基于六西格瑪?shù)钠囁芰霞垦b合格率的改善

王貝，曾磊

（1.上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200030；2.成都一汽富維延鋒彼歐汽車外飾有限公司，四川 成都 610100）

前言

隨著經濟全球化的快速發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭變得越來越激烈，同時，面對主導權向購買方的迅速轉移，無疑對于企業(yè)在成本、質量、效率和服務上提出了更高的要求［1］。在如此殘酷的全球化競爭環(huán)境下，良好的質量管理直接關乎企業(yè)的生存，關乎企業(yè)是否可以長期保持其競爭優(yōu)勢，因此，近年來六西格瑪系統(tǒng)管理思想和管理工具被越來越多的國內企業(yè)和企業(yè)的管理者所重視。

汽車塑料件涂裝工藝是汽車眾多外飾零部件所涉及的生產工藝中核心組成部分，同時，涂裝工藝所涉及的工藝控制點、設備控制點及物料控制點繁多，任意一控制點的波動都會對涂裝一次下線合格率造成巨大的影響，引起交貨風險和造成巨大的成本損失。以往汽車塑料件企業(yè)廣泛采用的傳統(tǒng)質量管理工具更注重對于最終成品的質量缺陷分析，大多屬于事后檢查控制的行動，無法達到對制造過程中影響因素進行前期的識別、分析和測量，從而對事前控制給出有效的建議和指導，也未能充分從顧客的需求和企業(yè)運作的成本效益提升角度出發(fā)，對于企業(yè)質量管理和產品質量提升的幫助具有一定的局限性；六西格瑪以顧客關注和經濟性為原則，關注對問題的準確識別和定義，關注對制造過程的各影響因素的分析和控制，系統(tǒng)地進行問題的分析和改善。

本文以汽車塑料件涂裝的最典型代表汽車保險杠零件為改善對象，采用六西格瑪DMIAC五步循環(huán)改進法的思路，結合多種六西格瑪?shù)姆治龉ぞ?，對于六西格瑪在汽車塑料件涂裝合格率提升的應用進行實例介紹。

1 六西格瑪理論

六西格瑪是一種基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎的統(tǒng)計評估方法，關注減少過程波動，提高過程的控制能力，帶動質量成本的大幅度降低，滿足顧客的需求，最終實現(xiàn)質量和效益的提升。六西格瑪管理既著眼于產品、服務質量，同時也關注過程的改進、力求消除過程的波動。

六西格瑪高度關注顧客的需求，將顧客的期望作為六西格瑪項目的改進目標，采用基于過程分析的SIPOC系統(tǒng)模型（見圖 1）從組織里與顧客需求相關的供方、輸入、過程和輸出找出影響顧客滿意的相關因素，并采用六西格瑪工具包中的質量工具找出真正影響的核心因素和改進機會，然后遵循六西格瑪?shù)奈宀窖h(huán)改進法（即DMAIC，見圖2）進行項目的推進。

圖1 SIPOC系統(tǒng)模型

圖2 DMAIC五步循環(huán)法

2 六西格瑪改善項目案例的實施

本案例為國內知名汽車保險杠生產廠商Y企業(yè)采用六西格瑪方法對汽車保險杠涂裝合格率提升進行改善。Y企業(yè)為大眾、沃爾沃前后保主要配套供應商，其核心生產工序為注塑—涂裝—裝配。通過Y企業(yè)在汽車整車廠的長期質量表現(xiàn)，主要來自于 Y企業(yè)供應的保險杠產品在汽車整車廠每日Audit評審扣分及在總裝車間的質量抱怨，對每日評審扣分及質量抱怨進行分類整理，發(fā)現(xiàn)排在扣分及質量抱怨第一位的的問題是其為沃爾沃供應的汽車前保險杠產品涂裝表面質量問題尤其是涂裝顆粒問題，再結合Y企業(yè)內部生產長期統(tǒng)計的質量數(shù)據(jù)，對Y企業(yè)質量指標、成本控制、產品交付及顧客滿意度影響最大的問題也是由于涂裝缺陷造成的長期涂裝一次合格率低的問題，尤其是Y企業(yè)生產的沃爾沃S系列前保涂裝顆粒缺陷占其涂裝不良率高達 50%，居各類不良問題首位，有效解決顆粒問題便可有效提升涂裝一次合格率，考慮到Y企業(yè)當前資源及六西格瑪項目推進方法和成果的可借鑒性，故將本次六西格瑪涂裝合格率提升項目范圍首先鎖定為Y企業(yè)生產的沃爾沃S系列顏色需求最多的719顏色前保險杠涂裝一次合格率的提升。

（1）改善項目的定義

自從2016年4月沃爾沃S系列保險杠項目量產以來，719顏色的前保涂裝一次合格率僅為34%，而該零件其他顏色的一次合格率可以穩(wěn)定達到61%，同時719顏色前保的交貨量已達到160件/天，占所有S系列前保交貨量的60%，造成了大量719顏色的前保險杠零件需要通過打磨拋光作業(yè)進行返修，為企業(yè)內部帶來巨大的返修成本、報廢成本，也增加了零件在額外轉運和操作過程中造成磕碰劃傷的二次損失，并且由于較低的一次合格率多次發(fā)生無法及時滿足顧客交貨訂單數(shù)量，對顧客方生產造成了不良影響。故將項目定義為：S系列719顏色前保涂裝一次合格率提升；項目改善涉及的生產范圍鎖定在：涂裝工序上件至烘烤生產過程的所有工序；項目目標設定為：一次合格率從34%提升至60%，同時719顏色前保產能、成本不受影響；財務效益評價：財務效益=1年預計產量*單件返修成本*（1/改善前合格率-1/改善后合格率）。

（2）改善項目的測量

圖3 因果圖

通過因果圖（見圖3）的方法對項目范圍內的工序從人、機、料、法、環(huán)五個方面進行影響因素的分析，然后再采用過程失效模式與影響分析（即PFMEA，見表1）的方法對由因果圖方法識別出來的所有因素從風險嚴重度（S）、風險發(fā)生頻度（O）、風險探測度（D）及最終的風險系數(shù)（RPN）按照因素重要度大小進行排序。通過表1 PFMEA分析后排在前四位風險系數(shù)得分在100分以上的為：（a）機器人手臂包裹有效性；（b）噴房風平衡；（c）底漆霧化參數(shù)；（d）色漆膜厚比。因此，確定以上四個影響因素為本項目的具體研究因素，后續(xù)的試驗設計方案將分別對以上四個因素展開。

表1 涂裝顆粒影響因素PFMEA分析

（3）改善項目的分析

通過項目的測量階段找到了影響S系列719顏色前保險杠涂裝合格率的關鍵四個影響因素，但是這四個影響因素是否真正地影響著結果輸出還需要通過試驗數(shù)據(jù)進一步加以檢驗，通過假設對總體進行表述，雖然項目分析階段的假設均是以項目測量階段的輸出結果為依據(jù)，具有一定的理由基礎，但這些理由是不完全充分的，因此進行“檢驗”是必要且必須的。

項目測量階段識別的四個因素：（a）機器人手臂包裹有效性（b）噴房風平衡（c）底漆霧化參數(shù)（d）色漆膜厚比。在后續(xù)試驗設計中（a）（b）試驗數(shù)據(jù)為兩個獨立樣本進行比例值的比較，根據(jù)假設檢驗方法選擇的原則，對（a）（b）采用雙樣本P假設檢驗的方法；而（c）（d）試驗數(shù)據(jù)為三個樣本的均值比較，所以選擇ANOVA方差分析的方法。

在假設檢驗中，首先需要提出兩種假設，即原假設（Ho）和備擇假設（Ha）：

● 原假設 Ho：通常是研究者想收集證據(jù)予以反對的一方，也稱零假設；

● 備擇假設 Ha：通常是研究者收集證據(jù)予以支持的一方，也稱研究假設。

原假設和備擇假設在假設檢驗中十分重要，會直接關系到檢驗的結論。在假設檢驗中，等號“＝”總是放在原假設Ho，原假設與備擇假設是一對相互獨立的事件；在建立假設檢驗時，通常先確定備擇假設，再確立原假設。通過Mintab軟件對各因素收集的試驗數(shù)據(jù)進行計算，如果計算出的p值＜0.05，則原假設不成立；如果計算出的p值≥0.05，則原假設成立。具體試驗數(shù)據(jù)和假設檢驗結果見表2。

從表 2 計算結果可以看出：（b）噴房風平衡（c）底漆霧化參數(shù)（d）色漆膜厚比該三個影響因素的 p值均小于＜0.05，其各自原假設均不成立，說明（b）（c）（d）為S系列719顏色前保險杠涂裝一次合格率的主要影響因素；而（a）機器人手臂包裹有效性，其計算出的p值＝0.614＞0.05，則原假設成立，所以通過假設檢驗相關性分析后可以排除機器人手臂包裹有效性對于S前保險杠719顏色涂裝一次合格率的影響。

表2 試驗數(shù)據(jù)及假設檢驗結果

（4）改善項目的改進

根據(jù)第三階段改進項目的分析得出影響S系列719顏色前保險杠涂裝一次合格率的三個主要因素進行改進措施的制定。

對于涂裝線風平衡問題，首先需要對風平衡改進數(shù)據(jù)進行收集，在Y企業(yè)內部由其質量部門下發(fā)臨時對涂裝各噴房（底漆、面漆、清漆）風速及風向的測量要求，由涂裝工藝工程師在每周涂裝線開班前對各噴房 10個區(qū)域分別進行風速檢測，并在正常生產時每2小時對各噴房指定的區(qū)域位置進行風速檢測，并記錄好相關數(shù)據(jù)。Y企業(yè)設備維修班組根據(jù)以上近8周的系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結果，定制了相關設備及各噴房風量調整計劃，并在2017年10月17日生產維修保養(yǎng)停線進行了風平衡調整相關措施的實施，通過風平衡調整后的數(shù)據(jù)收集，S系列719顏色前保險杠涂裝一次性合格率提升至52%。

對于底漆霧化參數(shù)和色漆膜厚比兩個因素采用實驗設計DOE方法來進行最佳參數(shù)組合的選擇，通過DOE實驗設計可以高效和經濟地確定一組自變量（這里的自變量為底漆霧化參數(shù)和色漆膜厚比）對響應變量（這里的相應變量為涂裝一次下線合格率）產生的效應，用于指導優(yōu)化涂裝過程并通過設定因子的特定水平來預測響應變量的輸出。本次DOE實驗因子數(shù)F為2，每個因子均選擇2個水平數(shù)，所以根據(jù)DOE全因子試驗次數(shù)公式（如下3.1）［1］，可得出本次試驗次數(shù)為4次；但在2水平試驗設計中會遺漏曲線關系的風險，故在底漆霧化因素上加入中間點，因此試驗次數(shù)由原來的4次增加至8次，試驗結果如下表3。通過Mintab生成的標準化效應 Pareto圖可知底漆霧化參數(shù)和色漆膜厚比兩個因子均對涂裝一次合格率有顯著影響；從主效應圖可知底漆霧化參數(shù)對涂裝一次合格率的影響大于色漆膜厚比；從交互作用圖可知不同色漆膜厚比在底漆霧化參數(shù)150時對涂裝一次合格率影響最顯著。通過本次DOE實驗，可以得出底漆霧化參數(shù)越低、色漆膜厚比越高，涂裝一次合格率越高；但考慮到實際生產中施工工藝限制、產品外觀等影響，故采用底漆霧化150，色漆膜厚比4為最佳因子組合。按照本次實驗得出的最佳組合參數(shù)設置對生產工藝進行調整并固化后的涂裝一次合格率穩(wěn)定平均水平達到62%，實現(xiàn)了項目開展前設定的目標。

n=L f

其中：

n—試驗進行次數(shù)；L—水平數(shù)；f—因子數(shù)。（3.1）

表3 DOE實驗設計

按照項目之初制定的財務效益評價方式：代入2018年預計年產量、單價成本、改進前后的合格率，得出預計僅沃爾沃S系列719顏色前保險杠通過以上措施的改進，明年可以節(jié)約成本近4.49萬元。

（5）改善項目的控制

由于通過項目（1）至（4）階段的分析和措施的驗證，項目設定的目標達成并且可以有效降低由于質量原因造成的成本損失，特將以上項目實施成果的輸出納入到Y企業(yè)的公司管理流程和日?？刂乒芾碇校焊碌灼醿膳_機器人底漆霧化參數(shù)，更新面漆四臺機器人膜厚比，在Y公司級質量管理程序里增加對風速和風向監(jiān)控要求，并同步更新 PFMEA、控制計劃、作業(yè)指導書及日常監(jiān)控記錄表。

3 結語

本文以六西格瑪理論方法為依據(jù)，選擇汽車塑料外飾零部件涉及廣泛并且生產工藝復雜的涂裝工序一次合格率提升為本文的研究對象，通過前期對影響涂裝一次合格率的各因素進行數(shù)據(jù)分析，將項目范圍鎖定為涂裝工序缺陷占比最大的顆粒缺陷的降低。遵循六西格瑪DMIAC五步循環(huán)改進法，重視各階段的數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計，在各階段選用六西格瑪工具包里適合本文研究對象的方法，包括因果圖、FMEA、假設檢驗及DOE方法，最后通過六西格瑪方法確定的三個主要影響因素及確定的最佳因子組合對涂裝工序進行相應的改進和參數(shù)的設定，實現(xiàn)了S系列719顏色的前保險杠涂裝一次合格率從最初31%至62%的大幅提升，達到了項目開展前期的設定目標，并且預計在措施實施后將為Y企業(yè)在S系列719顏色前保險杠產品上每年節(jié)約成本近4.49萬元。

本文研究成果也可以被類似Y企業(yè)以涂裝產品為其企業(yè)核心競爭力的企業(yè)或其上游二級涂裝供應商的涂裝一次合格率提升項目所借鑒。進一步研究可將本文的研究方法和思路拓展至除顆粒缺陷外的其它主要影響涂裝一次合格率的涂裝缺陷問題的解決和提升的項目。

[1] T·M·庫拜爾克，唐納德·W·本波.注冊六西格瑪黑帶手冊（第二版）[M].出版地：中國標準出版社,2011.1-245.