基于六西格瑪?shù)淖附淤|(zhì)量影響因子研究*

杜小濤 孫鳳芹

(華北理工大學(xué)管理學(xué)院 河北 唐山 063000)

1 研究背景

中國的一些中小企業(yè)已經(jīng)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和戰(zhàn)略迅速地發(fā)展,六西格瑪管理越來越被更多的企業(yè)及管理人學(xué)習(xí)和應(yīng)用,這使得他們的產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到極大的提高,改善了企業(yè)的經(jīng)營狀況[1]。企業(yè)推行六西格瑪管理的最終目標(biāo),是幫助企業(yè)順利建立一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的管理模型,形成企業(yè)自己的核心競爭力[2]。智能衛(wèi)浴作為某公司的主營產(chǎn)品,由于產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,造成市場(chǎng)出現(xiàn)大量顧客投訴,給公司帶來極大的售后換修成本損失,給售后服務(wù)造成巨大壓力,對(duì)公司品牌形象造成不良影響,嚴(yán)重影響公司經(jīng)營戰(zhàn)略目標(biāo)的達(dá)成。A 型智能坐便器作為公司主打產(chǎn)品,是市場(chǎng)投訴重災(zāi)區(qū),通過連續(xù)3個(gè)月對(duì)A 型智能坐便器市場(chǎng)投訴問題進(jìn)行收集整理,形成帕累托圖如圖1所示。

從圖1可以看出,發(fā)現(xiàn)座圈斷裂問題發(fā)生609次,占投訴總量的63.90%,是主要的客戶投訴質(zhì)量問題,亟需改善。

圖1 A 型號(hào)智能坐便器客戶投訴問題帕累托圖

按卡諾模型,根據(jù)顧客需求的滿足程度與產(chǎn)品績效之間的關(guān)系將質(zhì)量要素屬性分為5類[3],分別是魅力質(zhì)量要素、必備質(zhì)量要素、一元質(zhì)量要素、無差異質(zhì)量要素和逆向質(zhì)量要素。以質(zhì)量功能展開作為分析工具,結(jié)合卡諾模型對(duì)A 產(chǎn)品功能進(jìn)行劃分和評(píng)價(jià):產(chǎn)品安全、耐用是必備質(zhì)量要素,是理所應(yīng)當(dāng)?shù)玫綕M足的要求,顧客不會(huì)對(duì)達(dá)到要求表現(xiàn)出極大的滿足,但如果要求沒有達(dá)到顧客的期望,顧客就會(huì)非常不滿意。座圈作為人機(jī)交互的主要部件之一,是溝通產(chǎn)品與顧客的重要部分,是產(chǎn)品安全、耐用要求的重要承接者,所以對(duì)座圈開裂問題實(shí)施改善,對(duì)降低外部質(zhì)量損失、提升顧客滿意度、維護(hù)品牌形象方面有著不可替代的重要意義。

座圈通過鉸接形式安裝在基座上,其主體結(jié)構(gòu)主要包括:座蓋、座襯和緩沖墊。座蓋內(nèi)表面粘接與座蓋曲面形狀匹配的發(fā)熱模塊(含發(fā)熱電阻、溫度傳感器、連接線束、線束護(hù)套等),與座襯焊接為一體,座襯上安裝有緩沖墊,緩沖墊與陶瓷體接觸,起到緩沖與支撐的作用。

市場(chǎng)反饋問題是座圈開裂,經(jīng)核查產(chǎn)品開裂位置及狀態(tài),判定問題因焊接不當(dāng)導(dǎo)致,座蓋與座襯焊縫為兩道環(huán)型近平縫,通過摩擦焊接工藝完成焊接。

2 工藝研究

摩擦焊接是通過設(shè)備將一定頻率的線性振動(dòng)傳遞到焊接面,在壓力的作用下使焊接面產(chǎn)生往復(fù)摩擦力,通過熱能將焊接面融化并完成連接的工藝[4]。摩擦焊接原理見圖2。

圖2 摩擦焊接原理

焊接過程依照焊縫狀態(tài)可分為4個(gè)階段:初期摩擦階段、不穩(wěn)定熔融階段、穩(wěn)定熔融階段和固化階段[5],振動(dòng)摩擦過程見圖3。

圖3 振動(dòng)摩擦過程圖

(1)初期摩擦階段。在摩擦力的作用下,焊接面的材料溫度升高至熔點(diǎn),溫度升高的時(shí)間與材料特性、設(shè)備振動(dòng)頻率、振幅和壓力有關(guān)。

(2)不穩(wěn)定熔融階段。在溫度作用下,焊接面由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài),焊接面之間的作用力是由固體接觸面之間的摩擦力轉(zhuǎn)化為熔融層之間的剪切應(yīng)力。在剪切應(yīng)力的作用下,熔融層逐漸增厚,在壓力作用下熔融層材料側(cè)向流動(dòng),熔接深度增加。

(3)穩(wěn)定熔融階段。熔融層材料擠出速率逐漸增大至與產(chǎn)生速率相等,材料持續(xù)擠出持續(xù)產(chǎn)生,到達(dá)指定熔接深度之后,設(shè)備停止振動(dòng)。

(4)固化階段。維持設(shè)備焊接壓力,直至產(chǎn)品焊縫冷卻凝固,完成產(chǎn)品焊接。

通過對(duì)A 產(chǎn)品座圈焊接參數(shù)進(jìn)行記錄,形成A 產(chǎn)品振動(dòng)摩擦焊接過程參數(shù)變化圖(見圖4)。在振動(dòng)停止后的保壓時(shí)間內(nèi),焊接深度存在浮動(dòng),但并未增加,可以認(rèn)定保壓是為防止產(chǎn)品回彈變形而展開的措施,第四階段不增加焊接深度,焊接深度主要在前3個(gè)階段形成。

圖4 A 產(chǎn)品振動(dòng)摩擦焊接過程參數(shù)變化圖

焊接深度H 是焊接強(qiáng)度最重要的決定因素。H要求為1.4±0.1 mm,實(shí)際統(tǒng)計(jì)焊接深度數(shù)據(jù),利用Minitab軟件進(jìn)行過程能力分析,結(jié)果如圖5所示。

圖5 焊接深度過程能力分析圖

平均焊接深度1.37 mm,核算焊接過程能力C PK=0.66,依核算結(jié)果C PK＜1,可知現(xiàn)場(chǎng)焊接過程能力不足,需要進(jìn)行改進(jìn)。

3 測(cè)量系統(tǒng)分析

振動(dòng)摩擦焊接機(jī)型號(hào)為630E,配置測(cè)量裝置為線性深度傳感器。因?yàn)槭菙?shù)字顯示,測(cè)量員差別基本上不用考慮,現(xiàn)考慮可能造成測(cè)量誤差的2方面原因:一是不同的測(cè)量時(shí)刻是否會(huì)造成測(cè)量誤差;二是每次將樣件裝置于測(cè)量底架時(shí)的裝上卸下的循環(huán)是否會(huì)造成測(cè)量誤差?，F(xiàn)選用60 mm 鐵塊作為測(cè)量對(duì)象,在8∶00、14∶00、18∶00這3個(gè)不同時(shí)刻,各進(jìn)行裝上卸下的3次循環(huán),每次循環(huán)中重復(fù)測(cè)量兩次尺寸。數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 線性深度傳感器測(cè)量鐵塊數(shù)據(jù)表

利用Minitab中的完全嵌套方差分析測(cè)量數(shù)據(jù),得到方差分量結(jié)果見表2。

表2 方差分量

同時(shí)間、同循環(huán)下的波動(dòng)就是重復(fù)性方差:

時(shí)間的方差及循環(huán)的方差這2個(gè)原因構(gòu)成了再現(xiàn)性方差:

測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)方差:

測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差:

由圖5計(jì)算結(jié)果生產(chǎn)過程實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)差:

過程整體波動(dòng)方差:

綜上核算:

重復(fù)性、再現(xiàn)性(R&R)和測(cè)量系統(tǒng)異變對(duì)零件公差所占百分比(P/T)值均小于30%,說明測(cè)量能力處于可接受狀態(tài)。

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與因子分析

測(cè)量系統(tǒng)已滿足測(cè)試要求,本次以A 產(chǎn)品為研究對(duì)象,將產(chǎn)品專用治具安裝完畢后進(jìn)行自動(dòng)頻率諧振,確定焊接參數(shù)頻率f為216.25 Hz。受焊接面尺寸限制,振幅A 為1.7 mm。以焊接壓力P、焊接時(shí)間T 為可變量,各設(shè)置3水平,測(cè)量焊接深度。焊接深度數(shù)據(jù)見表3。

表3 焊接深度數(shù)據(jù)表

從表3 可以看出,隨焊接時(shí)間延長,焊接深度增加;隨焊接壓力增大,焊接深度也會(huì)增加。運(yùn)用Minitab進(jìn)行一般線性模型方差分析,得到的結(jié)果見表4。

表4 因子方差分析表

焊接時(shí)間P值=0.001＜0.05,焊接壓力P值=0.000＜0.05,說明焊接時(shí)間因子、焊接壓力因子均對(duì)焊接深度影響顯著;焊接時(shí)間與焊接壓力的交互作用。

5 回歸模型分析

從基本研究中可知,焊接參數(shù)中的頻率f由設(shè)備自動(dòng)諧振確定,振幅A 受焊接尺寸限制取1.7 mm,從因子分析可以了解,焊接深度H 與焊接壓力P、焊接時(shí)間T 正相關(guān)。運(yùn)用回歸分析得到結(jié)果見表5。

表5 焊接深度與焊接壓力,焊接時(shí)間回歸分析表

焊接時(shí)間 0.058 333 0.004 681 12.46 0.000 S=0.011 466 5 R-Sq=98.9% R-Sq(調(diào)整)=98.5%來源 自由度 SS MS F P回歸 2 0.070 833 0.035417 269.37 0.000殘差誤差 6 0.000 789 0.000131合計(jì) 8 0.071 622來源 自由度 Seq SS焊接壓力 1 0.050 417焊接時(shí)間 1 0.020 417

分析回歸方程總的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果,由于P=0.000＜0.05,說明在顯著性水平下α=0.05,線性回歸方程總效果是顯著的?；貧w模型顯著性的度量指標(biāo)RSq與R-Sq(調(diào)整)接近,模型較好。進(jìn)行殘差分析,考查殘差圖如圖6所示。

(1)殘差與觀測(cè)值順序圖(見圖6(d)),此圖正常,殘差對(duì)于觀測(cè)值順序隨機(jī)分布;

圖6 殘差圖

(2)殘差與擬合值圖(見圖6(b)),此圖正常,未見喇叭口形狀分布,說明線性模擬是可以接受的;

(3)殘差的正態(tài)概率圖(見圖6(a)),此圖正常,數(shù)據(jù)點(diǎn)基本在一條只顯示,即可以認(rèn)為殘差服從正太分布,殘差的直方圖(見圖6(c))也顯示了殘差的正態(tài)性,對(duì)殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),得到p值=0.324＞0.05。

(4)殘差與自變量焊接時(shí)間、殘差與自變量焊接壓力,都顯示正常。

通過商戶回歸結(jié)果分析H=0.424+0.0917×P+0.0583×T,其中焊接壓力6 kN≤P≤8 kN,焊接時(shí)間5s≤T≤7s。

6 結(jié)語

本次研究以六西格瑪思想為主導(dǎo),以Minitab作為數(shù)據(jù)分析工具,結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn),以可變參數(shù)焊接時(shí)間、焊接壓力為影響因子設(shè)計(jì)本次摩擦焊接測(cè)試方案。通過因子方差分析、回歸分析建立回歸方程,并通過殘差分析完成回歸方程顯著性驗(yàn)證,得到A 型智能坐便器座圈焊接深度回歸方程為:

H=0.424+0.0917×P+0.0583×T

確定焊接深度與焊接壓力、焊接時(shí)間正相關(guān),為焊接不良問題改善與焊接工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

本次研究僅針對(duì)工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品焊接質(zhì)量影響進(jìn)行了研究,對(duì)于工裝治具的微小差異、作業(yè)環(huán)境的輕微浮動(dòng)等因素未展開探討。對(duì)于焊接生產(chǎn)過程之外可能引起座圈開裂問題的其他因素:如陶瓷體表面變形尺寸、原材料的一致性、座蓋與陶瓷體安裝后的翹曲尺寸等,這些因素雖都在符合策劃的質(zhì)量控制要求范圍內(nèi),但其對(duì)便蓋開裂問題帶來的風(fēng)險(xiǎn)程度仍需要進(jìn)一步量化評(píng)估。