六西格瑪方法在車用雷達(dá)生產(chǎn)質(zhì)量改善研究

蘇 童 余建波 李艷冰

（1.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804；2.上海質(zhì)量管理科學(xué)研究院 上海 200052）

毫米波雷達(dá)是在毫米波波段工作的雷達(dá)，通常指的是30～300GHz頻帶。與紅外、激光和電視等光學(xué)雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有更強(qiáng)的穿透霧氣、煙霧和灰塵的能力，并且具有全天候的特性。 毫米波雷達(dá)廣泛用于軍事領(lǐng)域，例如雷達(dá)檢測(cè)、高速通信、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星遙感、電子對(duì)策等。近年來，毫米波設(shè)備的水平，電路設(shè)計(jì)技術(shù)，天線技術(shù)和 其他相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展和成熟。 毫米波雷達(dá)在汽車?yán)走_(dá)中的應(yīng)用也得到了很大的發(fā)展。

A公司是全球著名的汽車零部件供應(yīng)商，有一款產(chǎn)品就是制作毫米波雷達(dá)。在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，本文擬用六西格瑪?shù)姆椒ê凸ぞ邔?duì)該產(chǎn)品出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行改善，提升產(chǎn)品的良品率，降低報(bào)廢，減少公司經(jīng)濟(jì)損失。

1 雷達(dá)生產(chǎn)流程及其現(xiàn)狀

1.1 雷達(dá)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程

雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的電磁波信號(hào)被其發(fā)射路徑上的物體阻擋繼而會(huì)發(fā)生反射。通過捕捉反射的信號(hào)，雷達(dá)系統(tǒng)可以確定物體的距離、速度和角度。雷達(dá)主要由前蓋、后蓋、高頻PCB板、低頻PCB板、屏蔽蓋組成，其生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 雷達(dá)產(chǎn)品生產(chǎn)流程

1.2 產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀

基板組裝和壓裝是雷達(dá)產(chǎn)品的重要工藝，其中，需要將兩種基板（高頻板和低頻板）的連接器壓裝在一起。在壓合過程中，需要管控兩者接觸面的壓力。如壓力太大，則有可能導(dǎo)致連接器附近的壓強(qiáng)過高，基板變形，可能導(dǎo)致附近的其他元件與基板脫離，造成產(chǎn)品功能失效。如壓力太小，則有可能出現(xiàn)連接器未能連接成功或不充分連接，造成產(chǎn)品功能失效和潛在風(fēng)險(xiǎn)。壓合力的上下限定義為40N和20N，但在生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)壓合力經(jīng)常會(huì)超過40N，造成大量產(chǎn)品報(bào)廢。正常壓力曲線與非正常壓力曲線如圖2和圖3所示。

圖2 正常壓力曲線

圖3 異常壓力曲線

2 六西格瑪DMAIC改善

2.1 Define界定

基板組裝站點(diǎn)中會(huì)出現(xiàn)不同的不良形式，不良類型包括基板壓合力超40N、pin針彎曲、誤報(bào)、產(chǎn)品掉落、pin針損壞等，不良結(jié)果如圖4 所示。其中基板壓合力超40N為主要報(bào)廢原因，占總報(bào)廢比例43%。本次項(xiàng)目主要著力研究基板壓合力超40N的問題。

圖4 基板組裝站點(diǎn)報(bào)廢分布帕累托圖

2.2 Measure 測(cè)量

圖5為某一天生產(chǎn)所得的壓合力數(shù)據(jù)， 可知壓合力滿足正態(tài)分布，均值為 34.886N，標(biāo)準(zhǔn)差為2.401N，95%的均值置信區(qū)間為34.77N到35.002N，50%的數(shù)據(jù)落在33.29N和36.53N中間。通過壓合力的單值移動(dòng)極差圖6可以看出，在連續(xù)生產(chǎn)過中壓合力的取值經(jīng)常超出上限，且大多數(shù)據(jù)比較偏上限，數(shù)據(jù)波動(dòng)比較大。

圖5 壓合力數(shù)據(jù)匯總圖

圖6 壓合力的I-MR控制圖

2.3 Analyze 分析

從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面分析造成基板壓合力超40N失效的原因，經(jīng)團(tuán)隊(duì)分析，主要原因可能是機(jī)器方面的問題，決定對(duì)機(jī)器各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行研究分析。

由圖7魚骨圖和頭腦風(fēng)暴得出初步實(shí)驗(yàn)方向：機(jī)器夾爪位置偏移，向下壓力過大，向下壓合時(shí)速度過快。相關(guān)參數(shù)有：機(jī)器夾爪X軸位置，Y軸位置，向下壓力，速度4個(gè)參數(shù)。

圖7 壓合力超40N問題的魚骨分析圖

2.4 Improve 改進(jìn)

2.4.1 設(shè)計(jì)全因子實(shí)驗(yàn)并擬合

每個(gè)參數(shù)各取兩個(gè)水平，分析4個(gè)因子效應(yīng)的顯著性，如表1所示設(shè)置。以此設(shè)計(jì)全因子實(shí)驗(yàn)，形成實(shí)驗(yàn)表格并隨機(jī)排列實(shí)驗(yàn)順序，實(shí)驗(yàn)后得到數(shù)據(jù)見表2和圖8正態(tài)圖、圖9 Perato圖及圖10殘差圖。

表1 影響參數(shù)及高水平和低水平設(shè)置

表2 全因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖8 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的正態(tài)圖

圖9 標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的Pareto圖

圖10 全模型的壓合力的殘差圖

進(jìn)行殘差診斷，從回歸結(jié)果可以看出，模型的P值為0.033小于0.05，可以判定本模型是有效的。失擬項(xiàng)的P值為0.651大于0.5，顯示這里對(duì)相應(yīng)變量壓合力的擬合沒有明顯的失擬。從效應(yīng)的 pareto圖和正態(tài)圖可以看出，A，B這兩項(xiàng)效應(yīng)是顯著的，而其余項(xiàng)都不顯著。從殘差對(duì)于觀測(cè)值為順序的散點(diǎn)圖可以看出，各點(diǎn)隨機(jī)地在水平軸上下無規(guī)則波動(dòng)。對(duì)于擬合值圖，沒有出現(xiàn)漏斗形或喇叭形。從殘差診斷中看出，模型基本上是好的。在檢驗(yàn)各項(xiàng)效應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)四個(gè)自變量主效應(yīng)，只有A,B是顯著的。交互作用項(xiàng)中，只有AB比較顯著。結(jié)果如表3和圖11所示。

圖11 刪減模型的壓合力的殘差圖

更改模型，擬合新模型，修改模型中的項(xiàng)，改為 A，B和 AB，重新計(jì)算。模型項(xiàng)及二階交互項(xiàng)的 P值均小于 0.5，表明模型總的來說是有效的。失擬項(xiàng)為0.768大于0.5也表明模型沒有明顯的失擬。列出全模型和刪減模型后的多元決定系數(shù)，如表 3所示可以看出 R-Sq（調(diào)整）的值由 0.9615提高到0.9630，S的值從0.585855降到0.574255，可見刪除不顯著的主因子及交互項(xiàng)后，回歸的效果更好了。得到回歸方程：壓合力=40.470-15.850 X - 17.35 Y+22.38 X×Y。

表3 全模型和刪減模型的多元決定系數(shù)表

2.4.2對(duì)選定模型進(jìn)行分析解釋

從主效應(yīng)圖（圖12）和交互效應(yīng)圖（圖13）中可以看出，因子A和B對(duì)于響應(yīng)變量壓合力的影響比較顯著，A和B的交互作用此時(shí)D為0.97812非常接近 1，表示響應(yīng)變量對(duì)于響應(yīng)變量的影響也比較顯著。由于優(yōu)化目標(biāo)壓合力屬于望目特性，取目標(biāo)為30N。經(jīng)過機(jī)器計(jì)算后，最佳取值為X軸位置為 0.6，Y軸位置為 0.2?？梢允沟媚繕?biāo)值達(dá)到30.175N，非常接近設(shè)定的目標(biāo)。根據(jù)模型在新設(shè)計(jì)點(diǎn)處對(duì)壓合力的預(yù)測(cè)響應(yīng)可以看出，95%的置信區(qū)間在29.555到30.795之間，可以認(rèn)為滿足本次設(shè)定模型的目標(biāo)。壓合力與X、Y軸位置曲面圖和等值線圖如圖14和圖15所示。

圖12 壓合力的主效應(yīng)圖

圖13 壓合力的交互作用圖

圖14 壓合力與X、Y軸位置的曲面圖

圖15 壓合力與X、Y軸位置的等值線圖

2.5 Control 控制

得到最佳參數(shù)設(shè)定后，更改設(shè)備參數(shù)，機(jī)器夾爪位置X軸改到0.6，Y軸改到0.2，進(jìn)行試跑，得出數(shù)據(jù)用I-MR控制圖如圖16所示，結(jié)果良好，表明此過程受控。

圖16 改進(jìn)后壓合力的I-MR控制圖

通過Minitab軟件分析，得出影響壓合力超40N的主要因子為機(jī)器夾爪位置，包括X軸和Y軸位置。并通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，得出最佳參數(shù)設(shè)定為 X軸位置=0.6，Y軸位置=0.2，通過此設(shè)定壓合力可以達(dá)到期望目標(biāo)值30N上下，再做一批試跑后壓合力的值可以保證在上下限（20N～40N）之內(nèi)，均值在31.275N左右，達(dá)到目標(biāo)且過程受控。

3 結(jié)語

此次六西格瑪項(xiàng)目著力于改善產(chǎn)品質(zhì)量問題，通過DAMIC方法，先界定了造成產(chǎn)品失效的主要問題，分析造成此失效的根本原因，通過 Minitab軟件進(jìn)行定性定量的數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)多因子實(shí)驗(yàn)找出對(duì)目標(biāo)值影響較大的因素，再找出達(dá)到目標(biāo)所需設(shè)定的最佳參數(shù)水平，經(jīng)過驗(yàn)證后確認(rèn)達(dá)到此次改進(jìn)項(xiàng)目的目標(biāo)。