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1、 产品设计与质量 (季超工业工程 201102040208)摘要：在现代工业、服务业和制造业领域，质量已经成为了成功必备的要素。实现质量把关的方法有很多，本文回顾了“6 西格玛管理法”和“6 西格玛设计”两大质量控制方法和发展，进而从理论上推论设计对质量控制的重要性。最后通过一个典型事例介绍“六西格玛设计”的优越性。关键词：6 西格玛管理；6 西格玛设计；质量控制 Abstract:Quality has been a necessary factor of success in all aspects of modern industry,services as well as manufa
2、cturing.There are many methods to control the quality.This paper reviews the development and contribution of“6 Sigma management”and“Design for 6 Sigma”,then reveal the importance of the design for quality controlat a theoretical aspect.Eventually,I ll introduce a typical example to indicate the adva
3、ntage of DFSS method.Keywords:6 Sigma management;Design for 6 Sigma;quality control.1.质量简介 1.1 质量的重要性和发展 毋庸置疑，质量渐渐成为了一个国家技术水平的表征、一个民族素质的反映、一个企业生命的体现，而不注重产品质量必定会失去顾客的青睐和信任，最终使得企业寸步难行、功亏一篑。总之，质量可以兴国、质量可以兴家、质量可以兴厂、质量可以兴人。美国质量管理专家朱兰（Dr.Joseph Juran）【1】曾说，“依靠质量取得效益是人类进入20 世纪后最大的选择。”产品的质量问题一直是企业界、学术界关注和研究
4、的对象。20 世纪，特别是第二次世界大战以后，公众质量意识的提高和日本质量革命的成功，加速了前进的步伐，质量理论不断更新，质量工具、新技术层出不穷。随着时间的推移和时代需求，质量控制(QC)、质量策划、持续改进(CI)、预防缺陷、统计过程控制（SPC）、可靠性工程、质量成本分析、零缺陷、全面质量管理(TQC)、供应商认证、质量小组、质量审核、质量保证、质量功能展开（QFD）、竞争性评价、田口方法、6 Sigma 等概念和方法应运而生。1.2 质量的定义和特性 质量是食物的本质属性之一，是质量管理的主要对象。质量（品质）的定义随着时代的迁移而改变，至今，以下给出典型的定义:ISO 9000 一组
5、固有特性满足要求的程度【2】田口玄一 产品上市后给社会造成的损失，但由于产品功能本身产生的损失除外 约瑟夫.朱兰 适合使用（fitness for use）【3】为更好的理解质量的概念，质量的 4 个特点必须掌握：1）动态性：随着科学技术的发展和顾客要求的改变，质量要求也会相应变化 2）相对性：市场需求具有区域性差别，因而产品质量性能有所不同 3）可比性：有质量好和质量差的区别 4）演变性：人们对质量的理解随着社会的发展而逐渐演变。1.3产品质量的形成 产品质量是产品实现全过程的结果，有一个从生产、形成到实现的过程，而在这个过程的每一个环节都会直接或间接地影响到产品的质量。产品的质量形成过程包
6、括市场研究，产品开发、设计，制定产品规格、工艺，采购，仪器仪表及设备装置，生产，工序控制，产品检验、测试，销售及服务等共 13 个环节【1】。各个环节之间相互依存，相互联系，相互促进。这个过程是一个不断上升，不断提高的过程。因此，若要完成产品质量形成的全过程，就必须将上述各个环节的品质管理活动落实到各个部门以及有关的人员，要对产品质量进行全过程的管理。品质管理是一个社会系统工程，不仅涉及企业内各部门及员工，还涉及企业外的供应商、零售商、批发商以及用户等单位及个人。品质管理是以人为主体的管理。朱兰螺旋曲线所揭示的各个环节的品质活动，都要依靠人去完成。人的因素在产品质量形成过程中起着十分重要的作用
7、，品质管理应该提倡以人为主体的管理。此外，要使 循环 顺着螺旋曲线上升，必须依靠人力的推动，其中领导是关键，要依靠企业领导者做好计划、组织、控制、协调等工作，形成强大的合力去推动质量循环不断前进，不断上升，不断提高。2.六西格玛管理 2.1 六西格玛管理法的形成过程 对“六西格玛”管理的产生要追溯到 1979 年的摩托罗拉公司。当时摩托罗拉为“阿波罗号”登月计划提供服务的时候，发现它的产品经过多次返修才能合格，而且在制造产品时高质量和低成本之间存在至关重要的联系。于是在 1987 年，由乔治.费希尔(George Fisher)领导的摩托罗拉通信业务率先推出一套名为“六西格玛”的质量管理创新改
8、进理念；随后由其董事长大力倡导这个理念并推广到全公司【4】。继摩托罗拉成功后，1992 年，博西迪将六西格玛引入联合信号公司。在他的带领下，许多“软工具”被补充到了六西格玛方法当中，包括大量关于组织变革、领导力提升和重塑企业文化方面的内容。六西格玛改变了联合信号的经营与运作方式，公司业绩出现快速增长的势头，销售额和利润持续实现了每年两位数的提升。在短短 6 年内，公司收益从 1991 年的 3.42 亿美元增长到 1997 年 11.7 亿美元，而且连续 31 个季度保持了每股利润 13%以上的增幅，公司股价增长了 8 倍。正是因为博西迪和联合信号，华尔街第一次听说了六西格玛。此后，德克萨斯仪
9、器等一批公司相继引入六西格玛，同样取得了令人瞩目的成功。在前 CEO 杰克韦尔奇的带领下，通用电气公司于 1995 年开始了它的六西格玛之旅。但在韦尔奇眼中，此时的六西格玛已不仅是关于统计学的，尽管它需要统计技术；也不仅是关于改进质量的，尽管它最终使质量大幅度提升。韦尔奇要将六西格玛提升到打造通用电气 公司核心竞争力的战略层面。随着六西格玛的应用不断涌现成功案例，“六西格玛管理法”已经越来越普及！从其历史发展可以看出，六西格玛管理有 TQM 发展而来并在实践中不断充实；六西格玛不再局限于一种质量改进方法，而 1 已发展成为可以使企业保持持续改进、增强综合领导力、不断提高顾客满意度及经营绩效并带
10、来巨大利润的一整套管理理念和系统方法【5】。2.2 六西格玛管理的内容“”是指统计学中数据分布的“标准偏差”，是一个统计量。六西格玛管理将统计学中的“”引入到质量管理领域，用来衡量产品或服务过程的业绩水平。西格玛水平“z”则将过程输出的平均值、标准差与顾客要求的目标值、规范限联系起来，是对质量特 性的度量，其数学表达式【6】为 西格玛水平越高，过程输出越集中，标准偏差越小，表示过程满足要求的能力越强，出现缺陷的机会越小，合格率就越高。西格玛水平与合格率指标之间的关系见表 1【6】当质量特性达到六西格玛水平时，正态分布6 偏差均落在规范限内，质量特性集中分布在目标值附近，代表的缺陷率仅为百万分之
11、 34，是完美质量的体现。2.3 DMAIC 方法 在传统的六西格玛业务中，对业务流程的改造，对工艺和技术的改进是其主要工作，因此DMA1C 方法得到了大量的应用。DMAIC 是确定(Define)、测量(Measurement)、分析(Analysis)、改进(Improvement)、监控(Contro1)这 5 个步骤的缩写 这 5 个步骤也正是通用电气在质量改进的实践中总结出来的有效方法。DMIAC 方法内容如下【7】：确定改进活动的目标。高层次的目标可以是组织的战略目标，如高的投资回报率或市场份额。在作业层目标可以是增加某个制造部门的产出。在项目这一级，目标可以是降低缺陷率和增加产出
12、。测量现有体系。制定合理的、可靠的衡量标准，以监督过程的进展。首先要确定目前的水准线。分析体系以确定应用哪些方法来消除当前业绩与目标业绩之间的差距。应用统计工具来 指导分析。改进体系。寻找新方法要具有创造性，以把事情做得更好、更快、更节约成本。应用项 目管理或其他策划和管理工具来应用这些新方法。应用统计方法来确认这些改进。控制新体系。通过修订激励机制、方针、目标等使改进后的体系制度化。可以应用ISO 9000 之类的体系来保证文件化体系的正确性。2.4 六西格玛管理的不足 在商业世界中，六西格玛管理方法的应用无疑是成功的。但是通常人们只是着眼于针对企业现有的流程或产品来做改善，使其至少能达到
13、70%的改善成效，所运用的手法是 DIMAC；而事实上【8】，根据证实的结果，运用 DIMAC 执行六西格玛专案，质量水准可由 3 西格玛、4 西格玛逐步改进，但会在 5 西格玛处停滞不前（通常我们称之为 five sigma wall），无法再加以突破。随着市场环境的不断变化竞争的不断加剧以及技术创新的不断加快，传统的六西格玛也必须不断的自我完善和发展，仅靠 DMAIC 来进行现有业务和产品的改进已经不能完全适应企业的发展要求。同时，6 西格玛本身的方法也影响了其改善问题的效益，因为6Sigma 注重的是简化和修正生产和业务流程、消除错误的资金即六西格玛主要在于解决现成的问题【9】，而不是从
14、预防开始或借以刺激从业者的积极性和创造力。因而能力是有限的。3.六西格玛设计 3.1DMADV 总的来说，六西格玛设计（DFSS）在新产品研发过程中共有五个阶段，分别是：定义（Define）、测量(Measure)、分析（Analyze）、设计（Design）、验证（Verify）。DMADV 和 DMAIC 两种方法固然许多步骤完全一样，但是前者不需要基于现有业务流程【10】。DFSS 是一个基于严谨 的数量分析、从客户的关键质量特性（CTQ）开始的流程再造方法；DFSS 的实施并没有某个企业资源计划（ERP）系统的实施作为最终目的，所以新的流程不会局限于具体的 ERP 的选择；比较容易建立
15、流程再造的理由，因为 DFSS 有清楚的对客户需求的分析，如果现有的流程通过 DMAIC 仍无法满足这些要求，DFSS 就成为了自然的选择。定义【11】：产品/服务的设计是指在面临待解决的问题或新发明的时候，从内在的或外在的需求着手的步骤。在这个阶段，设计的目标、范围和可利用的资源都必须视为关键环节简单明了地在计划中确定。测量：特别强调，顾客之声（VOC）是顾客导向设计关键要素。基于顾客之声，内在的满意度关键特性 CTQ 测量，例如成本、性能、可靠性、美观程度和可服务性，需要量化处理并根据顾客反馈进行排序。这种信息可以帮助决策者更好确定产品/服务的功能要求。分析：在这个阶段，质量关键特性将会被
16、分解到各个可测量和可完成的功能需求。然后，应该根据之前的功能需求、成本、物理特性、操作简易性和保修能力等从事一系列概念层次上的设计。通过设计需要和概念性的要求的总结，大体上设计一个具有高潜力价值和可行的方案来为团队提供参考。并且去考虑是否有替代方法，创建高性能的设计、评估设计技能，选择最佳的设计方案。设计：一旦设计团队确立了概念意义上的方案，他们就应该尽快把这些功能需求分解成具体的参数标准。同时，他们应该考虑在设定具体方法和参数时潜在的风险。然后使用各种优化工具设计希望的产品或服务。在整个过程中，一些统计方法和科学手段将会被使用；许多约束条件同样不可或缺，例如噪声、环境限制和方法不合理等。设计
17、细节、优化设计，对设计审核进行评估，这个过程可能需要模拟操【12】。验证：检查设计，简历规范模型，实施生产流程，并且提交给流程所有者。在这个阶段，设计团队先根据之前的研究成果制造出一个原型或一个模拟场景。然后设计团队基于这些原型进行评估和测试来预测产品将来的性能，再根据性能要求改善产品，从而尽可能的去规避风险。3.2 六西格玛设计应用在产品开发中的意义 从产品开发流程和技术角度来看，六西格玛设计是提高产品固有质量的保证。其中从概念设计到样机试制阶段，产品的技术规范和图纸等相关文件已经完成，产品的固有质量基本形成，如果在这个阶段之前不进行严格控制，后期的工艺设计只是为了保证设计要求的实现，生产控
18、制只是为了达到技术规范的要求，几乎很难进一步提高产品固有质量的可能。而目前 我司进行的六西格玛改进活动大都集中在生产控制阶段，也就是针对现有产品/流程进行测量，分析，改进等，以减少产品的缺陷，达到产品的固有质量，很少在产品开发阶段推行六西格玛设计，因此很多产品已经批量生产了，还在进行许多整改项目。因此，为了真正提高产品质量，必须开展六西格玛设计，只有在设计阶段就赋予产品很高的固有质量，才有可能实现六西格玛的质量目标【13】。从经济角度考虑，六西格玛设计能够降低产品开发成本，且能为企业带来多方面的财务收益。因为六西格玛设计有一套能够提高产品固有设计质量和高效解决问题的设计流程，能减少产品的技术更
19、改次数和缩短产品的开发周期，所以就能减少产品的开发费用，从而降低产品的开发成本。六西格玛设计在产品开发过程中，将很多隐患防患于未然，尽量使用能够彻底解决产品质量隐患的设计方法，这将很多质量事故扼杀在摇篮中，从而节约了解决质量事故消耗的费用，以及避免后期不停的下发更改通知更改设计要求，为企业节约大量的产品生命周期维护成本。六西格玛设计通过严谨的产品开发流程，能较早的发现问题并解决问题，以免在后期发现问题时需要较多的费用来解决问题。因为质量改进行动启动的越早，所花费的质量整改费用就越低。同样一个问题，发现的越早，付出的代价就越小。六西格玛设计就是在产品/流 程设计一开始就寻找潜在缺陷，将一切可能的
20、问题消灭在萌芽状态，努力创造一个新的更好的产品，这种预防潜在问题出现的产品设计方法，为企业带来的效益是相当可观的。4 六西格玛设计案例分析 4.1 六西格玛应用现状 目前，虽然关于六西格玛设计的咨询、相关黑带的培训等商业炒作势头强劲，但国内外 关于六西格玛设计理论的系统研究鲜有报道，特别是针对产品设计与开发领域的【14】。4.2 六西格玛应用案例 通用电器公司医学系统分部(GEMS)【15】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 GE 采用完全六西格玛方法独立设计和研制的产品，实现了CT功能的革命化进步。医生们可以在每次值班时为更多的病
21、人进行CT诊断，效率比以前提高了一倍。更优的速度与图像质量能够更准确地为病人诊治。后来 Jack Welch于 1999 年宣布，所有 GE 的产品都将采用六西格玛设计方法，收效显著。GE 采用六西格玛在 1999 年节约了 20 亿美元的资本，这也引起了 GE 竞争者们的关注。艾美加(Iomega)公司与希捷(Seagate)公司也确立了注重于六西格玛设计的企业级计划。通用电器公司航空发动机子公司也采用六西格玛设计对其喷气发动机的研制过程进行精雕细琢，终达佳境。把客户要求直接融入设计、仿真与生产模型，GE 公司能够确保其产品研制开发流程与客户要求紧密结合。WAVE 控制结构与知识融合的紧密结
22、合，并通过 NX 与 Teamcenter 进行全面管理，成为其成功的不二法则。4.3 案例说明 通过对通用公司应用六西格玛设计的成功案例的研究，容易发现六西格玛设计比六西格玛管理方法更加具有效益。由此可见，六西格玛设计在质量控制的作用极有成效，能够带来最大的经济效益，这正是每个企业希望达到的期望。这就给了我们国家一个启示，本土企业要在未来竞争日益激烈的国际社会中立足,研发与设计能力是不可或缺的决胜关键,而六西格玛的 DFSS 正是开启此关键的锁钥,国内企业若能依据产业特性与个别需求次第导入DAMIC 与 DFSS，相信其竞争力与生产力都会大幅进步。5 结束语 质量控制日益成为了一个企业的生存
23、之道和实现更大盈利的重要手段，如今世界经济已经进入后工业化时期，第三产业在国民经济中的比重不断提高。虽然质量管理的研究只有几十年，但是有关质量控制和管理理论与方法可谓是硕果累累。质量研究方面的成果为工业、制造业和服务业等各个领域。同时，虽然六西格玛对质量控制的作业不言而喻，但是本身的不足之处因此限制了对质量控制的程度；六西格玛设计（DFSS）的应运而生恰好弥补了六西格玛管理方法的缺陷。笔者相信，中国若能把握住质量管理的先进方法并得以普及，国民经济的发展和国家战略目标的实现将是如虎添翼。参考文献：【1】罗国勋主编：质量工程与管理【M】高等教育出版社【2】TC 176/SC.ISO 9000:20
24、05【S】,Quality management systems Fundamentals and vocabulary.International oganization for sandardization.2005.【3】American Society for Quality【OL】,Glossary-entry:quality 2008-07-20【4】刘文卿编著：六西格玛过程改进技术【M】中国人民大学出版社【5】何桢六西格玛管理的未来【J】中国质量 CHINA QUALITY 总第 379 期 27-30【6】冯楚胜六西格玛理论与实施【J】舰船科学技术第 29 卷第 3 期 140
25、-142【7】刘源张对 6 的认识【R】上海质量管理研究院 2002【8】Patrick N.Koch：PROBABILISTIC DESIGN:OPTIMIZING FOR SIX SIGMA QUALITY【J】AIAA-2002-1471【9】Young HoonKwak,Frank T.Anbari:Benefits,obstacle,and future of six sigma approach【J】,Technovation 26(2006)708-715【10】杰夫.坦南特编著：新产品/新服务完美投放市场【M】吴俊源；包成良（译）：六西格玛设计【M】电子工业出版社，2002-1
26、【11】(美)乔杜里编著：6 西格玛设计：实现 6 西格玛的惟一途径【M】北京:机械工业出版社,2003【12】De Feo,Joseph A.;Barnard,William.JURAN Institutes Six Sigma Breakthrough and Beyond-Quality Performance Breakthrough Methods【M】Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited.2005.ISBN 0-07-059881-9.【13】陈睿六西格玛设计在产品开发中的重要性【J】Electrical Appliances 2012.3 13-15【14】韩俊仙 6 设计及其实施战略.世界标准化与质量管理【J】2004 年 1 月第 1 期：11-13【15】Sal PuaarMC MEETS DFSS【J】Manufacturing Engineer，2003，82（4）：46-48