蘇 童 余建波 李艷冰

（1.同濟大學(xué) 機械與能源工程學(xué)院 上海 201804；2.上海質(zhì)量管理科學(xué)研究院 上海 200052）

毫米波雷達(dá)是在毫米波波段工作的雷達(dá)，通常指的是30～300GHz頻帶。與紅外、激光和電視等光學(xué)雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有更強的穿透霧氣、煙霧和灰塵的能力，并且具有全天候的特性。 毫米波雷達(dá)廣泛用于軍事領(lǐng)域，例如雷達(dá)檢測、高速通信、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星遙感、電子對策等。近年來，毫米波設(shè)備的水平，電路設(shè)計技術(shù)，天線技術(shù)和 其他相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展和成熟。 毫米波雷達(dá)在汽車?yán)走_(dá)中的應(yīng)用也得到了很大的發(fā)展。

A公司是全球著名的汽車零部件供應(yīng)商，有一款產(chǎn)品就是制作毫米波雷達(dá)。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，本文擬用六西格瑪?shù)姆椒ê凸ぞ邔υ摦a(chǎn)品出現(xiàn)的質(zhì)量問題進行改善，提升產(chǎn)品的良品率，降低報廢，減少公司經(jīng)濟損失。

1 雷達(dá)生產(chǎn)流程及其現(xiàn)狀

1.1 雷達(dá)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程

雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的電磁波信號被其發(fā)射路徑上的物體阻擋繼而會發(fā)生反射。通過捕捉反射的信號，雷達(dá)系統(tǒng)可以確定物體的距離、速度和角度。雷達(dá)主要由前蓋、后蓋、高頻PCB板、低頻PCB板、屏蔽蓋組成，其生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 雷達(dá)產(chǎn)品生產(chǎn)流程

1.2 產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀

基板組裝和壓裝是雷達(dá)產(chǎn)品的重要工藝，其中，需要將兩種基板（高頻板和低頻板）的連接器壓裝在一起。在壓合過程中，需要管控兩者接觸面的壓力。如壓力太大，則有可能導(dǎo)致連接器附近的壓強過高，基板變形，可能導(dǎo)致附近的其他元件與基板脫離，造成產(chǎn)品功能失效。如壓力太小，則有可能出現(xiàn)連接器未能連接成功或不充分連接，造成產(chǎn)品功能失效和潛在風(fēng)險。壓合力的上下限定義為40N和20N，但在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)壓合力經(jīng)常會超過40N，造成大量產(chǎn)品報廢。正常壓力曲線與非正常壓力曲線如圖2和圖3所示。

圖2 正常壓力曲線

圖3 異常壓力曲線

2 六西格瑪DMAIC改善

2.1 Define界定

基板組裝站點中會出現(xiàn)不同的不良形式，不良類型包括基板壓合力超40N、pin針彎曲、誤報、產(chǎn)品掉落、pin針損壞等，不良結(jié)果如圖4 所示。其中基板壓合力超40N為主要報廢原因，占總報廢比例43%。本次項目主要著力研究基板壓合力超40N的問題。

圖4 基板組裝站點報廢分布帕累托圖

2.2 Measure 測量

圖5為某一天生產(chǎn)所得的壓合力數(shù)據(jù)， 可知壓合力滿足正態(tài)分布，均值為 34.886N，標(biāo)準(zhǔn)差為2.401N，95%的均值置信區(qū)間為34.77N到35.002N，50%的數(shù)據(jù)落在33.29N和36.53N中間。通過壓合力的單值移動極差圖6可以看出，在連續(xù)生產(chǎn)過中壓合力的取值經(jīng)常超出上限，且大多數(shù)據(jù)比較偏上限，數(shù)據(jù)波動比較大。

圖5 壓合力數(shù)據(jù)匯總圖

圖6 壓合力的I-MR控制圖

2.3 Analyze 分析

從人、機、料、法、環(huán)五個方面分析造成基板壓合力超40N失效的原因，經(jīng)團隊分析，主要原因可能是機器方面的問題，決定對機器各項參數(shù)進行研究分析。

由圖7魚骨圖和頭腦風(fēng)暴得出初步實驗方向：機器夾爪位置偏移，向下壓力過大，向下壓合時速度過快。相關(guān)參數(shù)有：機器夾爪X軸位置，Y軸位置，向下壓力，速度4個參數(shù)。

圖7 壓合力超40N問題的魚骨分析圖

2.4 Improve 改進

2.4.1 設(shè)計全因子實驗并擬合

每個參數(shù)各取兩個水平，分析4個因子效應(yīng)的顯著性，如表1所示設(shè)置。以此設(shè)計全因子實驗，形成實驗表格并隨機排列實驗順序，實驗后得到數(shù)據(jù)見表2和圖8正態(tài)圖、圖9 Perato圖及圖10殘差圖。

表1 影響參數(shù)及高水平和低水平設(shè)置

表2 全因子實驗結(jié)果

圖8 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的正態(tài)圖

圖9 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的Pareto圖

圖10 全模型的壓合力的殘差圖

進行殘差診斷，從回歸結(jié)果可以看出，模型的P值為0.033小于0.05，可以判定本模型是有效的。失擬項的P值為0.651大于0.5，顯示這里對相應(yīng)變量壓合力的擬合沒有明顯的失擬。從效應(yīng)的 pareto圖和正態(tài)圖可以看出，A，B這兩項效應(yīng)是顯著的，而其余項都不顯著。從殘差對于觀測值為順序的散點圖可以看出，各點隨機地在水平軸上下無規(guī)則波動。對于擬合值圖，沒有出現(xiàn)漏斗形或喇叭形。從殘差診斷中看出，模型基本上是好的。在檢驗各項效應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)四個自變量主效應(yīng)，只有A,B是顯著的。交互作用項中，只有AB比較顯著。結(jié)果如表3和圖11所示。

圖11 刪減模型的壓合力的殘差圖

更改模型，擬合新模型，修改模型中的項，改為 A，B和 AB，重新計算。模型項及二階交互項的 P值均小于 0.5，表明模型總的來說是有效的。失擬項為0.768大于0.5也表明模型沒有明顯的失擬。列出全模型和刪減模型后的多元決定系數(shù)，如表 3所示可以看出 R-Sq（調(diào)整）的值由 0.9615提高到0.9630，S的值從0.585855降到0.574255，可見刪除不顯著的主因子及交互項后，回歸的效果更好了。得到回歸方程：壓合力=40.470-15.850 X - 17.35 Y+22.38 X×Y。

表3 全模型和刪減模型的多元決定系數(shù)表

2.4.2對選定模型進行分析解釋

從主效應(yīng)圖（圖12）和交互效應(yīng)圖（圖13）中可以看出，因子A和B對于響應(yīng)變量壓合力的影響比較顯著，A和B的交互作用此時D為0.97812非常接近 1，表示響應(yīng)變量對于響應(yīng)變量的影響也比較顯著。由于優(yōu)化目標(biāo)壓合力屬于望目特性，取目標(biāo)為30N。經(jīng)過機器計算后，最佳取值為X軸位置為 0.6，Y軸位置為 0.2?？梢允沟媚繕?biāo)值達(dá)到30.175N，非常接近設(shè)定的目標(biāo)。根據(jù)模型在新設(shè)計點處對壓合力的預(yù)測響應(yīng)可以看出，95%的置信區(qū)間在29.555到30.795之間，可以認(rèn)為滿足本次設(shè)定模型的目標(biāo)。壓合力與X、Y軸位置曲面圖和等值線圖如圖14和圖15所示。

圖12 壓合力的主效應(yīng)圖

圖13 壓合力的交互作用圖

圖14 壓合力與X、Y軸位置的曲面圖

圖15 壓合力與X、Y軸位置的等值線圖

2.5 Control 控制

得到最佳參數(shù)設(shè)定后，更改設(shè)備參數(shù)，機器夾爪位置X軸改到0.6，Y軸改到0.2，進行試跑，得出數(shù)據(jù)用I-MR控制圖如圖16所示，結(jié)果良好，表明此過程受控。

圖16 改進后壓合力的I-MR控制圖

通過Minitab軟件分析，得出影響壓合力超40N的主要因子為機器夾爪位置，包括X軸和Y軸位置。并通過設(shè)計實驗，得出最佳參數(shù)設(shè)定為 X軸位置=0.6，Y軸位置=0.2，通過此設(shè)定壓合力可以達(dá)到期望目標(biāo)值30N上下，再做一批試跑后壓合力的值可以保證在上下限（20N～40N）之內(nèi)，均值在31.275N左右，達(dá)到目標(biāo)且過程受控。

3 結(jié)語

此次六西格瑪項目著力于改善產(chǎn)品質(zhì)量問題，通過DAMIC方法，先界定了造成產(chǎn)品失效的主要問題，分析造成此失效的根本原因，通過 Minitab軟件進行定性定量的數(shù)據(jù)分析，設(shè)計多因子實驗找出對目標(biāo)值影響較大的因素，再找出達(dá)到目標(biāo)所需設(shè)定的最佳參數(shù)水平，經(jīng)過驗證后確認(rèn)達(dá)到此次改進項目的目標(biāo)。