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工业4.0术语:DFSS六西格玛设计

未知 2019-07-06 11:40

  工四术语(编号364)

  英文全称:DFSS,Design for Six Sigma

  中文名称:六西格玛设计

  (注:有时为了区别面向运营的六西格玛,也称为面向设计的六西格玛)

  中国制造2025提出之后,制造业的转型升级成为一只在弦之箭。成功实现转型,赶超德国、日本等制造强国,绝不只是制造与信息化结合这样简单,首先要解决困扰中国设计制造行业多年的质量问题。 然而,质量问题,可不是简单呼唤一下工程师的精益求精,或者倡导工匠精神,就能手到病除地解决问题。

  中国制造业的质量,必须在源头上进行有效的系统化设计。而面向设计的六西格玛DFSS(Design for Six Sigma),正是这样的一件利器。

  DFSS是正向设计思路

  从传统的测绘仿制或逆向工程的产品研发模式转为以顾客需求为驱动的正向设计将成为关键,DFSS在制造业转型的过程之中必定能发挥重要的作用。

  DFSS倡导精细化的正向设计方法,这给设计人员会增加很多工作量,也改变了设计员的设计思维和工作习惯,因此这不仅是一种方法论的应用,而是在设计领域推动的一场管理变革。

  工四100术语解读

  DFSS(Designfor Six Sigma)六西格玛设计,是一套应用于新产品开发的方法论,可使产品在低成本下实现六西格玛质量水平(百万机会缺陷率3.4)。DFSS融合先进的设计理念和方法,为设计师提供面向产品质量和可靠性的正向设计方法。

  DFSS遵循系统工程的科学逻辑,如果未来应能够自然地融入到产品研发体系之中,成为工程师研发活动的日常工具,那将全面提升企业自主创新能力。

  DFSS以顾客需求为驱动,通过应用场景分析、卡诺分析、质量功能展开(QFD)等工具,准确把握顾客的需求,并将顾客需求转化成为技术要求,确保在设计过程中以客户为中心。在设计过程中,基于系统工程、实验设计(DOE)、可靠性工程、面向制造性和装配性的设计(DFMA)等技术与方法,确定顾客需求与系统、子系统、部件、零件之间的传递函数,实现定量化描述顾客需求转化的过程,并逐层优化设计参数和公差,权衡分析后得到最优的设计结果。区别于用经验和拍脑袋的方式,数据分析让决策更科学和理性。

  正是从需求展开开始,逐级回溯,靠模型和数据说话,DFSS成为质量体系的源头保障。

  DFSS的技术路径

  当依靠传统的DMAIC最多只能将质量管理水平提升到大约五西格玛水平(百万机会缺陷率233)时,想继续改进质量水平,企业必须在产品设计阶段全面考虑客户的需求、原材料的特性、生产工艺的要求及生产人员的素质等各方面的要素和条件,从而使产品设计达到六西格玛水平。

  实际上,统计结果也表明,产品设计对最终质量的影响达到70%-80%,在设计阶段开展质量提升工作具有最佳的效费比。在这种情况下,产生了DFSS方法。

  可以说,DFSS试图穿透5西格玛墙,这就决定了它必须从设计入手。

  当前在国内外形成了多达上百种的DFSS技术路径,基本遵循了从需求功能物理工艺验证的设计过程。最为着名的包括通用电气DMADOV(定义、测量、分析、设计、优化、验证)等。而霍尼韦尔公司、质量管理专家乔杜里、道格拉斯等都各自提出大同小异的模型。

  DFSS方法论归为五个主要过程阶段,每个阶段都有相应的工具,帮助达成这个阶段的设计任务。

  DFSS的五大流程

  五大流程的工具

  第一个DFSS技术路径是由摩托罗拉公司提出的MADV(Measure,Analyze, Design, Verify),然而发扬光大则是在GE通用电气公司。GE原总裁韦尔奇,正是主导了一系列这样的思想统一,才能从质量、从研发创新上,有效地支撑GE庞大的工业产业。

  DFSS的起源

  毫不意外的是,DFSS主要技术源自质量工程方法,上世纪七十年代。

  DFSS方法起源于系统工程,大部分方法和技术是在美国国防部(DoD)与美国航空航天局(NASA)的倡导下逐步发展起来的,其中,系统工程中的需求管理引导并推动了整个过程。大致分为以下二个阶段:

  质量工程技术应用阶段:上世纪70年代至90年代,是现有DFSS方法的核心质量工程技术的应用阶段。在这一阶段,质量工程技术得到蓬勃发展和广泛应用,如质量功能展开(QFD)、实验设计(DOE)和稳健设计等。国外各企业对这些质量工程技术的应用是DFSS应用的初级阶段,尚未形成完整的DFSS应用的技术路径及工具方法体系。

  方法论形成与应用阶段:上世纪90年代至上世纪末是DFSS的方法论形成与应用的阶段。由于各企业产品发展历程不同,导致产品研发流程各具特色,同时各企业的管理基础也存在明显差异,产品研发的数据基础及项目管理模式均有所不同,这种特点导致各企业均依据自身产品研发流程和研发管理基础开发了适合自身的DFSS方法论。

  DFSS在企业端的突飞猛进

  DFSS已在诸多世界500强企业的产品研发中得到了应用,如通用电气、霍尼韦尔、波音、西门子等大型跨国企业,并且在这些企业取得了良好的效益。

  通用电气公司医学系统分部在1990年代末引进光学CT系统,引导六西格玛设计应用的潮流。光学CT系统是第一个由通用电气采用DFSS独立设计和研制的产品,实现了CT功能的革命化进步。

  这一令人惊喜的成果极大地鼓舞了当时的GE总裁韦尔奇的信心。他索性宣布,所有产品都将采用DFSS进行研发,到2000年已有22种产品得以贯彻。2000年,通用电气公司宣布其50%以上的销售额来自应用DFSS研发出的产品。不仅在民用行业,通用电气公司还将DFSS应用到军工产品研制之中。比如其原航空发动机子公司(GEAE)在其喷气发动机的研制过程应用六西格玛设计进行精雕细琢,保证设计质量和可靠性,以满足客户的要求。

  在军工行业,中国航空工业集团公司于2010年着手研究、开发了面向军工产品的DFSS方法体系,并提出了ICDOV方法论和技术路径,在固定翼飞机、直升机、航空发动机、航空电子、航空机电等领域的研制项目中进行了实践,探索着强化研制流程及提高装备质量的途径。

  DFSS是质量的源头机制

  质量,是每一个成功企业的基本功;然而作为重要的推手,DFSS要获得成功却并不容易,因为这牵扯到管理变革。企业高层必须要有清醒的意识,并且下定足够的决心去推动。

  在实际推进DFSS应用时,由于组织高层对DFSS的定位不清,导致产生大量的短期行为。比如将DFSS简单定位在降低成本,忽视稳健性或者最优设计,忽视长期的工程数据和知识的积累;或者将DFSS专家和工程与制造部门分开,造成DFSS的黑带和绿带职位被政治化,而不能作为实际项目的领导、教练和培训师。

  质量已经成为中国制造业最大的软肋,而DFSS在中国研发领域的应用还在初级阶段。这一点并不奇怪。或者可以武断地说,后者正是前者发展最需要的重型武器。

  DFSS,才是质量的源头保障机制。

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