李軍 范丙毅 汪鶴飛 李翔宇

（桂林電子科技大學(xué) 商學(xué)院，廣西 桂林 541004）

【摘 要】針對某手機(jī)HSG在產(chǎn)能爬坡期CNC6夾加工中因產(chǎn)品質(zhì)量問題所導(dǎo)致的一次良率達(dá)不到制程目標(biāo)良率的問題，基于六西格瑪管理方法的DMAIC改進(jìn)模式，通過對制程不良問題的界定和測量找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，然后參照CNC6夾不良因果圖，運(yùn)用失效模式和效應(yīng)分析方法對關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析，并應(yīng)用響應(yīng)曲面法求得產(chǎn)品加工的最佳方案。經(jīng)改善后，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品一次良率由96.63%提升至98.37%的較好效果。

【關(guān)鍵詞】六西格瑪；DMAIC；產(chǎn)能爬坡；CNC加工；一次良率

【中圖分類號(hào)】TG506 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）06-0124-06

0 引言

隨著智能手機(jī)的發(fā)展日趨成熟，消費(fèi)者對手機(jī)的個(gè)性化體驗(yàn)變得尤為重要，而金屬材質(zhì)的機(jī)殼及高精度的工藝作為各大電子廠商在手機(jī)外觀工業(yè)設(shè)計(jì)上尋求的創(chuàng)新點(diǎn)，為用戶帶來了手機(jī)視覺及質(zhì)感上的全新體驗(yàn)。但由于金屬材質(zhì)有著較高的硬度，其高精度的切削加工工藝難度較大，導(dǎo)致產(chǎn)品在進(jìn)入量產(chǎn)初期的產(chǎn)能爬坡階段會(huì)遭遇一次良率達(dá)不到目標(biāo)水平的問題，不能夠快速爬坡到量產(chǎn)穩(wěn)定期，進(jìn)而影響到產(chǎn)品良品出貨。面對競爭激烈的智能手機(jī)市場，只有及時(shí)解決生產(chǎn)中的問題，通過產(chǎn)品質(zhì)量來提升生產(chǎn)制程的一次良率，保證產(chǎn)能順利爬坡，才能更好地滿足客戶的需求，進(jìn)一步提高產(chǎn)品在市場的競爭力。

六西格瑪管理是一種以顧客為導(dǎo)向，以質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性為原則，強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)和事實(shí)為基礎(chǔ)，充分運(yùn)用定量分析和統(tǒng)計(jì)思想的現(xiàn)代質(zhì)量管理方法[1-4]。在解決生產(chǎn)制造企業(yè)的實(shí)際問題中，六西格瑪管理一般采用DMAIC模型為實(shí)施流程[5-8]。本文針對某精密電子公司所代加工的智能手機(jī)HSG（外殼）CNC6夾制程在產(chǎn)能爬坡期的質(zhì)量問題，以六西格瑪DMAIC改進(jìn)模式為指導(dǎo)方針，運(yùn)用質(zhì)量管理方法和工具，找出CNC6夾生產(chǎn)加工過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并進(jìn)行分析和針對性的改善，從而提高制程的一次良率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的順利爬坡。

1 生產(chǎn)制程現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 生產(chǎn)工藝說明

某高端智能手機(jī)HSG采用7000系列高強(qiáng)度鋁合金為機(jī)身原材料，歷經(jīng)鋁擠、DDG、CNC1～2夾、鉚合成型、CNC3～4夾、Lapping & Polishing、噴砂Ⅰ、陽極氧化Ⅰ、貼膜Ⅰ、CNC5夾、CNC6夾、噴砂Ⅱ、陽極氧化Ⅱ、貼膜Ⅱ、CNC7夾、CNC8夾、鐳射、組裝18道工序，最終加工成為成品外殼。在新產(chǎn)品經(jīng)過工程驗(yàn)證測試（Engineering Verification Test，EVT）、設(shè)計(jì)驗(yàn)證測試（Design Verification Test，DVT）、制程驗(yàn)證測試（Production Verification Test，PVT）3個(gè)階段后，產(chǎn)品開始進(jìn)入量產(chǎn)初期。該代加工公司單線產(chǎn)能為15 K，由于高強(qiáng)度金屬材料外殼比傳統(tǒng)的金屬外殼更難加工和處理，因此公司第一條生產(chǎn)線投產(chǎn)后的產(chǎn)能爬坡階段，CNC6夾所加工的產(chǎn)品平均一次良率為96.63%，未達(dá)到公司工藝工程師（Process Engineer，PE）所要求的98.0%的制程目標(biāo)良率要求，導(dǎo)致爬坡階段產(chǎn)能不足，生產(chǎn)計(jì)劃達(dá)成率較低的問題。因此，以CNC6夾制程為研究對象，圖1所示為CNC6夾所加工的產(chǎn)品部位，運(yùn)用六西格瑪管理方法對其質(zhì)量問題進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析，然后根據(jù)生產(chǎn)狀況設(shè)計(jì)出有效的改進(jìn)方案，使CNC6夾所加工的產(chǎn)品達(dá)到目標(biāo)良率，完成每日產(chǎn)能爬坡生產(chǎn)計(jì)劃，滿足客戶的需求。

1.2 產(chǎn)品良率的測量

根據(jù)客戶對產(chǎn)品的質(zhì)量特性要求，品管部門對CNC加工制程按客戶給定的外觀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行全檢政策，相應(yīng)的質(zhì)量控制流程圖如圖2所示。首先要對本制程的素材，即前制程的成品良品進(jìn)行來料檢驗(yàn)，不合格的產(chǎn)品直接退回前制程；其次，通過UMP檢測設(shè)備對本制程加工好的產(chǎn)品進(jìn)行各個(gè)孔位的尺寸檢測；最后進(jìn)行產(chǎn)品的毛刺及外觀檢驗(yàn)，以保證加工后的物料以良品形式出貨至下個(gè)制程。其中，本制程所檢驗(yàn)出的不良品經(jīng)品管判定后進(jìn)行重工或報(bào)廢處理。由品管的每日品質(zhì)報(bào)表可得到CNC6夾第一條線爬坡至滿產(chǎn)能的每日不良項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)（見表1）。

根據(jù)CNC6夾產(chǎn)品不良項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表，運(yùn)用Minitab軟件繪制出該生產(chǎn)線產(chǎn)能爬坡期產(chǎn)品一次良率的控制圖和產(chǎn)品主要缺陷的帕累托圖[9]，如圖3、圖4所示。從中可以看出，當(dāng)前CNC6夾產(chǎn)品平均一次良率為96.63%，每日的生產(chǎn)良率都在控制上限（UCL）和控制下限（LCL）以內(nèi)，說明產(chǎn)品檢驗(yàn)過程及量檢具配制是可以接受的，生產(chǎn)制程的全檢員均為熟練合格的員工。生產(chǎn)中造成產(chǎn)品不良的原因是系統(tǒng)的、非偶然性的，生產(chǎn)過程中沒有出現(xiàn)異常情況。

從產(chǎn)品缺陷項(xiàng)帕累托圖中的排列顯示可以看出，毛刺、卷邊、碰傷、刮傷是造成CNC6夾產(chǎn)品缺陷的主要類型，其中產(chǎn)品毛刺和卷邊累積缺陷數(shù)占總?cè)毕萘康?8.53%，產(chǎn)品的碰傷和刮傷累積缺陷數(shù)占總?cè)毕萘康?4.85%，這4個(gè)缺陷的累積百分比為92.71%。

2 產(chǎn)品不良原因分析

確定CNC6夾產(chǎn)品的主要缺陷后，需要尋找出造成產(chǎn)品缺陷的關(guān)鍵輸入變量[10]，分析關(guān)鍵因素之間的邏輯關(guān)系，為提升CNC6夾產(chǎn)品一次良率的有效改進(jìn)方案提供系統(tǒng)、科學(xué)的依據(jù)。首先采用頭腦風(fēng)暴法[11]，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”5個(gè)方面確定所有可能造成產(chǎn)品缺陷的影響因素，并繪制出相應(yīng)的因果分析圖（如圖5所示）。然后參照因果圖運(yùn)用失效模式和效應(yīng)分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)EMA）方法[12]，對CNC6夾產(chǎn)品主要缺陷的影響因素的嚴(yán)重度（Sev）、頻度數(shù)（Occ）、難檢度（Det）予以分類并進(jìn)行歸納分析（見表2）。由此可以看出，毛刺和卷邊的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先指數(shù)（RPN）為288，由于碰傷和刮傷占總?cè)毕莸谋壤鞠嗤?，全檢時(shí)均需要檢驗(yàn)員用目測方法來管制，且兩者的嚴(yán)重度和難檢度都相同，因此其風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先指數(shù)均為245，應(yīng)將它們作為關(guān)鍵因素進(jìn)行重點(diǎn)改進(jìn)。其他因素風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先指數(shù)相對較低，可以作為快速改進(jìn)項(xiàng)目，本文不做詳述。

對CNC6夾產(chǎn)品主要缺陷的關(guān)鍵因素進(jìn)一步分析可知，產(chǎn)品的碰、刮傷不良主要是由生產(chǎn)過程中主觀和客觀因素所造成的作業(yè)上的失誤而引起的，可針對性地給出改善的對策；而產(chǎn)品的毛刺和卷邊不良是由于產(chǎn)品在加工過程中受刀具磨損嚴(yán)重及CNC加工程式參數(shù)的不合理的交互作用的影響，因此應(yīng)該通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)尋找出關(guān)鍵因素的最佳組合參數(shù)。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，刀具磨損是由于所使用的切削液的濃度、切削液pH值配比不合理，導(dǎo)致的加工過程中刀具冷卻、潤滑效果不理想；CNC加工參數(shù)是由CNC生產(chǎn)技術(shù)員根據(jù)生產(chǎn)狀況來設(shè)置的，主要通過調(diào)整機(jī)臺(tái)的主軸轉(zhuǎn)速、切削時(shí)的進(jìn)給速度和切削進(jìn)給量來優(yōu)化參數(shù)，最終可得出不同的加工時(shí)間（Cycle Time，CT）。綜上所述，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，選定合理范圍的切削液濃度、切削液pH值、加工時(shí)間來設(shè)計(jì)試驗(yàn)，進(jìn)行產(chǎn)品的毛刺和卷邊不良的改善。

3 一次良率改善對策

3.1 碰傷和刮傷不良的改善

針對作業(yè)員主觀因素造成的作業(yè)失誤，改善對策如下：規(guī)范CNC6夾操作員的作業(yè)手法，并在生產(chǎn)現(xiàn)場放置作業(yè)指導(dǎo)書，要求操作員嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行加工作業(yè)；在進(jìn)行產(chǎn)品CNC加工前使用保護(hù)套進(jìn)行裝夾作業(yè)；產(chǎn)品進(jìn)行CNC加工時(shí)使用優(yōu)力膠模塊將產(chǎn)品導(dǎo)入機(jī)臺(tái)；及時(shí)為全檢員配發(fā)一次性橡膠指套，發(fā)現(xiàn)不規(guī)范檢驗(yàn)者要進(jìn)行批評(píng)教育。

針對產(chǎn)品加工中客觀因素導(dǎo)致的不良，改善對策如下：治具底板增加排屑槽；使用軟膠管將銅質(zhì)吹管包裹起來，減少物料的碰、刮傷；將吹氣裝置的2根氣管改為1根氣管，從而使氣量增大更改機(jī)臺(tái)自動(dòng)吹氣裝置的吹氣方式，由“Z”形方式調(diào)整為先吹治具面板，再吹治具側(cè)壁，最后再“Z”形方式清理一遍；定期維護(hù)和保養(yǎng)機(jī)臺(tái)、治具和底座，及時(shí)處理不良治具。

3.2 毛刺和卷邊不良的改善

在產(chǎn)品碰傷和刮傷不良改善的基礎(chǔ)上進(jìn)行毛刺和卷邊不良的改善。根據(jù)前文對產(chǎn)品毛刺和卷邊不良原因的分析，選取切削液濃度、切削液pH值、加工時(shí)間為影響產(chǎn)品的毛刺和卷邊的3個(gè)關(guān)鍵因素，利用Box-Behnken Design響應(yīng)面優(yōu)化法[13-15]，找出3個(gè)關(guān)鍵因素水平的最佳組合，表3為設(shè)計(jì)的三因素三水平試驗(yàn)。

響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果見表4，其中切削液濃度（A）、切削液pH值（B）、加工時(shí)間（C）為自變量，不同條件下加工的產(chǎn)品一次良率作為響應(yīng)值。對所得試驗(yàn)結(jié)果采用Design Expert 8.0.5軟件進(jìn)行二次回歸分析，方差分析結(jié)果見表5，可得到產(chǎn)品的一次良率對切削液濃度、切削液pH值、加工時(shí)間的三元二次多項(xiàng)式回歸方程：

產(chǎn)品一次良率=98.46-0.006A-0.065B+0.114C+0.107AB-0.140AC-0.032BC-0.527A2-0.519B2-0.341C2。

響應(yīng)面回歸方程中各自變量對產(chǎn)品一次良率的顯著性可通過P值的大小來判斷，對應(yīng)的各因素P值越小，表明其顯著性越強(qiáng)。

由回歸方程方差分析結(jié)果可知，模型的P值< 0.000 1，表明回歸模型的效果極顯著，失擬項(xiàng)P值=0.598 4，差異不顯著，試驗(yàn)的回歸模型很理想。同時(shí)，模型的判定矯正系數(shù)（Adj R-Squared）=0.987 0，即調(diào)整后的模型判定系數(shù)依然達(dá)到0.987 0，意味著98.70%的產(chǎn)品一次良率變化都可由此二次響應(yīng)面模型解釋。模型的信噪比（Adeq Precision）=30.046>4，說明通過此模型可準(zhǔn)確擬合所分析的3個(gè)關(guān)鍵因素對CNC6夾產(chǎn)品一次良率的影響?；貧w模型的一次項(xiàng)除A外，B、C對產(chǎn)品一次良率極顯著，且三個(gè)因素的顯著性次序?yàn)镃>B>A。除此之外，各因素的交互作用影響中，AB（P=0.004 6）、AC（P=0.001 1）交互作用對產(chǎn)品的一次良率影響顯著，BC（P=0.256 3）交互作用影響則相對不顯著。

根據(jù)二次響應(yīng)面回歸方程方差分析結(jié)果，繪制出切削液濃度、切削液pH值、加工時(shí)間3種因素交互作用對一次良率的響應(yīng)曲面圖，可形象直觀描述不同因素交互作用對一次良率的影響（如圖6所示）。可以看出，加工時(shí)間為181 s時(shí)，切削液濃度為4%～6%、切削液pH值為8～9內(nèi)時(shí)，產(chǎn)品的一次良率會(huì)隨著這2個(gè)因素的增加而提升并達(dá)到最大值，之后產(chǎn)品一次良率隨著這2個(gè)因素交互作用的影響開始下降。當(dāng)切削液pH值為9，加工時(shí)間和切削液濃度交互作用對產(chǎn)品一次良率的影響是最顯著的，可以看出在加工時(shí)間為173～189 s，切削液濃度為4%～8%的條件下，產(chǎn)品的一次良率呈快速上升的趨勢，達(dá)到最大值后有降低趨勢。相比之下，加工時(shí)間和切削液pH值的交互作用對產(chǎn)品一次良率的影響要小一些。

通過Design Expert8.0.5軟件對回歸模型進(jìn)行最優(yōu)化分析后，得到CNC6夾加工的最佳條件為切削液濃度為5.93%、切削液pH值為8.93、加工時(shí)間為182 s，加工的產(chǎn)品一次良率理論值為98.47%，采用此最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)加工中產(chǎn)品的一次良率為98.37%，與模型的理論值的相對誤差為0.1%，說明響應(yīng)面回歸模型用于CNC6夾加工的產(chǎn)品毛刺和卷邊的改善有效可行。

3.3 產(chǎn)品不良改善后的控制

為保持改善所取得的成果，使過程持續(xù)的維持在新的水平之上，控制階段的主要措施如下：{1}工藝工程師根據(jù)改善方案更新相關(guān)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)書和加工工藝文件，并按照要求嚴(yán)格執(zhí)行；{2}品管部門制訂相關(guān)的控制計(jì)劃，并安排安檢人員進(jìn)行現(xiàn)場“5S”稽核；{3}生產(chǎn)部門制定新的《設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)點(diǎn)檢表》，正確使用、及時(shí)維護(hù)，保證設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)論

為解決某代加工公司CNC6夾制程所生產(chǎn)的手機(jī)HSG在產(chǎn)能爬坡期所遭遇的產(chǎn)品質(zhì)量問題，采用六西格瑪管理方法的DMAIC改進(jìn)模式，以品管每日品質(zhì)報(bào)表所統(tǒng)計(jì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參照制程產(chǎn)品不良的因果圖，運(yùn)用失效模式和效應(yīng)分析方法對關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析，并通過響應(yīng)曲面法求得產(chǎn)品加工的最佳方案，改善效果顯著?？梢钥闯觯I(yè)工程的理論和方法在企業(yè)在生產(chǎn)中具有廣泛的用途，六西格瑪管理方法在解決手機(jī)制造企業(yè)實(shí)際問題中具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和效果，必須堅(jiān)持持續(xù)地改善。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【基金項(xiàng)目】廣西社科基金“面向‘中國制造2025的廣西中小制造企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營管理集成創(chuàng)新策略研究”（15FGL010）。

【作者簡介】李軍，男，陜西岐山人，桂林電子科技大學(xué)商學(xué)院教授，研究方向：工業(yè)工程；范丙毅，男，河南三門峽人，桂林電子科技大學(xué)商學(xué)院碩士研究生，研究方向：工業(yè)工程。