项目

一般

简介

六西格玛设计(研发理论之三)

DFSS
  NPI提供了产品研发过程中的决策,让研发项目始终处于一个正确的轨道上,并能够获得企业所有部门的支持。但它只规定了在不同的阶段,不同的部门应该完成的任务,但并没有提供相应的工具。在企业实践NPI或IPD的时候,往往存在落地难的问题,使许多企业实施的时候流于形式,成了“填表格”,“认真地走形式”。
  DFSS则是介于宏观战略性工具与研发工具层之间,起着承上启下的作用。它是工程技术团队应该掌握的方法论。它为研发项目提供了大量更具可操作性的工具,这些操作性更强的工具按照先后顺序有机地结合起来,可以有效地提高研发项目的质量,提高研发项目的技术水平。它可以在技术层面让研发团队开发出质量更高的产品。
  虽然我们了解到在这一层级上的工具仅有DFSS这一种工具,但DFSS的路径有很多,不同的企业及组织所引入的路径都不尽相同,有的把DFSS分为DMADOV(定义Define-测量Measure-分析Analyze-设计Design-优化Optimize-验证Verify),有的分为DMADV(定义Define-测量Measure-分析Analyze-设计Design -验证Verify),有的分为IDDOV(识别Identify-定义Define-设计Design-优化-Optimize--验证Verify)、DIDOVIDOV等。虽然它们的路径名称各不相同,但我们的研究发现,它们所包含的工具以及所需要完成的任务大同小异,并没有本质的差别。
  现在,我们就以在六西格玛领域推进最为成功的企业通用电气的DFSS路径为例,向大家介绍一下DFSS。作者在国家能源集团北京低碳清洁能源研究院推行的DFSS近10年时间里,从无到有地建立起了运用DFSS执行研发项目的企业文化,DFSS已经成了低碳院研发人员解决技术难题时重要的工具,成了低碳院的名片。我们所采用的正是通用电气DMADOV的技术路径。我们就以此为例简单介绍一下DFSS,让读者有一个大致的概念。

国家能源集团北京低碳清洁研究院的DFSS(六西格玛设计)路线图 (点击查看大图)
  DFSS强调把客户的需求挖掘出来,并将它们转化成为技术团队所要研究的CTQ(关键质量特性),并将它们进行分解成为各个子项目,逐步分析出项目的风险,然后识别出关键因子,最终建立起CTQ与关键因子的量化关系(即传递函数),最后通过控制关键的因子使CTQ达到客户的要求。
  为达到这一目标,DFSS中包含有大量的方法论作为工具,这些工具以一种逻辑顺序有机地结合起来,一种工具的输出作为另外一种工具的输入,实现了数十种工具(方法论)的协同。

国家能源集团北京低碳清洁研究院的DFSS(六西格玛设计)路线图及工具 (点击看大图)
  下面,我们介绍一下DFSS每一个阶段所包含的内容:
  1、定义(Define)阶段。研发团队通过对客户进行鉴别、分类、采访等方法,挖掘分析出客户之声(VoC),并通过QFD方法将客户之声转换成为项目的技术指标,即一系列CTQ,对每一个CTQ都应该进行定义。另外经常用到的工具还有时间节点分析和项目管理上的风险分析等。这一阶段最重要的输出是项目计划书。
  2、测量(Measure)阶段。通过CTQ下展,对一个大型项目进行分拆,分拆成一系列可操作性更强,但有机结合起来的小项目。另外,还包括测量系统分析,即MSA,即项目初始阶段就需要明确各个 CTQ的衡量标准,测量方法,以及验证测量系统是否可靠,以保证测量数据的可靠性。
  3、分析(Analyze)阶段。它包括概念设计、结构(过程)设计、风险评估等。
  a)概念设计。在这一阶段,主要是对问题进行分析,产生概念设计,产生概念设计的方法可以是TRIZ(发明问题解决理论),也可以是头脑风暴或文献调研等方法,团队产生概念设计之后,可以用概念筛选的方法,比如普氏矩阵等方法把最有希望的解决方案筛选出来,以进行进一步的实施。
  b)过程(或结构)设计。当确定了方案后,需要将解决方案进行细化,如果研究对象是一个产品(装置),可以进行结构设计,画出结构图;如果研究对象是一个过程,可以用过程设计。产生具体的解决方案,画出流程图,并开发出标准操作流程。
  c) 风险分析。对结构设计进行风险评估,这里常用的工具是设计FMEA(设计潜在失效模式及后果分析, Potential Failure Mode and Effects Analysis),可以评估出产品设计中的风险。对于过程,可以运用过程FMEA评估,把过程进行分拆为不同的工序,然后评估出每个工序中的风险。
  d)可靠性分析。就是基于类似产品或者已有产品的历史,在设计之初就对产品的可靠性进行预测,指导产品设计,使之达到客户期望的可靠性指标,另外它也可以让我们在设计阶段就预测产品的保修成本。
  e)DFSS计分卡。是指了解关键设计参数的目前水平,不需要精确知道Y与X之间的关系,就可以粗略估计产品设计出来后的能力水平大致在多少,另外,也可以让我们找出系统的瓶颈。
  在这一阶段的重要输出,就是一系列潜在的重要影响因子。这些影响因子(x),需要在下一步进行更加深入的研究,并将它们与CTQ之间的量化关系确定出来。
  4、设计(Design)阶段。这一阶段的重要工具包括实验设计DOE,回归分析等。在这一阶段,我们可以运用DoE这一科学的方法,对大量的潜在因子进行研究,确定出哪些因子是关键因子,然后进一步产生CTQ与因子(X)之间的量化关系,即传递函数(Y=f(x))。基于这个传递函数,我们可以从机理上研究这些因子是如何影响CTQ的。
  5、优化(Optimize)阶段。基于设计阶段产生的传递函数,对多个CTQ并结合多种限制条件进行多目标优化,找出使各个CTQ达到最优的x因子的组合,另外,还可以通过误差传递的方法找到最为稳健(皮实)的参数组合,然后提出合理的公差范围。尽量将生产中可能遇到的问题解决在研发当中。
  a)多目标优化。因子x的变化可能会引起几个CTQ值的同时变化,因此需要将多个CTQ同时优化,找到同时满足多个CTQ的因子的条件,这里用到的工具有Solver和蒙特卡洛模拟等寻优的方法。
  b)统计变异源分析。就是找到对CTQ值的变异来源,并加以量化,作为后期控制精度的依据。
  c)稳健性设计。其实是DFSS项目的目标,是将设计目标的平均值控制在客户需求的范围之内,同时将波动变得最小。这样可以使产品在生产过程中,对于参数的变化不敏感,有效提高产品的一致性,从而提高产品的Cpk。
  d)防错。即尽量改进我们的设计,通过工程设计避免人为疏忽带来的错误。
  e)公差分析与分配。在设计阶段也是非常重要的。公差的提出需要综合考虑公差对Y波动的影响,成本以及加工的难易程度等因素。
  6、验证阶段。包括加速寿命测试、工厂以及供应商控制计划、统计过程控制以及文档起草与监控等。
  这个阶段通常通过加速寿命测试来验证可靠性指标,暴露设计缺陷并加以解决。然后交付给生产部门,并希望他们根据前面优化出来的条件进行控制。并且对供应商提出要求,或者寻找新的供应商等。最后,形成指导文件,巩固项目的成果。
  DFSS的总体思想可以用Y=f(x)来表达。Y指的是CTQ,x指的是影响Y的因素(因子),f指的是Y与x之间的量化关系。
  下表是作者多年在企业中推进DFSS中形成总结出来的,不同的阶段所要完成的工作,以及所需要用到的工具,以及各个阶段的输出。这些工具有机地结合在一起,使团队可以开发出更高水平的产品。

DFSS提供了一个研发团队高效执行项目的流程,它包含着大量的方法论(工具),这些工具在上表中已经列出,这些工具可以作为DFSS流程的一部分,也可以作为一个独立的工具来使用。如果一个项目团队不需要执行DFSS流程,只需要完成其中的一部分工作,例如团队需要攻克其中的一个技术难题或者完成其他的某一个目的,就可以运用其中的一个工具或者组合几个工具来解决问题。这样的工具包括DoE、TRIZ、FMEA等。