六西格瑪在測(cè)試數(shù)據(jù)分析過程中的應(yīng)用

張加斌

（1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海，200030;2.諾信（中國）有限公司，上海，201209）

關(guān)鍵字：六西格瑪；測(cè)試設(shè)備；數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析；統(tǒng)計(jì)圖表

0　引言

六西格瑪（Six Sigma，6 Sigma）是一種管理策略，這種策略主要強(qiáng)調(diào)制定極高的目標(biāo)、收集數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果，通過這些來減少產(chǎn)品和服務(wù)的缺陷。西格瑪即希臘字母“σ”，在統(tǒng)計(jì)學(xué)中代表著“標(biāo)準(zhǔn)差”，反映了一組數(shù)據(jù)的離散程度。六西格瑪( 6σ)的意思是“六倍標(biāo)準(zhǔn)差”，在質(zhì)量管理上表示每百萬個(gè)機(jī)會(huì)中只有3.4 個(gè)錯(cuò)誤或故障，合格率達(dá) 99.999 66%，由此可見，六西格瑪水平是一個(gè)近乎完美的狀態(tài)[1]。六西格瑪已經(jīng)應(yīng)用于工程管理、項(xiàng)目管理、企業(yè)管理等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于制定策略、提升業(yè)績和提高客戶滿意度等方面起了積極的促進(jìn)的作用。同理，將六西格瑪?shù)木钁?yīng)用于測(cè)試領(lǐng)域，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，是有利于提高測(cè)試設(shè)備的性能的。

1　六西格瑪常用的分析工具

六西格瑪常用繪制統(tǒng)計(jì)圖表的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。繪制統(tǒng)計(jì)圖表有助于識(shí)別數(shù)據(jù)所處過程中的風(fēng)險(xiǎn)，量化所得樣本的輸出，并且展示被動(dòng)數(shù)據(jù)收集的結(jié)果。一個(gè)好的統(tǒng)計(jì)圖表，首先要有正確的標(biāo)注，如圖表名稱、數(shù)據(jù)覆蓋的時(shí)間范圍、清楚明確的單位標(biāo)注、標(biāo)注好名稱并且比例統(tǒng)一的坐標(biāo)軸和明確的理想方向。其次，需要能夠用正確的圖形對(duì)輸出進(jìn)行量化，量化是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，把不確定的模糊的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，變得確定并且可以進(jìn)行判斷，能夠明確的反映數(shù)據(jù)的結(jié)果。最后，統(tǒng)計(jì)圖表需要主營異常的條件和情況。

常用的統(tǒng)計(jì)圖表，有點(diǎn)狀圖、箱形圖、正態(tài)概率圖和時(shí)間序列圖等。點(diǎn)狀圖是用于呈現(xiàn)離散型變量各取值水平的分布情況，可以看見每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，容易辨別不同層理。箱形圖是用作顯示一組數(shù)據(jù)分散情況資料的統(tǒng)計(jì)圖，在對(duì)比不同條件下的數(shù)據(jù)樣本的時(shí)候非常有用。正態(tài)概率圖是用來檢驗(yàn)一組數(shù)據(jù)是否服從正太分布的圖表，通過對(duì)P值、Cp值和Cpk的值進(jìn)行分析，得出數(shù)據(jù)的分布情況。時(shí)間序列圖顯示的是測(cè)量值隨時(shí)間的變化程度。

2　應(yīng)用六西格瑪分析的意義

測(cè)試設(shè)備在長期使用的過程中，尤其是應(yīng)用于生產(chǎn)線對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能檢驗(yàn)的測(cè)試設(shè)備，需要面對(duì)使用頻率高、人員操作差異性大的問題,這些對(duì)于測(cè)試設(shè)備本身的性能來說，都是提出了更高的要求的。如果測(cè)試設(shè)備的性能不夠穩(wěn)定，那么就會(huì)帶來較多的由設(shè)備本身所引起的誤測(cè)情況，誤測(cè)率會(huì)升高。對(duì)于同樣的產(chǎn)品需要進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，增加了產(chǎn)品的測(cè)試時(shí)間，從而降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率。這種情況會(huì)造成人力資源的浪費(fèi)。因此提升測(cè)試設(shè)備的穩(wěn)定性，是能夠給公司帶來切實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益的。

那么，需要解決的問題就是如何提高測(cè)試設(shè)備的性能，提高其穩(wěn)定性。完善測(cè)試設(shè)備的先決條件是能夠發(fā)現(xiàn)其所存在的問題，能夠找到完善的方向。采用六西格瑪?shù)姆治龉ぞ撸瑢?duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，使用統(tǒng)計(jì)圖表，量化明確的反映測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)的分布情況，從而反映測(cè)設(shè)設(shè)備所存在的問題。以此為突破口，完善測(cè)試設(shè)備，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，提高測(cè)試性能。

3　六西格瑪數(shù)據(jù)分析的實(shí)際應(yīng)用

運(yùn)用六西格瑪?shù)臄?shù)據(jù)分析方法，對(duì)實(shí)際使用中的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以齒輪泵測(cè)試機(jī)為例。齒輪泵測(cè)試機(jī)，專門用于對(duì)齒輪泵進(jìn)行性能測(cè)試，可以對(duì)齒輪泵的排量、液壓等性能進(jìn)行檢驗(yàn)，保證通過檢驗(yàn)的齒輪泵均可符合產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

圖1　齒輪泵測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2　點(diǎn)狀圖，箱形圖和正態(tài)分布P值

對(duì)齒輪泵性能來說，壓力和流量是兩個(gè)十分重要的參數(shù)。實(shí)際的液壓控制系統(tǒng)中,無論是進(jìn)行功率效率計(jì)算、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷,還是對(duì)負(fù)載進(jìn)行控制都需要對(duì)系統(tǒng)流量或壓力進(jìn)行測(cè)量。無論是那種控制都需要對(duì)系統(tǒng)的壓力或流量進(jìn)行快速、方便、準(zhǔn)確的測(cè)量[2]。因此，對(duì)于齒輪泵的液壓和流量性能，都提出來更高的要求。以齒輪泵的流量特性為例，選取兩個(gè)齒輪泵的型號(hào)，對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中Part Number代表兩種不同型號(hào)的齒輪泵， Date代表數(shù)據(jù)采集的不同時(shí)間，F(xiàn)low代表數(shù)據(jù)采集所獲得的流量數(shù)據(jù)。

針對(duì)以上數(shù)據(jù)，分別運(yùn)用統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，本例使用Minitab 16作為分析軟件。首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差分析，通過Minitab軟件得到標(biāo)準(zhǔn)誤和標(biāo)準(zhǔn)差。中均值的標(biāo)準(zhǔn)誤 (SE Mean)是度量樣本均值多大精確程度地估計(jì)總體均值，并用于創(chuàng)建總體均值的置信區(qū)間。SE Mean 值越小，表示對(duì)總體均值的估計(jì)越精確，通過SE Mean最大為1.52，說明對(duì)總體均值的估計(jì)準(zhǔn)確。STDEV用于估算樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差，它反映了數(shù)據(jù)相對(duì)于平均值(mean)的離散程度，從圖1中可以得出，0.46的齒輪泵，相對(duì)于7.73的齒輪泵離散程度較低，數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。

圖3　0.46和7.73齒輪泵正態(tài)分布

然后是點(diǎn)狀圖，從2圖左側(cè)可以得出兩種型號(hào)齒輪泵的流量數(shù)據(jù)的分布情況，均較為合理。其次是箱形圖，從圖2右側(cè)可以得出，2月23日和26日的數(shù)據(jù)分布更為集中。最后進(jìn)行正態(tài)分布分析，P值就是接受原假設(shè)時(shí)出錯(cuò)的概率，用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性。通常當(dāng)其大于0.05即認(rèn)為所選數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。從圖中可以得出，2月7日的數(shù)據(jù)P值為0.019，不服從正態(tài)分布。其余數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，而2月5日的數(shù)據(jù)P值最高，具有更強(qiáng)的正態(tài)性。

針對(duì)以上數(shù)據(jù)，得到其正態(tài)分布圖，主要考察Cp和Cpk兩個(gè)重要指標(biāo)。Cp(過程能力)是設(shè)計(jì)公差與過程程整個(gè)變異的比值,它反映的是設(shè)計(jì)的極限指數(shù).是對(duì)過程潛在能力的測(cè)定,一個(gè)高的Cp指數(shù)表明過程具有好的潛在的再制能力，反映數(shù)據(jù)(尺寸)的波動(dòng)范圍大小,Cp數(shù)值越大,尺寸波動(dòng)越小,過程能力越穩(wěn)定CPK: Capability index of process,過程能力指數(shù)。綜合反映Cp與K值（標(biāo)準(zhǔn)平均值）的差距，評(píng)估過程滿足實(shí)際尺寸要求的能力,并以此統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果確定生產(chǎn)能力是否滿足大批量生產(chǎn)之要求。從下面兩張圖可以看出，0.46的齒輪泵Cpk值低于1.33，反映出齒輪泵測(cè)試機(jī)在測(cè)試這個(gè)型號(hào)的泵時(shí)，穩(wěn)定性較差。

4　總結(jié)

綜上所述，通過六西格瑪?shù)慕y(tǒng)計(jì)圖表，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以直觀明確的反映出測(cè)試設(shè)備的穩(wěn)定性，找出引起問題的原因，從而完善測(cè)試機(jī)，為提高測(cè)試機(jī)的測(cè)試能力提供幫助。