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。
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。
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。
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
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。
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。
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)。
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
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)
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
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。