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六西格玛水准的产品设计,我们做得到!

作者:JMP时间:2014-07-02来源:收藏

  接触过管理的朋友都知道:所谓的“的质量水平”,是指每百万个产品中只有3.4个缺陷产品,甚至更少。这相当于产品的Cp>=2,Cpk>=1.5的结果。要达到这样近乎完美的质量水平,仅仅依靠生产阶段的管控是不够的,往往需要在设计阶段就要做好公差设计(也称“容差设计”)。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/249155.htm

  公差设计ToleranceDesign是研发三阶段(系统设计、参数设计和公差设计)中的最后一环,它是指在参数设计阶段确定的最佳条件的基础上,寻找各个参数最佳的容许误差,使得质量和成本综合起来达到最佳的经济效益。相对于系统设计和参数设计而言,公差设计是最容易被忽略的一环。这一方面是因为人们对质量波动的理解不够深入,更重要的是缺乏一个成熟的公差设计的工具软件,使得企业在推行设计时很难落地。

  笔者根据近几年的研发项目实践,在很多企业已配备的统计质量管理软件平台上总结出一个切实可行的公差设计解决方法,供有六西格玛设计需求的技术人员参考。

  下面,结合一个在、机械、电子等行业适用面都比较广的基础机械系统设计案例,介绍一下公差设计的原理及其计算机实现方式。

  在一个装配环中装入3个零件,如下图所示,技术要求间隙(Gap)的目标值T=0.015,LSL

  =0.005,USL=0.025,也就是Gap的长度要求满足0.0150.010。加工的零件1、2、3的平均值p=1.554,标准差p=0.001,而装配环的平均值e=4.674,标准差e=0.002。假设所有部件的参数均已实现六西格玛的目标,

  试问:该系统公差设计的能力如何?如果未能达到六西格玛水平,应当如何改进?

  容易看出,间隙与装配环及3个零件的设计关系是:

  =0.012

  所以,当前的缺陷数,由此转化得到的西格玛水平只有4.15(考虑1.5个sigma偏移,下同),没有达到六西格玛的目标。

  如何改进呢?常见的有两种方法:调整均值或降低标准差。

  1.第一次改进

  调整均值是相对简单的一种方法,运用软件中的预测刻画器(其后台运用的是数学中的优化论OptimizationTheory),实现起来就更方便了。从下图可见,当装配环的平均值调整到4.677,零件的平均值保持1.554不变,就能使间隙均值增大到0.015,与目标值重合。这时候的缺陷数PPM降到了157,由此转化得到的西格玛水平也提高到5.10,但仍未达到六西格玛的目标。

  2.第二次改进

  在调整均值的功效发挥到极限之后,还可以使用降低标准差的方法来进一步优化设计。那么应该让装配环和3个零件的标准差降到多少呢?从本质上讲,答案是下述这个方程式的数值解:

  这本来是一个很复杂的数学问题,涉及到计算机编程技术。但基于上述公式利用软件中的预测刻画器及其内置的意愿函数功能,方程式的求解变得方便了很多。如下图所示,当装配环的标准差降低到0.0016171,零件的标准差降低到0.0008205时,缺陷数PPM就等于3.4了,也就是我们梦寐以求的六西格玛水平。

  3.第三次改进

  有些人可能对第二次改进的结果已经很满意了,但还有些人却还会感到有些不足:能否根据实际需要事先指定标准差改进的比例?具体地说,在系统从5.1个西格玛向6个西格玛优化的过程中,能否分配其中30%的改进来自于零件,70%的改进来自于装配环呢?这个业务需求其实可以转化成以下三个方程式:

  求解这个方程组是一个更加复杂的数学问题,需要的编程时间也更长。所幸的是,同样基于这个方程组,利用JMP软件中的预测刻画器及其内置的意愿函数功能,方程组的求解难题被轻松解决。如下图所示,当装配环的标准差降低到0.0015311,零件的标准差降低到0.0008738时,缺陷数PPM也会等于3.4,而且装配环标准差的改进比重恰巧等于事先指定的0.7,零件标准差的改进比重恰巧等于事先指定的0.3。

  显然,这种改进方式有利于工程师们更积极地参与公差设计的过程,将较多的改进比重分配给容易优化、成本低廉的部件,较少的改进比重分配给不易优化、成本昂贵的部件。

  总之,通过巧妙地使用一些现成的统计分析工具,我们发现:公差设计并不遥远,达到六西格玛水准的产品设计也是可望又可及的,由此而设计并制造出来的产品质量必然会更加稳健和可靠。

 



关键词: JMP 汽车 六西格玛

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