六西格瑪管理在微電機質量改進中的應用

張煒卓，金九大，肖淵海，孫溪婭

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

σ是在數理統計中衡量標準偏差的統計符號，可以分析數據的偏離程度；西格瑪水平則是一種過程能力的衡量指標，也是一個衡量產品或服務所達到能力的指標[1]。從數理統計的角度計算，達到六西格瑪水平就是接近完美的滿足顧客要求，在一百萬個機會中不超出3.4個瑕疵。

六西格瑪管理不再僅僅應用數理統計等技術解決問題，而是與質量管理、精益管理等相關理論和方法相結合，形成一套解決問題的方法，從而達到優化業務流程和改進質量能力的結果[2]。實施六西格瑪改進項目常用的模式是DMAIC，具體為D(界定階段)，M(測量階段)，A(分析階段)，I(改進階段)，C(控制階段)。本文采用六西格瑪DMAIC改進模式，并借助Minitab數據分析軟件，對某型號微電機出現的質量問題進行分析和改進，提高了產品質量。

1 問題描述

某型號永磁式直流測速發電機是某重點裝備工程項目的配套產品，該產品在做試驗時經常出現低溫下輸出波形不合格或者波形毛刺過大等情況，造成產品試驗合格率較低，連續幾個批次的合格率在85%左右，不但達不到公司質量目標軍品交驗合格率≥91%的要求，還影響了產品正常交付。

2 項目界定

為達到公司質量目標的要求，成立了項目團隊，成員包括設計師、工藝師、檢驗人員、操作人員、質量管理人員等。項目組首先對項目的過程進行了界定，分析過程主要包括產品的零件加工過程、裝配過程、篩選檢測過程，并針對整個過程的可能涉及的影響因素進行頭腦風暴分析，形成魚骨圖,如圖1所示。

圖1 影響因素魚骨圖

項目組根據因素對波形可能的影響程度進行打分，其中影響程度從低到高分別幅值1～5分，8名成員評分匯總結果如表1所示。通過評分，確定對低溫下波形不合格的重要因素：有毛刺、彈片壓力小、下刻深度不夠、碳粉清理不干凈、心軸短、操作臺多余物過多。

表1 影響因素評分表

對影響低溫下波形不合格的重要因素進行快速改善，形成以下幾點改進措施，但彈片壓力和心軸短這兩個因素需要進一步分析。

1)培訓鉗床作業員，強調去毛刺、保證表面光潔度的具體要求。

2)要求下刻深0.4 mm，且兩面見銅；裝配前檢查，對達不到要求的電樞，作業員進行人工下刻。

3)增加清洗次數(粗洗、半精洗、精洗)，檢驗人員用放大鏡檢驗轉子、定子、各零部件，不得有碳粉等雜物。

4)裝配前，整理操作臺面，清理多余物品，工具定置、擺放有序。

3 測量階段

為了消除測量儀器對收集數據帶來的影響，需要對測量系統進行分析，分析結果如圖2所示。

圖2 測量系統分析結果

測量系統的評價原則是：研究變異(%SV) <10%且區組數>5。測力表的分析結果分別為4.51%和31，游標卡尺的分析結果分別為9.58%和14，表明測力表和游標卡尺測量系統精度和分辨力尚可，均能達到標準要求，不需要對測量儀器進行重新校準。

根據該產品《詳細規范》判定低溫波形合格的要求是最大毛刺對應的電壓幅值≤4 V，要進一步探索彈片壓力和心軸短這兩個因素與低溫波形不合格的相關關系，需要收集彈片壓力和心軸的數值與最大毛刺的幅值相關信息。制定測量數據收集計劃，根據該產品后端蓋組件結構，彈片和心軸各有兩個，均分別與紅線和黑線連接，因此需要收集的數據有：接紅線的彈片壓力，接黑線的彈片壓力，接紅線的心軸高度，接黑線的心軸高度，以及對應的低溫下最大毛刺幅值。

4 分析、改進與控制

4.1 數據探索分析

首先進行碳刷壓力與低溫下最大毛刺幅值關系探索，根據圖3低溫下最大毛刺幅值與壓力(紅)、壓力(黑)的散點圖和等值線圖分析可以看出：

1)碳刷壓力和低溫下最大毛刺幅值有相關關系，但相對較弱；

2)碳刷(接紅線和黑線)壓力均在0.25 N以下時，低溫下最大毛刺幅值達到最小；

3)碳刷(接紅線和黑線)壓力分別在(0.37 N，0.25 N)、(0.36 N，0.35 N)、(0.24 N，0.26 N)附近區域也可使低溫下最大毛刺幅值降到相對較小。

圖3 低溫下最大毛刺幅值與彈片壓力關系探索圖

再進行低溫下最大毛刺幅值與心軸長度關系探索，根據圖4低溫下最大毛刺幅值與心軸(紅)、心軸(黑)的散點圖和等值線圖分析可以看出：

1)心軸長度和低溫下最大毛刺幅值有相關關系，但不明確，需進一步探尋；

2)心軸長度(接紅線和黑線)在區域[(7.45,7.45),(7.65,7.65)]時，低溫下最大毛刺幅值達到相對最小；

3)散點圖和等直線圖顯示圖形四面突起，中間低洼，推斷曲面圖的截面類似于拋物線，這些拋物線的頂點可能組成某個區域使最大幅值最小。

圖4 低溫下最大毛刺幅值與心軸高度關系探索圖

綜合上述兩次探索分析可知，彈片(接紅線和黑線)壓力均控制在0.200～0.250 N之間，可使低溫下最大毛刺幅值降到相對較小；心軸長度與低溫下最大毛刺幅值之間的關系需要更進一步探索分析。

4.2 試驗設計

為了進一步探索心軸長度與低溫下最大毛刺幅值之間的關系，制定了2因素(心軸(紅)長度、心軸(黑)長度)4水平(7.40、7.50、7.60、7.70)的全因子試驗設計計劃，如表2所示。

表2 全因子試驗設計計劃表

按試驗設計計劃安排裝配和試驗過程，并分析試驗數據，繪制成等值線圖，如圖5所示。從圖5中可以看出，當心軸(紅、黑)長度同時在(7.60±0.05) mm區間時，低溫下最大毛刺幅值達到較小水平。

圖5 低溫下最大毛刺幅值與心軸長度的等值線圖

4.3 試驗驗證

為了分析改善措施對低溫下最大毛刺幅值的改善效果，對改善前后的數據進行了控制圖對比分析和雙樣本T檢驗，如圖6所示。從對比控制圖中可以看出，改善后控制圖受控且均值明顯低于改善前，從假設檢驗的分析數據“差值的 95% 置信區間: (1.340, 2.140)”和“P值= 0.000”可以看出，改善前后的試驗數據有明顯差異。

圖6 改善前后的試驗數據分析結果

通過在后續三個批次的生產過程實施改進措施，三個批次的軍品交驗合格率分別為93.5%、92.8%、93.2%，達到了公司質量目標軍品交驗合格率≥91%的要求，滿足了產品的正常交付。

5 結 語

六西格瑪管理作為一種系統的管理理論，在很多企業已經成功實踐，也被很多企業認為是依靠質量取得效益的有效途徑[3]。本文運用了六西格瑪管理的DMAIC模式并結合相關質量工具，通過實施一個改善項目，有效地解決了某型號微電機試驗過程中波形不合格的質量問題，同時達到了公司質量目標的要求，取得了良好的效果。