統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)在六西格瑪中的作用

統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)在6σ中的作用

（試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)WORKSHOP）

主講人：趙君文制作人：楊元鵬同組成員：謝鴻袁文文引言6σ是取得、維系和最大化商業(yè)成功的質(zhì)量管理方法。6σ從與執(zhí)行工藝中存在的變化相適應(yīng)的數(shù)值角度來評(píng)價(jià)質(zhì)量。在6σ概念中，單σ表示高的偏差，六個(gè)及以上表示低的偏差。由于有越來越多的文獻(xiàn)敘述其基本原理，實(shí)施及在質(zhì)量領(lǐng)域的作用，6σ作為一種質(zhì)量改善方法已得到公認(rèn)。

該文中，簡(jiǎn)要講述6σ中所用的主要工具，進(jìn)而分析統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的作用，也討論未來這種重要統(tǒng)計(jì)工具的可能發(fā)展。6σ和試驗(yàn)設(shè)計(jì)目前，6σ采取的形式是：定義－測(cè)量－分析－改進(jìn)－控制，即DMAIC。一般說來，關(guān)鍵工藝特性在工程定義階段之后的測(cè)量和分析階段中體現(xiàn)出來；其后的是通過改變工藝來獲得更好性能的改進(jìn)階段，最后是監(jiān)控并保持盈利的控制階段。貫穿這些階段的主線是統(tǒng)計(jì)思維的應(yīng)用，在這種思維中，測(cè)量的數(shù)據(jù)必不可少。這可從表1中看出，此表總結(jié)了與DMAIC相關(guān)的主要工具。DMAIC表格

既然統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)是改進(jìn)階段的一個(gè)很大組成部分，那么，簡(jiǎn)單回顧一下其用來提高質(zhì)量的歷史，對(duì)我們會(huì)很有用。70多年前，F(xiàn)isher為使統(tǒng)計(jì)學(xué)家有效研究復(fù)雜系統(tǒng)，提出了試驗(yàn)設(shè)計(jì)概念。Shainin’s的故障檢驗(yàn)技術(shù)，經(jīng)過了發(fā)展20多年的發(fā)展后，由于Box和Hunter多年的努力，在20世紀(jì)70年代開始流行起來。20世紀(jì)80年代，Box等統(tǒng)計(jì)學(xué)家開始對(duì)Taguchi方法進(jìn)行研究，這種方法審察和提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的精度和功效。20世紀(jì)90年代，質(zhì)量和學(xué)術(shù)界對(duì)Taguchi方法進(jìn)行了熱烈的爭(zhēng)論，直到6σ的誕生及其在美國(guó)著名企業(yè)的成功應(yīng)用。質(zhì)量研究質(zhì)量的概念可從多個(gè)角度定義，但對(duì)于從事產(chǎn)品生產(chǎn)和商業(yè)的人員來說，給定質(zhì)量要求可通過一組規(guī)格在小范圍定義。例如，一個(gè)模塑件的尺寸y可能要求分布在SL和SU之間，即用mm來度量的上極限和下極限。而在另一種情況下，y可能是回應(yīng)用戶投訴并提供解決方案所花費(fèi)的時(shí)間，要求不超過SR。于是，要事先做足夠的研究來建立SL,SU,SR。不管用何種物理準(zhǔn)測(cè)來表示質(zhì)量和能夠滿足規(guī)格的方法，所有在產(chǎn)品和服務(wù)中產(chǎn)生的質(zhì)量問題，都可歸結(jié)為一個(gè)原因：偏差。因此，要處理好質(zhì)量問題，就得對(duì)偏差充分管理。探測(cè)偏差、預(yù)防提高質(zhì)量1.傳統(tǒng)保證質(zhì)量的方法是測(cè)試、檢查。但對(duì)真正意義上的質(zhì)量改善并沒有作用。較好的方法是把注意力集中在生產(chǎn)產(chǎn)品的源頭上，這里兩種主要的統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)和控制工具可派上用場(chǎng)：工藝能力分析和工藝控制圖。2.在工藝能力分析中，產(chǎn)品質(zhì)量特性Y的測(cè)量在一般水平和偏差上進(jìn)行。用工藝能力指標(biāo)（CPI）來衡量存在的偏差，如下方方程：

CPI=允許偏差量/實(shí)際偏差量(1)在正態(tài)分布中，如果U位于離最近規(guī)格極限的適當(dāng)距離之內(nèi)，那么就認(rèn)為滿足要求。這種情形下，CPI可用下式計(jì)算：CPI=Min{(μ-SL)/3σ,(Su-μ)/3σ}(2)CPI值用來判斷工藝是否可繼續(xù)進(jìn)行。在σ時(shí)代以前，至少要求1.33的量才可說明超出規(guī)范。

圖1.工工藝藝能能力力分分析析另一一種種預(yù)預(yù)防防偏偏差差的的方方法法采采取取統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)工工藝藝控控制制圖圖的的形形式式，，來來監(jiān)監(jiān)控控工工藝藝行行為為。。工工藝藝控控制制圖圖是是必必要要的的，，因因?yàn)闉橹恢灰娲嬖谠讦毯挺姚?，，不不滿滿意意的的工工藝藝行行為為和和隨隨之之的的缺缺陷陷產(chǎn)產(chǎn)品品就就有有可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)。。因因此此，，工工藝藝能能力力分分析析和和控控制制圖圖分分別別從從靜靜態(tài)態(tài)和和動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)角角度度研研究究工工藝藝行行為為，，提提供供了了預(yù)預(yù)防防產(chǎn)產(chǎn)品品缺缺陷陷的的機(jī)機(jī)理理。。積極極干干預(yù)預(yù)提提高高質(zhì)質(zhì)量量1.簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的工工藝藝能能力力分分析析或或繪繪制制控控制制圖圖不不能能得得到到明明顯顯的的改改善善方方法法，，因因?yàn)闉檫@這種種被被動(dòng)動(dòng)的的分分析析是是在在輸輸出出端端觀觀察察的的。。2.必必須須認(rèn)認(rèn)識(shí)識(shí)到到按按照照某某些些準(zhǔn)準(zhǔn)則則即即使使輸輸出出是是滿滿意意的的————例例如如，，按按照照控控制制圖圖得得到到結(jié)結(jié)論論““在在滿滿意意控控制制之之下下””————仍仍然然不不表表明明這這種種工工藝藝現(xiàn)現(xiàn)在在處處于于它它能能達(dá)達(dá)到到的的最最好好狀狀態(tài)態(tài);就就拿拿顯顯示示在在滿滿意意的的控控制制之之下下p－－圖圖來來說說吧吧，，教教科科書書式式的的程程序序不不干干涉涉工工藝藝，，這這實(shí)實(shí)際際上上忽忽略略了了工工藝藝生生產(chǎn)產(chǎn)在在有有不不合合格格產(chǎn)產(chǎn)品品情情況況下下仍仍在在進(jìn)進(jìn)行行的的事事實(shí)實(shí)。。這這種種產(chǎn)產(chǎn)品品的的值值為為控控制制圖圖中中心心線線的的值值。。什什么么也也不不作作意意味味著著沒沒有有可可能能改改進(jìn)進(jìn)。。3.如如果果輸輸出出不不理理想想，，那那么么只只有有對(duì)對(duì)工工藝藝輸輸入入進(jìn)進(jìn)行行改改變變才才有有可可能能得得到到改改善善。。如如圖圖2所所示示，，其其中中xi=1,2,……,k表表示示諸諸如如溫溫度度，，壓壓力力，，流流速速和和材材料料種種類類等等可可控控因因素素，，稱稱它它們們?yōu)闉橐蛞蜃幼印?。要要?duì)對(duì)因因子子調(diào)調(diào)整整和和優(yōu)優(yōu)化化，，就就必必須須理理解解輸輸入入－－輸輸出出關(guān)關(guān)系系：：?=fc(x1,x2,……,xk)(3)(其其中中?是函函數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系式式中中給給定定xi值值的的預(yù)預(yù)期期響響應(yīng)應(yīng))。。圖二二.工工藝藝中中的的因因子子和和響響應(yīng)應(yīng)4.更更合合乎乎實(shí)實(shí)際際的的工工藝藝結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖如如圖圖三三所所示示，，當(dāng)當(dāng)把把y視視作作由由確確定定組組分分?和可能組組分e合合成時(shí)，，噪音的的效應(yīng)可可通過y的變化化顯示出出來。e是一個(gè)個(gè)噪音因因子函數(shù)數(shù):y=?+e(4)其中，e=fn(n1,n2,…,nk)(5)5.由于于很多工工藝很復(fù)復(fù)雜或我我們對(duì)之之了解甚甚少，從從而不能能用科技技第一原原則去分分析，那那么就必必須用試試驗(yàn)技術(shù)術(shù)建立等等式（3）。。20世世紀(jì)20年代，，R.A.Fisher等人人建立起起一般稱稱之為試試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)的原則則和程序序，這使使研究者者們可以以高效率率的研究究“黑匣匣子”。。圖三.有有噪音音的響應(yīng)應(yīng)6.在后后來的發(fā)發(fā)展中，，試驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)在很很多方面面都得到到了應(yīng)用用，如因因素篩選選（即在在眾多因因素中找找出幾個(gè)個(gè)重要的的），工工藝過程程描述（（如得出出轉(zhuǎn)換函函數(shù)，即即以上等等式（3）形式式的輸入入－輸出出數(shù)學(xué)模模型，和和工藝性性能優(yōu)化化（例如如，通過過響應(yīng)面面方法的的應(yīng)用））。7.試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)之之所以有有用是因因?yàn)椋孩袼愿淖冏儗?duì)工藝藝和產(chǎn)品品的操作作來獲得得更佳性性能，而而不是只只維持現(xiàn)現(xiàn)狀，因因此，它它正是改改進(jìn)需要要的工具具。Ⅱ?qū)嶋H試驗(yàn)驗(yàn)程序以以已建立立的數(shù)學(xué)學(xué)關(guān)系為為基礎(chǔ)。。Ⅲ它要求以以最少試試驗(yàn)來獲獲得一定定量信息息，或者者反過來來說，要要求從一一定量的的數(shù)據(jù)中中獲得最最多信息息，這樣樣就節(jié)省省了試驗(yàn)驗(yàn)資源和和時(shí)間。。Ⅳ數(shù)據(jù)易于于分析和和直觀解解釋?，F(xiàn)現(xiàn)在由于于有了很很多軟件件包，數(shù)數(shù)據(jù)分析析已大大大便利了了。Ⅴ它不要求求對(duì)所研研究學(xué)科科有背景景知識(shí)，，盡管這這種知識(shí)識(shí)有時(shí)對(duì)對(duì)闡明實(shí)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)可可能有用用。Ⅵ由試驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)研究究得到的的結(jié)果可可以通過過再次試試驗(yàn)得到到證實(shí)，，而且不不需要任任何開銷銷就可得得到改進(jìn)進(jìn)。因此此，試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)避避免了昂昂貴的技技術(shù)解決決方案。。在六西格格瑪中，，試驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)在證證實(shí)原因因－結(jié)果果關(guān)系和和找出在在研究中中少數(shù)幾幾個(gè)至關(guān)關(guān)重要的的因素方方面特別別有用。。在六西西格瑪中中，多變變量研究究也用于于識(shí)別出出工藝變變量，其其效應(yīng)可可以通過過做經(jīng)設(shè)設(shè)計(jì)的試試驗(yàn)來證證實(shí)。六西格瑪瑪?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)可以說Taguchi把試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)思思想帶給給了工程程師和管管理者們們而不是是統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)家。然然而，這這個(gè)在質(zhì)質(zhì)量運(yùn)動(dòng)動(dòng)方面意意義重大大又頗有有爭(zhēng)議的的階段卻卻被20世紀(jì)90年代代后期發(fā)發(fā)展起來來的六西西格瑪搶搶了風(fēng)頭頭。當(dāng)時(shí)時(shí)六西格格瑪在Motorola,AlliedSignal,GeneralElectric等公公司都已已取得佳佳績(jī)。從從技術(shù)角角度來說說，西格格瑪數(shù)是是產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量變化化量的表表示。6σ意味味著少于于百萬分分之二的的缺陷率率。六西格瑪瑪在20世紀(jì)80年代代起源于于Motorola公公司，MikelHarry是最最有名的的倡導(dǎo)者者，它已已經(jīng)發(fā)展展成追求求消除幾幾乎每一一個(gè)產(chǎn)品品，工藝藝和交易易中的缺缺陷。六六西格瑪瑪利用統(tǒng)統(tǒng)計(jì)思想想把已有有管理和和統(tǒng)計(jì)工工具整合合成面向向顧客質(zhì)質(zhì)量改進(jìn)進(jìn)的定義義－測(cè)量量－分析析－改進(jìn)進(jìn)－控制制方法。。試驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)在改改進(jìn)階段段尤為突突出。前前面已經(jīng)經(jīng)提到，，另一種種叫做““為六西西格瑪設(shè)設(shè)計(jì)”的的方法也也已出現(xiàn)現(xiàn)，在這這種方法法中，為為研究開開發(fā)和設(shè)設(shè)計(jì)人員員開發(fā)出出一種很很有序的的方法，也用用在諸如如鑒別－－設(shè)計(jì)－－優(yōu)化－－證實(shí)（（實(shí)際名名稱決定定于使用用組織））的階段段。試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)概概念和技技術(shù)也在在DFSS中扮扮演重要要角色。。在六西格格瑪工程程中，盡盡管每百百萬次品品率或““西格瑪瑪水平””用作性性能尺度度，其實(shí)實(shí)改進(jìn)的的效果也也以財(cái)政政贏利的的方式表表現(xiàn)出。。這離工工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)通過如如工藝數(shù)數(shù)學(xué)模型型的剩余余分析或或是響應(yīng)應(yīng)面的三三維圖來來得到最最佳效果果還遠(yuǎn)的的很。在在一種六六西格瑪瑪方法中中，試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)扮扮演著重重要角色色，但它它只是一一種手段段，而不不是目的的。真正正重要的的是由此此帶來的的營(yíng)業(yè)額額增加。。未來影響響到20世世紀(jì)末，，試驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)已不不再是一一個(gè)單獨(dú)獨(dú)的工具具，和它它一起使使用的有有測(cè)諸如如量系統(tǒng)統(tǒng)分析，，質(zhì)量功功能配置置和故障障模式及及效益分分析等已已有質(zhì)量量管理工工具，它它成了一一種用于于營(yíng)業(yè)改改進(jìn)的結(jié)結(jié)構(gòu)化方方法－六六西格瑪瑪?shù)囊徊坎糠?。在千年之之交，兩兩種重要要的趨勢(shì)勢(shì)已經(jīng)很很明顯，，第一種種與日益益強(qiáng)大的的計(jì)算