一个完整的产品创新过程通常有总体规划、详细设计、工艺准备、生产制造、维护支持等五个阶段,以往这五个阶段都有独立的信息系统进行支撑,但系统与系统之间缺少集成,打个通俗的比方,这些系统之间有很多墙,信息要跨墙而跃,把墙拆掉的办法,就是应用PLM系统。

Abstract: Six Sigma focuses on eliminating defects by improving existing manufacturing and business transaction processes. Design for Six Sigma (DFSS) is a methodology of problem solving which starts with requirements and applies systematic techniques to develop robust designs. There is a mode of requirement management to support DFSS.

六希格玛管理着重于改善生产制造过程中的缺陷,面向六希格玛设计是一种方法论,从产品需求到生产制造的整个过程中可能发生的问题出发进行设计。本文提出一个面向六希格玛设计中的需求管理模型。

Key Words: DFSS, Requirement, PDM, PLM, Six Sigma

六希格玛,产品需求管理,产品数据管理,产品全生命周期管理

1.DFSS设计方法

    根据统计分析,不同的σ(希格玛)质量控制等级,企业付出的质量控制成本占总营业额的比例不同。


    目前产品开发普遍采用的方法是:

    * 在设计过程中逐步展开产品、部件、零件等需求;
    * 通过大量的设计叠代,逐步逼近最佳设计;
    * 最后采用样机测试确定上市的产品性能;
    * 产品在投入使用后,不断发现问题、改进设计、提高性能;
    * 在产品整个生命周期中不断完善产品的功能,直至该产品退出历史舞台。

    由上可见,目前的产品质量是测试出来的。

    为了提高质量控制等级,企业通常在生产准备和加工装配的过程中引入6σ的质量管理方法。实践证明测试出来的产量质量最多达到4σ等级。在加工装配阶段改正缺陷的成本远远大于产品开发前期调整设计的成本。为了突破4σ的壁叠,人们提出面向6σ的设计方法(Design For Six Sigma, DFSS)。DFSS产品开发方法特点是:

    * 利用DFSS方法自上而下分解产品各个模块的需求;
    * 采用率概论方法进行模块化系统性能仿真;
    * 最佳的设计方案应该是选择恰当的性能指标和合理的制造方法;
    * 在开发过程中充分考虑到产品的全部功能。
   
    由此可见,DFSS方法保证产品质量是设计出来的。

    DFSS认为变异存在于所有系统、子系统、零部件及各种过程中。如果在设计阶段不能及时辨认、了解和预测这些变异,则错误、返工和失败将是不可避免的。DFSS常用蒙特卡洛方法进行分析,具体流程图如下:

    通过蒙特卡洛方法,人们在产品开发的早期分析多种变异作用在同一个关键设计指标时的表现,从而提供健壮的总体设计方案,减少和避免产品生产、装配和调试阶段的缺陷数,实现6σ的质量等级。

2.变异来源

    变异分为可控制与不可控制两类。不可控制的变异如噪声等可以放到概率分布模型中。可控制变异又分为用户需求变化和总体技术指标的调整。通常可控制变异用下述模型进行管理:

    目前手工管理上述模型面临以下问题:

    (1)各级技术指标必须经过由上到下,由粗到精的分解和叠代过程。在手工管理中,技术指标的传递不实时、变化的影响不直观、叠代的过程难追溯,从而导致技术指标分配不合理、落实不到位,影响总体质量和研制周期。

    (2)各种变异经过层层传递,容易发生失真、延迟、遗忘、错位甚至丢失的现象。

    (3)变异的历史没有完整的记录。后期的事故分析、经验总结、资料归档等工作缺乏必要的原始资料,给交付正确的培训教材、使用手册及竣工资料带来很大的困难。

3.需求管理

    在DFSS方法中必须建立一套结构化的需求变异管理模型。该模型管理可能发生变异的系统、子系统、零部件及其对应的需求说明、关键目标、附加备注与相互关联。具体的需求管理模型有以下几种元素组成:

    关联

    描述需求与需求,需求与目标、构件、备注条、文件,甚至需求与PDM中的产品对象,需求与Project中的任务之间的关联。根据关联可以方便地查询任何一点的变化将会牵涉到其他因素,并自动发出相应的提示。

    构件树

    按照系统、分系统、零部件构成的构件树实际上就是一棵产品结构树。每个构件都有一套缺省的属性,其中用户可自行定义的重量、功耗、成本、可靠性等关键的技术指标均可实时反映在需求管理系统中,供全部有关人员共享。任何关键指标的变化均可立即通知相关人员开展必要的分析与变更。

    构件的全部或部分属性可以直接输出到Excel电子表格系统中,在Excel中很容易进行汇总、统计和概率分析。Excel中元素和构件属性的同步性保证任何叶节点上关键指标的变异能够立即反映到根节点上。

    需求树

    每个产品面对各种各样的需求,如立项需求,总体方案,结构设计任务书,测试大纲,培训教材,分系统开发合同,业务流程等等。通常每个需求可以分解成若干的子需求和子子需求,由此便构成一棵产品开发过程中内部的需求树。

    作为一个对象,无论是根节点,还是枝、叶节点上的需求均有一套属性,如所有者、创建日期等便于查询。需求的内容可以用文字、表格、公式、数据图片等各种形式进行描述。一旦把整棵需求树输出成文本格式的文件,便可以得到最新版本的立项报告、总体方案、任务书、测试大纲、培训教材、协作合同、业务流程等文件。文本文件中的各种元素和需求内容的保持一致。通过需求管理系统可以立即将任何需求的变异通知全部有关人员,保证协同工作中需求同步的要求。

4.质量设计

    采用DFSS方法提高产品的总体设计水平,保证产品的质量,具体操作如下:

    (1)将国家法律、设计标准、用户需求、会议记录、电话传真、经验教训等分解成相应的外部需求树。

    (2)建立产品内部需求树和构件树。

    (3)将外部需求与内部需求建立横向联,将内部需求之间建立纵向联系,将全部需求与构件建立联系。

    (4)一旦某项需求发生变异,根据上述横向与纵向的联系找到全部关联对象,进行必要的分析和调整。各种变异原因和原来结果记录在备注条上。

    (5)按照DFSS方法进行关键指标的概率分析,先自上向下分解设计指标,然后再自下而上验证目标。左下图描述起落架弹簧的长度和弹力系数在给定的概率分布条件下,起落架支架到地面距离的概率分布。调整弹簧的长度和弹力系数的公差设计,改变概率分布指标,保证支架到地面距离的制造结果满足规定的质量要求。


    (6)通过上述分析和验证后发布的设计任务书,提供准确的详细设计任务,保障达到预定的设计要求。右上图定义起落架中连接支架各安装位置的形位公差。通过随机数发生器生成2000个带有公差的连接支架和起落架装配。图中的正态分布曲线统计2000个样本中弹簧的实际长度及其概率分布。根据不同的质量要求便可以给出合理的、经济的、可靠的设计公差。不同的零件按不同的装配次序得到不同的结果,从而设计出最佳的工艺流程。

5.结论

    产品需求管理系统的效益:

    (1)任何需求变化一但发布,相关需求的负责人立即获得消息,同步开展工作。

    (2)总体设计人员通过该系统分解、传递、控制、协调各类技术指标,实时掌握各种变异,通过DFSS方法优化技术指标。

    (3)需求变化的历史落实到PDM中的具体对象和Project中的具体任务,有利于保证项目的质量和工程进度。

    (4)为实现6σ等级的设计与制造打下基础,极大地减少更改成本。

发表于: 2007-04-11 10:09 莫欣农的博客 阅读(3375) 评论(0) 收藏 好文推荐

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莫老师说的真好。--ewklxl
嗯 很不错 谢谢分享!--longlong899
莫教授,您好,想请您讲课,您的联系方式多少?--【匿名用户】:E-works热心网友
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莫教授,您好,我们是一家国内大型集团制造企业,最近要上PLM/PDM项目,希望聘请您为我们的选型专家,不知如何联系您?

谢谢!--【匿名用户】:鲁征
真知灼见--吴宇昊
信息化实施,基础工作非常关键,但是往往被忽略,莫老师的总结浅显易懂!--李翔
学习了!!!--asanmi
非常同意莫老师的意见。
也有不少人问过我这个问题,我觉得实施PDM,目的一定要明确,就像行军打仗,出发之前,敌人都不知道在哪里,这仗想不败都难。--愤怒的公牛

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