運(yùn)用六西格瑪DMAIC 工具降低機(jī)加工缸體返修率

李玉文　詹達(dá)宇　黃銀燕

關(guān)鍵詞：DMAIC ；缸體；返修率

中圖分類號(hào)：F273.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)是燃油車最關(guān)鍵的零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)中最大的一個(gè)零件，它集成了發(fā)動(dòng)機(jī)所有零件的安裝，負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)雜，批量生產(chǎn)過程常會(huì)出現(xiàn)刀痕、劃傷、碰傷、尺寸超差、振紋以及臺(tái)階等質(zhì)量問題，需要進(jìn)行返修。為滿足客戶期望，節(jié)約生產(chǎn)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(duì)缸體加工流程進(jìn)行優(yōu)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(xù)3 個(gè)月偏高，最高達(dá)0.37%（指標(biāo)要求≤ 0.13%），造成大量返修浪費(fèi)，嚴(yán)重增加制造成本（圖1）。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，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(nèi)部顧客為領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)部門和質(zhì)量部門；顧客期望為高質(zhì)量低成本的產(chǎn)品，項(xiàng)目關(guān)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(jīng)常將結(jié)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(guān)系可表述為Y=f（X）的函數(shù)關(guān)系。在本項(xiàng)目中，Y 定義為二期缸體返修率，數(shù)據(jù)來源于下線100% 目檢，統(tǒng)計(jì)周期為1 次/ 月，統(tǒng)計(jì)人員是機(jī)加線班組長和項(xiàng)目組成員。

運(yùn)用排列圖統(tǒng)計(jì)3 個(gè)月份二期缸體線返修數(shù)據(jù)可得：頂面刀痕返修率和頂面壓傷返修率數(shù)據(jù)累計(jì)達(dá)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(xiàng)暫不考慮。

1.2 項(xiàng)目范圍界定

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)運(yùn)用SIPOC 分析方法，通過對(duì)項(xiàng)目的供方（S）、輸入（I）、過程（P）、輸出（O）和客戶（C）進(jìn)行分析[3]，界定出項(xiàng)目范圍，從而確定項(xiàng)目的關(guān)鍵過程、關(guān)鍵過程的輸入和輸出以及利益相關(guān)方（圖3）。

1.3 項(xiàng)目目標(biāo)制定

縱向?qū)Ρ榷贜 系列機(jī)型生產(chǎn)數(shù)據(jù)，歷史返修率最佳表現(xiàn)為0.09%。橫向?qū)Ρ纫黄贐 系列返修率平均水平保持在0.10%，最佳表現(xiàn)為0.07%。理論計(jì)算：應(yīng)內(nèi)部客戶要求，并結(jié)合團(tuán)隊(duì)歷史問題攻關(guān)經(jīng)驗(yàn)，可至少縮小GAP 的85%，計(jì)算返修率目標(biāo)如下：

Y ＝ 0.37% －（0.37%－0.07%）×85%=0.11%

因此目標(biāo)設(shè)定為二期缸體返修率≤ 0.11%。

2 測(cè)量階段 Measurement

測(cè)量階段是DMAIC 過程的第二個(gè)階段，它既是定義階段的后續(xù)活動(dòng)，也是連接分析階段的橋梁。測(cè)量階段的工作重點(diǎn)就是在定義階段的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確輸出變量Y 的測(cè)量。特別是通過過程分析，認(rèn)識(shí)Y 的波動(dòng)規(guī)律，揭示過程改進(jìn)的機(jī)會(huì)，識(shí)別項(xiàng)目目標(biāo)的可能途徑和改進(jìn)方向。

2.1 Y 的測(cè)量系統(tǒng)分析

為保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，需要對(duì)頂面刀痕和頂面壓傷測(cè)量系統(tǒng)做評(píng)價(jià)。團(tuán)隊(duì)選取15 件合格產(chǎn)品與15 件有缺陷的外觀質(zhì)量邊界樣本給下線員工進(jìn)行判定。判定結(jié)果是定性數(shù)據(jù)，通過Minitab 軟件進(jìn)行屬性一致性分析，評(píng)估檢驗(yàn)員自身、檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)員之間以及所有檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)的吻合程度（圖4）。評(píng)估結(jié)果為：測(cè)量系統(tǒng)是能夠接受的。

2.2 發(fā)掘影響因子X

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)詳細(xì)分析缸體頂面加工過程，逐個(gè)工位排查，聚焦現(xiàn)場(chǎng)員工操作，識(shí)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(shè)置不合理、刀具結(jié)構(gòu)不合理、夾緊力不足、加工路徑不合理、主軸跳動(dòng)大、主軸拉刀力小、加工參數(shù)不優(yōu)、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(zhuǎn)倒水工位帶入鐵屑以及夾緊頭材質(zhì)不優(yōu)共15 個(gè)末端因子（圖5）。

2.3 篩選影響因子X

團(tuán)隊(duì)運(yùn)用因果矩陣對(duì)影響因子進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)排序，篩選前位因子。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的充分溝通和專業(yè)技術(shù)的評(píng)估，從15個(gè)潛在影響因子中確定了4 個(gè)關(guān)鍵因子：X1——刀具壽命設(shè)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(zhuǎn)倒水工位帶入鐵屑。

2.4 快贏改善

對(duì)X1——刀具壽命設(shè)置不合理因子進(jìn)行解析。當(dāng)?shù)毒邏勖O(shè)置不合理，刀片超壽命使用時(shí)，加工過程中刀片磨損量變大后切削力將會(huì)變大，切削溫度上升，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)[4]，將會(huì)導(dǎo)致加工面產(chǎn)生刀痕問題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，刀痕出現(xiàn)的刀具壽命集中在600 ～ 660 件?，F(xiàn)將刀具預(yù)設(shè)壽命從660 件調(diào)整為600 件，優(yōu)化刀具壽命后，刀痕問題出現(xiàn)頻次明顯減少（圖7）。

對(duì)X3——珩磨噴淋沖不掉頂面鐵屑因子進(jìn)行解析。目前珩磨噴淋邏輯為壓板夾緊工件的同時(shí)啟動(dòng)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(huì)導(dǎo)致頂面壓傷問題（圖8）。通過將噴淋啟動(dòng)時(shí)間提前，延長沖洗頂面沖洗時(shí)間，使頂面鐵屑可以沖掉。優(yōu)化珩磨噴淋邏輯后，珩磨工位3、工位4壓傷問題未再發(fā)生。

2.4 測(cè)量階段總結(jié)

在測(cè)量階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過測(cè)量系統(tǒng)分析，確認(rèn)了測(cè)量系統(tǒng)的可靠性；又通過詳細(xì)的流程分析，發(fā)掘出15 個(gè)可疑因子，再經(jīng)過因果矩陣分析，確定4 個(gè)關(guān)鍵因子。其中X1 和X3 經(jīng)過快贏改善措施，改善效果良好；X2 和X4 在分析階段重點(diǎn)研究。

3 分析階段 Analyze

分析階段是對(duì)關(guān)鍵因子X 進(jìn)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(shè)檢驗(yàn)等方法，識(shí)別和驗(yàn)證其影響因素的顯著性。針對(duì)X2 和X4 兩個(gè)關(guān)鍵因子，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)分析，確認(rèn)是否對(duì)Y 有顯著影響。

3.1 針對(duì)X2——刀具高度差大的假設(shè)檢驗(yàn)

對(duì)X2——刀具高度差大因子進(jìn)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(chǎn)生。當(dāng)3 顆精刀片之間的高度差大，導(dǎo)致每顆精刀片加工余量不一樣，刀具受力不均產(chǎn)生振動(dòng)，從而導(dǎo)致加工產(chǎn)生刀痕。

使用不同精刀片高度差的刀具，加工驗(yàn)證一個(gè)刀具壽命（600件，即樣本數(shù)），統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)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(yùn)用MINITAB 軟件對(duì)樣本驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行雙比率檢驗(yàn)。原假設(shè)H₀ ：P₁－P₂＝ 0 ；備擇假設(shè)H₁：P₁－P ₂≠ 0。經(jīng)計(jì)算P 值為0.012＜0.050，因此拒絕原假設(shè)[5]，即說明精刀片高度差對(duì)于頂面刀痕有顯著影響?？梢源_定X2 是導(dǎo)致問題產(chǎn)生的關(guān)鍵因子。

3.2 針對(duì)X4——OP200 翻轉(zhuǎn)倒水工位帶入鐵屑的假設(shè)檢驗(yàn)

收集水套腔內(nèi)有鐵屑與無鐵屑工件各100 件，驗(yàn)證壓傷出現(xiàn)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(duì)樣本驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行雙比率檢驗(yàn)。原假設(shè)H ₀：P₁－P ₂＝ 0 ；備擇假設(shè)H₁：P₁－P₂≠ 0。經(jīng)計(jì)算P 值為0.012＜ 0.050，因此拒絕原假設(shè)，即水套腔內(nèi)有無鐵屑對(duì)頂面壓傷問題有顯著影響?？梢源_定X4 為導(dǎo)致故障的關(guān)鍵因子。

4 改善階段 Improve

4.1 針對(duì)X2 的改善

減少參與加工的精刀片數(shù)量，將參與加工的精刀片數(shù)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(shù)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(duì)X4的改善

來料水套腔內(nèi)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。現(xiàn)將珩磨工位10 夾緊桿進(jìn)行改造，增加一路吹氣功能，吹掉夾緊頭及頂面夾緊點(diǎn)鐵屑，避免壓傷（圖10）。

5 控制階段Control

控制作為六西格瑪DMAIC 實(shí)施流程中的最后一個(gè)階段，控制的目的在于保持項(xiàng)目中取得的成效并持續(xù)改進(jìn)。在控制階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行目標(biāo)達(dá)成情況確認(rèn)：改善后，缸體二期返修率連續(xù)3 個(gè)月達(dá)到目標(biāo)0.12%，項(xiàng)目攻關(guān)成功（圖11）。 為了措施長期有效實(shí)施，固化改進(jìn)效果，團(tuán)隊(duì)對(duì)刀具布置圖、刀具裝配圖、PFMEA 和備件圖紙進(jìn)行更新。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)線中的疑難問題運(yùn)用六西格瑪DMAIC 工具進(jìn)行攻關(guān)，運(yùn)用六西格瑪管理的方法定義問題，在測(cè)量和分析階段通過細(xì)致觀察現(xiàn)場(chǎng)操作流程，使用因果矩陣、FMAE 分析和假設(shè)檢驗(yàn)等工具層層篩選因子。團(tuán)隊(duì)在攻關(guān)活動(dòng)中通過對(duì)六西格瑪統(tǒng)計(jì)工具的實(shí)際運(yùn)用，對(duì)六西格瑪管理這套系統(tǒng)方法有了更深的認(rèn)識(shí)。此次案例充分展現(xiàn)了六西格瑪管理方法的嚴(yán)謹(jǐn)性、功能性，團(tuán)隊(duì)將更好地推廣、應(yīng)用六西格瑪工具解決重大、復(fù)雜問題。

作者簡(jiǎn)介：

李玉文，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量控制與提升、精益制造等。