黃 浩

(貴州航天電器股份有限公司,貴州貴陽，550009)

研究與設(shè)計

產(chǎn)品正向設(shè)計六西格瑪技術(shù)應(yīng)用研究

黃 浩

(貴州航天電器股份有限公司,貴州貴陽，550009)

本文結(jié)合小批量、多規(guī)格產(chǎn)品特點，提出了產(chǎn)品研發(fā)改進的正向設(shè)計流程，并在研發(fā)平臺基礎(chǔ)上注入了六西格瑪管理的理念和方式，經(jīng)過一年多時間的推進，已經(jīng)搭建完成相應(yīng)的平臺，在部分項目中在推廣和實施，針對實施情況，提出當(dāng)前存在的一些問題和改進建議。

正向設(shè)計；六西格瑪

1 引言

長久以來，產(chǎn)品研發(fā)都是在借鑒國外樣機的基礎(chǔ)上研制，部分產(chǎn)品都是原樣繪制，樣機性能也是完全借鑒國外樣機參數(shù)，而研制的產(chǎn)品通過實物來驗證是否滿足輸入的要求。這種研發(fā)管理方式成為公司近些年來業(yè)務(wù)增長有效保障。隨著用戶裝機要求的提高，對元器件的性能指標(biāo)和使用要求也有了更進一步的要求，部分接插件產(chǎn)品對電傳輸?shù)囊笠蔡岣?，原樣仿制受采購材料、工藝水平、技術(shù)人員水平等方面的影響，以至于部分研發(fā)產(chǎn)品無法完全滿足用戶使用要求，研發(fā)風(fēng)險增加。在產(chǎn)品研發(fā)過程中，通過樣機驗證設(shè)計滿足情況的老的方式存在諸多問題，如產(chǎn)品研發(fā)一次性通過率不強(縱向產(chǎn)品、新品試驗過程中或多或少都存在問題)，研發(fā)周期加長，研發(fā)成本增加等。

大多數(shù)企業(yè)已意識到人們對市場所提供的產(chǎn)品或服務(wù)的質(zhì)量有了新的要求，企業(yè)質(zhì)量已經(jīng)從最初的產(chǎn)品或服務(wù)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求，發(fā)展到滿足顧客及相關(guān)方綜合滿意的質(zhì)量。對于企業(yè)而言，生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品、正確識別顧客的需求以及潛在需求、對市場作出快速反應(yīng)、縮短周期、確保供應(yīng)鏈的高效運作等等，已經(jīng)成為競爭的關(guān)鍵。

為了推進產(chǎn)品研發(fā)的競爭力和質(zhì)量穩(wěn)定性，結(jié)合軍品產(chǎn)品小批量、多規(guī)格的特點，公司于2014年開始進行研發(fā)正向設(shè)計平臺建設(shè)工作，并在研發(fā)平臺基礎(chǔ)上注入了六西格瑪管理的理念和方式，經(jīng)過一年多時間的推進，已經(jīng)搭建完成相應(yīng)的平臺，在部分項目中在推廣和實施。

2 正向設(shè)計

國外公司產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新性和高可靠性來源于他們所擁有的研發(fā)管理平臺。這些管理平臺中使用諸如項目管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等定制化的商用系統(tǒng)，借助信息化手段落實系統(tǒng)工程方法。國外產(chǎn)品研制借助全過程運用項目管理系統(tǒng)，在整個研制過程中產(chǎn)生的各種設(shè)計、仿真、試制、驗證等設(shè)計文件、規(guī)范等會整理齊套，經(jīng)設(shè)計、工藝和質(zhì)量評審后以電子文件的形式歸檔，形成完整齊套的產(chǎn)品規(guī)范化文件。

由于國內(nèi)產(chǎn)品研制生產(chǎn)單位的產(chǎn)品研發(fā)平臺建立起步較晚，很多單位基本上還沒有建立數(shù)字化設(shè)計平臺，也沒有進行數(shù)字化仿真的設(shè)備或軟件，相關(guān)如質(zhì)量先期策劃與控制計劃(APQP)、質(zhì)量功能分析(QFD)、測量系統(tǒng)分析(MSA)、工藝試驗設(shè)計(DOE)等方法還在摸索了解和學(xué)習(xí)階段，產(chǎn)品設(shè)計和研發(fā)制造采用的研發(fā)模式是：二維設(shè)計→試制樣品→性能檢測或試用→根據(jù)試驗或試用結(jié)果調(diào)整或優(yōu)化產(chǎn)品部分參數(shù)→加工樣品→試驗合格→滿足用戶使用要求→產(chǎn)品定型的模式，產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和實物加工質(zhì)量很多都依靠人員的經(jīng)驗來確定，沒有進行定量的分析和控制，產(chǎn)品的一致性和可靠性距離國外同類產(chǎn)品還存在較大差距。結(jié)合近些年快速發(fā)展的需要和已有的技術(shù)基礎(chǔ)，公司于2014年開始推廣應(yīng)用正向設(shè)計工作，確立了產(chǎn)品正向設(shè)計研發(fā)流程，通過完善相關(guān)制度固化了作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

產(chǎn)品設(shè)計以正向設(shè)計理念為指導(dǎo)，在現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上，建立完整的產(chǎn)品模型并進行數(shù)字化仿真，達到設(shè)計輸出的結(jié)果可定量分析，并逐步使仿真的結(jié)果與實物測試結(jié)果相重合或無限接近。通過建立一整套完整的數(shù)字化設(shè)計規(guī)范和設(shè)計流程，使現(xiàn)有的分散設(shè)計狀況提高到系統(tǒng)設(shè)計水平，打造集方案設(shè)計、仿真分析、可制造性分析、可靠性分析、數(shù)據(jù)庫的軟硬件環(huán)境的數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計平臺。形成仿真設(shè)計指導(dǎo)文件，提高仿真能力和設(shè)計水平，指導(dǎo)設(shè)計進行結(jié)構(gòu)和可靠性分析。

3 產(chǎn)品研發(fā)六西格瑪技術(shù)應(yīng)用方案

3.1 DMAIC流程和技術(shù)方法的局限性

以DMAIC流程為代表的六西格瑪改進的管理模式，在世界范圍內(nèi)獲得了巨大的成功。但是，常規(guī)的DMAIC流程和技術(shù)方法主要適用于大批量、制造流程穩(wěn)定、有大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的產(chǎn)品；DMAIC的前提是不改變設(shè)計，只改進流程，認為設(shè)計方案是正確的。因此，面對各種各樣的工程實際問題，DMAIC流程有很多的局限，例如：

1)不適合小批量的產(chǎn)品；

2)不適合于研發(fā)階段的產(chǎn)品；

3)不適合于流程不穩(wěn)定的產(chǎn)品；

4)不適合于得不到大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的情況；

5)不適合于需進行設(shè)計優(yōu)化的產(chǎn)品；

6)不適合于新產(chǎn)品的設(shè)計；

7)不適合于生產(chǎn)裝置、工藝裝備的使用可靠性問題；

8)不能完全照搬來解決軟件的質(zhì)量問題和產(chǎn)品可靠性、維修性問題等。

針對新產(chǎn)品的研發(fā)，國外正在大力發(fā)展和應(yīng)用六西格瑪設(shè)計(DFSS)；多年來，中國在六西格瑪設(shè)計實踐方面也已開展了大量的工作，并有自己的特色，但是除了解決新產(chǎn)品的設(shè)計問題外，六西格瑪設(shè)計并不能彌補DMAIC的其他局限。

對于小批量的產(chǎn)品，或者樣機直接交付顧客使用，由于很難保持制造流程的穩(wěn)定和獲得大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，DMAIC流程并不適用。針對產(chǎn)品研制需求，在產(chǎn)品正向設(shè)計研發(fā)流程中，確立IDDOV研發(fā)流程，流程包含了識別階段、定義階段、設(shè)計階段、優(yōu)化階段和驗證階段，在產(chǎn)品研發(fā)流程中引入六西格瑪管理理念和應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)方法。

3.2 IDDOV研發(fā)流程

在IDDOV研發(fā)流程中，強調(diào)以目標(biāo)為導(dǎo)向的項目管理機制，以研究課題成立項目組，同時不再嚴格按照原有的初樣、正樣和定型開展研制工作，而是以產(chǎn)品實現(xiàn)為目標(biāo)，設(shè)立產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品優(yōu)化、產(chǎn)品驗證等環(huán)節(jié)，同時建立各環(huán)節(jié)的保障措施，確保研發(fā)效率。

基于IDDOV正向的研發(fā)流程六西格瑪技術(shù)工和并行工程框圖見圖1。IDDOV流程的內(nèi)容、技術(shù)方法和設(shè)計輸出見表1。

在該流程中，注重研發(fā)過程的有效性。

在識別階段，注重在前期的市場開發(fā)過程中，識別顧客的需求，除了顧客指定的技術(shù)參數(shù)外，還要去了解客戶型號的應(yīng)用環(huán)境、產(chǎn)品裝機的位置、產(chǎn)品使用方法以及潛在的技術(shù)要求等，在此基礎(chǔ)上，進行產(chǎn)品可行性的研究和立項論證。

在定義階段，在客戶需求得到充分識別的前提下，對相關(guān)的要求進行展開，形成產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)和要求，在此基礎(chǔ)上形成產(chǎn)品的初步設(shè)計方案。

在設(shè)計階段，轉(zhuǎn)入產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計、工藝設(shè)計和質(zhì)量設(shè)計，確立產(chǎn)品的最終實現(xiàn)的研制加工流程，確立產(chǎn)品加工關(guān)、重要特性和要素，形成產(chǎn)品技術(shù)圖紙、詳細規(guī)范和質(zhì)量控制計劃。

在優(yōu)化階段，通過仿真分析、優(yōu)化試驗、參數(shù)設(shè)計、試驗設(shè)計等技術(shù)工具，對設(shè)計確定的參數(shù)進行進一步的優(yōu)化，固化工藝參數(shù)。

驗證階段貫穿了產(chǎn)品設(shè)計、穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計、試驗驗證三個階段，涵蓋仿真分析驗證、參數(shù)的確認驗證、極限試驗驗證以及小批量過程能力分析驗證等。驗證確認完成后，獲得顧客的確認后，產(chǎn)品基線已經(jīng)完成，狀態(tài)固化并確認后可以轉(zhuǎn)入大批量的生產(chǎn)。

圖2 六西格瑪技術(shù)工和并行工程框圖

表1 IDDOV流程的內(nèi)容、技術(shù)方法和設(shè)計輸出

4 推進情況及效果評價

公司組織對正向設(shè)計研發(fā)流程進行系統(tǒng)的策劃、整理，完成了研發(fā)體系文件的工作，正向設(shè)計的研發(fā)平臺得到了確立并實施。新研發(fā)的產(chǎn)品也正按照新的管理要求執(zhí)行，結(jié)合近期各項評審的意見和建議，目前在研發(fā)流程執(zhí)行上，存在以下問題：

1)顧客需求的識別不到位市場人員、技術(shù)人員對于用戶具體使用、裝機環(huán)境缺乏足夠的了解和重視，容易忽視一些潛在的需求；顧客對于產(chǎn)品要求只是一個大概的性能指標(biāo)參數(shù)，需要我們與用戶進行溝通，為用戶提供更加細化的技術(shù)要求，并得到用戶的確認。如導(dǎo)線規(guī)格及出線方式、裝機位置、通電電流、密封要求、壽命要求等等。

2)顧客需求的分解不充分

在質(zhì)量功能展開(QFD)分解過程中，目前形式化的工作做的相對比較多，未形成以項目團隊共同分析，確定技術(shù)、工藝參數(shù)的氛圍。

在各類技術(shù)評審、資料審查過程中，通過技術(shù)評審、資料審查，使部分人員對正向設(shè)計、六西格瑪技術(shù)有了更多的了解，后續(xù)需進一步加強各類技術(shù)工具的培訓(xùn)和應(yīng)用，提升各類人員的綜合水平。

5 結(jié)論

長久以來，產(chǎn)品研發(fā)都是在借鑒國外樣機的基礎(chǔ)上研制。隨著用戶裝機要求的提高，對元器件的性能指標(biāo)和使用要求也有了更進一步的要求，原樣仿制受采購材料、工藝水平、技術(shù)人員水平等方面的影響，研發(fā)風(fēng)險增加。在公司近年來的產(chǎn)品研制過程中，建立了正向設(shè)計的研發(fā)流程，并在研發(fā)過程中注入了六西格瑪管理的方法，并強調(diào)各類六西格瑪技術(shù)工具在過程中的有效應(yīng)用，該方法在行業(yè)內(nèi)應(yīng)屬于較為先進的管理方法，后續(xù)需要不斷的深入開展過程有效性評估和質(zhì)量技術(shù)工具的應(yīng)用，以便提高產(chǎn)品研發(fā)水平。

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2015-09-01

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.05.003

TN784

A

1000-6133(2015)05-0011-03