王猛 趙天永 任飛/石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司

0 引言

六西格瑪理論是一套建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上的質(zhì)量管理系統(tǒng)模式，其本質(zhì)是不斷減少偏差，持續(xù)追求高品質(zhì)。六西格瑪質(zhì)量管理要求使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析方法對(duì)影響關(guān)鍵變量和最優(yōu)目標(biāo)進(jìn)行確定。本文以航空零備件鍍覆質(zhì)量改進(jìn)為例，重點(diǎn)研究了如何應(yīng)用六西格瑪Minitab工具收集數(shù)據(jù)、建立時(shí)間序列圖，并開展測(cè)量系統(tǒng)分析、過程能力分析、假設(shè)檢驗(yàn)與回歸分析等統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)工序質(zhì)量過程實(shí)施控制與改進(jìn)。

1 六西格瑪系統(tǒng)方法

六西格瑪系統(tǒng)方法的基本目標(biāo)是建立并實(shí)施以測(cè)量為依據(jù)的戰(zhàn)略，通過實(shí)施六西格瑪改善項(xiàng)目、改善流程、減少變異，其DMAIC（D－定義、M－測(cè)量、A－分析、I－改善和C－控制）過程能夠針對(duì)不能滿足質(zhì)量要求的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)或改變。

DMAIC 在測(cè)量階段從宏觀上展示和分析生產(chǎn)工藝的每一道工序，利用FMEA（失效模式與影響分析）等方法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面深入尋找生產(chǎn)工藝中的問題，通過六西格瑪提供的分析比較方法，深入分析收集的數(shù)據(jù)并繪制流程圖，用科學(xué)的、統(tǒng)計(jì)的方法確定造成生產(chǎn)工藝水平不足或?qū)е沦|(zhì)量問題的根本原因。抓住根本原因，確立為達(dá)到目標(biāo)水平所需的運(yùn)作指標(biāo)。在改善階段采用具體改進(jìn)措施提高生產(chǎn)工藝。當(dāng)生產(chǎn)工藝得到改進(jìn)時(shí)，用六西格瑪在控制階段的方法和手段對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理。

2 應(yīng)用實(shí)例

2020 年9 月至2021 年3 月，某型航空用螺栓鍍鋅共交付80件，一次交檢合格率為68.75%，其中因鍍鋅厚度超差的占76%，客戶滿意度降低。為此成立質(zhì)量改進(jìn)項(xiàng)目組，確定六西格瑪改善項(xiàng)目，通過數(shù)據(jù)收集、分析工藝參數(shù)與方法、跟蹤操作現(xiàn)場(chǎng)，查找導(dǎo)致鍍鋅厚度不合格的根本原因并加以改進(jìn)，以提高該型螺栓鍍鋅厚度的一次交檢合格率。項(xiàng)目指標(biāo)（Y）鍍鋅厚度的時(shí)間序列圖如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目指標(biāo)（Y）的時(shí)間序列圖

2.1 項(xiàng)目指標(biāo)（Y）和缺陷定義

1）項(xiàng)目指標(biāo)（Y）為某型螺栓鍍鋅厚度。關(guān)鍵質(zhì)量特性（CTQ）分解圖是一種將復(fù)雜而范圍較大的流程/產(chǎn)品系統(tǒng)拆分成可管理的子系統(tǒng)或處理范圍的工具，某型螺栓CTQ 分解圖如圖2 所示。

2）螺栓鍍鋅缺陷類別的帕累托圖（Pareto chart）如圖3 所示，在該螺栓鍍鋅質(zhì)量問題排列圖中，鍍鋅厚度超差占76%。其中，缺陷定義為螺栓鍍鋅厚度超出8 ～12μm。

2.2 改進(jìn)目標(biāo)的確定

1）找出影響螺栓鍍鋅厚度不合格的關(guān)鍵因素Xs 并加以改進(jìn)。

2）將該型螺栓鍍鋅厚度的一次交檢合格率從68.75%提高到80%以上（見圖4）。

2.3 測(cè)量系統(tǒng)分析

測(cè)量系統(tǒng)分析是指通過統(tǒng)計(jì)分析手段，對(duì)構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)的各影響因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)變差分析和研究，以得到測(cè)量系統(tǒng)是否準(zhǔn)確可靠的結(jié)論。對(duì)螺栓鍍鋅厚度（Y）、操作者技能等級(jí)（X1）、槽液濃度（X2）、導(dǎo)電杠及掛具清理（X3）、電鍍時(shí)間（X4）、電流密度（X5）進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)分析，其中量具R&R ≤30%，可區(qū)分類別數(shù)≥4，表明測(cè)量系統(tǒng)可以接受，數(shù)據(jù)可用。測(cè)量系統(tǒng)分析如圖5 所示。

2.4 流程能力分析

通過對(duì)定義與測(cè)量階段、分析階段、控制與改善階段進(jìn)行流程能力分析，以流程的長(zhǎng)期表現(xiàn)為流程基線，確定流程當(dāng)前的能力水平，為流程目標(biāo)的確立建立基準(zhǔn)；以流程短期表現(xiàn)為某段時(shí)間的最優(yōu)表現(xiàn)，尋找短期能力，為流程的改善找到量化的改進(jìn)空間。通過技術(shù)控制圖可以判斷該型螺栓鍍鋅厚度超差屬于技術(shù)問題或是控制問題。流程能力計(jì)算結(jié)果如圖6 所示，各階段相應(yīng)的控制與技術(shù)圖如圖7 所示。

圖3 螺栓鍍鋅缺陷類別的帕累托圖

圖4 某型螺栓鍍鋅改善目標(biāo)

圖5 測(cè)量系統(tǒng)分析

2.5 繪制流程圖與因果圖

在分析問題的過程中通過繪制流程圖，進(jìn)一步了解該螺栓表面處理的全過程，才能抓住問題的本質(zhì)找到問題的關(guān)鍵所在，從而確定改進(jìn)方向，為流程的進(jìn)一步優(yōu)化打下基礎(chǔ)。因此，項(xiàng)目組成員在進(jìn)行原因分析時(shí)，首先繪制了螺栓鍍鋅流程圖，通過對(duì)整個(gè)流程的分析，使存在的問題顯性化、詳盡化，從而找出影響螺栓鍍鋅厚度的關(guān)鍵因素。

同時(shí)，運(yùn)用因果圖，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)各方面分析螺栓鍍鋅流程，找出影響Y 的X 因素。

2.6 數(shù)據(jù)分析

在數(shù)據(jù)分析階段，一般利用圖形工具分析和假設(shè)檢驗(yàn)分析來確定X 對(duì)Y是否有差異；通過圖形工具分析趨勢(shì)、回歸以分析X 對(duì)Y 的影響大小，確定X 與Y 是否有關(guān)聯(lián)；然后對(duì)有影響的Xs 進(jìn)行排序，篩選出關(guān)鍵少數(shù)Xs，最終確定貢獻(xiàn)率較大的關(guān)鍵Xs 因素。

1）一般線性模型分析

圖6 DM階段流程能力分析

圖7 控制與技術(shù)圖

圖8 一般線性模型分析

圖9 各項(xiàng)關(guān)鍵Xs貢獻(xiàn)率占比

通過一般線性模型分析各關(guān)鍵Xs對(duì)鍍層厚度Y 的影響程度（見圖8）。通過計(jì)算得出，在操作者技能等級(jí)（X1）、槽液主成分（ZnO）濃度（X2）、導(dǎo)電杠及掛具清理（X3）方面，P 值>0.05，對(duì)鍍鋅厚度無顯著影響；在電鍍時(shí)間（X4）、電流密度（X5）因素中，P 值<0.05，對(duì)鍍鋅厚度Y 有顯著影響。同時(shí)可以看出，其電流密度（X5）與電鍍時(shí)間（X4）的貢獻(xiàn)率分別為64%、26%（見圖9）。

2）多元回歸分析

利用Minitab 建立多元回歸分析，研究多個(gè)連續(xù)Xs 對(duì)Y 的綜合影響。通過電鍍時(shí)間（X4）、電流密度（X5）兩個(gè)因素對(duì)鍍層厚度Y 的回歸分析發(fā)現(xiàn)，電流密度與電鍍時(shí)間的P 值<0.05，說明兩個(gè)因素對(duì)Y 均有影響，且回歸方程式存在（見圖10）。

計(jì)算得出，這兩個(gè)因素的總影響占比80%，其中，電流密度貢獻(xiàn)率占63%，電鍍時(shí)間貢獻(xiàn)率占20%（見圖11）。

2.7 改進(jìn)與控制

經(jīng)過整個(gè)流程分析，并通過對(duì)因果圖影響因素、對(duì)可能的Xs 數(shù)據(jù)的收集和流程的分析，找到影響Y 鍍層厚度的關(guān)鍵Xs 是電鍍時(shí)間（X4）及電流密度（X5），而操作者技術(shù)等級(jí)（X1）、槽液主成分（ZnO）濃度（X2）、導(dǎo)電桿及掛具清理（X3）不是影響Y 的關(guān)鍵因素。為進(jìn)一步確認(rèn)上述結(jié)果，攻關(guān)小組繼續(xù)收集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行以下改善與控制。

1）變異原因確定與改善

在數(shù)據(jù)收集與流程分析中，因電鍍時(shí)間和電流密度要求范圍較寬，導(dǎo)致相應(yīng)的工藝參數(shù)僅是通用要求參數(shù)而不是最優(yōu)工藝參數(shù)。因此，通過分析改進(jìn)，將關(guān)鍵因素電鍍時(shí)間（X4）由 原 工 藝 要 求15 ～20min 更改為18 ～20min，縮窄該螺栓電鍍時(shí)間范圍；將關(guān)鍵因素電流密度（X5）要求由改善前的2 ～5A/dm2更改為2 ～2.5A/dm2。編制專用操作工卡予以明確，在執(zhí)行中通過該工卡來控制。兩個(gè)關(guān)鍵X 納入專用操作工卡，使表面處理參數(shù)得以固化，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)嚴(yán)格按此執(zhí)行，有效將Y 控制在合格范圍之內(nèi)。

2）工藝文件更改

為進(jìn)一步鞏固改進(jìn)成果，確保螺栓鍍鋅質(zhì)量，在專用操作工卡中設(shè)置檢驗(yàn)點(diǎn)并固化在表面處理作業(yè)指導(dǎo)中，同時(shí)加強(qiáng)車間現(xiàn)場(chǎng)巡檢檢查與獎(jiǎng)懲。后續(xù)的螺栓鍍鋅情況再次證明使用效果良好。

3）改善前后加工流程對(duì)比

對(duì)比改善前后的流程，改善后的處理流程在很大程度上提高了螺栓的鍍鋅質(zhì)量，且達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。通過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)收集與分析，最終螺栓因鍍鋅厚度原因返工的DPMO（百萬機(jī)會(huì)缺陷數(shù)）從237500 降低到約為0，改善度100%。

2.8 流程控制計(jì)劃

針對(duì)流程關(guān)鍵特性，制訂流程控制計(jì)劃，對(duì)特性進(jìn)行監(jiān)控，保證螺栓鍍鋅質(zhì)量、加工參數(shù)控制穩(wěn)定。

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置鍍層厚度實(shí)測(cè)表，對(duì)電鍍工序中的電流密度、電鍍時(shí)間進(jìn)行記錄，對(duì)螺栓鍍層厚度實(shí)施3 點(diǎn)檢測(cè)記錄，同時(shí)增加過程巡檢以及工藝紀(jì)律獎(jiǎng)懲，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。流程控制計(jì)劃數(shù)據(jù)單（見圖12）。

2.9 控制與檢查

為便于過程控制，利用I-MR 圖及時(shí)掌握鍍鋅厚度（見圖13）。判異準(zhǔn)則是鍍層厚度實(shí)測(cè)值位于控制線范圍外。

根據(jù)各階段鍍鋅厚度的I-MR 圖可以看出，理論分析顯示流程處于受控狀態(tài)，由此可進(jìn)入控制階段，同時(shí)可用控制線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

2.10 流程改善前后對(duì)比

1）雙樣本T 檢驗(yàn)

雙樣本T 檢驗(yàn)是比較兩組樣本均值是否相等（見圖14）。因P 值<0.05，有足夠證據(jù)表明工藝參數(shù)調(diào)整后的平均鍍層厚度較調(diào)整前在統(tǒng)計(jì)上有顯著差異。

圖10 多元回歸分析

圖11 各項(xiàng)關(guān)鍵Xs貢獻(xiàn)率

圖12 流程控制計(jì)劃數(shù)據(jù)單

圖13 I-MR控制圖

圖14 雙樣本T檢驗(yàn)

圖15 等方差檢驗(yàn)

2）等方差檢驗(yàn)

等方差檢驗(yàn)是比較兩個(gè)或兩個(gè)以上樣本的方差是否相等，當(dāng)P 值<0.05 時(shí)，則斷定至少有一個(gè)方差不同。等方差檢驗(yàn)可以顯示更改工藝參數(shù)前后波動(dòng)變化情況，從圖15 可以看出，更改工藝參數(shù)后鍍鋅厚度位于要求范圍內(nèi)，且相對(duì)集中、穩(wěn)定。

因P 值＝0，有足夠證據(jù)證明調(diào)整后的平均鍍層厚度較更改設(shè)計(jì)前在統(tǒng)計(jì)上有顯著差異，改進(jìn)效果明顯。

3 結(jié)束語

六西格瑪質(zhì)量管理理念的引進(jìn)和Minitab 軟件工具的推廣使用，對(duì)提升企業(yè)質(zhì)量管理水平、降低生產(chǎn)成本具有重要意義，并為推行全面質(zhì)量管理提供了方向和依據(jù)。通過Minitab 工具在航空零備件鍍覆質(zhì)量改進(jìn)項(xiàng)目的簡(jiǎn)單應(yīng)用介紹及對(duì)其軟件功能的理解和實(shí)例分析，不難看出Minitab 的優(yōu)勢(shì)在于其作為全面質(zhì)量管理的統(tǒng)計(jì)技術(shù)工具是一個(gè)軟件統(tǒng)計(jì)包，可以提供許多分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工具，以較容易理解的方式呈現(xiàn)結(jié)果，同時(shí)能夠以多種不同的圖形來表達(dá)數(shù)據(jù)。另外，還可根據(jù)不同客戶的個(gè)性化需求，以某些特性作為典型進(jìn)行評(píng)估，找出最佳方案，達(dá)到持續(xù)改進(jìn)質(zhì)量、提升顧客滿意度的目的。