基于Minitab的DOE實驗設(shè)計改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量

摘要：從企業(yè)的調(diào)研中了解到制卡企業(yè)印刷基材與PVC薄膜層壓后的粘合力是其一項重要的指標(biāo)，G公司使用剝離機(jī)測量剝離力，其要求大于6N的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，在公司運(yùn)用6Sigma中的CTQ關(guān)鍵質(zhì)量特性分析油墨印刷質(zhì)量對粘合力影響主因，因此設(shè)計了一次DOE實驗，通過進(jìn)行雙因子圖分析，結(jié)合主效應(yīng)圖，立方圖分析剝離力影響因素，得到最佳組合參數(shù)，而后優(yōu)化印刷機(jī)工藝參數(shù)，在實際生產(chǎn)中得以驗證改善粘合力強(qiáng)度。

Abstract： We learn form enterprise research that the adhesive force between the printing substrate and PVC thin film after laminated is an important index. G company uses the peel tester machine to measure the force，the standard requires more than 6N. To combine with the current situation of the enterprise production， by using 6Sigma method we analyze CTQ critical quality characteristics. Ink printing quality is the main factor of the adhesion， so we design a DOE experiment， through the analysis of double factor plots， combine main effects plots and Cubic plot to analyze the main influencing factors of adhesive force. The optimal combination parameter is obtained， and then the process parameters of the printing machine are optimized， which has been verified and improved the adhesive strength in actual production.

關(guān)鍵詞：質(zhì)量改進(jìn);六西格瑪;DOE設(shè)計;Minitab

Key words： quality improvement;6Sigma;DOE design;Minitab

中圖分類號：F203??????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0243-03

1? 研究背景

以發(fā)展我國電子貨幣為目的，以電子貨幣應(yīng)用為重點(diǎn)的各類卡基應(yīng)用系統(tǒng)工程，將專用的集成電路芯片鑲嵌于符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的PVC（或ABS等）塑料基片中，封裝成外形與磁卡類似的卡片形式，經(jīng)設(shè)計、印刷、封裝等工序制成。對于多批次多種類生產(chǎn)的制造業(yè)對質(zhì)量的要求越來越高，受產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、客戶交貨期等因素影響，亟需改變生產(chǎn)模式，引入六西格瑪先進(jìn)的精益生產(chǎn)理念，能快速、高效、準(zhǔn)確的找到問題點(diǎn)，并予以解決滿足市場競爭需求。

1.1 文獻(xiàn)綜述

智能卡的剝離力是行業(yè)規(guī)范的一項重要的要求，剝離力的影響因素有很多比如卡表面印刷油墨黏度、PVC薄膜的膠特性、層壓工藝等等，而供應(yīng)商提供的PVC薄膜膠特性在來料檢驗處一直較為穩(wěn)定均可達(dá)到行業(yè)規(guī)范要求，層壓設(shè)備及工藝的過程能力相對較為穩(wěn)定，從技術(shù)角度研究影響印刷質(zhì)量因素，對印刷油墨的印刷質(zhì)量，其中一個指標(biāo)為層壓后的剝離力，剝離力較差時會將基材上的油墨粘下來，最常用的檢驗方法是用TESA膠帶對印刷后的大張基片進(jìn)行粘合力測試，如果拉扯掉30%以上面積的油墨，在層壓后卡片剝離力差，卡表面膠膜會分層，而G公司的印刷使用的為UV型油墨，在印刷設(shè)備中設(shè)置UV固化工藝[1]，它是指利用紫外光為能源，引發(fā)具有化學(xué)反應(yīng)活性的液態(tài)物質(zhì)快速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，影響涂層表面附著力，UV光照的輻照強(qiáng)度、輻照時間、油墨厚度等因素對油墨附著力有影響。

結(jié)合G公司生產(chǎn)現(xiàn)場條件和環(huán)境設(shè)計實驗，設(shè)計印刷設(shè)備印刷速度與輻照時間相關(guān)實驗。G公司生產(chǎn)印刷主要依靠技術(shù)操作人員經(jīng)驗，印刷參數(shù)無統(tǒng)一工藝標(biāo)準(zhǔn)，造成印刷質(zhì)量不穩(wěn)定，基材層壓后時常出現(xiàn)分層，為改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量，運(yùn)用六西格瑪系統(tǒng)理論指導(dǎo)設(shè)計一組DOE實驗，優(yōu)化印刷工藝參數(shù)。

6SIGEMA實驗設(shè)計（DOE）是一個實驗策劃的過程，通過最少的實驗次數(shù)獲得必要的技術(shù)信息，用合適的統(tǒng)計方法分析數(shù)據(jù)，包括實驗設(shè)計和對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計分析方法依賴于所采用的設(shè)計方案。

1.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)

粘合力及卡片分層缺陷是客戶投訴的重點(diǎn)，而且一旦粘合力問題出現(xiàn)，將面臨一個批次的大量廢品，生產(chǎn)成本損失較大，本文研究如下：①目前推行六西格瑪生產(chǎn)的企業(yè)不到1%，真正能使用這一系統(tǒng)理論解決問題的制造型企業(yè)更少，提供一個成功實踐案例為制造型企業(yè)高效運(yùn)用六西格瑪理論中DOE設(shè)計解決生產(chǎn)問題提供方法途徑。②本設(shè)計采用的是企業(yè)實踐案例，具有真實可靠較其他仿真實驗更具有可靠性[2]。③DOE實驗設(shè)計方法基于6σ管理理論，選擇合適的響應(yīng)變量，實驗必須選擇影響應(yīng)變量的關(guān)鍵變量x（因子）以及應(yīng)用于因子的水平，方法的邏輯與思路清晰，在制造業(yè)運(yùn)用推廣范圍廣泛。

2? 實驗階段

2.1 確定CTQ

通過分析影響卡片粘合力的工程特性，分解CTQ樹[3][4]，質(zhì)量特性表如表1所示。

其中關(guān)鍵的質(zhì)量特性分別是油墨附著力、PVC膠膜粘合力，而PVC膠膜由供應(yīng)商提供，來料檢驗其質(zhì)量性能穩(wěn)定符合規(guī)范要求。

2.2 核心SIPOC分析

SIPOC模型是一代質(zhì)量大師戴明提出來的組織系統(tǒng)模型，是一門最有用而且最常用的，用于流程管理和改進(jìn)的技術(shù)。是過程管理和改進(jìn)的常用技術(shù)，作為識別核心過程的首選方法，如圖1所示。

2.3 關(guān)鍵特性DOE實驗設(shè)計

在卡片分層粘合力關(guān)鍵質(zhì)量特性中基材的油墨附著力對層壓后粘合力起主要影響因素，設(shè)計一次DOE實驗，我們經(jīng)常需要面對的一個問題是，在相當(dāng)多的可能影響輸出Y的自變量X中，確定哪些自變量確實顯著地影響著輸出，如何改變或設(shè)置這些自變量的取值會使輸出達(dá)到最佳值，傳統(tǒng)的使用方法是將影響輸出的眾多輸入變量在同一次實驗中只變化一個變量，其他變量固定，其缺點(diǎn)是實驗周期長，浪費(fèi)時間，實驗成本高，實驗方法粗糙，不能有效評估輸入間的相互影響。

使用DOE實驗方法，實驗策劃時研究最有效的方式安排實驗，能有效識別多個輸入因素對輸出的影響，實驗后通過對實驗結(jié)果的分析以獲得最佳值的結(jié)論。

2.3.1 全因子設(shè)計

下面對實驗設(shè)計過程進(jìn)行說明，本實驗設(shè)計2因子2水平的因子實驗[5]，2個因子分別為印刷機(jī)印刷速度（SPEED）和UV光照強(qiáng)度功率，2水平分別為低速度和高速度、高功率比率和低功率比率。在Minitab中設(shè)計的因子方案如表2所示。

在全因子實驗中，增加一個中心點(diǎn)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)序次數(shù)為5，增加了UV燈功率80%，6750轉(zhuǎn)速的中心點(diǎn)，設(shè)計了一個因子數(shù)為2，實驗次數(shù)為5次，中心點(diǎn)為1的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

2.3.2 全因子實驗運(yùn)行及結(jié)果

根據(jù)minitab設(shè)計的實驗[6][7]，現(xiàn)場找普通版面進(jìn)行印刷小批量實驗產(chǎn)品，并記錄實驗數(shù)據(jù)，每組實驗20個大張取20個數(shù)據(jù)的平均值，共實驗100個產(chǎn)品取值，匯總數(shù)據(jù)并進(jìn)行正態(tài)分析，通過MINITAB數(shù)據(jù)分析正態(tài)性，P值大于0.05，符合正態(tài)特性。

歸納數(shù)據(jù)取各均值并記錄在minitab表格中，如表3所示。

運(yùn)用Minitab工具對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行主效應(yīng)圖分析，如圖2所示。

通過對主效應(yīng)圖分析，速度與粘合力呈負(fù)相關(guān)系數(shù)，功率與粘合力呈正相關(guān)系數(shù)，兩個因子對粘合力影響斜率較大的為功率，說明功率的影響因素比印刷速度要大（此項經(jīng)過實際考查與分析相符），速度為6000轉(zhuǎn)，功率設(shè)置為90%時達(dá)到最大值，但如果功率過大也會造成印刷過程基片過熱造成變形。

進(jìn)一步分析了解功率和速度是否具有相關(guān)性，作為兩個因子之間的交互作用，運(yùn)用minitab做交互作用圖如圖3所示。

圖中兩個因子線為平行，說明速度和功率不存在相關(guān)性。

對輸入印刷速度和功率與輸出粘合力之間做立方圖，找到最優(yōu)化參數(shù)工藝，如圖4所示，速度6000和功率90%時的印刷工藝可讓粘合力達(dá)到8.4512N最大剝離力值。

得到最優(yōu)工藝參數(shù)后需要進(jìn)行生產(chǎn)驗證，通過實際生產(chǎn)驗證，收集數(shù)據(jù)minitab分析，改進(jìn)前過程能力CPK為1.16，實驗后改進(jìn)過程能力CPK達(dá)到1.83，如圖5所示，制程過程能力達(dá)到優(yōu)秀水平。

3? 總結(jié)

我國雖然是制造大國，但還不是制造強(qiáng)國，在我國的制造行業(yè)中，本文對公司研究方法適用于其他制造行業(yè)，具有標(biāo)志性參考意義，其次本文的研究方法是基于6西格瑪實驗設(shè)計，該方法將會給公司帶來經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)制造行業(yè)能在質(zhì)量管理中得到廣泛應(yīng)用，通過本文的研究希望能給未來應(yīng)用6Sigama管理方法的公司帶來豐富的經(jīng)驗，更希望將本文研究理論和方法推廣到其他行業(yè)中。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：萬琳（1983-），女，湖北黃石人，講師，碩士研究生，主要研究方向為工業(yè)工程、六西格瑪精益生產(chǎn)。