李凤霄

（哈飞集团 哈尔滨市平房区友协大街15号 150066）

摘 要：本文介绍了六西格玛管理的基础知识，对六西格玛设计（DFSS）进行了解读，举例介绍了TRIZ在六西格玛设计（DFSS）中的应用。

关键词：六西格玛管理；六西格玛设计（DFSS）；TRIZ

目前我国正处于经济蓬勃发展的时期，中国已经成为世界制造业大国，现代服务业也颇具规模，但我国企业也正面临着严峻的挑战。我们只有不断加强自主创新，不断改进和采取新的管理方法与技术，才能从根本上提高我国企业管理水平和产品质量。六西格玛管理是一套系统的业务改进方法体系，是旨在持续改进企业业务流程，实现客户满意的管理方法。TRIZ是系统创新方法。

1 初识六西格玛管理

六西格玛管理是一套系统的业务改进方法体系，是旨在持续改进企业业务流程，实现客户满意的管理方法。它通过系统地、集成地采用质量改进流程，实现无缺陷的过程设计（六西格玛的设计，简称DFSS），并对现有过程进行过程定义、测量、分析、改进、控制，简称DMAIC流程，消除过程缺陷和无价值作业，从而提高质量和服务、降低成本、缩短运转周期，达到客户完全满意，增强企业竞争力。换句话说，六西格玛就是一个代名词，其含义是客户驱动下的持续改进。其方法体系的运用不仅局限于解决质量问题，而且包括业务改进的各个方面：包括时间、成本、服务等各个方面。其方法体系也不仅仅是统计技术，而是一系列的管理技术和工业工程技术的集成。

1.1 六西格玛的统计含义

 σ是一个希腊字母，在数理统计中表示“标准差”，是用来表征任意一组数据或过程输出结果的离散程度的指标，是一种评估产品和生产过程特性波动大小的参数。

西格玛质量水平则是将过程输出的平均值、标准差与质量要求的目标值、规格限联系起来进行比较，是对过程满足质量要求能力的一种度量。西格玛水平越高，过程满足质量要求的能力就越强;反之，西格玛水平越低，过程满足质量要求的能力就越低。六西格玛质量水平意味着百万出错机会(DPMO)中不超过3. 4个缺陷。

1.2 六西格玛的管理含义

今天，六西格玛已远远超出其统计含义，成为一种客户驱动下的持续改进的管理模式。企业推行六西格玛，也不仅仅把六西格玛(3. 4DPMQ)作为一种目标或指标，六西格玛还有更为深刻的多重管理含义，包括:

(1)六西格玛目标。

实际上，实施六西格玛并不一定要达到六西格玛水平的质量，而在于对过程进行突破性的改进和创新。六西格玛目标就是“又精又准”：使过程趋于目标值并减少波动，追求零缺陷，追求完美。

(2)六西格玛方法。六西格玛在方法层面强调系统集成与创新，这里特别要指出，六西格玛绝非仅仅应用统计技术解决问题，它是一套系统的业务改进方法体系，其工具和方法包括现代质量管理技术、应用统计技术、工业工程和其他现代管理技术、信息技术等。

(3)六西格玛文化和战略。将六西格玛价值观和改进方法融人企业文化，列为企业的战略，提升企业战略执行力，促进组织完成其使命，实现其愿景和战略目标。

1.3 六西格玛管理的作用

实施六西格玛是“一箭多雕”的、多赢的战略选择。实施六西格玛的好处多种多样，包括减少成本、提高生产力、增加市场份额、留住顾客、减少运作周期时间、减少错误、改变公司文化、改进产品和服务等。其作用可归纳为以下四个方面：

l        问题解决和成本降低。解决困扰公司的重要而复杂的难题，降低不良质量成本。这些难题包括产品和服务质量间题；运营成本问题;生产率、流程周期问题；市场和顾客流失问题;环境和安全问题等。

l        文化变革。建立持续改进和创新的企业文化，消除沟通壁垒，形成一种同心协力克服障碍，人人积极关注、参与改进和创新的文化氛围。

l        战略实施。六西格玛还可以是一种全面提升公司竞争力和经营管理成熟度的战略。通过战略实施可以：提高顾客满意度，留住顾客，增加市场份额；减少缺陷错误，降低风险和成本；改进产品及服务，使企业获得持续的成功；加快改进的速度，可以帮助企业在改进绩效的同时加速改进流程。

l        员工发展。培养下一代领导者，促进员工职业发展。

六西格玛带给员工的是解决问题的方法。员工不仅仅通过培训学到知识，而且要将所学知识应用到实践中，通过实践完全掌握解决问题的科学方法，为组织带来丰厚的回报，同时提高员工的个人能力。通过员工个人行为的改变，促进学习和相互指导，提高人员素质，进而改变企业整体的文化氛围，使企业成为一个学习型组织。

六西格玛管理为企业实施持续、突破性的改进和创新提供了所必需的管理工具和操作技巧，也为企业培养了具备组织能力、激励能力、项目管理技术和数理统计诊断能力的领导者，这些人是企业推进变革和竞争的核心力量，使企业降低质量缺陷和服务偏差并保持持久性的效益，促进快速实现突破性绩效，帮助企业实现战略目标。

1.4 六西格玛管理方法论

六西格玛管理有两种模式：DMAIC和DFSS

六西格玛改进的模式—DMAIC过程分五个阶段实施，每个阶段的工作内容如下:

界定阶段（D）：确认顾客的关键需求并识别需要改进的产品或流程，组成项目团队，制定项目计划，决定要进行测量、分析、改进和控制的关键质量特性(CTQ)，将改进项目界定在合理的范围内。

测量阶段（M）：通过对现有过程的测量和评估，制定期望达到的目标及绩效衡量标准，识别影响过程输出Y的输入Xs，并验证测量系统的有效性，确定过程基线。

分析阶段（A）：通过数据分析确定影响输出Y的关键Xs，即确定过程的关键影响因素。

改进阶段(I)：寻找最优改进方案，优化过程输出Y并消除或减小关键Xs的影响，使过程的缺陷或变异降至最低。

 控制阶段(C)：对改进成果进行固化，通过修订文件等方法，使成功经验制度化，通过有效的监测方法，维持过程改进的成果并寻求进一步提高改进效果的持续改进方法。

2 解读六西格玛设计（DFSS）

2.1 什么是DFSS（六西格玛设计）

DFSS是独立与传统六西格玛DMAIC的又一个方法论。

DMAIC流程对产品的质量优化仍具有局限性。众所周知，质量首先是设计出来的，实践表明，至少80%的产品质量是在早期设计阶段决定的，所以没有DFSS，仅采用DMAIC流程来提高产品的质量，其成效是有限的。若想真正实现六西格玛的质量水准，就必须实施DFSS。DFSS是一种实现无缺陷的产品和过程设计的方法。它基于并行工程和DFX( design for X)的思想，面向产品的全生命周期，采用系统的问题解决方法，把关键顾客需求融人产品设计过程中，从而确保产品的开发速度和质量，降低产品生命周期成本，为企业解决产品和过程设计问题提供有效的方法。

随着六西格玛研究的进一步深入，经验表明一旦流程的能力达到了4σ到4.5σ的时候，对流程的进一步改善很难取得突破，只有通过对流程或产品的重新设计才能达到更高的能力。因此一套应用于新产品设计和流程设计的六西格玛方法论DFSS应运而生，其相对应的就是DMADV理论――定义（Define）、测量（Measure）、分析（Analyze）、设计（Design）和验证（Verify）。

DFSS是按照合理的流程、运用科学的方法准确理解和把握顾客需求，对新产品/新流程进行健壮设计、使产品/流程在低成本下实现六西格玛质量水平，同时使产品/流程本身具有抵抗各种干扰的能力。六西格玛设计是帮助我们实现在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。

这是一套有别于DMAIC的理论，它不是在原来流程上的改善，而是对新产品或新流程的设计。六西格玛设计的模式—DMADV过程每个阶段的工作内容如下:

l        定义阶段(D)：主要是收集市场和客户信息、找到突破的机会和目标、并且对新产品和新流程进行风险评估；

l        测量阶段(M)：主要是把市场和客户的信息进行整合和分解；在分析阶段，把市场和客户的信息进一步细分，并把它们转化为产品和流程必须要具有的特性或功能；

l        设计阶段(D)，针对产品和流程必须要具有的特性或功能，进行流程设计，包括可预测性设计、可生产性设计、可靠性设计等，得到比较好的实行方案；

l        验证阶段(V)：对新的产品和流程进行验证，收集数据，以便进一步完善和优化。

在DFSS中，应用了许多有意义的工具如项目风险分析、质量机能展开（QFD）、TRIZ理论、稳健实验设计（Robust Design）、容差分析（Tolerance Analyze）、可靠性分析（Reliability Analyze），这些工具为顺利完成新产品或新流程的设计提供了很好的保障。

2.2 什么时候使用DFSS？

DFSS可应用于产品设计的不同阶段，包括“客户声音”的需求转换与分解、概念设计阶段、系统工程阶段、可靠性设计与分配、子系统的详细设计、单元与模块功能设计、结构设计、软件设计、系统集成测试等。通过不同阶段的并行设计真正将“客户的声音”匹配到设计流程中，使企业做到“Do the right product right”。

 企业六西格玛实施是一个系统工程，因为六西格玛本身就是一个系统的理论来提升公司的竞争力，达成公司内部目标和满足客户需求；下图很好地显示了六西格玛在提升公司竞争力、达成公司内部目标和满足客户需求的理论框架；可以看到六西格玛设计是企业成功实施了传统六西格玛（DMAIC）之后的自然延伸和必要。

2.3  DFSS项目会给企业带来什么益处？

?降低产品上市时间，从源头控制质量；

?有效降低产品整个生命周期的失效成本；

?减少产品批量生产后的设计更改次数；

?使产品对环境、物料、工艺等波动包容性增强，可靠性真正达到6σ或更高的水平；

?通过稳健性设计满足DFX（可制造性、可维护性、可装配性）的要求，可有效减少制造的难度与存货成本。

2.4 DFSS常用的工具和方法

QFD：客户需求识别

亲和图技术

VOC分析与排序

产品竞争性、策略分析

优先矩阵法和交互矩阵法

标杆管理

平衡计分卡

TRIZ创造性技术基础分析

Pugh设计方法、约束理论与转换方法

多元矩阵分析技术

价值分析、目标成本分析

系统工程方法、公理性设计方法

设计过程偏差Vriation识别与降低

田口三次设计方法

Dual响应曲面法应用技术

缺陷识别与防止技术

Monte Calor仿真法、过程拟合

可制造性与可装配性设计方法

Poka-Yoke设计防错法

MTBF、MTTR基本概念与可靠性分解方法

潜在失效模式与影响分析FMEA研发应用

可靠性管理RAMS的应用

3   TRIZ在DFSS中的应用

TRIZ理论主要用来解决在设计过程中遇到的资源限制、系统冲突和各种物理矛盾。

系统设计主要应用于DMADV的界定需求(D)和研发(D)阶段。为了达到六西格玛质量水平，首先必须论证和确定先进可行的总体设计方案，从某种意义上说，产品的成败、产品能不能达到六西格玛质量水平，首先取决于总体设计方案。界定和研发阶段采用的主要方法是:深人分析确定顾客需求(QFD)、论证确定总体设计方案、攻克瓶颈技术、完成产品的结构和零部件设计并制定加工工艺等（系统设计包括TRIZ，FMEA等）。系统设计的内涵包括自顶向下的设计、公理性设计和解决创造性问题的理论(TRIZ)等。

DFSS是主要针对新产品和新流程的设计而提出的六西格玛方法论。在设计过程中，必然会遇到资源的限制、系统冲突和各种物理矛盾，合理利用TRIZ理论将给DMADV的实现带来很大的帮助。

在一个新产品的设计过程中，我们可以把DFSS的DMADV方法论用以下的图示表达出来。

 每个新产品都是根据市场的需求而开发的，所以作为DFSS，公司首先是把市场需求转化为产品信息（性能、外观、成本等），然后转化为设计研发信息（功能、外观、零部件等），但是设计出来的产品还必需具有可生产性，所以设计的信息将由工程部转化为生产信息（如生产工艺等），最后生产出来的产品由相关部门进行质量控制，也就是说需要有质量控制标准。

所以在这一系列过程中，都会产生一定的偏差，导致最后生产出来的产品不能满足最终客户（市场）的需求。因此，DFSS提出的DMADV方法论中，相应的应用了一系列方法和工具去保证信息的偏差最小化。其中QFD可以用来把客户的信息转化为产品信息和工艺信息及控制标准；稳健性设计贯穿与整个设计过程中；而TRIZ则可以更多的用来如何设计满足某项功能的实现，即把产品的信息转化为设计信息。

如在笔记本电脑中，下壳都会有橡胶脚垫，以前的产品的设计如下所示：

 图1 原设计                             图2 TRIZ设计

在原来的设计中，希望脚垫不会脱落，但是粘合剂容易受温度的影响而失效脱落。

根据TRIZ的原理，实际问题是希望减少或者不用粘合剂，但是这样会导致脚垫脱落；于是转化为普通问题是优化的参数是26物料数量、弱化（恶化）的参数是13物体稳定性（脚垫容易脱落）；进而在冲突表中找出普通问题的解决原则可以有以下几个：原则15动态性，原则2提炼，原则17移到新的尺寸或维度，原则40复合材料；经过头脑风暴和实际经验的判断，利用原则17移到新的尺寸或维度，把橡胶垫和下盖的尺寸作图2的改动，达到了最终的目的。

系统冲突是TRIZ方法的一个核心概念，用于描述隐藏在问题背后的固有矛盾。如果要改进系统的某一部分属性，其他的某些属性就会恶化。如在飞机的结构设计中，结构的重量和强度是一对矛盾，通常减轻结构的重量就必然削弱结构的强度;相反，要增强结构的强度则必须增加结构的重量。二者都是飞机结构的关键属性，构成了一对系统冲突。为此现代飞机结构通常采用铝合金结构件，并逐步向复合材料结构发展。例如：Boing787飞机整体材料中复合材料的比例以经达到整机的55％，Airbas380飞机整体材料中复合材料的比例以经达到整机的45％。典型的系统冲突除了重量一强度冲突，还有形状一速度冲突、可靠性一复杂性冲突等。

 物理矛盾是在DFSS中经常遇到的问题，TRIZ理论给出了解决物理矛盾三种方法：把对立属性在时间上加以分隔、把对立属性在空间上加以分隔和把对立属性所在的系统与部件分开。

 在超音速飞机的发展过程中曾经必须解决气动力上的一个难题：为了优化飞机的亚音速性能，要求采用小后掠角、大展弦比的机翼；为了满足超音速的要求，则要求采用大后掠角、小展弦比的机翼。两种要求使机翼必须处于互相排斥的物理状态。这一矛盾可以用第一种方法(即时间分隔法)解决，即采用变后掠翼设计。通过在飞行的不同阶段(不同时间)相应调整后掠角，满足了飞机在亚音速与超音速状态下的不同气动要求。

 另外就是起落架的设计。在起降过程中要求飞机有起落架，支持飞机在地面的滑行过程；在飞行中则要求不要有起落架，以免增加飞行阻力。为此设计了可收放的起落架，在起降时伸出机体外，飞行时则收回起落架舱中。

从上面的实例可以看出，如果把TRIZ理论应用在DFSS的设计步骤中，可以有效的激发设计灵感，缩短设计时间，得到最佳方案。

参考文献：

[1]马林主编，六西格玛管理（第2版），中国人民大学出版社，2008

[2]上海质量管理科学研究院编著，六西格玛核心教程：黑带读本，中国标准化出版社，2002

[3][美]乔杜里著，方海萍，魏青江译，六西格玛设计，机械工业出版社，2003

[4][美]坦南特.杰著，吴源俊等译，六西格玛设计—新产品/新服务完美投放市场，电子工业出版社，2002