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六西格玛黑带项目
——提高数字湿度计的精确性

前言
0.1什么是六西格玛项目
一个六西格玛项目由DMAIC五个阶段组成，D是Define指界定问题，M是Measure指测量初始的因变量Y，A是Analysis分析原因，I是Improvement对确定的问题进行改进，C是Control对改进的成果进行控制。

0.2问题的提出
有一间OEM工厂，为某国际知名的公司生产数字湿度计，该数字湿度计在美国最大的超市沃尔玛出售，2003年，根据超市的反馈，该产品的退回率超过了10%，远远高于该超市的正常退货水平4%。鉴于这样的情况，如何提高顾客满意度、减少退货率，成为该六西格玛项目的首要任务。

1. D界定阶段（Define）：
1.1成立小组：
小线成员由该OEM厂的质量部经理、售后服务人员、生产线主管、生产线QC组成，组长是JUDY　ZHOU，MBB由公司领导担任。
1.2识别项目的关键质量特性CTQ（Identify Project Critical To Quality’s）:
同事从美国带回来4只客户退回的样品，对样品进行分析后得出结论：
表1:客户退回不良品的分析
湿度测试点
RH25%（+/- 8%）
RH60%（+/-5%）
结论
1
37 %
63 %
不合格
2
33%
59 %
不合格
3
30 %
62 %
不合格
4
失效
失效
用于固定湿度传感器的硅胶堵住了与外界的接触口，致使其灵敏性降低
注：RH是Related Humidity相对湿度的缩写。

从以上样品分析可以看出我们面临的问题是：
1) 顾客对湿度计的精确性有抱怨
2) 带回来的样品用现有的工艺余量判断仍是超标，但这部分产品如何到了顾客处，值得研究，从上面可以看出，湿度计的变异过大是我们面临的问题。
3) 工艺控制不良（点硅胶工艺）造成湿度计失效。
1.3开发团队宪章（Develop Team Charter）：
按照公司一贯的六西格玛质量要求，团队成员承诺在半年的时间里对数字湿度计的精确性进行改进，将RH25%时的Cpk（工序能力指数）由现有的水平提高到1.5。

2. M测量阶段（Measure ）：
2.1选择关键质量特性
将顾客的CTQ转化为过程的CTQ，很显然湿度计的精确性是顾客的CTQ。

图1 将顾客的CTQ转化成过程的CTQ
2.2测量系统分析:
对湿度测试系统进行测试量系统分析，抽五个样品，三个测量者，每个测量人员对五个样品各测3次，用Minitab做测量系统分析，结果如下：

表2 湿度测试设备的测量系统分析

从以上的分析结果可知，该测量系统的Gage R&R(量具的可重复性与可再现性)为32.57%，超出了可接受的最大数值30%（有些公司用20%做为最大允许值，如GE），经过现场观察与分析，发现测量系统的问题是以下原因造成的：
1) 产品测试的重复性差,是因为湿度传感器在湿度箱中存放的时间没有规范化，一般湿度传感器在环境中要存放1小时以后才能稳定，时间太短，其感应值不够灵敏。这是造成重复性差的原因
2) 人员之间存在比较大的误差，员工操作不规范，动作没有标准化，这是造成再现性差的原因
3) 针对以上问题，对测量系统进行修正，结果显示，Gage R&R等于14%，可以达到测试要求
2.3找出现有产品的基准线（Baseline）：
在生产线上，室温中保持60%的相对湿度是现实可行的，在RH60%时对产品进行100%测试，是易于操作与检测的，而RH25%的相对湿度在室温中很难模拟，在大批量生产时做100%检验也是不现实的，这也是为什么退回的产品在RH60%时都在规格以内，而在RH25%却会出问题，所以在这个项目中我们关注在RH25%时的工序能力指数。
对现场产品进行随机抽样，每5个为一组，共抽得12组数据，用Minitab进行分析，结果如下，现有产品的工序能力指数为0.55，经过分析拟将项目Cpk定在1.5以上。

图2 改进前在RH25%时的工序能力指数
2.4调查现有的SIPOC和工艺流程图（Process map），见下图：
现有的生产线在原材料检验时在三个湿度测试值的工艺余量都是+/-8%在RH60%时已经超过了出厂标准+/-5%。而在RH25%时，虽然入厂标准同出厂标准一样，但是一点安全系数也没有，从整个过程来看，只在原材料、IPQC做抽检，没有其它控制手段，很显然这个参数没有很好的控制，这是造成不良品漏到客户处的原因之一。

图3 SIPOC与工艺流程图
3. A分析 (Analysis)
3.1产品的工作原理是：
湿度传感器在不同的湿度情况下，其电阻值会发生变化，针对这种特性，可以将电阻值通过IC转化成为湿度数值。
从原理上分析，湿度计不精确首先同湿度传感器有关，但是线路板的附加电阻大可能也会造成总的阻值偏移，为了确定线路板是否主因，用DOE进行要因分析，挑选两个在生产线上湿度有线路板与湿度传感器，按下表进行全因素试验，重复次数为2，试验结果如下：

表3：试验设计
标准序号
试验序号
中心点
堆
传感器电阻
线路板编号
湿度显示值
3
1
1
1
305
2
37
2
2
1
1
842
1
20
7
3
1
1
305
2
37
8
4
1
1
842
2
20
4
5
1
1
842
2
20
5
6
1
1
305
1
37
6
7
1
1
842
1
20
1
8
1
1
305
1
37

图4 传感器与线路板的主效应显示图
从上图可知，湿度传感器是影响湿度计变异性的主因。而线路板的影响可以忽略。
3.2确认要因：
湿度传感器的变异值太大，工序能力指数仅为0.55。
IQC控制过程中，在RH25%时湿度的工艺余量为+/-8%太大，而在生产线上又缺乏有效的控制，所以造成漏检。
生产线审核过程中发现生产工艺的控制有问题，点硅胶的注胶孔太大，胶量不容易控制，容易造成湿度计感应孔被堵住。

4. I改进(Improve)：
针对问题，提出相应的改进措施：
1) 将IQC检验处的检验规范进行修改，收严标准，通过减少变异来提高Cpk，另外从控制湿度到控制湿度传感器的电阻值。即在Y=F(x)中从控制Y到控制自变量X，改进后的SIPOC见下图：

图5 改进后的SIPOC
2) 对湿度传感器，要求供应商对供货分上下偏差进行供货，这样生产线可以根据来料情况，通过改进线路板所用的集成电路以及所配电阻值进行补偿，这样使得产品的变异要降低一半，而原材料的价钱没有增加。
3) 加强工艺控制，更换硅胶枪采用出胶口小的枪，同时在其后工序的作业指导书中增加检验工位，保证工序过程中不要产生变异。

5 C控制（Control）：
5.1确认改进措施的有效性：
对测量电阻的测量系统评定，计算所得Gage R&R为5%，测量系统可以接受
对生产线抽样的结果进行工序能力指数计算：从下图中可以看出改进后的工序能力指数达到了2左右，与改进前比工序能力有了很大的提高。

图6 改进后，RH25%时的工序能力指数
而本项目的主要目的是控制湿度计的差异，对改进前后的数据用Minitab中的方差齐性检验来比较改进前后产品的变异的大小。
原假设H0：改进前后的方差是相等的
备择假设Ha：改进前后的方差是不相等的
从图7可以看出F-Test的P-value=0.000<0.05,
在95%的置信度下，H0不成立，接受Ha，即认为改进前后方差是不相等的。明显的改进后的方差比改进前减少了。

图7改进前后湿度显示的方差齐性检测
控制图：因生产线上对于RH25%时湿度有进行抽检，利用抽检的数据用控制图对产品进行工序控制，从而建立监控机制，从下图可以看出产品处于很好的受控状态。

图8 改进后的X Bar-R图
5.2改进措施的标准化：为了巩固改进的成果，有必要对改进措施进行标准化。
1) 修改工艺文件，将原材料检验中对湿度传感器的检验直接用电阻值来检测；
2) 与供应商重新签订技术合同，将原有的收货标准收窄，同时要求将产品分成上下偏差供货；
3) 采用新的集成电路；
4) 修改作业指导书，规范生产线的点硅胶工艺以及增加质量检验工位（在原有的工位上增加检验任务）；
5) 对生产线用控制图进行控制。
5.3改进后的收益：
以年产20万只计算，原有的生产质量水平下将会带来的不良品
0.55x3=1.65 查正态分布表
缺陷为：0.049471x200000=9894 (只)
以每只$8元计算，共节约
9894x8=$79153

对该OEM供应商而言，，如果不改进，该公司可能会丧失我公司的采购订单，这是该OEM供应商的最大的收益，同时由于加强了来料的控制，生产线的不良品率下降了，减少了返工成本。
通过本项目每年可为我公司节约79153元美金（因原产品为买断形式，退货就是我公司的损失），同时由于减少了退货率，大大地提升了公司形象。

备注：
1) 为保护供应商的机密，本案例中的数据已经过修改。
2) 本项目采用GE的六西格玛标准流程。

参考文献:
AON公司六西格玛黑带培训教材2002年版
GE六西格玛培训教材
Minitab guideline