六西格玛设计

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六西格玛设计的由来和必要性

质量策划/质量设计是朱兰博士提出的质量管理三部曲（质量策划/质量设计、质量控制、质量改进）中最前期和最重要的一部分。设计质量决定了产品的固有质量，从产品和服务研制的时间序列来看，不同阶段对产品和服务质量的影响是不同的。影响最大的是产品和服务设计，其次是工艺和流程设计，再次才是生产和实施控制。目前进行的六西格玛改进活动大都集中在生产和实施控制阶段，也就是对现有产品/流程进行测量、分析、改进并将改进成果固化，以减少缺陷，达到产品和服务的固有质量。为了真正实现六西格玛质量, 必须开展六西格玛设计，只有在设计阶段就赋予产品和服务很高的固有质量，才有可能实现六西格玛的质量目标。

正是由于这个原因，不少企业在深入推行六西格玛计划后，会发现在努力超越四至五西格玛水平时，经常感觉难以突破,或是因为无法实现改进工作，或是因为改进成本过高。也就是说,六西格玛改进所能产生的效益是有限的，一旦产品或服务在初始设计上含有缺陷，单单进行过程的改进不可能彻底解决问题, 此时必须重新设计或修改部分设计才能突破。一旦六西格玛的思想能影响到公司中的研发设计部门时，六西格玛会升华到一个崭新的阶段--六西格玛设计（Design For Six Sigma，简称DFSS），这是六西格玛研究中的又一亮点。六西格玛设计是一个强有力的手段，它能够使产品设计从产品过程的最初阶段开始，就保证生产出的产品符合六西格玛的质量，使问题在发生之前就得以解决，满足最终客户的期望，而且获得可观的经济效益。

六西格玛设计的流程

与六西格玛改进的DMAIC流程相似，六西格玛设计也有自己的流程，但是到目前为止还没有形成完全统一的模式，比较典型的有DMADV(Define定义 - Measure测量 - Analyze分析 - Design设计 - Verify验证)，CDOV（Concept概念 - Develop研制 - Optimize优化 - Verify验证）和IDOV（Identify识别 - Develop研制 - Optimize优化 - Verify验证）等模式。下面以DMADV流程为主线介绍每个阶段的工作内容：

定义阶段

通过项目团队章程，创建项目计划，确定顾客需求，并根据顾客需求说明产品要求和目标，同时明确整个项目开展中所需的资源和受限条件。
测量阶段
确认采用何种方法获知顾客的需求，并将它们列入"顾客的声音（VOC）"清单中，将顾客的声音转化为实际的要求，确认关键质量特性（CTQ）的衡量方法。
分析阶段
利用创造性的方法确定可行的概念，使用符合逻辑的、客观的方法来评估可选的方案，确认并消除产品或服务失效的潜在可能。
设计阶段
落实具体的产品研制规划，尽量减少产品或流程的差异性（稳健性优化），调整输出信息，使其达到可测量的指标。
验证阶段
验证生产过程的能力，进行试生产，建立、测试并固化原型。

六西格玛设计的方法体系

实现六西格玛设计的理想目标，必须依靠更先进的工具和方法。关于为六西格玛设计服务的武器装备也很多，常见的有：风险分析、质量功能展开QFD、容差设计Tolerance Design、设计失效模式与影响分析DFMEA、TRIZ方法、可靠性分析Reliability、高级试验设计Advanced DOE、模拟Simulation、数据挖掘Data Mining、面向X的设计（X可以是制造、装配、测试、售后服务或环境等各方面）、信息可视化Information Visualizaiton等等。下面将分别介绍几个典型的工具。

质量功能展开

质量功能展开是实施六西格玛设计必须应用的最重要的方法之一。为了保证设计目标值与顾客的要求完全一致，质量特性的规格限满足顾客的需求，在六西格玛设计的首要阶段就要采用QFD方法分析和确定顾客的需求（设计目标值），并初步确定质量特性的规格限。在定义产品的时候，就需要应用QFD技术将顾客的需求科学地转化为设计要求，并确定关键质量特性CTQ和瓶颈技术。在产品研发后期也可以发挥辅助作用。

TRIZ方法

大量发明面临的基本问题和矛盾（在TRIZ中称之为系统冲突和物理矛盾）是相同的，只是技术领域不同而已。隐含其中的系统冲突数量是有限的，典型的系统冲突只有1250种。解决这些冲突所需的典型技术则更少，只有40种。这说明同样的技术发明原则和解决方案可以一次次地被重新使用。将这些有关的知识进行提炼和重新组织，就可以指导后来者的创新和开发。TRIZ体系正是基于这一思路开发的，打破了我们思考问题的心理惰性和知识面的制约，避免了创新过程中的盲目性和局限性，指出了解决问题的方向和途径。

高级试验设计

在产品研发阶段，往往会在试验设计DOE时遇到更复杂的情况。例如，预测模型中的参数为非线性结构，用一般的线性建模方法无法胜任，或者即使构建成功也会带来不可避免的较大误差；在只存在系统偏差、不存在随机误差的确定性流程中进行试验，如何将有限的资源转换为更有效的试验方案，充分揭示因子在规定范围内的行为特征显得尤为突出；工程问题千变万化，怎样根据实际情况对因子的类型、水平等进行设定，不再有传统设计方案无法考虑到的情况，同时能够平衡模型精度和资源预算之间的矛盾，快速地找到最经济可行的试验方案……所有这些问题都需要借助更高级的试验设计的理论和方法（如非线性设计、空间填充设计和定制设计等）来解决。

模拟

模拟也称仿真，是建立系统或决策问题的数学模型或者逻辑模型，并以该模型进行试验，以获得对系统行为的认识或者帮助解决决策问题的过程。常用的仿真方法也称为蒙特卡罗方法，上世纪八十年代起电子计算机的应用使它得以广泛应用。采用模拟方法的优点主要有两点：一是分析人员无需建立或实际完成拟议中的系统或决策就能够评价模型，或者在不干扰现有系统的情况下对模型进行试验；二是一般比许多其他分析方法更容易理解。

容差设计

容差设计一般在确定了可控因素的最佳水平组合后进行，此时各元件的质量等级较低，参数波动范围较宽。容差设计的基本思想是：根据各参数的波动对产品质量特性贡献(影响)的大小，从经济性角度考虑有无必要对影响大的参数给予较小的容差(如用较高质量等级的元件替代较低质量等级的元件)。这样做，一方面可以进一步减少质量特性的波动，提高产品的稳定性，减少质量损失；另一方面，由于提高了元件的质量等级，使产品的成本有所提高。因此，容差设计阶段既要考虑进一步减少在参数设计后产品仍存在的质量损失，又要考虑缩小一些元件的容差将会增加成本，要权衡两者的利弊得失，采取最佳决策。

设计失效模式与影响分析

DFMEA适合于产品设计阶段的失效模式与影响分析，找出影响产品质量和可靠性的各种潜在的质量问题和故障模式及其危害度和原因（包括设计缺陷、工艺问题、环境因素、老化、磨损和加工误差等），经采取设计、工艺和操作等层面的纠正措施，提高产品的质量和抗各种干扰的能力。

面向X的设计

顾客对于产品全寿命周期内的特性，如可靠性、寿命、使用维护、保修期、备件耗材的保障、不污染环境、全寿命周期的费用等均有明示的或隐含的要求。产品质量特性的实现和成本的形成也受到结构设计方案以外的许多因素如工艺、制造、装配、检验、使用维护、保障服务、研制周期、成本控制等的影响和制约。因此，为了在产品全寿命周期内增强顾客满意，必须针对有关的各种要素X，进行面向X族的设计（DFX）。所谓DFX，本质上就是面向产品全寿命周期的设计。目前，越来越多的公司已经开始启动六西格玛设计，六西格玛设计理论体系和应用工具的不断发展将是六西格玛管理的又一个里程碑。

六西格玛设计是21世纪质量管理的趋势

用通俗的方式来解释，六西格玛改进和六西格玛设计之间的区别在于：是对已有的发动机进行改进，还是发明一个新的发动机。或者，是在你的破裤子上钉上几个补丁还是买一条新裤子。传统的做法往往选择"调整"产品和服务流程中已经存在的问题--那是一种永远没有尽头的努力。事实上，六西格玛设计首先要确保的是"生产和流程设计过程中不出丝毫的差错"。这种方式有效地取代了那些对错误的检测措施，同时大大提高了产品和服务的顾客满意度。

六西格玛设计并不简简单单是六西格玛改进的延伸，而是一种从根本上完全不同的管理方式。六西格玛设计对六西格玛的改进方法很欣赏，但是六西格玛设计较之更进一步，向产品和服务设计的源头追溯到设计层次上以仔细检查出生产和服务流程中的缺陷，并不是停留在质量检验层次或是生产的层次。

六西格玛设计的内容能够融合企业中的关键职能，将顾客的声音转化为顾客需求，并对顾客需求的性能进行精确定位，去除顾客不愿支付的性能，减少多余成本，增加产品价值。同时，六西格玛设计还强调如何显著地提高产品的可制造性，减少装配时间，减少零部件数量，重复利用产品族中的部件，以及提高产品对于其零部件波动的稳健性，这些使得企业在全球任何地方都能以最低的成本、最少的库存和最快的速度进行生产或提供服务。

六西格玛设计通过在研发阶段的最早期将绩效因素融入设计中，找到产品或服务缺陷的源头。它教会人们用一种系统的方法，从设计项目的最初开始，就让最合适的人参与、问正确的问题和使用正确的工具。

六西格玛设计适用于任何行业、任何产品或流程的设计。它可以被用来创造新的产品和服务、优化软件设计和系统整合，或改善现有的产品表现。公司可以利用六西格玛设计确保产品和流程的设计、投入生产和投放市场具有更强的可靠性和更高的性价比，以避免投入巨大成本重新设计项目的情况出现。

六西格玛设计日益受宠的关键在于：运用科学的方法准确理解和把握顾客需求，以满足顾客需求为至高原则，对新产品/服务流程进行健壮设计，使产品/服务在低成本下实现六西格玛质量水平；同时，使产品/服务本身具有抗干扰的能力，即使使用环境恶劣或操作不当，产品/服务仍能满足顾客的需求。六西格玛设计就是帮助实现提高产品质量和可靠性的同时，降低成本和缩短研制周期的有效方法，具有很高的实用价值。通过六西格玛设计的产品/流程的质量，甚至可达到六西格玛以上的水平。因此，可以说六西格玛设计是21世纪质量管理、流程优化，和产品改进方法的发展趋势。(jmp)