基于Minitab/DDE 的六西格瑪管理集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在SMED 中的應(yīng)用*

黃婷華，董蘭娟，徐 甜，樊樹(shù)海，方葉祥

(南京工業(yè)大學(xué) 工業(yè)工程系，南京 210009)

0 引言

SMED (Single Minute Exchange of Die)，即單分鐘內(nèi)換模法或快速換型，是豐田公司為縮短生產(chǎn)提前期發(fā)明并采用的設(shè)備快速換型調(diào)整方法［1-2］。作為企業(yè)生產(chǎn)的精益技術(shù)之一，SMED 能有效地實(shí)現(xiàn)“多品種，小批量”生產(chǎn)方式［3］，靈活應(yīng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的變動(dòng)，滿足客戶的多樣化需求。然而，由于技術(shù)的欠缺以及換型人員概念的模糊，設(shè)備實(shí)際的換型時(shí)間需要幾十分鐘或是更久。

對(duì)此，六西格瑪管理作為一種系統(tǒng)性、定量化的持續(xù)改善模式，能夠以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)企業(yè)的精益技術(shù)進(jìn)行量化分析，識(shí)別過(guò)程缺陷，縮短設(shè)備的換型時(shí)間［4-5］。

然而，企業(yè)日常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容多，更新快，單純利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析并不能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和結(jié)果的有效性，因此本文提出Minitab/DDE(Dynamic Data Exchange，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)的六西格瑪管理集成體系方案與數(shù)據(jù)庫(kù)建立動(dòng)態(tài)鏈接，可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，支持項(xiàng)目分析，從而提高企業(yè)在交貨期和多品種方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

1 集成體系總體框架

圖1 集成體系總體框架

基于Minitab/DDE 的六西格瑪管理集成體系主要以六西格瑪改善模式的五個(gè)階段DMAIC(界定、測(cè)量、分析、改進(jìn)、控制)為核心，底層輔以統(tǒng)計(jì)軟件Minitab創(chuàng)建DDE 鏈接訪問(wèn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持過(guò)程分析，頂層將其應(yīng)用于設(shè)備的快速換型等項(xiàng)目，從而形成一個(gè)六西格瑪管理的持續(xù)改善系統(tǒng)，如圖1 所示。

具體過(guò)程為:

(1)通過(guò)創(chuàng)建DDE 鏈接Minitab 可以和任何同樣具有DDE 功能的外部程序共享信息。在Minitab 中選擇“編輯—工作表鏈接—管理鏈接”，添加新鏈接，輸入應(yīng)用、主題、項(xiàng)目等項(xiàng)，各項(xiàng)輸入規(guī)則如表1 所示，即可實(shí)現(xiàn)與Excel 等DDE 容器的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸，支持六西格瑪管理過(guò)程分析。

表1 Minitab 創(chuàng)建DDE 鏈接的輸入規(guī)則

(2)不同于傳統(tǒng)解決問(wèn)題的方法“界定—改進(jìn)”，六西格瑪管理有一整套完備的改善體系，即界定關(guān)鍵問(wèn)題，保證測(cè)量系統(tǒng)有效，分析缺陷原因，確定改進(jìn)方案，以及效果的驗(yàn)證與維持。因此，將其應(yīng)用于設(shè)備的快速換型改善項(xiàng)目中，能有效地識(shí)別問(wèn)題所在，縮短換型時(shí)間，實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。

2 Minitab/DDE 六西格瑪管理體系設(shè)計(jì)

本文提出了基于Minitab/DDE 的集成體系，對(duì)某電機(jī)制造工廠關(guān)鍵線體進(jìn)行了六西格瑪管理體系設(shè)計(jì)，通過(guò)Minitab 的DDE 功能訪問(wèn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持過(guò)程分析，以縮短換型時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。

2.1 Define-界定階段

創(chuàng)建Minitab/DDE 鏈接(圖2a)，訪問(wèn)生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表，收集2013 年上半年各產(chǎn)線的換型數(shù)據(jù)(圖2b)。其中，車(chē)床的換型時(shí)間最長(zhǎng)，選定其為本六西格瑪項(xiàng)目的研究對(duì)象。

圖2 換型時(shí)間的Minitab/DDE 鏈接

在電機(jī)生產(chǎn)中，車(chē)床用來(lái)車(chē)削AS(上)和BS(下)端蓋的軸承孔以及對(duì)角線上的四個(gè)定位孔，主要涉及串激電機(jī)(UM)和無(wú)刷電機(jī)(BLDC)之間的換型。本文以AS 端蓋由UM 到BLDC 的換型為例(圖3)。

圖3 UM/BLDC 電機(jī)的AS 端蓋示意圖

2.2 Measure-量測(cè)階段

在此六西格瑪項(xiàng)目中，涉及到測(cè)量的有兩點(diǎn)，一是換型時(shí)間的測(cè)量;二是端蓋質(zhì)量特性的測(cè)量。前者由測(cè)量人員用秒表掐算，準(zhǔn)確度較高;后者考慮到儀器的復(fù)雜性，需要進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的分析。AS 端蓋的測(cè)量?jī)x器有圓度儀、高度尺、三座標(biāo)等，其中三座標(biāo)作為一種通用的檢測(cè)儀器，能夠滿足端蓋絕大多數(shù)質(zhì)量特性的測(cè)量需要，因而本例對(duì)三座標(biāo)進(jìn)行分析。

選取AS 端蓋的關(guān)鍵質(zhì)量特性“軸承孔到對(duì)角線的車(chē)削深度”為測(cè)量對(duì)象，由3 名質(zhì)檢員分別對(duì)20 個(gè)不同的端蓋各測(cè)2 次，進(jìn)行量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性(Repeatability ＆ Reproducibility)分析(圖4)。

圖4 三座標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)分析

根據(jù)Minitab 對(duì)三座標(biāo)的重復(fù)性和再現(xiàn)性分析，表明該量具可被接受，具體為:

(1)“部件間”的方差分量貢獻(xiàn)率(96.03%)大于“合計(jì)量具R＆R”的貢獻(xiàn)率(3.97%)，且均值-極差控制圖的點(diǎn)大多在控制限外，說(shuō)明變異主要源于部件間的差異，操作員間差異較小;

(2)“合計(jì)量具R＆R”的“%研究變異”(19.94%)在10%～30%之間，處于臨界狀態(tài)，量具有改進(jìn)的空間?？紤]到本例的三座標(biāo)只是為了測(cè)量換型后零件質(zhì)量特性的合格情況，故接受該量具;

(3)“可區(qū)分的類別數(shù)”(6)大于5，說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)可識(shí)別6 個(gè)可區(qū)分類別，量具的分辨力較佳。

2.3 Analyze-分析階段

AS 端蓋由UM 到BLDC 的某次換型時(shí)間和流程大致為:

(1)前期準(zhǔn)備，4min;

(2)換工裝，20.9min;

(3)校驗(yàn)軸承孔刀，28.6min;

(4)車(chē)削試件，36.4min;

(5)質(zhì)量部檢測(cè)，22min;

總計(jì)111.9min。其中，由于前期換型、校驗(yàn)的問(wèn)題導(dǎo)致了較長(zhǎng)的調(diào)試時(shí)間，并產(chǎn)生了11 件廢品。可以說(shuō)，車(chē)床的換型完全不符合快速換型的要求，相反在某種程度上還給電機(jī)的生產(chǎn)帶來(lái)了不利影響。

該六西格瑪項(xiàng)目小組成員(包括換型人員、車(chē)間主任、工藝工程師、設(shè)備工程師、質(zhì)量工程師以及持續(xù)改善部門(mén)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人)結(jié)合頭腦風(fēng)暴和FMEA 方法［6］(失效模式和效應(yīng)分析)，從5M1E(人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè))六個(gè)方面展開(kāi)，分析各階段可能影響AS 車(chē)床換型的問(wèn)題原因(見(jiàn)表2)。

?

2.4 Improve-改進(jìn)階段

根據(jù)分析階段的結(jié)果，項(xiàng)目小組分別制定了不同的改進(jìn)對(duì)策(如表2“建議措施”列所示)。其中，“√”表示改進(jìn)對(duì)策可取，“○”表示為關(guān)鍵因素，需進(jìn)一步確定對(duì)策的有效性。故本節(jié)針對(duì)上述換型、校準(zhǔn)和調(diào)試階段四個(gè)打“○”的改進(jìn)對(duì)策進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以確定其真實(shí)可行。

各因子水平分別為:

A 因子—根據(jù)流程，分配不同的換型動(dòng)作。

A1:拆裝2 個(gè)夾爪(換型人員X)，拆裝1 個(gè)夾爪(換型人員Y)，拆UM 底座(Y)，裝BLDC 底座(X)，拆UM 刀架(X)，裝BLDC 刀架(X);

A2:拆裝2 個(gè)夾爪(X)，拆UM 刀架(Y)，裝BLDC刀架(X)，拆裝1 個(gè)夾爪(Y)，拆UM 底座(Y)，裝BLDC 底座(Y)。

B 因子—扳手選擇。B1:采用多功能扳手;B2:不采用多功能扳手。

C 因子—采用媒介工具改進(jìn)工裝。C1:借助MAHR 表定位;C2:保持原有工裝。(若改進(jìn)有效，既可以解決定位不佳問(wèn)題，又能提高端蓋合格率)。

對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計(jì)，響應(yīng)變量為望小型，即期望設(shè)備的換型時(shí)間越短越好。由于試驗(yàn)次數(shù)的限制，內(nèi)設(shè)計(jì)控制表選取二水平三因子，外設(shè)計(jì)采用最不利綜合誤差因子法(綜合誤差因子分別取標(biāo)準(zhǔn)條件和正側(cè)最壞條件兩種水平)。

通過(guò)Minitab 創(chuàng)建田口設(shè)計(jì)，進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到信噪比和響應(yīng)變量均值的主效應(yīng)圖(圖5)。

圖5 換型時(shí)間試驗(yàn)的信噪比和均值主效應(yīng)圖

由于該響應(yīng)變量為望小特性，則信噪比越大越好，均值越小越好，得到的最佳搭配為A2B1C1，即采用第二種換型流程，增加多功能扳手，并借助MAHR 表進(jìn)行定位校準(zhǔn)。除此之外，通過(guò)Minitab 的“預(yù)測(cè)田口結(jié)果”功能可以對(duì)該設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，本例的預(yù)測(cè)均值為49.3min，較記錄顯示的108.2min 有明顯的改善。

2.5 Control-控制階段

控制階段對(duì)項(xiàng)目改進(jìn)成果的維持至關(guān)重要，它除了需要將改進(jìn)過(guò)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和文件化，更需要建立一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的持續(xù)性。這時(shí)Minitab 的DDE 功能更能發(fā)揮其作用，幫助我們進(jìn)行實(shí)時(shí)的追蹤，識(shí)別并指導(dǎo)二次改進(jìn)。

同樣，通過(guò)添加新鏈接的方式創(chuàng)建DDE 鏈接，會(huì)話命令如圖6a 所示，訪問(wèn)最近一個(gè)月的40 次換型記錄，將其分為10 組，子組大小為4，繪制均值—標(biāo)準(zhǔn)差(Xbar-s)控制圖(圖6b)。

圖6 Minitab/DDE 鏈接

圖中各點(diǎn)排列隨機(jī)且都在界內(nèi)，均值為47. 89(min)，可以認(rèn)定這10 組換型記錄處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，換型時(shí)間減少并保持穩(wěn)定，根據(jù)后期技術(shù)的進(jìn)步可作進(jìn)一步改善。如出現(xiàn)點(diǎn)出界或排列非隨機(jī)情況，則有必要分析異常原因，改進(jìn)后重新繪制控制圖，判斷過(guò)程是否受控。

3 實(shí)施效果分析

通過(guò)該六西格瑪項(xiàng)目控制階段的結(jié)果可知，項(xiàng)目實(shí)施一個(gè)月以來(lái)AS 車(chē)床平均換型時(shí)間減少至47.89min，達(dá)到Minitab 預(yù)測(cè)的換型均時(shí)49.3min，可以認(rèn)為該項(xiàng)目的實(shí)施有效且在控制范圍內(nèi)。它為企業(yè)帶來(lái)的年收益為:

(1)根據(jù)項(xiàng)目改善前AS 車(chē)床的平均換型時(shí)間108.2min 和改善后的理論均時(shí)49.3min，得出項(xiàng)目的實(shí)施能使其換型時(shí)間減少約55%(60min/次)。

按平均日換型1.5 次記，平均日生產(chǎn)時(shí)間可增加約90min。再根據(jù)AS 車(chē)床生產(chǎn)端蓋的節(jié)拍時(shí)間33s，計(jì)算得出日產(chǎn)量約增加160 件，換算到年產(chǎn)量約增加58400 件(年工作日約記為300 天)。

(2)通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，換型過(guò)程減少了大量的調(diào)試和校準(zhǔn)，改進(jìn)后的調(diào)試不良品約1～2 件，較改進(jìn)前至少減少8 件，折算到年不良品則減少約3600 件(年工作日記300 天，日平均換型記1.5 次)。

傳統(tǒng)六西格瑪項(xiàng)目分析出于技術(shù)難易度考慮，多以基于訪問(wèn)單部門(mén)的靜態(tài)數(shù)據(jù)為主，一方面不能保證分析的實(shí)時(shí)性，另一方面也不能很好地將實(shí)施效果進(jìn)行多元綜合比較分析。而基于Minitab/DDE 的集成體系能夠支持企業(yè)更為方便地訪問(wèn)多元跨部門(mén)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，只需在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享的基礎(chǔ)上，如在一個(gè)客戶端訪問(wèn)某產(chǎn)品各相關(guān)部門(mén)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，或?qū)?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較等，以此進(jìn)行橫向(部門(mén)間)和縱向(改善前/后)的分析，實(shí)現(xiàn)持續(xù)改善。

4 結(jié)束語(yǔ)

六西格瑪項(xiàng)目的實(shí)施不僅能改善企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，獲得財(cái)務(wù)收益，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，更能提高企業(yè)各個(gè)層面的競(jìng)爭(zhēng)力。

本文提出了Minitab/DDE 集成體系，對(duì)某電機(jī)制造工廠關(guān)鍵線體進(jìn)行了六西格瑪管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)交互式訪問(wèn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持過(guò)程分析，以縮短換型時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。

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