運用六西格瑪DMAIC 工具降低機加工缸體返修率

李玉文　詹達宇　黃銀燕

關鍵詞：DMAIC ；缸體；返修率

中圖分類號：F273.1 文獻標識碼：A

0 引言

發動機是燃油車最關鍵的零部件，發動機的動力、噪聲、油耗和耐久性等直接影響用戶滿意度。而缸體作為發動機中最大的一個零件，它集成了發動機所有零件的安裝，負責發動機燃燒作功、冷卻和潤滑等。缸體加工工藝過程主要包含銑削、鉆孔、攻絲、鉸孔、鏜孔和珩磨等[1]，加工特征多、工藝較為復雜，批量生產過程常會出現刀痕、劃傷、碰傷、尺寸超差、振紋以及臺階等質量問題，需要進行返修。為滿足客戶期望，節約生產成本，減少用戶抱怨，本文使用六西格瑪管理中用于流程改善的DMAIC工具對缸體加工流程進行優化，降低缸體返修率。

1 定義階段 Definition

某工廠二期缸體線返修率持續3 個月偏高，最高達0.37%（指標要求≤ 0.13%），造成大量返修浪費，嚴重增加制造成本（圖1）。經調查統計，返修前位問題為頂面面刀痕與頂面壓傷問題。

1.1 問題定義

外部顧客為用戶，內部顧客為領導、生產部門和質量部門；顧客期望為高質量低成本的產品，項目關鍵過程輸出變量（KPOV）為缸體二期返修率。在六西格瑪管理中，經常將結果或輸出變量記為Y，把輸入變量或影響因子記為X[2]，輸入和輸出的關系可表述為Y=f（X）的函數關系。在本項目中，Y 定義為二期缸體返修率，數據來源于下線100% 目檢，統計周期為1 次/ 月，統計人員是機加線班組長和項目組成員。

運用排列圖統計3 個月份二期缸體線返修數據可得：頂面刀痕返修率和頂面壓傷返修率數據累計達到88.4%（圖2）。因此將Y 分解為Y=Y1+Y2，Y1 為頂面刀痕返修率，Y2 為頂面壓傷返修率，其他項暫不考慮。

1.2 項目范圍界定

項目團隊運用SIPOC 分析方法，通過對項目的供方（S）、輸入（I）、過程（P）、輸出（O）和客戶（C）進行分析[3]，界定出項目范圍，從而確定項目的關鍵過程、關鍵過程的輸入和輸出以及利益相關方（圖3）。

1.3 項目目標制定

縱向對比二期N 系列機型生產數據，歷史返修率最佳表現為0.09%。橫向對比一期B 系列返修率平均水平保持在0.10%，最佳表現為0.07%。理論計算：應內部客戶要求，并結合團隊歷史問題攻關經驗，可至少縮小GAP 的85%，計算返修率目標如下：

Y ＝ 0.37% －（0.37%－0.07%）×85%=0.11%

因此目標設定為二期缸體返修率≤ 0.11%。

2 測量階段 Measurement

測量階段是DMAIC 過程的第二個階段，它既是定義階段的后續活動，也是連接分析階段的橋梁。測量階段的工作重點就是在定義階段的基礎上，進一步明確輸出變量Y 的測量。特別是通過過程分析，認識Y 的波動規律，揭示過程改進的機會，識別項目目標的可能途徑和改進方向。

2.1 Y 的測量系統分析

為保證測量結果準確可靠，需要對頂面刀痕和頂面壓傷測量系統做評價。團隊選取15 件合格產品與15 件有缺陷的外觀質量邊界樣本給下線員工進行判定。判定結果是定性數據，通過Minitab 軟件進行屬性一致性分析，評估檢驗員自身、檢驗員與標準、檢驗員之間以及所有檢驗員與標準的吻合程度（圖4）。評估結果為：測量系統是能夠接受的。

2.2 發掘影響因子X

項目團隊詳細分析缸體頂面加工過程，逐個工位排查，聚焦現場員工操作，識別輸入變量和輸出變量。通過分析匯總頂面刀痕和頂面壓傷的失效模式，繪制潛在失效模式樹圖，得出刀具高度差大、刀具壽命設置不合理、刀具結構不合理、夾緊力不足、加工路徑不合理、主軸跳動大、主軸拉刀力小、加工參數不優、清洗壓力不足、清洗液溫度低、清洗濃度低、噴嘴歪斜、珩磨噴淋沖不掉頂面鐵屑、珩磨翻轉倒水工位帶入鐵屑以及夾緊頭材質不優共15 個末端因子（圖5）。

2.3 篩選影響因子X

團隊運用因果矩陣對影響因子進行重要度排序（圖6），再通過失效模式及后果（FMEA）分析方法按照風險順序數排序，篩選前位因子。經過團隊的充分溝通和專業技術的評估，從15個潛在影響因子中確定了4 個關鍵因子：X1——刀具壽命設置不合理，X2——刀具高度差大，X3——珩磨噴淋沖不掉頂面鐵屑，X4——珩磨翻轉倒水工位帶入鐵屑。

2.4 快贏改善

對X1——刀具壽命設置不合理因子進行解析。當刀具壽命設置不合理，刀片超壽命使用時，加工過程中刀片磨損量變大后切削力將會變大，切削溫度上升，工藝系統產生振動[4]，將會導致加工面產生刀痕問題。調查發現，刀痕出現的刀具壽命集中在600 ～ 660 件?，F將刀具預設壽命從660 件調整為600 件，優化刀具壽命后，刀痕問題出現頻次明顯減少（圖7）。

對X3——珩磨噴淋沖不掉頂面鐵屑因子進行解析。目前珩磨噴淋邏輯為壓板夾緊工件的同時啟動噴淋，無法有效沖掉來料頂面上的鐵屑，若壓板夾緊位置有鐵屑，則會導致頂面壓傷問題（圖8）。通過將噴淋啟動時間提前，延長沖洗頂面沖洗時間，使頂面鐵屑可以沖掉。優化珩磨噴淋邏輯后，珩磨工位3、工位4壓傷問題未再發生。

2.4 測量階段總結

在測量階段，項目團隊通過測量系統分析，確認了測量系統的可靠性；又通過詳細的流程分析，發掘出15 個可疑因子，再經過因果矩陣分析，確定4 個關鍵因子。其中X1 和X3 經過快贏改善措施，改善效果良好；X2 和X4 在分析階段重點研究。

3 分析階段 Analyze

分析階段是對關鍵因子X 進行定量、定性分析。使用常用的圖形化工具和過程能力分析、變異源分析以及假設檢驗等方法，識別和驗證其影響因素的顯著性。針對X2 和X4 兩個關鍵因子，進行假設檢驗分析，確認是否對Y 有顯著影響。

3.1 針對X2——刀具高度差大的假設檢驗

對X2——刀具高度差大因子進行解析。加工頂面的刀具由9顆粗刀片和3 顆精刀片組成，粗刀片主要作用是去余量，精刀片作用是修光，保證頂面光潔度。刀痕問題主要是由精刀片加工產生。當3 顆精刀片之間的高度差大，導致每顆精刀片加工余量不一樣，刀具受力不均產生振動，從而導致加工產生刀痕。

使用不同精刀片高度差的刀具，加工驗證一個刀具壽命（600件，即樣本數），統計出現的刀痕頻次（表1），P₁ 為樣本1 事件比率，P₂為樣本2 事件比率。運用MINITAB 軟件對樣本驗證結果進行雙比率檢驗。原假設H₀ ：P₁－P₂＝ 0 ；備擇假設H₁：P₁－P ₂≠ 0。經計算P 值為0.012＜0.050，因此拒絕原假設[5]，即說明精刀片高度差對于頂面刀痕有顯著影響?？梢源_定X2 是導致問題產生的關鍵因子。

3.2 針對X4——OP200 翻轉倒水工位帶入鐵屑的假設檢驗

收集水套腔內有鐵屑與無鐵屑工件各100 件，驗證壓傷出現情況（表2），P ₁為樣本1 事件比率，P₂為樣本1 事件比率。用MINITAB 軟件對樣本驗證結果進行雙比率檢驗。原假設H ₀：P₁－P ₂＝ 0 ；備擇假設H₁：P₁－P₂≠ 0。經計算P 值為0.012＜ 0.050，因此拒絕原假設，即水套腔內有無鐵屑對頂面壓傷問題有顯著影響?？梢源_定X4 為導致故障的關鍵因子。

4 改善階段 Improve

4.1 針對X2 的改善

減少參與加工的精刀片數量，將參與加工的精刀片數量從3顆減少到1 顆，只有一顆精刀片參與加工，即不存在精刀片間存在高度差的問題。由于精刀片數量減少，使用壽命只使用一次出刀220件。只保留一顆精刀片參與加工，消除精刀片高度差，有效減少頂面刀痕問題（圖9）。

4.2 針對X4的改善

來料水套腔內有鐵屑無法避免，只要保證鐵屑不粘附在夾緊頭及夾緊位置上，即可避免壓傷頂面?，F將珩磨工位10 夾緊桿進行改造，增加一路吹氣功能，吹掉夾緊頭及頂面夾緊點鐵屑，避免壓傷（圖10）。

5 控制階段Control

控制作為六西格瑪DMAIC 實施流程中的最后一個階段，控制的目的在于保持項目中取得的成效并持續改進。在控制階段，項目團隊進行目標達成情況確認：改善后，缸體二期返修率連續3 個月達到目標0.12%，項目攻關成功（圖11）。 為了措施長期有效實施，固化改進效果，團隊對刀具布置圖、刀具裝配圖、PFMEA 和備件圖紙進行更新。

6 結束語

本文根據實際生產線中的疑難問題運用六西格瑪DMAIC 工具進行攻關，運用六西格瑪管理的方法定義問題，在測量和分析階段通過細致觀察現場操作流程，使用因果矩陣、FMAE 分析和假設檢驗等工具層層篩選因子。團隊在攻關活動中通過對六西格瑪統計工具的實際運用，對六西格瑪管理這套系統方法有了更深的認識。此次案例充分展現了六西格瑪管理方法的嚴謹性、功能性，團隊將更好地推廣、應用六西格瑪工具解決重大、復雜問題。

作者簡介：

李玉文，本科，助理工程師，研究方向為發動機質量控制與提升、精益制造等。