产品正向设计六西格玛技术应用研究

黄 浩

(贵州航天电器股份有限公司,贵州贵阳，550009)

研究与设计

产品正向设计六西格玛技术应用研究

黄 浩

(贵州航天电器股份有限公司,贵州贵阳，550009)

本文结合小批量、多规格产品特点，提出了产品研发改进的正向设计流程，并在研发平台基础上注入了六西格玛管理的理念和方式，经过一年多时间的推进，已经搭建完成相应的平台，在部分项目中在推广和实施，针对实施情况，提出当前存在的一些问题和改进建议。

正向设计；六西格玛

1 引言

长久以来，产品研发都是在借鉴国外样机的基础上研制，部分产品都是原样绘制，样机性能也是完全借鉴国外样机参数，而研制的产品通过实物来验证是否满足输入的要求。这种研发管理方式成为公司近些年来业务增长有效保障。随着用户装机要求的提高，对元器件的性能指标和使用要求也有了更进一步的要求，部分接插件产品对电传输的要求也提高，原样仿制受采购材料、工艺水平、技术人员水平等方面的影响，以至于部分研发产品无法完全满足用户使用要求，研发风险增加。在产品研发过程中，通过样机验证设计满足情况的老的方式存在诸多问题，如产品研发一次性通过率不强(纵向产品、新品试验过程中或多或少都存在问题)，研发周期加长，研发成本增加等。

大多数企业已意识到人们对市场所提供的产品或服务的质量有了新的要求，企业质量已经从最初的产品或服务能够满足标准或规范的要求，发展到满足顾客及相关方综合满意的质量。对于企业而言，生产出高品质的产品、正确识别顾客的需求以及潜在需求、对市场作出快速反应、缩短周期、确保供应链的高效运作等等，已经成为竞争的关键。

为了推进产品研发的竞争力和质量稳定性，结合军品产品小批量、多规格的特点，公司于2014年开始进行研发正向设计平台建设工作，并在研发平台基础上注入了六西格玛管理的理念和方式，经过一年多时间的推进，已经搭建完成相应的平台，在部分项目中在推广和实施。

2 正向设计

国外公司产品设计创新性和高可靠性来源于他们所拥有的研发管理平台。这些管理平台中使用诸如项目管理、产品数据管理等定制化的商用系统，借助信息化手段落实系统工程方法。国外产品研制借助全过程运用项目管理系统，在整个研制过程中产生的各种设计、仿真、试制、验证等设计文件、规范等会整理齐套，经设计、工艺和质量评审后以电子文件的形式归档，形成完整齐套的产品规范化文件。

由于国内产品研制生产单位的产品研发平台建立起步较晚，很多单位基本上还没有建立数字化设计平台，也没有进行数字化仿真的设备或软件，相关如质量先期策划与控制计划(APQP)、质量功能分析(QFD)、测量系统分析(MSA)、工艺试验设计(DOE)等方法还在摸索了解和学习阶段，产品设计和研发制造采用的研发模式是：二维设计→试制样品→性能检测或试用→根据试验或试用结果调整或优化产品部分参数→加工样品→试验合格→满足用户使用要求→产品定型的模式，产品设计质量和实物加工质量很多都依靠人员的经验来确定，没有进行定量的分析和控制，产品的一致性和可靠性距离国外同类产品还存在较大差距。结合近些年快速发展的需要和已有的技术基础，公司于2014年开始推广应用正向设计工作，确立了产品正向设计研发流程，通过完善相关制度固化了作业标准和要求。

产品设计以正向设计理念为指导，在现有产品开发平台的基础上，建立完整的产品模型并进行数字化仿真，达到设计输出的结果可定量分析，并逐步使仿真的结果与实物测试结果相重合或无限接近。通过建立一整套完整的数字化设计规范和设计流程，使现有的分散设计状况提高到系统设计水平，打造集方案设计、仿真分析、可制造性分析、可靠性分析、数据库的软硬件环境的数字化产品设计平台。形成仿真设计指导文件，提高仿真能力和设计水平，指导设计进行结构和可靠性分析。

3 产品研发六西格玛技术应用方案

3.1 DMAIC流程和技术方法的局限性

以DMAIC流程为代表的六西格玛改进的管理模式，在世界范围内获得了巨大的成功。但是，常规的DMAIC流程和技术方法主要适用于大批量、制造流程稳定、有大量统计数据的产品；DMAIC的前提是不改变设计，只改进流程，认为设计方案是正确的。因此，面对各种各样的工程实际问题，DMAIC流程有很多的局限，例如：

1)不适合小批量的产品；

2)不适合于研发阶段的产品；

3)不适合于流程不稳定的产品；

4)不适合于得不到大量统计数据的情况；

5)不适合于需进行设计优化的产品；

6)不适合于新产品的设计；

7)不适合于生产装置、工艺装备的使用可靠性问题；

8)不能完全照搬来解决软件的质量问题和产品可靠性、维修性问题等。

针对新产品的研发，国外正在大力发展和应用六西格玛设计(DFSS)；多年来，中国在六西格玛设计实践方面也已开展了大量的工作，并有自己的特色，但是除了解决新产品的设计问题外，六西格玛设计并不能弥补DMAIC的其他局限。

对于小批量的产品，或者样机直接交付顾客使用，由于很难保持制造流程的稳定和获得大量的统计数据，DMAIC流程并不适用。针对产品研制需求，在产品正向设计研发流程中，确立IDDOV研发流程，流程包含了识别阶段、定义阶段、设计阶段、优化阶段和验证阶段，在产品研发流程中引入六西格玛管理理念和应用相应的技术方法。

3.2 IDDOV研发流程

在IDDOV研发流程中，强调以目标为导向的项目管理机制，以研究课题成立项目组，同时不再严格按照原有的初样、正样和定型开展研制工作，而是以产品实现为目标，设立产品设计、产品优化、产品验证等环节，同时建立各环节的保障措施，确保研发效率。

基于IDDOV正向的研发流程六西格玛技术工和并行工程框图见图1。IDDOV流程的内容、技术方法和设计输出见表1。

在该流程中，注重研发过程的有效性。

在识别阶段，注重在前期的市场开发过程中，识别顾客的需求，除了顾客指定的技术参数外，还要去了解客户型号的应用环境、产品装机的位置、产品使用方法以及潜在的技术要求等，在此基础上，进行产品可行性的研究和立项论证。

在定义阶段，在客户需求得到充分识别的前提下，对相关的要求进行展开，形成产品的技术参数和要求，在此基础上形成产品的初步设计方案。

在设计阶段，转入产品的技术设计、工艺设计和质量设计，确立产品的最终实现的研制加工流程，确立产品加工关、重要特性和要素，形成产品技术图纸、详细规范和质量控制计划。

在优化阶段，通过仿真分析、优化试验、参数设计、试验设计等技术工具，对设计确定的参数进行进一步的优化，固化工艺参数。

验证阶段贯穿了产品设计、稳定性优化设计、试验验证三个阶段，涵盖仿真分析验证、参数的确认验证、极限试验验证以及小批量过程能力分析验证等。验证确认完成后，获得顾客的确认后，产品基线已经完成，状态固化并确认后可以转入大批量的生产。

图2 六西格玛技术工和并行工程框图

表1 IDDOV流程的内容、技术方法和设计输出

4 推进情况及效果评价

公司组织对正向设计研发流程进行系统的策划、整理，完成了研发体系文件的工作，正向设计的研发平台得到了确立并实施。新研发的产品也正按照新的管理要求执行，结合近期各项评审的意见和建议，目前在研发流程执行上，存在以下问题：

1)顾客需求的识别不到位市场人员、技术人员对于用户具体使用、装机环境缺乏足够的了解和重视，容易忽视一些潜在的需求；顾客对于产品要求只是一个大概的性能指标参数，需要我们与用户进行沟通，为用户提供更加细化的技术要求，并得到用户的确认。如导线规格及出线方式、装机位置、通电电流、密封要求、寿命要求等等。

2)顾客需求的分解不充分

在质量功能展开(QFD)分解过程中，目前形式化的工作做的相对比较多，未形成以项目团队共同分析，确定技术、工艺参数的氛围。

在各类技术评审、资料审查过程中，通过技术评审、资料审查，使部分人员对正向设计、六西格玛技术有了更多的了解，后续需进一步加强各类技术工具的培训和应用，提升各类人员的综合水平。

5 结论

长久以来，产品研发都是在借鉴国外样机的基础上研制。随着用户装机要求的提高，对元器件的性能指标和使用要求也有了更进一步的要求，原样仿制受采购材料、工艺水平、技术人员水平等方面的影响，研发风险增加。在公司近年来的产品研制过程中，建立了正向设计的研发流程，并在研发过程中注入了六西格玛管理的方法，并强调各类六西格玛技术工具在过程中的有效应用，该方法在行业内应属于较为先进的管理方法，后续需要不断的深入开展过程有效性评估和质量技术工具的应用，以便提高产品研发水平。

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2015-09-01

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.05.003

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1000-6133(2015)05-0011-03