【MBA教学案例】A公司降低SMT换线时间的六西格玛质量改善实践

PAGE2【MBA教学案例】A公司降低SMT换线时间的六西格玛质量改善实践(上)摘要：电子消费品市场具有顾客需求变化快、产品生命周期短、竞争激烈等典型特点，传统的大批量生产模式难以适用千变万化的市场环境，取而代之的是多品种、小批量、定制化的生产模式。这就必然要求企业的生产运作系统能够做到低成本、高效率、高质量和高柔性，六西格玛管理成了达到上述目标的一项关键技术。本案例通过A公司降低SMT换线时间的六西格玛质量改善实践，展示了六西格玛质量改善五阶段(DMAIC，即定义、测量、分析、改进与控制)的整个实施过程，以及六西格玛涉及的控制图、因果矩阵、MSA、FMEA、流程优化等工具和方法，为企业进行六西格玛和持续改进提供借鉴。关键词：精益生产，六西格玛，流程优化，质量管理引言2008年世界金融危机导致虚拟经济发生大规模资金链断裂，并且快速传导至实体经济，对制造业影响重大。作为一家消费电子产品企业，A公司成立初期产品利润率为10%左右，受金融危机影响，订单量不断下降，但物料成本、人力成本却持续攀升，产品利润率如今已降至3%左右。除了企业外部成本的增加，企业内部过多的搬运浪费、过长的生产等待时间、过高的WIP存货等所产生的成本，也压缩了企业利润空间。为使公司能够在恶劣的大环境中生存下来，并扭转困局确保持续发展，必须改革公司当前的生产运作现状，消除一切浪费以降低运营成本，提高效率以应对消费电子市场的快速变化。为此，A公司决定实施精益生产方式(LP)，尤其是采用六西格玛持续改善手段，达到“瘦身”和“灵活”的目的，提高竞争力。相关背景介绍A公司1996年成立时是一家由荷兰皇家飞利浦电子公司控股的消费电子类企业，2007年股权结构转变，外资退出，成为一家国有控股企业。现在，A公司已发展成通信终端和通信服务产品供应商，移动电话是其主要业务产品。公司有厂房面积近2万平方米，员工3000人左右。成立初期得益于中国廉价的劳动力和良好的内外部市场环境，公司发展迅速，年销售额稳定在18亿元左右。近几年，随着国内外经济环境的变化，早期的成本优势逐渐消失，良好的市场环境也趋于饱和，行业竞争更加激烈。在新形势下，公司发展面临空前的压力。为保生存，公司采取了裁员降薪的严厉措施，很多经验丰富的员工离开了公司，尽管暂时渡过了难关，公司的士气却大为挫伤。事实上，消费电子市场尤其是手机市场，具有顾客需求变化快、产品生命周期短、竞争激烈等典型特点。传统的大批量生产模式难以适用千变万化的市场环境，取而代之的是多品种、小批量、定制化的生产模式。因此，如何做到低成本、高效率、高柔性，是企业成败的关键。然而，A公司的实际管理过程却较为粗放，从采购、计划、生产到库存等各环节的准时化作业一直未得到真正实施，制造成本高，库存积压严重，交货期常被延迟。A公司高层已意识到这些问题潜在的危机，并决定采取改革措施扭转被动局面。A公司手机产品的基本生产流程如图21.1所示。从收到客户订单开始，计划部门依据订单安排生产计划，供应商物料经过品质检查(IQC)合格后存入仓库，仓库依据生产计划将物料配送到表面贴装车间(SMA)。表面贴装技术(SMT)是消费电子产品最为重要的一项技术，其工艺过程如下：锡膏印刷机将焊膏印刷在线路板(PCB)上，为元器件焊接做准备；贴片机将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上；光学检查机器检测贴片的质量，再用回焊炉将焊膏融化，使表面元器件与PCB牢固粘接在一起；功能检测设备则对焊接质量和装配质量进行检测，完成印刷线路板的装配。SMT工艺过程结束后，将显示屏(LCD)、线路板、镜片等物料组装在一起就完成了手机半成品的组装(FA)。最后在手机产品中下载客户端软件，包装产品副件，就完成了成品的组装(DC)。所有工序都设有出货品质检验(OQC)，只有合格品才能流入下一道工序，最终交付客户。图21.1A公司的生产流程公司运营现状分析为改善系统绩效，公司从人员素质(包括管理风格、变化意识、持续改善)、准时化生产体制(即JIT，包括均衡生产、连续流、按节拍生产、拉动系统)、自动化(包括自动发现异常、停线呼叫、解决问题)、弹性人力(包括人机分离、产线布局、工厂设计、多技能化、标准化)、支持系统(包括5S、可视化、全员生产维护、库存管理)等五大方面做了一个较为全面深入的“摸底”调查，各项指标评价标准为0～5分，分值越高，该项指标越好。最后将评价结果汇总成如图21.2所示的雷达图。该图显示，公司在各方面的现状与理想之间还存在较大差距。图21.2A公司现状雷达图为进一步明确公司在行业中的地位与表现，A公司对其生产运作关键指标进行了统计分析，从制造部门的角度考察了每小时人均产量、设备综合效率、单件制造加工费、机型变更时间、一线员工生产效率、制造部一线员工离职率、SMA员工多技能岗位数、FA/DC员工多技能岗位数、设备平均无故障工作时间(MTBF)、设备平均修复时间(MTTR)10个指标。从计划部门的角度考察了制造周期、准时交付率、计划预测正确度、成品在库天数、生产计划执行率、月未出货集中度6个指标。从采购部门的角度考察了物料及时送达率、物料送达周期、物料库存天数、物料在库实际差异率4个指标。从品质部门的角度考察了品质费用率、制程报废率、产品直通率、产品返修率、成品流出不良率、物料不合格率6个指标。这些生产运营的关键指标综合体现了一个企业的健康状况，通过量化的数据与优秀标杆企业相同指标进行比较(表21.1)，可以看出，公司仍有许多方面具备改善空间，甚至有些指标还没有进行有效管理。表21.1生产运作关键指标与标杆企业的对比分析根据对企业现状的分析，A公司认为目前绩效问题的根源在于生产效率低、生产费用高、生产周期长、生产品质差。结合产品和市场特点，A公司最终决定采用精益生产的方式，尤其是六西格玛持续改善技术，以消除一切浪费，提高效率，降低成本，提升质量。SMT六西格玛项目来源公司组织各部门召开了一次紧急会议，依据公司整体战略，结合公司和部门的年度目标，针对需要解决的重要问题，采用头脑风暴法提出潜在的六西格玛改善项目(表21.2)。表21.2潜在的六西格玛改善项目清单注：GB——绿带项目；BB——黑带项目；PMC——计划部；ENG——工程部；PROD——生产部。由于资源有限，时间紧迫，对于候选的六西格玛项目，公司从重要度和可行性两个维度进行了评价(各项指标评价标准为0～5分，分值越高说明该项指标越好)。衡量重要度主要看项目是否与公司及部门目标一致，项目的财务收益多少，项目的紧急度高低。衡量可行性主要看项目是否可控，数据是否容易获得，流程是否重复，项目能否在预定周期(6个月)内完成。通过汇总每个指标的分数，得到综合评分，最后依据得分高低选取优先实施的项目。由于“降低SMT设备换线时间”项目不仅可以直接减少产品生产周期，而且可以降低运营成本，还可以提高生产柔性进而提升企业对快速变化市场的响应能力，因此被选为优先实施项目(候选项目综合评价见表21.3)。

表21.3候选项目综合评价SMT六西格玛项目实施过程六西格玛持续质量改善的关键技术在于对现有过程实施DMAIC(Define、Measure、Analyze、Improve、Control)，即通过定义、测量、分析、改进和控制5个阶段，消除过程缺陷和无价值作业，提高质量，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。定义阶段SMT设备换线时间是指上一机型生产完毕转换到下一机型第一个产品产出之间的时间间隔。定义阶段的工作包括调查SMT换线现状、设定项目目标、确定项目范围、确定项目团队成员、制订项目计划、对项目的经济效益进行估算等。SMA车间目前共有生产线12条，其中长线4条，短线8条，长线和短线的生产流程类似(图21.1)，只是长线拥有更多的并行设备(如贴片机)，因此换线时间比短线稍长。图21.3对SMA车间每月平均换线时间和换线次数进行了统计分析，A公司SMT设备当前换线时间平均每次7小时，平均每月换线54次。由于换线时生产必须停顿，无法创造价值，因此属于无效工时，是企业的一种浪费。统计数据还表明，换线时间在无效总工时中所占比例为37.8%，是公司最为主要的时间浪费。加快设备换线速度，降低换线时间，对及时生产和准时交付意义重大。为此，A公司以目前最短换线时间为参考标准，设定SMT设备换线时间的改善目标为：从当前的7小时/次，降低到5小时/次。图21.3SMT每月平均换线时间和次数通过对生产流程的分析，将SMT平均换线时间(Y)定义为：总的设备换线时间/换线次数。Y可进一步分解为Y1(物料转换时间)、Y2(机器程度及治具转换时间)、Y3(胶纸板调试时间)、Y4(首件产品确认时间)四项时间，如图21.4所示，其中标记“**”的部分为构成SMT换线时间的主要部分，需重点研究和改善。图21.4SMT换线时间(Y)分解SMT六西格玛项目预计将产生的有形经济效益包括：①每年节约人工费用：13(生产线人数)×54(换线次数)×2(节约小时)×20(每小时人力成本)×12(月)=336960(元)；②节约的时间每年增加生产收入：300(生产线平均产出)×54(换线次数)×2(节约小时)×3(单件产品加工收入)×12(月)=1166400(元)。即如果SMT六西格玛项目实施成功，预计每年约有150万元(116.64+33.696=150.336)的经济收益。无形收益则是快速换线能在有限的时间内比原来生产更多的产品，加快了交付速度，提高了客户满意度。为确保项目顺利实施，A公司组建了“降低SMT换线时间”六西格玛项目团队。团队组织架构如图21.5所示。图21.5SMT六西格玛项目团队组织架构项目团队同时制定了项目实施的时间进度表(图21.6)，SMT六西格玛项目计划在6个月内完成。图21.6SMT六西格玛项目实施甘特图测量阶段六西格玛的测量阶段就是要通过科学、严谨的测量系统，记录过程中每个工序所用的时间，对换线过程的输入、输出及过程中可追踪的关键质量特性(CTQ)进行测量。运用测量系统分析(MSA)方法，项目组设计了SMT换线时间记录表，详细记录每天每一条生产线每次换线中各项活动的内容及时间，包括卸料、上料、机器校准、胶纸板生产、首件锡浆板生产、首件锡浆板测试等主要环节，并采用Minitab软件对换线时间数据进行统计分析，绘制单值-移动极差(I-MR)控制图(图21.7)。该图显示，换线时机器报警频繁导致首件锡浆板生产时间过长，换线时间波动大，说明换线流程标准化程度不够高。图21.7平均换线时间I-MR控制图(长线)为深入了解换线的每一项作业内容从而找到影响换线时间的关键因素，SMT六西格玛项目团队通过工序流程图对SMT换线过程进行分解记录，对每一项动作定义其输入、作业类型和输出(图21.8)。然后运用因果矩阵图(C&EMatrix)，列出换线的过程步骤、过程输入、涉及的工序时间、工序时间的重要性以及每个过程输入对工序时间的贡献度，并对各项内容进行评分(0～10分，得分越高说明对客户越重要，或者贡献度越大)，评分总和(=∑过程输入对工序时间的贡献度×工序时间的重要性)越大意味着该项过程输入越重要，越需要进行改进，最终结果如表21.4所示。对重要的输入因素(因果矩阵中得分总和60分以上)再进行潜在失效模式分析(FMEA，如表21.5所示)，预测SMT换线出现的不良情况，评估后果严重度，找出潜在原因，评估不良情况发生的频度，提出可能的控制方法，分析控制方法的探测度，并最终计算出风险优先数。风险优先数越高，意味着该过程输入导致的后果越严重，发生的可能性越高，越难控制。FMEA分析表明，上料工序中物料不齐套，首件锡浆板工序中机器报警多、贴装位置不精确，胶纸板检查工序中IPQC检查员检查不出不良品，胶纸板调试工序中技术员胶纸板调试不到位等，这些作业内容是产生问题的关键。测量阶段通过记录表、控制图、工序流程图、因果矩阵图、潜在失效模式分析等六西格玛技术手段，找到了影响SMT换线时间的关键因素，需对其做进一步分析和改善，以达到降低SMT换线时间的目的。图21.8SMT换线流程注：C——需要管控；U——不需要管控；CLC——设备的一种校准工具；BVM——设备的一种校准软件；IPQC——工序品质控制；PCBA——带元器件的PCB。

【MBA教学案例】A公司降低SMT换线时间的六西格玛质量改善实践(下)表21.4重要输入和输出的因果矩阵对客户的重要性排序2110011046101086总和123456789101112找料/备料时间卸料时间上料时间机器程序转换时间机器治具转换时间胶纸板生产时间胶纸板检查时间胶纸板调试时间首件板生产时间首件板测试时间首件板分析时间骤过程输入1调试技术员调机的熟练程度————————93——1202上料物料及物料存放位置9—9—————————1083首件锡浆板生产机器的状态—————————9—31084IPQC检查—————————9—31085上料及其数量——9—————————906首件锡浆板测试测试夹具的调试——————————93907首件锡浆板测试测试软件——————————93908首件锡浆板测试测试设备——————————9—729准技术员的熟练程度—————3—13———6610检查IPQC检查的熟练程度——————9—3———6611准技术员人数—————31——3——6412准标准夹具—————3——3———6013准CLC校准物料—————3——3———6014首件锡浆板生产锡浆板—————3———3——6015首件锡浆板分析产品工程师的分析速度———————————95416首件锡浆板分析产品工程师的分析能力———————————95417上料操作员上料的熟练程度——3———3——1——5218准源程度—————1——3———4019调试技术员调机的速度————————31——4020检查IPQC检查的速度——————9—————3621上料操作员人数3—3—————————3622上料上料台——3—————————3023生产元件位置图纸———————31———2824生产样板———————31———2825首件锡浆板测试测试程序——————————3—2426首件锡浆板测试系统设备校准——————————3—2427操作员人数——————3—————12生产28生产技术员人数——————3—————1229准待生产的CLC板—————1——————1030上料车——1—————————1031卸料操作员人数—9——————————932生产胶纸板——————1—————433工具箱————3———————334CarrierKit————3———————335卸料操作员熟练程度—3——————————336程度对照表———1————————0表21.5潜在失效模式分析编号流程工序输入潜在的失效模式严重度(越严重打分越高)潜在失效影响潜在要因发生率(发生越频繁打分越高)当前控制方法探测力(评估控制方法越有效打分越低)风险优先数=S*0*D推荐的措施1上料物料及物料存放位置物料不齐套8找不到物料物料没提前准备好5物料员提前核对发料清单，物料按12NC摆放在产线5200提前将物料备齐2首件锡浆板生产机器的状态机器未调试好，报警多；贴装位置不精确7增长首件板生产时间，首件不能顺利PASS物料上料不到位5操作员自检51753胶纸板检查IPQC检查的熟练程度检查不出贴装位置不良6首件不能顺利PASSIPQC培训不到位3板测61084胶纸板调试技术员调机的熟练程度胶纸板调试不到位6须重新生产胶纸板调试从而增长时间技术员相关技术能培训不到位4IPQC检查496建立培训指标及计划并落实，特别是针对新员工5首件锡浆板测试测试夹具的调试无法测试8首件不能喘利PASS没提前准备及调试好测试夹具4通知TE调试3966首件锡浆板测试测试软件无法测试8首件不能顺利PASS没提前准备及调试好测试软件4通知TE调试3967首件锡浆板测试测试设备无法测试8首件不能顺利PASS没提前准备及调试好测试设备4通知TE调试396准备备8上料操作员上料的熟练程度料物上不到位6机器生产时报警频繁操作员培训不到位3操作员自检590将转线计划提前通知TE并让其做好相关准备工作Feeder不良没提前准时将转线计划提前通9上料Feeder及其数量及备用数量不足5上料时间增长备好的及足够多5只能现场卸下原产品的物料375知TE并让其做好相关准备工作10首件锡浆板生产IPQC检查检查不出贴装位置不良6首件不能顺利PASSIPQC培训不到位2板测672将转线计划提前通知TE并让其做好相关准备工作11机器校准技术员的熟练程度8贴装位置不精确技术员相关技能培训不到位3机器警告及IPQC检查372建立培训指标及计划并针对新员工12首件锡浆板生产机器的状态机器未调试好；报警多，贴装位置不精确7增长首件板生产时间，首件不能顺利PASS有故障3维护及检修36313首件锡浆板生产机器的状态机器未调试好；报警多，贴装位置不精确7增长首件板生产时间，首件不能顺利PASS机器故障；校准不到位2机器定期保养34214首件锡浆板分析技术人员的分析能力及速度分析不出失效原因7分析时间加长技术人员相关技术培训不到位2板测228分析阶段为集中精力解决主要问题，SMT六西格玛项目团队采用Minitab软件将SMT换线各关键工序的时间数据绘制成帕累托图(图21.9)。可以看出，换线过程时间最长的工序是机器校准，其次是首件锡浆板生产，再次是上料和胶纸板生产，这四道工序的时间之和占总换线时间的比例高达87.7%，项目团队决定优先减少这些工序的作业时间。图21.9换线时间分布的帕累托图借助微动作分析(快照分析)技术，项目团队使用高速摄像机拍摄SMT换线的细微过程，截取上料步骤做重点分析，发现上料时工人走动过于频繁，影响了工作效率，如图21.10所示，其中“×”的动作代表非增值动作，其余为增值动作。一个改善方向是，通过提前备料和上料，杜绝线内人员找料动作，减少人员的走动、等待和搬运，消除非增值动作，节省时间。然后对重点步骤进行线内线外时间分析。线内时间是指必须在机器停止时进行的工作所消耗的时间，线外时间是指机器运转时可同步进行的工作所消耗的时间。改善的方向是，针对每个作业步骤制定明确的解决方法，将更多的线内时间转变为线外时间。具体包括：①卸料、上料。物料房提前准备物料可节约12分钟左右；生产线根据换线通知单提前做好卸料准备，可节约10分钟左右；每个楼层在机器旁提前准备好一个上料车可节约53.5分钟左右。卸料上料环节总等待、搬运和移动时间可减少33.81%(表21.6)；②校准。通过采取提前准备托盘等措施，可节省29.58%的时间(表21.7)；③打胶纸板。提前准备样板、元件、吸嘴等，时间上有65%的改善(表21.8)；④打锡浆板。提前准备分板机，制定标准作业流程，对员工进行集中培训，提高作业熟练度，确保上料动作规范，时间上有32.42%的改善(表21.9)。图21.10上料步骤中的非增值动作表21.6卸料、上料时间内外部改善评估表表21.7校准时间内外部改善评估表

表21.8打胶纸板时间内外部改善评估表表21.9打锡浆板时间内外部改善评估表改进阶段改进阶段主要通过流程优化和标准化，使原本无序的过程变得有序，工装具备可提前性和重复性。在卸料、上料流程中，增加了备用上料车，提前安装部分物料，取消了寻找物料车环节，将最后的串行作业改为并行作业(图21.11)。在机器校准流程中，更换待生产机型托盘和校准吸嘴可同时进行，安装校准物料和运行BVM校准可同时进行(图21.12)。在胶纸板、锡浆板生产流程中，将部分线内作业改为线外作业，如提前准备贴片用的胶纸板、印刷机用的锡浆钢网，检查安装状态等，大量采用并行作业(图21.13)。图21.11卸料上料流程优化此外，为提高SMT换线质量，设计了“SMA换线检查清单”(表21.10)，将换线前的准备工作进行点检确认，列明检查内容细节，记录检查结果，明确责任归属和管理监督，以保换线成功。同时，为更好地让操作员和技术员了解SMT换线的新标准流程，项目小组成员分批对操作员和技术员进行了培训和现场讲解。还开展了形式多样的比赛，例如，SMT换线龙虎榜竞赛评比活动，月度生产奖评比活动，吸引大量员工参与SMT六西格玛项目，提高他们效率意识，激发他们潜能，群策群力，提出进一步的改善建议。控制阶段为了巩固SMT六西格玛项目成果，项目团队将改善后的流程进行了标准化、文件化，形成了《SMT换线标准时间表》、《新版SMT工艺文件》、《SMA换线检查清单》、《SMT换线流程》、《组长换线准备工作确认表》等新的作业标准文件(部分内容见表21.11、图21.14～图21.16)，并在后续的生产计划、过程控制、员工培训、绩效考核中执行上述新标准。图21.12机器校准流程优化表21.10SMA换线检查清单工站序号检查内容检查结果检查人确认人备注/要求完成时间点转线前准备工作1组长负责提前1小时通知测试工程师/技术员提前转测试站转线前1小时2组长负责提前1小时通知产线技术员做转线准备转线前1小时3组长负责将欠料/钢网/印刷托盘等追到并在转线前好转线前1小时4组长检查新产品的1C是否已编程转线前1小时5组长做好两个产品的互换单(接线/按程序/同一客户的互换单)转线前1小时6物料员检查新产品有无欠料，列出欠料清单位转线前4～2小时7物料员备好新产品的独用料 转线前1小时 转线前1小时8若涉及物料要从一个楼层转到另一个楼层须提前转好，否则直接由物料员发到目的楼层产线9印刷机操作员检查新产品钢网是否已有 转线前1小时 10印刷机操作员准备好新产品的PCB胶纸11板(如有)技术员检查新产品印刷托盘是否已有转线前1小时12技术员准备好转线所需的相关工具 转线前1小时 转线前1小时表21.11SMT换线标准时间线别FCM无须校准FCM需要校准S1A4.04.5S1B4.04.5S24.04.5S34.04.5S44.05.0S54.05.0S64.04.5S74.04.5S82.02.5S94.04.5S104.04.5相同系列产品3.5注：FCM——快速贴片机。图21.14SMT换线卸料上料标准流程图21.15SMT贴片机校准标准流程图21.16SMT胶纸板、锡浆板生产标准流程项目团队还对SMT六西格玛项目实施过程进行了监控，后续的8～12月换线时间和换线次数数据如表21.12和图21.17所示，平均换线时间得到持续下降(由改善前的7小时/次降到改善后的3.5小时/次)，换线次数则从改善前的54次提高到85次，表明由于换线时间的降低，A公司可以进一步减少生产批量，增加生产品种，提高生产柔性，从而更好地适用多变的市场环境。SMT六西格玛项目实施效果：①有形效果(以基准换线次数54次为标准计算财务绩效)。每年节约人工费用：13(生产线人数)×54(换线次数)×3.5(节约小时)×20(每小时人力成本)×12(月)=58.968(万元)；节约的时间每年增加生产收入：3