N公司真空鍍膜產(chǎn)品的不合格率分析

徐曉敏， 李 秋

(上海電機(jī)學(xué)院 商學(xué)院, 上海 201306)

加工制造企業(yè)是利用自己購買的原材料或委托方提供的材料進(jìn)行大批量、標(biāo)準(zhǔn)化、流水線加工的加工企業(yè)。與裝備制造業(yè)相比，加工制造業(yè)最基本的競(jìng)爭(zhēng)方式是成本價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)[1]。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，僅靠降低人力成本是無法抵御巨大的沖擊的，采取先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備也是必須要考慮的因素。本文的研究對(duì)象是一家從事真空鍍膜工藝的新能源科技公司，公司將真空鍍膜技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片的制造與封裝、刀具的保護(hù)、高精密模具、塑料壓鑄模的增硬、IT硬盤磁頭及介質(zhì)模等。目前，加工制造的產(chǎn)品多次被客戶投訴，陷入瓶頸。通過對(duì)此產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析，以期找到改進(jìn)不合格率的途徑。

1 不合格率及真空鍍膜相關(guān)研究

質(zhì)量管理已成為企業(yè)管理的重要課題之一[2]，日本專家筱田修[3]在其著作中闡述了不良品以及如何分類，并指出提高產(chǎn)品質(zhì)量的第一步就是在不良品的定義上有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。張世宇等[4-5]對(duì)不良品的控制方面進(jìn)行了有益的嘗試，宋華等[6-8]結(jié)合其工作經(jīng)驗(yàn)，提出質(zhì)量改進(jìn)方法在企業(yè)實(shí)施持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)中的應(yīng)用模式，為制造企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)工作提供了參考。林孟華[9]指出逐漸貫徹ISO9000族質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上提升了企業(yè)的管理水平和質(zhì)量水平，但企業(yè)需要針對(duì)實(shí)際情況選擇具體的改進(jìn)工具和方法。陳東琛等[10-16]使用質(zhì)量改進(jìn)項(xiàng)目小組、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析、假設(shè)檢驗(yàn)方法、回歸分析方法、失效模式和效應(yīng)分析方法、DMAIC等方法對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量實(shí)施改進(jìn)。

真空鍍膜是真空應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要方面，它通過離子束刻蝕預(yù)清洗，交叉電磁場(chǎng)過濾，沉積形成非晶態(tài)四面體碳鉆石薄膜或其他金屬膜，氧化物膜。真空鍍膜技術(shù)適用于金屬，陶瓷，玻璃等材料表面的鍍膜處理。可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片的制造與封裝、各種材質(zhì)工具的保護(hù)鍍膜、高精密模具的鍍膜等。它使產(chǎn)品質(zhì)量提高，制造成本降低，工具使用壽命大大延長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在真空鍍膜加工工藝方面，當(dāng)前已經(jīng)有許多人從多個(gè)角度進(jìn)行了深入的研究。

陳偉[17]通過對(duì)真空鍍膜工序的分析，選擇臟污和麻點(diǎn)兩項(xiàng)缺陷，創(chuàng)新地采取了九步法進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)。劉斌等[18]針對(duì)真空鍍膜在生產(chǎn)過程中典型的質(zhì)量缺陷進(jìn)行了分析，并總結(jié)了一些解決這些質(zhì)量缺陷的應(yīng)對(duì)措施。陳平貴[19]著重研究了PVD涂層的性能指標(biāo)與其對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法、涂層的輔助工藝對(duì)涂層性能的影響。仲凱音[20]通過對(duì)控制單一變量下磁控濺射鍍膜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)影響磁控濺射鍍膜結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的主要因素是氣壓、電流和基片溫度。這些研究結(jié)果對(duì)本研究具有很好的借鑒意義。

2 鍍膜質(zhì)量分析

本文以該公司生產(chǎn)的型號(hào)為“EMI-X691”的產(chǎn)品為改進(jìn)對(duì)象，這款產(chǎn)品產(chǎn)量大，客戶要求也高。從客戶投訴來看，幾乎所有的投訴都是與外觀不良相關(guān)，沒有因?yàn)樾阅懿缓细癞a(chǎn)生的客訴。

2.1 運(yùn)用排列圖進(jìn)行鍍膜不合格分析

選取置信度為95%，調(diào)查誤差為±2進(jìn)行抽取樣本，得到樣本量為2 401，經(jīng)測(cè)試得到合格品2 258個(gè)，占比94.04%；不合格143個(gè)，占比5.96%，不合格原因排列圖如圖1所示。最主要的不良原因是“傷”不良，進(jìn)一步調(diào)查了各個(gè)工序的“傷”情況，從圖2可以看出，造成產(chǎn)品“傷”不良的主要工序?yàn)樯蠆A、鍍后清洗、素材清洗3個(gè)工序。

圖1 外觀不合格原因排列圖

圖2 不合格工序排列圖

2.2 運(yùn)用假設(shè)檢驗(yàn)找出影響因子

小組對(duì)上夾、鍍后清洗、素材清洗3個(gè)工序進(jìn)行分析探討，針對(duì)工序中的“傷”不合格進(jìn)行分析，找出根本原因。最終確定了3個(gè)關(guān)鍵因子：素材清洗的清洗方式；壓合過程中的輔助模具倒角；鍍后清洗氣槍吹水的壓強(qiáng)。

假設(shè)檢驗(yàn)對(duì)以上3個(gè)因子進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平α=0.05，H0：π1=π2，H1：π1≠π2。

使用2種不同的清洗方式對(duì)3 600件合格素材進(jìn)行清洗，第1種是掛洗：保持原有方法三盤一籃依次放入不同水槽進(jìn)行清洗；第2種方法是串洗：把素材使用絲線串成串后依次轉(zhuǎn)移至不同水槽進(jìn)行清洗。清洗后產(chǎn)生不合格品數(shù)量分別是25件和11件，計(jì)算可得Fisher精確檢驗(yàn)值P=0.028，小于給定的α=0.05，因此，拒絕原假設(shè)，表明素材清洗方式對(duì)產(chǎn)品良率有顯著影響。

使用倒角為1.0 mm和1.5 mm的壓合板壓合50中板共2 700件已清洗的合格產(chǎn)品，壓合后產(chǎn)生傷的不合格品數(shù)量分別是34件和12件。計(jì)算可得Fisher精確檢驗(yàn)值P=0.002，小于給定的α=0.05，因此，拒絕原假設(shè)，表明壓合板倒角大小對(duì)產(chǎn)品良率有顯著影響。

使用壓強(qiáng)為0.7 MPa和0.4 MPa的氣槍對(duì)鍍膜后的3 600件產(chǎn)品進(jìn)行切水，產(chǎn)生不合格品數(shù)量分別是27件和13件。計(jì)算可得Fisher精確檢驗(yàn)值P=0.038，小于給定的α=0.05，因此，拒絕原假設(shè)，表明氣槍吹水壓強(qiáng)大小對(duì)產(chǎn)品良率有顯著影響。

3 制定并實(shí)施改進(jìn)措施

上述3項(xiàng)因子對(duì)產(chǎn)品不合格率有顯著影響，并從工藝加工的角度分析：素材清洗需要采取更少碰撞的方式，輔助壓合板需要擴(kuò)大倒角，鍍后清洗環(huán)節(jié)中氣槍壓強(qiáng)需要變小，下面針對(duì)這3項(xiàng)制定并實(shí)施改進(jìn)措施。

3.1 小組討論確定素材清洗方式

在之前使用2種不同清洗方式對(duì)合格素材進(jìn)行清洗的測(cè)試中，改進(jìn)小組發(fā)現(xiàn)第2種方法的不合格品明顯比原來的方法少，測(cè)試也證實(shí)了2種素材清洗方法具有明顯的差異。因此，改進(jìn)小組決定修改素材清洗方式：把素材使用耐酸堿處理過的絲線串成多串掛在清洗籃上，依次轉(zhuǎn)移至不同水槽進(jìn)行清洗。由車間質(zhì)量組長(zhǎng)修改素材清洗流程，向采購部門提交新工具采購申請(qǐng)。

3.2 單因素方差分析確定壓合板倒角

由于壓合板和產(chǎn)品都相對(duì)不大，倒角的可控范圍也比較小，從操作的方便性和實(shí)用性選擇了3個(gè)規(guī)格的壓合板進(jìn)行測(cè)試：R=1.0 mm、R=1.2 mm、R=1.5 mm。

分析之前首先需要對(duì)方差分析的基本假定進(jìn)行檢驗(yàn)。3個(gè)樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)概率圖如圖3所示，可以看到基本上滿足正態(tài)性假定。表1是方差齊性檢驗(yàn)表，表中的顯著性為0.68，在0.05的顯著性水平上得出數(shù)據(jù)滿足方差齊性。

圖3 正態(tài)概率圖

表1 方差齊性檢驗(yàn)表

從表2可以看出，檢驗(yàn)壓合板倒角對(duì)合格率的顯著性水平接近于0，拒絕原假設(shè)，意味著壓合板倒角的影響效應(yīng)顯著。確定倒角效應(yīng)顯著后，為找到哪一個(gè)水平效果更好進(jìn)行了事后多重檢驗(yàn)。

表2 方差分析表

表3是使用最小顯著差異(LSD)進(jìn)行的多重比較，可以看出3個(gè)水平彼此之間均有顯著的差異。因此，從工藝的角度，R=1.5 mm的倒角水平的不合格率最低。

表3 LSD多重比較表

3.3 回歸分析確定氣槍壓強(qiáng)大小

鍍后清洗室是潔凈室，是為了保證鍍膜完成的產(chǎn)品不受到外界污染，為保證剛鍍膜完成的產(chǎn)品不會(huì)在清洗時(shí)膜層脫落，烘烤前吹水的強(qiáng)度需要選擇恰當(dāng)，選擇5個(gè)水平的氣槍壓強(qiáng)進(jìn)行測(cè)試，通過回歸分析找到最優(yōu)壓強(qiáng)參數(shù)。

表4、圖4所示分別為SPSS的曲線估算和擬合結(jié)果，曲線擬合選擇了線性、二次、三次3種情況。從表中的判定系數(shù)R2可以看出，變量的非線性關(guān)系明顯比線性擬合程度更高。由于二次與三次回歸擬合程度近似相等，考慮到實(shí)際情況和計(jì)算便捷，決定使用一元二次回歸方程來找到最優(yōu)壓強(qiáng)參數(shù)。

表4 SPSS曲線估算

圖4 SPSS曲線擬合

表5所示為一元二次回歸分析的方差分析。從表中的顯著性水平可見，一元二次回歸模型是顯著的。

表5 一元二次回歸的方差分析

表6所示回歸模型的參數(shù)估計(jì)。從表中可以得到氣槍壓強(qiáng)和合格率的估計(jì)方程為

根據(jù)所得的擬合方程可以計(jì)算出最優(yōu)的氣槍壓強(qiáng)是0.5 MPa，因此，需要修改氣槍壓強(qiáng)設(shè)置，鍍后清洗后吹水氣槍壓強(qiáng)由原先的0.8 MPa改為0.5 MPa。

表6 一元二次回歸參數(shù)估計(jì)

3.4 改進(jìn)效果驗(yàn)證

為了確保改進(jìn)措施對(duì)產(chǎn)品的性能沒有產(chǎn)生影響，改進(jìn)小組進(jìn)行一個(gè)月的改進(jìn)試行。根據(jù)客戶要求，鍍膜產(chǎn)品需要保證4項(xiàng)產(chǎn)品性能良好：膜厚、附著力、電阻、存儲(chǔ)。從性能測(cè)試結(jié)果中得知產(chǎn)品性能并沒有受到影響。

為驗(yàn)證改進(jìn)的效果，對(duì)改進(jìn)后的產(chǎn)品收集數(shù)據(jù)，從圖5可以看到不合格率有明顯的下降，且基本實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)，可以看到“傷”已經(jīng)不是最大的不合格項(xiàng)。

圖5 不合格項(xiàng)對(duì)比排列圖

4 結(jié) 論

本文以從事真空鍍膜工藝的新能源科技公司為研究對(duì)象，針對(duì)公司產(chǎn)品不合格率高這一現(xiàn)象，尋找原因。首先，運(yùn)用排列圖，找到了造成產(chǎn)品不合格率高的主要原因?yàn)椤皞?；其次，運(yùn)用假設(shè)檢驗(yàn)對(duì)造成工序中的“傷”不合格的3個(gè)關(guān)鍵因子：素材清洗的清洗方式、壓合過程中的輔助模具倒角、鍍后清洗氣槍吹水的壓強(qiáng)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，在顯著性水平α=0.05的情況下，得到3個(gè)因子對(duì)產(chǎn)品不合格率存在顯著影響；最后，針對(duì)這3個(gè)因子，運(yùn)用方差分析法和回歸分析法對(duì)實(shí)施改進(jìn)措施后收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，降低了產(chǎn)品的不合格率，達(dá)到了改進(jìn)效果。