六西格瑪工具在活塞式調(diào)流閥質(zhì)量改善中的應(yīng)用

徐寧崧 周炳海

(同濟大學(xué) 機械與能源工程學(xué)院 上海201804)

V公司是一家專業(yè)生產(chǎn)、銷售給排水行業(yè)閥門類產(chǎn)品的全球性公司。集團的歷史可以追溯到1872年，距今已有百年，V公司在中國經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，已經(jīng)深耕于整個中國的水行業(yè)市場，源源不斷地為中國的調(diào)水工程、水利樞紐工程、大型水庫、自來水廠和污水廠等工程項目提供高質(zhì)量、安全可靠的閥門類產(chǎn)品。

V公司自20世紀(jì)80年代中期以來，以進口的方式，為國內(nèi)客戶提供活塞式調(diào)流閥（以下簡稱“活塞閥”，如圖1所示）等產(chǎn)品。為能迅速響應(yīng)中國國內(nèi)客戶的需求，并降低活塞閥的生產(chǎn)成本。V公司在2014年開始活塞閥的國產(chǎn)化項目。經(jīng)過幾年的本土化生產(chǎn)，產(chǎn)品的供應(yīng)鏈，工藝流程逐漸完善，產(chǎn)量不斷提高，但隨著批量、多型號的活塞閥投產(chǎn)，其在生產(chǎn)過程中及客戶交付的過程中，也不斷地暴露出一系列的質(zhì)量問題，致使該產(chǎn)品的客戶投訴率高達20%，對公司造成巨大的經(jīng)濟損失和浪費。因此，擬運用六西格瑪工具和方法，對活塞閥系列產(chǎn)品進行質(zhì)量改善，以降低客戶投訴率，減少公司的經(jīng)濟損失。

圖1 活塞式調(diào)流閥

1 六西格瑪工具及活塞式調(diào)流閥生產(chǎn)流程的介紹

1.1 活塞式調(diào)流閥的生產(chǎn)流程

活塞式調(diào)流閥，又名調(diào)節(jié)閥、柱塞閥、套閥、管閥，主要應(yīng)用在長距離調(diào)水等，對輸配水系統(tǒng)進行線性流量調(diào)節(jié)及水源水庫高水位時的穩(wěn)定減壓，消除富余勢能等工況，具有無振動、無噪聲、無氣蝕、對輸配水管路無損傷等特點。

我國從上世紀(jì) 80年代中期才開始逐步推廣應(yīng)用此類閥門，但主要是以進口的形式。直到 2014年，V公司才將全球的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移到中國的全資子公司，其基本的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

1.2 基于六西格瑪流程的質(zhì)量改善

六西格瑪是一種改善企業(yè)質(zhì)量管理的流程，其核心是追求零缺陷生產(chǎn)，防范產(chǎn)品不良風(fēng)險，降低成本，提高生產(chǎn)率，提高顧客滿意度和忠誠度。其對需要改善的流程進行明確劃分，在戴明循環(huán)（又稱PDCA循環(huán)）改善流程的基礎(chǔ)上發(fā)展，形成五步循環(huán)改善流程，即 DMAIC流程，分別是定義（Define），測量（Measure），分析（Analyze），改善（Improve），控制（Control）。

六西格瑪流程發(fā)展到今天，其不僅僅是一個質(zhì)量上的改善流程，更代表著一種全新的管理理念，而且這種管理理念的背后有很多完整且成熟的工具進行支撐。例如定義階段，柏拉圖（Pareto Chart），質(zhì)量功能展開（QFD）；測量階段，流程圖（Flow chart/ SIPOC），失效模式分析（FMEA）；分析階段，試驗設(shè)計（DOE）；改善階段，魚骨圖（Fishbone Diagram），頭腦風(fēng)暴（Brainstorming）；控制階段，標(biāo)準(zhǔn)化流程（SOP），現(xiàn)場可視化管理（VDM）。這一套改善流程和工具，都可以在實際產(chǎn)品質(zhì)量改善中充分利用。

圖2 活塞閥生產(chǎn)流程

V公司雖已將全球的活塞閥生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移到中國，但該產(chǎn)品的客戶投訴率居高不下，年投訴率高達20%，目標(biāo)值為5%?？蛻敉对V，是指顧客對企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量或服務(wù)上的不滿意，而提出的書面或口頭上的異議、抗議、索賠或要求解決問題等行為。而活塞閥的客戶投訴率是按當(dāng)月/當(dāng)年接收的投訴量與當(dāng)月/當(dāng)年產(chǎn)量量的比值，即：

詳見圖3所示。

圖3 調(diào)流閥每月客戶投訴情況

引起活塞閥客戶投訴率較高的因素比較復(fù)雜，包括產(chǎn)品外觀質(zhì)量、關(guān)鍵尺寸、原材料、關(guān)鍵特征、人員操作、測量方法、關(guān)鍵工藝不穩(wěn)定等等，這些因素都影響了活塞閥生產(chǎn)的穩(wěn)定性，增加了客戶投訴的風(fēng)險。并且該類型的活塞閥在國內(nèi)尚屬于導(dǎo)入期，對其原理的理論計算、活塞閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計尚屬于起步階段，其實際的生產(chǎn)制造、質(zhì)量問題改善等方面，幾乎是一片空白。

針對該問題的復(fù)雜性，獨特性，筆者擬運用六西格瑪工具來解決該問題，按照六西格瑪?shù)腄MAIC流程，層層推進，以降低活塞閥的客戶投訴率，減少公司的經(jīng)濟損失。

2 六西格瑪DMAIC質(zhì)量改善流程

2.1 定義階段（Define）

對V公司中國工廠生產(chǎn)的活塞閥客戶投訴報告的整理和分析，利用六西格瑪工具，主要工具為柏拉圖，詳見圖4所示，明確客戶投訴的原因，對原有相關(guān)生產(chǎn)流程進行分析，識別導(dǎo)致客戶投訴的因素，尋找改善機會。

圖4 活塞閥客戶投訴分類

從客戶投訴分類來看，80%的問題主要集中在五個方面，分別是閥門出口區(qū)域的質(zhì)量、凹槽處的涂層質(zhì)量、不充分的工藝、供應(yīng)商機加工質(zhì)量、閥門內(nèi)泄露漏等，如果可以徹底解決上述問題，那么客戶投訴可以減少81%，全年投訴率就可以從現(xiàn)在的20%降低到3.8%，滿足改善活動的目標(biāo)值，如圖5所示。

因此，將改善活動重點集中在這五個方面的，逐一分析產(chǎn)生客戶投訴的原因，提出改善對策，使生產(chǎn)流程穩(wěn)定，客戶投訴降低。

2.2 測量階段（Measure）

通過對現(xiàn)有生產(chǎn)流程的梳理，利用潛在失效模式分析（PFMEA）工具，篩選影響因素，最終將關(guān)鍵因素的數(shù)量控制在有限的范圍內(nèi)，以便對整個測量系統(tǒng)和過程能力做出快速且準(zhǔn)確的評估，見表 1所示。

圖5 改善目標(biāo)

表1 活塞閥客戶投訴PFMEA分析

接上表

潛在失效模式分析主要通過三個維度進行衡量，分別是嚴(yán)重度（S）、頻度（O）和探測度（D），風(fēng)險順序數(shù)RPN則是三者的乘積，即RPN=S×O×D

經(jīng)過初步分析，閥門出口區(qū)域的質(zhì)量，凹槽處的涂層質(zhì)量及閥門內(nèi)泄漏等問題產(chǎn)生與閥門裝配的閥體準(zhǔn)備階段。

2.3 分析階段（Analyze）

在分析階段，改善小組同樣需要分析出影響本次改善項目關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)鍵因素，篩選出關(guān)鍵因素，研究并判定關(guān)鍵因素的受控性，找出關(guān)鍵因素變異原因，對關(guān)鍵因素的度量基線進行評估，以確定對關(guān)鍵因素進行改善可以充分反映對改善項目關(guān)鍵指標(biāo)的改善，并將改善情況在一定程度上進行量化。

小組成員將借助魚骨圖等工具，從人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境等角度，羅列影響關(guān)鍵因素的原因，并針對這些原因，在小組中開展頭腦風(fēng)暴，小組成員發(fā)揮各自的專業(yè)背景知識及經(jīng)驗，提出具有針對性的改善方案，并驗證方案的可實施性，如圖6所示。

圖6 閥體內(nèi)腔涂層問題魚骨圖

（1）人員：操作員不穩(wěn)定，意識不強，補漆工具使用不熟練，打磨工具使用不熟練。

（2）設(shè)備：打磨頭更換困難，補漆工具單一，拐角處無合適打磨工具。

（3）物料：涂料打磨時成粉末狀態(tài)，導(dǎo)軌上防漆保護材料難去除，補漆干燥時間過長。

（4）方法：打磨方式簡單粗暴，無打磨量要求，無補漆厚度要求，無打磨要點。

（5）環(huán)境：內(nèi)腔光照不足，打磨后粉塵較多，補漆時氣味刺鼻。

（6）測量：無測量涂層厚度設(shè)備，無直徑測量設(shè)備，無涂層厚度要求，無內(nèi)徑尺寸要求。

2.4 改善階段(Improve)

改善階段的目的是形成針對問題根本原因的一種或多種解決方案，并且驗證這些方案達到或超過改善項目目標(biāo)的有效性。

針對篩選出的影響過程穩(wěn)定的關(guān)鍵因素進行試驗設(shè)計（DOE）。通過試驗設(shè)計，找出改善關(guān)鍵因素間的最佳組合，并證明其組合的再現(xiàn)性，評估改善關(guān)鍵因素對提高過程穩(wěn)定性的能力。

改善小組擬使用典型的試驗設(shè)計方法進行試驗。以確定的三個關(guān)鍵因素為人員因素、打磨設(shè)備因素、打磨方法因素。確定將這三種因素劃分為二水準(zhǔn)，為便于統(tǒng)計，使用-1和1表示不同的水準(zhǔn)，人員因素的二水準(zhǔn)為現(xiàn)有操作員與裝配組長，打磨設(shè)備因素的二水準(zhǔn)為氣動打磨機與電動打磨機，打磨方法因素的二水準(zhǔn)固定工作臺與旋轉(zhuǎn)工作臺，因此可以得到典型的三因素二水準(zhǔn)的試驗，采用全因子試驗法，共計8組試驗，每組兩臺閥門進行試驗，共計16臺閥門參與整個試驗，最后試驗結(jié)果由操作員、組長和檢驗員三人組成的目視檢驗系統(tǒng)來判定，如表2所示。

通過對3個因素進行試驗分析，確定最佳設(shè)計條件，并通過計算獲得活塞閥成品合格率與各影響因素(x)的數(shù)學(xué)模型公式Y(jié)=f(x)。

表2 3因素2水準(zhǔn)試驗

分析三個因素對活塞閥成品合格率數(shù)值大小的影響，從試驗輸出數(shù)據(jù)（圖 7）可以得出影響活塞閥合格率最大的因素是打磨方法。

通過上述的試驗設(shè)計，改善小組科學(xué)地確認(rèn)了影響產(chǎn)品最終質(zhì)量特性的因素，即為打磨方法，按照試驗設(shè)計中的快速改善方案，決定將光閥裝配工序中的 ST21閥體內(nèi)腔打磨工步由現(xiàn)在的固定工作臺上打磨，改為在旋轉(zhuǎn)工作臺上進行，這種改善方案對改善結(jié)果影響最大。

經(jīng)過四周的試驗設(shè)計改善，改善小組發(fā)現(xiàn)，活塞式調(diào)流閥閥體內(nèi)的涂層質(zhì)量有了很大的提高，但是改善小組成員也發(fā)現(xiàn)了新的問題：(1)工序中增加了操作員使用量具儀器的檢驗環(huán)節(jié)，增加了該工序的工藝時間；(2)未能解決打磨過程中的粉末問題；(3)打磨過程中，打磨頭會磨到銅導(dǎo)軌，而影響銅導(dǎo)軌的加工尺寸。

改善小組再次針對出現(xiàn)的問題進一步進行改善，提出噴涂后的閥體是否也可以在車床上進行加工。

噴涂后的閥體通過這樣的加工方式，出口區(qū)域、內(nèi)溝槽區(qū)域的尺寸得到了精確的保證，且涂層厚度得到了控制，裝配操作員也不需要再使用量具儀器邊測量邊打磨，同時也省去了操作員的打磨環(huán)節(jié)，改善后生產(chǎn)流程如圖8所示。

圖7 影響因素分析

圖8 改善后生產(chǎn)流程

2.5 控制階段（Control）

通過建立標(biāo)準(zhǔn)操作程序和現(xiàn)場可視化管理的方式，維持改善結(jié)果，并對改善后的過程能力進行驗證和跟蹤。

控制階段主要任務(wù)就是“控制”，控制已經(jīng)獲得的改善過程，規(guī)范化，并不斷地對這一改善過程進行監(jiān)督。改善小組成員通過前面改善階段的分析和總結(jié)，將項目改善后的控制項目全部文件，并更新到質(zhì)量管理體系文件中，通過這些控制收到的建立，可以使改善項目徹底解決并進入到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)，確保了公司的良性運轉(zhuǎn)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量水平和公司運營績效的基礎(chǔ)。

改善小組建立標(biāo)準(zhǔn)的操作程序，將相應(yīng)的負責(zé)人及所需增加或更新的標(biāo)準(zhǔn)化文件進行匯總，清單如表3所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)化操作程序

接上表

3 結(jié)語

本質(zhì)量改善項目是通過六西格瑪管理方法來展開的，利用六西格瑪DMAIC管理模型和工具，對活塞式調(diào)流閥本土化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的關(guān)鍵質(zhì)量特性失控而進行改善，從而降低制造過程中產(chǎn)生的不良、降低客戶投訴，提高客戶滿意度。

通過這一次的質(zhì)量改善項目，改善小組成員理清了改善項目的主要流程，熟悉了改善過程中所運用的質(zhì)量工具，最重要的是達到了改善項目的目的，通過改善方案的實施，切實地優(yōu)化了活塞式調(diào)流閥的生產(chǎn)流程，使關(guān)鍵質(zhì)量特性得到控制，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了客戶投訴，減少了因客戶投訴而給公司造成的損失，為公司創(chuàng)造了切實可見的收益，同時也將公司質(zhì)量管理體系中強調(diào)的持續(xù)改善的質(zhì)量方針得到落實，持續(xù)改善的文化在公司員工中得到深入。