鄧連姬

（廈門宏發(fā)汽車電子有限公司產(chǎn)品開發(fā)部，福建 廈門 361021）

六西格瑪設(shè)計(jì) （Design for Six Sigma，簡(jiǎn)稱DFSS）是對(duì)產(chǎn)品和流程本身進(jìn)行計(jì)劃或重新設(shè)計(jì)，從而把問(wèn)題消滅在設(shè)計(jì)階段，以便從源頭預(yù)防后面各環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。溫升是繼電器工作時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)，過(guò)高的溫升將導(dǎo)致繼電器工作時(shí)燒毀，因此本文將常用的設(shè)計(jì)工具和方法融合到六西格瑪設(shè)計(jì)中，對(duì)繼電器溫升進(jìn)行分析研究，提高繼電器產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，構(gòu)建出適合繼電器研發(fā)的六西格瑪設(shè)計(jì)流程。

1 繼電器DFSS流程介紹

根據(jù)繼電器產(chǎn)品種類多、體積小、開發(fā)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，我司將常用的設(shè)計(jì)工具和方法融合到六西格瑪設(shè)計(jì)流程中，明確各階段主要工作內(nèi)容、實(shí)施步驟以及各輸入／輸出間的邏輯關(guān)系，最終構(gòu)建出適合繼電器產(chǎn)品研發(fā)的六西格瑪設(shè)計(jì)流程 （圖1）。該流程包括5個(gè)階段：識(shí)別 （Identify）、定義 （Define）、設(shè)計(jì) （Develop）、優(yōu)化 （Optimize） 和驗(yàn)證（Verify），每個(gè)階段都是從顧客的需求出發(fā)，并形成一個(gè)循環(huán)。

2 繼電器溫升分析的DFSS實(shí)施流程

2.1 識(shí)別階段

圖1 六西格瑪設(shè)計(jì)流程

公司成立跨部門六西格瑪設(shè)計(jì)項(xiàng)目小組，運(yùn)用KANO模型、成對(duì)比較法及SIPOC等方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià) （表1），從不同的角度識(shí)別出顧客需求和項(xiàng)目的輸入／輸出過(guò)程，明確產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)，即：基于我司現(xiàn)有生產(chǎn)裝備條件和工藝水平，開發(fā)出工作溫升低的繼電器以滿足顧客需求。

2.2 定義階段

1）通過(guò)質(zhì)量功能展開QFD將顧客的需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的功能要求，如圖2所示溫升對(duì)產(chǎn)品的高可靠性能影響很大。

2）根據(jù)已明確的產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)，將繼電器溫升作為產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量特性CTQ。評(píng)審小組經(jīng)多方分析比較，選定降低產(chǎn)品溫升的概念設(shè)計(jì)方案，溫升設(shè)計(jì)目標(biāo)值≤180℃。

表1 SIPOC模型

圖2 質(zhì)量功能展開圖

2.3 設(shè)計(jì)階段

1）細(xì)化概念設(shè)計(jì)方案，將顧客要求 （即溫升≤180℃）逐層展開為產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，見表2。

表2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)表

2）對(duì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成樣件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（繼電器三維模型見圖3），完成零件圖、裝配圖、零件材料清單等技術(shù)文件。

3）運(yùn)用防錯(cuò)技術(shù)和功能結(jié)構(gòu)框圖等開展?jié)撛谑Ｊ郊坝绊懛治?，識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)要素并采取改進(jìn)措施；運(yùn)用ANSYS仿真分析軟件對(duì)產(chǎn)品溫升進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè) （表3），以確定是否滿足設(shè)定目標(biāo)的要求，從而決定是否進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)理論上的仿真分析結(jié)果可知，初始設(shè)計(jì)方案下的繼電器在工作時(shí) （10 A下測(cè)量），線圈溫度、動(dòng)簧引出腳溫度及靜簧引出腳溫度都超過(guò)目標(biāo)值 （≤180℃），應(yīng)對(duì)此參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 優(yōu)化階段

1）運(yùn)用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（圖4），找出影響產(chǎn)品溫升功能的顯著性因子及其交互作用，即尋找可以控制的設(shè)計(jì)因素。

2）根據(jù)表3識(shí)別出的影響產(chǎn)品溫升的設(shè)計(jì)參數(shù)作為因子進(jìn)行全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將收集到的DOE試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Minitab軟件中，進(jìn)行顯著性效果分析，得出試驗(yàn)結(jié)論：接觸電阻 （A）、觸點(diǎn)負(fù)載電流 （B）、線圈電阻 （C）、環(huán)境溫度 （D）都是影響線圈溫升 （Y）的主要因素，接觸電阻與觸點(diǎn)負(fù)載電流 （AB）、線圈電阻與環(huán)境溫度 （CD）存在交互作用，其中可控因素為接觸電阻和線圈電阻。同時(shí)，產(chǎn)品功能要求與設(shè)計(jì)參數(shù)之間存在的數(shù)學(xué)模型可用回歸方程表達(dá)為：Y=105.831-0.683358A+0.0093B-0.298099C+0.717506D+0.719058AB+0.000680217CD。

圖3 繼電器三維模型圖

表3 繼電器仿真分析結(jié)果

圖4 DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程圖

3）在此基礎(chǔ)上進(jìn)行容差設(shè)計(jì)，合理分配各參數(shù)的公差。最終確定優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)值：接觸電阻≤2 mΩ （10 A下測(cè)量），線圈電阻為155（1±8%）mΩ。

4）對(duì)優(yōu)化后的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審，主要的不確定因素和風(fēng)險(xiǎn)不存在或降低到可以接受的程度后，進(jìn)行樣件試制和試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.5 驗(yàn)證階段

為了確認(rèn)優(yōu)化后的產(chǎn)品性能是否滿足顧客要求、達(dá)到期望的品質(zhì)水平，我們按照顧客要求設(shè)定了試驗(yàn)條件 （環(huán)境溫度125℃，線圈電壓13.5 V，觸點(diǎn)電流20 A）和要求，并完成了DV （Design Validation）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果

由表4可見，線圈溫度、動(dòng)簧引出腳溫度及靜簧引出腳溫度≤180℃，優(yōu)化后的新產(chǎn)品性能穩(wěn)定，完全滿足顧客要求，可轉(zhuǎn)入下一階段進(jìn)行控制。

3 DFSS實(shí)施過(guò)程注意事項(xiàng)

3.1 實(shí)施DFSS的基礎(chǔ)

企業(yè)應(yīng)具備一定的管理基礎(chǔ)和良好的內(nèi)部管理溝通體系，并在企業(yè)文件、服務(wù)理念、技術(shù)改進(jìn)、工作流程優(yōu)化等方面具有一整套循序漸進(jìn)的導(dǎo)入計(jì)劃。同時(shí)，DFSS項(xiàng)目要得到企業(yè)高層管理者的高度關(guān)注與支持，為團(tuán)隊(duì)成員提供一定的專業(yè)培訓(xùn)，配置適當(dāng)?shù)膽?yīng)用軟件，如：統(tǒng)計(jì)分析軟件 （包括DOE、田口設(shè)計(jì)和品質(zhì)工具等數(shù)據(jù)分析工具）、仿真模擬軟件及項(xiàng)目管理軟件等，才能提高DFSS項(xiàng)目成功率。

3.2 DFSS項(xiàng)目的選擇

項(xiàng)目的選擇對(duì)項(xiàng)目的成功具有重要的影響。因此要選擇有代表性的項(xiàng)目，既不能選擇容易實(shí)現(xiàn)的造成輕視六西格瑪，也不能選擇很難實(shí)現(xiàn)的使大家失去信心，還要考慮在現(xiàn)有基礎(chǔ)上計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)其進(jìn)行計(jì)算控制的可操作性。

3.3 DFSS流程構(gòu)建和工具的使用

在構(gòu)建DFSS流程時(shí)，要始終堅(jiān)持以顧客需求為驅(qū)動(dòng)，將持續(xù)改進(jìn)顧客滿意和企業(yè)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)緊密地聯(lián)系起來(lái)，結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)，最終構(gòu)建出適合企業(yè)自身的DFSS流程。在進(jìn)行DFSS項(xiàng)目時(shí)，相關(guān)的全體人員都必須遵循DFSS流程，但是各階段使用的工具和方法不受限，可根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)和實(shí)際情況進(jìn)行選擇。當(dāng)各階段的工作結(jié)束時(shí)，項(xiàng)目組長(zhǎng)應(yīng)對(duì)各階段工作的執(zhí)行情況進(jìn)行總結(jié)，并報(bào)告給公司領(lǐng)導(dǎo)，以獲得其支持或承諾后，方可進(jìn)入下一階段。

除此之外，企業(yè)在實(shí)施DFSS時(shí)還有很多更細(xì)節(jié)的問(wèn)題需要注意，且不同的企業(yè)在實(shí)施DFSS時(shí)遇到的問(wèn)題也不盡相同，必須結(jié)合各企業(yè)自身的特點(diǎn)進(jìn)行解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將常用的設(shè)計(jì)工具和方法融合到六西格瑪設(shè)計(jì)中，完成對(duì)繼電器溫升分析研究，構(gòu)建出適合繼電器產(chǎn)品研發(fā)的六西格瑪設(shè)計(jì)流程，降低了新產(chǎn)品開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品品質(zhì)水平，堅(jiān)定了我們使用DFSS的信心，為今后開展同類產(chǎn)品的六西格瑪設(shè)計(jì)提供思路和借鑒。