在工作中會產生分歧。比如測量工具的選用、檢測方法的不同，都會造成生產人員對自己生產的產品是否合格，心存疑慮。同時質量人員對于生產者不聽從質量的勸阻而感到憤憤不平。

為什么大家都在為工作賣力，可是都感覺受了委屈呢？關鍵在這種局面中，似乎生產和質量雙方都沒有從爭執中得到既得利益。

我們可以從六西格瑪DMAIC工具的使用中找到應有的答案。

一、六西格瑪和DMAIC工具在現代制造業的發展

近些年制造業升級，質量活動的處理方式也在發生轉變。隨著統計學的發展，六西格瑪工具在現代生產活動中凸顯的作用越來越明顯，已經逐漸形成一種以六西格瑪為主流質量控制的模式。同時，六西格瑪的質量工具已經變成質量人參與質量活動的一把利器，它經常被用來消除生產活動中的分歧。

(二)六西格瑪的定義

六西格瑪通常表述為6σ或者6sigma。σ是希臘字母，在統計學中用來指代一個數值的標準差。它通常通過數據的均值、方差與標準差的表現形式，來評估質量水平好壞。表1展示了目前大多數企業的六西格瑪水平分布。

表1 西格瑪水平表現(相對公差中心偏離±1.5σ)

六西格瑪實現的目的是為了提高企業生產力、擴大產品的市場份額、提高產品的質量。

(二)DMAIC含義

DMAIC是指項目界定(Define)、測量(Measure)、分析(Analyze)、改進(improve)、控制(control)五個階段的簡稱。它是實現六西格瑪改進活動的核心工具，在工作中作為解決質量問題使用頻率很高的質量工具。合理的DMAIC使用可以助推質量問題快速、精確的得到解決和改善。圖1展示了DMAIC不同階段在處理問題的關系。

圖1 DMAIC流程

二、DMAIC工具在CNC生產中的應用

在CNC加工中，我們經常會遇到一些加工難題，比如：缸體加工中同軸度尺寸不穩定，即偏心問題，在加工過程中也極難被發現。一旦發生此問題，可能會導致后續安裝配合的工件無法正確安裝，也無法返修，甚至產生報廢。如何解決偏心問題呢？這是目前機加工從業者普遍比較頭疼的問題。從日常工作經驗來看，我們經常會通過三坐標測量、機床搖表測量、更換原料來保證質量水平。嚴重的偏心問題，我們甚至需要去車削機床卡爪，換機床主軸，但是誰也沒有清晰的思路敢去確認哪里出了質量問題，只有通過不斷的嘗試修復去消滅問題。

從質量角度，當問題產生之時，就是質量人員展現價值的最佳機會。運用DMAIC工具來解決缸體加工偏心問題就是一個很好的項目。在工作中，我通過運用DMAIC工具識別了很多質量風險、消除了生產人員的疑惑、解決了很多分歧，使偏心問題得到有效的解決。

(一)目標設定(Define)

在消除偏心的目標設定階段，我們的目的就是減少偏心發生概率，降低報廢金額，提高產品一次通過率。偏心的問題從加工環境和因果關聯法來看，操作者、夾具、刀具、原材料，機器程序，環境，測量量具是產生異常的主要因素。所以所以就需要圍繞這些關聯因素來進行分析解剖，找到產生偏心的問題的根本原因。

CNC加工關聯因素：

●新員工和熟練工操作習慣、操作方式、責任心；

●夾具磨損、定位精度、夾緊力、工裝潔凈度；

●刀具型號、品牌、壽命、材質；

●原材料材質，化學成份，硬度、金相組織等；

●CNC機器操作系統、程序刀補給量；

●機器主軸精度，廠房地基避震；

●測量量具、校塊準確。

在設定關聯因素后，參與項目研究的團隊構建也是重要的，多面的技術團隊可以頭腦風暴，提供不同的意見，保證項目高效的進行。設定目標以后，我們就需要開展質量活動，測量驗證。

(二)測量(Measure)

在測量驗證階段，主要通過建立質量數據，去收集更多的可靠信息。在CNC加工中，SPC的使用是獲取有效數據的重要方式。通常我們用SPC來控制工件的關鍵尺寸，例如同軸偏心。在偏心的數值獲取階段，三坐標可以提供穩定的測量值。建立SPC控制曲線，設定上下限UCL，LCL，連續取樣50個數據就可以計算出CNC機器的質量 曲線，可以清楚的判斷出機器的加工質量趨勢。偏心的數值通常為0.05以內，CNC實際生產中大多接近0.05，但是很多測量結果會超出0.05達到0.10。這體現出控制難度，但是結果是否界定為必須穩定在0.05以內，這就體現出公司對產品質量控制的高低要求，需要結合實際綜合評估。圖2是一個SPC統計的示例，該圖橫軸表示抽樣數，縱軸表示同心測量值，展示了50個數據在公差要求的分布位置，表達了該機器的質量穩定趨勢。

圖2 樣本50組缸體同心度實測數值偏離趨勢圖

1.MSA的應用

在SPC數值取樣中，必須保證數值的準確性、真實性、合理性。CNC加工中，很多數值的測量出現誤差時，需要通過質量工具MSA(Measure system analyse)來驗證誤差。通常機械加工需要驗證量具的可靠性、測量方法的有效性。量具的準確與否，關系到數值的好壞，經常遇到量具校驗日期過期、磨損、量具選擇不合適等情況，導致測得數值無法讓操作者和QC信任。同時，測量方法的重要性也表現得很突出。同樣的產品，在相同測量條件下，操作員和QC分別測量，可能得到不同得結果。但是測量方法的意義就是獲得到雙方都認可的數據，降低測量數值的分歧。在考慮這些測量誤差后，我們可以準確得獲得測量值，建立有效的數據資料。

在獲取需要的數據庫后，從質量技術的角度，需要來對數據作一個全方位的診斷，即質量分析，來識別出數據偏差的所有因素。

(三)分析(Analyze)

質量分析，是利用合適的質量工具，充分考慮人、機、料、法、環等因素來識別出有效措施改善原因的手段。

在質量事件的分析中，最經常使用到的工具是魚骨圖。圖3展示了，從人、機、料、法、環5大因素來分析偏心的潛在因素。

圖3 缸體同軸偏心魚骨圖

在分析階段，品管圈團員的意見可以最快、最優的識別出所有潛在不良因素。常見引起產品偏心得原因如下：

●操作員新人不熟悉機器及加工工藝；

●操作員加工前未對刀；

●上料機傳送不穩定；

●機器超過10年，主軸精度偏差；

●刀具拉拔力數值低；

●刀具壽命管理不足；

●刀具型號錯誤；

●刀具材質變化；

●夾具磨損；

●材料毛胚過長、過細；

●材料金相組織不穩定；

●程序變化，加工工序變動；

●廠房地基不防震。

以上不良因素，都是產生偏心的決定因素。在獲取這些原因分析中，頭腦風暴、因果關聯等工具在日常工作中使用頻率最多。

(四)改進(Improve)

在識別了所有關聯的缺陷因子后，改進，就是質量手段的表現機會。最大化的獲取質量成果，就主要看改進的效果。

在改進階段，經常要考慮經濟性、合理性、針對性。在開展改進過程中，使用FEMA對結果進行風險評估是非常有必要的。5W1H也是制訂改進計劃落實的有力工具。經濟性的改善，是質量活動必須要考慮的部分，小小的改進如果可以獲取大大的收益這是大家都愿意看到的。比如有些措施如：培訓技能分享。現實中經常可見，新進的CNC操作人員未經過系統培訓，2周內就快速上崗，這在CNC加工行業是很普遍的現象。而實際工作中能操作、獨立操作，熟練掌握是不同的操作等級。如果一線員工能力僅限能開機、裝夾工件等技能，按照設定的面板按鍵操作，完全不理解機器語言和面板上按鍵的功能，肯定無法保證產品的尺寸在加工中都能夠得到有效保證。合理性，就是指不能不考慮實際經濟情況去作質量改進，比如選擇較好的機器和材料。有些材料因為核心技術問題，國內極少能找到完全達到要求的供應商，導致原材料的穩定性不能完全得到保證。有些機器設備，更替投入需要大量資金等。在可選范圍內，盡量選擇避開不考慮實際情況的改進措施。針對性，就是對識別出來的問題，能有一一對應的控制措施。甚至可以一個問題，多個改善措施。比如：刀具壽命管理問題，可以根據加工需求，設置加工完20個產品既換新刀，或者采購質量等級好的刀具。

在偏心問題上，我們常使用的改進方法就是：制作配套工裝檢具來適配工件，保證配合尺寸穩定；開機加工前確保CNC操作員對刀；檢查夾具精度，必要情況及時更換夾具；定期組織操作人員學習產品知識，了解偏心對產品造成的質量損害。

(五)控制(Control)

在獲得有效的改善結果后，把措施進行標準化和可控性，是DMAIC控制階段最關鍵的目的，是活動擴大勝利戰果的關鍵措施。

●更新改善措施到員工作業指導書，形成質量標準規范；

●制作查檢表，檢查員工測量真實性；

●組建質量稽核團隊，開展定期質量稽核；

●新建關鍵點SPC曲線，監視質量數據變化。

這些都是在CNC加工中經常采用到的切實有效的控制方法。

三、總結

利用DMAIC方式來對CNC加工進行質量控制，是表現出科學性的質量控制方式。在方法實施階段，可以充分交互利用各種工具，比如QC七大手法、SPC、FEMA等不僅局限于這些方法方式的照搬運用。六西格提供了一種系統性的解決質量問題的指導思想，而DMAIC提供了解決問題的工具和方法。

質量的核心價值就是生產出滿足客戶需要，而使客戶感到滿意的產品特性。適宜的改善措施可以達到事半功倍的效果；過于追求結果，不貼合實際的改善，不僅會增加成本，反而損害質量改善的積極性。所以一款好的質量控制工具，可以促使質量行業走向一個更健康、有序的發展方向。