田力軍, 張 峰, 程鈞謨, 殷秀清

(山東理工大學(xué) 商學(xué)院， 山東 淄博 255012)

科技的進(jìn)步及管理模式的創(chuàng)新使現(xiàn)代化制造業(yè)迅速發(fā)展，并隨著IE(industrial engineering)不斷成熟，降低企業(yè)制造成本的同時(shí)，不斷提升生產(chǎn)效率.其中，愈來(lái)愈多的工程制造都深刻了解到產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)于維持公司正常長(zhǎng)久生存的重要性，采取多種工藝改進(jìn)工具，時(shí)刻關(guān)注于產(chǎn)品質(zhì)量狀況，從而追求質(zhì)量的完善和資源效益的最大化.但是在這樣的背景下，要從客觀的角度分析到兩個(gè)方面：一是IE為提升產(chǎn)成品質(zhì)量，采取系列改善手法消除作業(yè)中的浪費(fèi)，但作業(yè)人員卻易忽視質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備自身的問(wèn)題，即由于設(shè)備、員工操作的失誤等導(dǎo)致良品被檢測(cè)為不良品，影響工作效率的提升；二是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由于時(shí)間的有限性，IE人員不能過(guò)多進(jìn)行改善測(cè)試，不利于抓住問(wèn)題產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，缺乏有效的實(shí)驗(yàn)方法.雖然近幾年六西格瑪科學(xué)管理方法風(fēng)靡全球，但是在我國(guó)制造業(yè)中應(yīng)用未能達(dá)到理想成效，特別是在中小型企業(yè)中缺乏突破性解決問(wèn)題的方法.該背景下，在對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程充分了解的基礎(chǔ)上，采用DOE理論及控制因素試驗(yàn)法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤測(cè)率較高的影響因素，從而實(shí)施針對(duì)性的改善措施，從根本上解決問(wèn)題.

1 DOE及相關(guān)理論研究綜述

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，在有限的資源條件下，為企業(yè)尋找最合適的運(yùn)作條件及問(wèn)題關(guān)鍵點(diǎn).Byung-Ju Yi采用柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理分析，確保了零件的位置精度[1]；De Neve, H.通過(guò)對(duì)LED的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了合理定位，提升了工作效率[2]；Taylor綜合運(yùn)用階乘設(shè)計(jì)和田口設(shè)計(jì)，確定了最佳的磨削條件及車(chē)輪轉(zhuǎn)速，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述[3].國(guó)內(nèi)研究如劉曉劍等對(duì)無(wú)鉛波峰焊工藝、DOE法及其在無(wú)鉛波峰焊工藝優(yōu)化中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)介紹，顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性[4]；錢(qián)偉等應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)方法(DOE)提升銅桿產(chǎn)品的體積電阻率合格率，對(duì)“打渣溫度”、“提煉溫度”、“打氧時(shí)間”和“攪拌頻次”等影響因素進(jìn)行了四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到最優(yōu)煉制工藝參數(shù),使得體積電阻率合格率提升至97.8%，也使銅桿產(chǎn)品的合格率得到改善[5]；張賀等設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備是通過(guò)測(cè)量沖床、壓力機(jī)合模高度的異常情況來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓件品質(zhì)的檢測(cè)，設(shè)備內(nèi)置了大容量的Flash存儲(chǔ)器，方便用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不良產(chǎn)品的可追溯性[6].

綜上所述，眾多學(xué)者都是對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用限制在了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與研究范圍內(nèi)，雖然這樣可以有效縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，大大提升其產(chǎn)品的合格率，但是未能將實(shí)際應(yīng)用突破現(xiàn)有應(yīng)用范圍的局限性.所以，結(jié)合上述所提到的兩個(gè)方面的問(wèn)題，本文以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量檢測(cè)誤差率為研究對(duì)象，在掌握作業(yè)流程及數(shù)據(jù)收集整理的基礎(chǔ)上，利用DOE中控制因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法對(duì)探索問(wèn)題的最重要影響因素，為改善工作提供強(qiáng)有力的依據(jù)，從而推動(dòng)精益生產(chǎn)管理[7].

2 研究方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

DOE法是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)，合理安排實(shí)驗(yàn)的一種方法論.它的主要作用是降低試驗(yàn)次數(shù)、提高試驗(yàn)精度、使研究者從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中獲取無(wú)偏的處理效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)誤差的估計(jì)[8].DOE方法始于20世紀(jì)20年代，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展應(yīng)用產(chǎn)生了許多新的理論和方法，并不斷豐富完善成了統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要分支，在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究常常被用來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、改善工藝條件或參數(shù).

本文采用的DOE研究方法即以y=f(x)基本模型為依據(jù)[9]，如圖1所示，左側(cè)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本流程，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是在提供可供資源和期望信息的前提下，綜合輸入、可控因子和噪聲變量，研究y與x的關(guān)系，并探索及確定對(duì)響應(yīng)變量最有影響的變量，而一般情況下，由于需要保持過(guò)程的穩(wěn)健性，使得外部(n)變異性來(lái)源影響較小[10].

圖1 研究方法基本模型

DOE操作步驟[10]：

1)確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo).在實(shí)踐中，團(tuán)隊(duì)成員全體參與，要注意確定需要試驗(yàn)的問(wèn)題，并將其轉(zhuǎn)化為都可接受的提案.

2)響應(yīng)變量的選擇.通常選擇所測(cè)變量值的平均值或標(biāo)準(zhǔn)差，如果存在多種變量，取其中發(fā)揮關(guān)鍵性作用的變量，確保該變量可為試驗(yàn)提供有用信息.

3)確定因子，選擇水平.采取流程圖、因果分析圖等，結(jié)合5W1H法、頭腦風(fēng)暴法等篩選影響響應(yīng)變量的因素，并綜合多方面的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

4)制定實(shí)驗(yàn)方案.結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，將實(shí)驗(yàn)分組、次數(shù)、順序等需要依據(jù)一定的原則或方法進(jìn)行安排.

5)實(shí)施實(shí)驗(yàn).嚴(yán)格按照計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并做好監(jiān)督檢測(cè)、記錄工作，包括響應(yīng)變量數(shù)據(jù)、環(huán)境、員工操作、實(shí)驗(yàn)材料等，注意數(shù)據(jù)收集的全面性[11].

6)數(shù)據(jù)的分析.選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法，排除實(shí)驗(yàn)者主觀臆斷，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的客觀性.

7)結(jié)果.依據(jù)實(shí)驗(yàn)，采用圖解法等推出實(shí)施路線(xiàn)，并做好后續(xù)的跟蹤實(shí)驗(yàn)，確保結(jié)論的正確性[12].

3 實(shí)證檢驗(yàn)

DVD制造是A公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)，經(jīng)過(guò)近期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)收集的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析(如圖2所示)可知，面臨的最大問(wèn)題是生產(chǎn)DVD的一生產(chǎn)線(xiàn)M工站的瓶頸工時(shí)過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)線(xiàn)平衡.為了對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，提升生產(chǎn)線(xiàn)的作業(yè)效率，公司IE人員要運(yùn)用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析瓶頸產(chǎn)生原因，找出主要的影響因素，進(jìn)而實(shí)施有效的改善措施.

圖2 各工站作業(yè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖

圖1中：a.光電異物檢查及排線(xiàn)清查；b.光電檢查+光電片預(yù)點(diǎn)膠；c.光電轉(zhuǎn)換器和光柵調(diào)校；d.光電+光柵點(diǎn)膠；e.唱片馬達(dá)和循跡馬達(dá)裝配；f.激光頭組裝；g.掛架裝配；h.傳動(dòng)片螺絲調(diào)整；i.傳動(dòng)片點(diǎn)膠；j.蝸輪涂油和循跡測(cè)試；k.MD DVD評(píng)估；l.MD CD評(píng)估；m.DSP；n.貼標(biāo)簽和測(cè)試o.封錫橋；p.外觀檢查1；q.外觀檢查2.

為解決上述問(wèn)題，運(yùn)用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析瓶頸產(chǎn)生原因，步驟如下：

1)分析M工站(即上述k組)的作業(yè)流程.如圖3所示，物料進(jìn)入MD DVD工站后，首先對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否是不符合規(guī)格要求，如果不是則將其傳遞到正常作業(yè)流程中的下一工序；如果是則將其裝盒運(yùn)至其它同類(lèi)型工站或者留在本工站，留在本工站的需要不同人員進(jìn)行3次檢驗(yàn)，如果檢測(cè)結(jié)果是符合要求的，則屬于誤測(cè)，將該產(chǎn)品傳遞至正常作業(yè)流程中的下一工序，如果檢測(cè)是不良品，則進(jìn)行裝盒處理，同理，被運(yùn)送至其它類(lèi)型工站的產(chǎn)品進(jìn)行類(lèi)似檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)同“留在本工站”的產(chǎn)品進(jìn)行相同處理.

圖3 MD DVD評(píng)價(jià)工站工作流程圖

2)根據(jù)統(tǒng)計(jì)得出統(tǒng)計(jì)誤測(cè)率表.本文所采用的數(shù)據(jù)是來(lái)自于公司實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)收集，采用IE基礎(chǔ)手法中秒表測(cè)時(shí).通過(guò)對(duì)7月25日至30日連續(xù)6天的數(shù)據(jù)收集(29日由于調(diào)休無(wú)法收集數(shù)據(jù))，并將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理，得到誤測(cè)率統(tǒng)計(jì)表.

表1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果及誤測(cè)率計(jì)算

由此可知，誤測(cè)率過(guò)大是工時(shí)過(guò)大的主要原因.

3)尋找解決途徑

由上可知誤測(cè)率是瓶頸工時(shí)產(chǎn)生原因，現(xiàn)在重點(diǎn)分析誤測(cè)產(chǎn)生原因，解決辦法是運(yùn)用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)法[13].

首先運(yùn)用因果分析法[14]，結(jié)合頭腦風(fēng)暴法從人員、機(jī)器、材料、方法、環(huán)境等方面進(jìn)行選擇影響因素，如圖4所示.

由上可知，主要影響因素是：人的操作不熟練、設(shè)備精確度不高和碟片質(zhì)量不良，但是這在一定程度上是憑借團(tuán)隊(duì)成員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，而缺乏一定的客觀性，所以，要找出最關(guān)鍵的影響因素，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析.

圖4 因果分析圖

4)實(shí)驗(yàn)分析

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析上述三個(gè)因素中找出最主要的一個(gè)影響因素.

實(shí)驗(yàn)條件：操作工人：兩人(人+人-)

設(shè)備：兩臺(tái)(設(shè)備+設(shè)備-)

碟片：兩張(碟片+碟片-)

監(jiān)督員：兩名(工程人員)

記錄員：兩名(IE人員)

實(shí)驗(yàn)方法：控制因素法[15]，控制其中兩個(gè)因素，分析第三個(gè)因素對(duì)結(jié)果的影響程度.見(jiàn)表2.

由此可得出，設(shè)備是誤測(cè)產(chǎn)生的最主要原因.

所以，聯(lián)系設(shè)備維修人員，指定詳細(xì)設(shè)備維修與維護(hù)方案，設(shè)備維修后將誤測(cè)率由原來(lái)12.2%降至4.2%，該工站工時(shí)由17.67s縮短為16.244s，減少了1.226s.

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：生產(chǎn)同lot產(chǎn)品,編號(hào)1與8、2與7、3與6，4與5實(shí)驗(yàn)分別同時(shí)進(jìn)行.

5)改善方案實(shí)施后效果對(duì)比.通過(guò)該方案的實(shí)施改善，誤測(cè)率由改善前的12.2%，降低到了改善后的4.2%，優(yōu)化率達(dá)到65.6%，可有效降低檢測(cè)過(guò)程中所出現(xiàn)誤差的概率，提升作業(yè)效率，如果將該方法推廣至更多的生產(chǎn)線(xiàn)及廠(chǎng)區(qū)，可實(shí)現(xiàn)更加可觀的效益.

表3 改善效果對(duì)比

4 結(jié)論及對(duì)策

通過(guò)因果分析法選取員工操作、設(shè)備和碟片作為三個(gè)因子，分別進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)，研究M工站誤測(cè)率影響機(jī)制，首先深入熟悉M工站的作業(yè)流程，并通過(guò)秒表測(cè)時(shí)，收集工站的大量數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效處理，在此基礎(chǔ)上，利用DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，對(duì)主要影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)備的精準(zhǔn)度是導(dǎo)致誤測(cè)率較高的最主要影響因素，在針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行改善后，有效降低了誤測(cè)率和瓶頸工時(shí)，提升了產(chǎn)能.綜上分析，本文提出以下對(duì)策：第一，IE的改善工作要具有高度的全面性.生產(chǎn)線(xiàn)的改善要從人、機(jī)、料、法、環(huán)、檢測(cè)等多項(xiàng)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮分析，并將各環(huán)節(jié)的影響因素分析透徹，深入研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理改善.第二，改善要抓關(guān)鍵點(diǎn).生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題往往是由多方面的因素構(gòu)成，由于資源的有限性，常常不允許對(duì)多個(gè)因素進(jìn)行細(xì)致改善，在這樣的情況下，要抓住導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的關(guān)鍵因素，對(duì)該因素進(jìn)行改善，可大大提升改善效果.第三，選取合適的方法解決問(wèn)題.例如在實(shí)驗(yàn)成本較高的情況下，選取何種實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)次數(shù)等，要從系統(tǒng)性思想的角度出發(fā)，分析過(guò)程的整體效果，在此基礎(chǔ)上，選取有效的方法解決問(wèn)題.

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