六西格玛设计DFSS-研发方法金字塔之流程层 （研发方法理论体系之三）

在上一期中，(研发方法金字塔最高层-研发项目管理 （研发方法理论体系之二）)，我们介绍了研发方法金字塔的最上层，即研发项目的决策层，常用的方法论有NPI/IPD/Stage Gate（门径管理），它是研发作为一个企业核心活动的体现，研发需要调动一个企业全部的资源。像前面提到的NPI是管理层的工具，关注的是宏观的决策，所涉及到的不仅仅是研发团队，还有一个企业所有部门的配合，任何一个环节的缺失、脱节或者执行不到位，都会导致整个研发项目的失败。例如，我们设计出来的某个组件无法找到合适的供应商，就需要采购部门的支持；再比如，NPI要求回答如何保护我们的知识产权，以及如何避免侵权，就需要法务部门（知识产权部门）的支持；再比如我们所研发的产品是否具有商业价值，市场规模有多大，就需要销售部门来回答这个问题；我们企业是否有现成的设备、厂房来生产，是否有现成的操作人员，就需要工厂（或生产线）的确认．．．．．．就如同我们要打仗，打仗并不是仅仅有勇猛的战士就可以了，还需要粮食生产、弹药生产、运输、通讯、侦察等各个环节，任何一个环节的疏忽，都会导致整个战役，甚至整个国家的失败，历史上已经有许多这样的教训，数不胜数。

虽然不同的部门承担着不同的任务，而且这些任务与技术团队所承担的任务是同等重要的，但通常他们在项目上需要花费的精力并不一定有很多，除非有个别特殊的情况。技术团队需要承担更大的技术风险，突破所有的技术瓶颈，难度往往是最大的。绝大多数项目的失败，是因为技术上难以突破造成的。因此，研发部门的重要性无疑就凸显出来了。那么，有没有一些方法论可以支持研发团队更加有效地突破技术瓶颈，更快地解决技术难题呢？答案是有的。这就是我们要讲的第二个层级的方法论。这个层级的方法论的任务，就是引导研发团队，一步一步地实施，交质量地解决技术层面的问题。在这一层面的方法论，并不太多，通常用的是从六西格玛理论中衍生出来的DFSS（六西格玛设计）。现在，我们就介绍一下DFSS这一研发团队用到的流程型方法论。

DFSS（六西格玛设计）

NPI提供了产品研发过程中的决策，让研发项目始终处于一个正确的轨道上，并能够获得企业所有部门的支持。但它只规定了在不同的阶段，不同的部门应该完成的任务，但并没有提供相应的工具。在企业实践NPI或IPD的时候，往往存在落地难的问题，使许多企业实施的时候流于形式，成了“填表格”，“认真地走形式”。

DFSS（六西格玛设计）则是介于宏观战略性工具与研发工具层之间，起着承上启下的作用。它是工程技术团队应该掌握的方法论。它为研发项目提供了大量更具可操作性的工具，这些操作性更强的工具按照先后顺序有机地结合起来，可以有效地提高研发项目的质量，提高研发项目的技术水平。它可以在技术层面让研发团队开发出质量更高的产品。

虽然我们了解到在这一层级上的工具仅有DFSS这一种工具，但DFSS的路径有很多，不同的企业及组织所引入的路径都不尽相同，有的把DFSS分为DMADOV（定义Define-测量Measure-分析Analyze-设计Design-优化Optimize-验证Verify），有的分为DMADV（定义Define-测量Measure-分析Analyze-设计Design -验证Verify），有的分为IDDOV（识别Identify-定义Define-设计Design-优化-Optimize--验证Verify）、DIDOV（定义Define-识别Identify-设计Design-优化Optimzie-验证Verify）、IDOV（识别Identify-设计Design-优化Optimize-验证Verify）等。虽然它们的路径名称各不相同，但我们的研究发现，它们所包含的工具以及所需要完成的任务大同小异，并没有本质的差别。

现在，我们就以在六西格玛领域推进最为成功的企业通用电气的DFSS路径为例，向大家介绍一下DFSS。作者在国家能源集团北京低碳清洁能源研究院推行的DFSS近10年时间里，从无到有地建立起了运用DFSS执行研发项目的企业文化，DFSS已经成了低碳院研发人员解决技术难题时重要的工具，成了低碳院的名片。我们所采用的正是通用电气DMADOV的技术路径。我们就以此为例简单介绍一下DFSS，让读者有一个大致的概念。

国家能源集团北京低碳清洁研究院的DFSS（六西格玛设计）路线图 

DFSS强调把客户的需求挖掘出来，并将它们转化成为技术团队所要研究的CTQ（关键质量特性），并将它们进行分解成为各个子项目，逐步分析出项目的风险，然后识别出关键因子，最终建立起CTQ与关键因子的量化关系（即传递函数），最后通过控制关键的因子使CTQ达到客户的要求。

为达到这一目标，DFSS中包含有大量的方法论作为工具，这些工具以一种逻辑顺序有机地结合起来，一种工具的输出作为另外一种工具的输入，实现了数十种工具（方法论）的协同。

国家能源集团北京低碳清洁研究院的DFSS（六西格玛设计）路线图及工具 

下面，我们介绍一下DFSS每一个阶段所包含的内容：

1、定义（Define）阶段。研发团队通过对客户进行鉴别、分类、采访等方法，挖掘分析出客户之声（VoC），并通过QFD方法将客户之声转换成为项目的技术指标，即一系列CTQ，对每一个CTQ都应该进行定义。另外经常用到的工具还有时间节点分析和项目管理上的风险分析等。这一阶段最重要的输出是项目计划书。

2、测量（Measure）阶段。通过CTQ下展，对一个大型项目进行分拆，分拆成一系列可操作性更强，但有机结合起来的小项目。另外，还包括测量系统分析，即MSA，即项目初始阶段就需要明确各个 CTQ的衡量标准，测量方法，以及验证测量系统是否可靠，以保证测量数据的可靠性。

3、分析（Analyze）阶段。它包括概念设计、结构（过程）设计、风险评估等。

    a)概念设计。在这一阶段，主要是对问题进行分析，产生概念设计，产生概念设计的方法可以是TRIZ（发明问题解决理论），也可以是头脑风暴或文献调研等方法，团队产生概念设计之后，可以用概念筛选的方法，比如普氏矩阵等方法把最有希望的解决方案筛选出来，以进行进一步的实施。

    b)过程（或结构）设计。当确定了方案后，需要将解决方案进行细化，如果研究对象是一个产品（装置），可以进行结构设计，画出结构图；如果研究对象是一个过程，可以用过程设计。产生具体的解决方案，画出流程图，并开发出标准操作流程。

    c) 风险分析。对结构设计进行风险评估，这里常用的工具是设计FMEA（设计潜在失效模式及后果分析， Potential Failure Mode and Effects Analysis），可以评估出产品设计中的风险。对于过程，可以运用过程FMEA评估，把过程进行分拆为不同的工序，然后评估出每个工序中的风险。

    d)可靠性分析。就是基于类似产品或者已有产品的历史，在设计之初就对产品的可靠性进行预测，指导产品设计，使之达到客户期望的可靠性指标，另外它也可以让我们在设计阶段就预测产品的保修成本。

    e)DFSS计分卡。是指了解关键设计参数的目前水平，不需要精确知道Y与X之间的关系，就可以粗略估计产品设计出来后的能力水平大致在多少，另外，也可以让我们找出系统的瓶颈。

    在这一阶段的重要输出，就是一系列潜在的重要影响因子。这些影响因子（x），需要在下一步进行更加深入的研究，并将它们与CTQ之间的量化关系确定出来。

4、设计（Design）阶段。这一阶段的重要工具包括实验设计DOE，回归分析等。在这一阶段，我们可以运用DoE这一科学的方法，对大量的潜在因子进行研究，确定出哪些因子是关键因子，然后进一步产生CTQ与因子（X）之间的量化关系，即传递函数（Y=f(x)）。基于这个传递函数，我们可以从机理上研究这些因子是如何影响CTQ的。

5、优化（Optimize）阶段。基于设计阶段产生的传递函数，对多个CTQ并结合多种限制条件进行多目标优化，找出使各个CTQ达到最优的x因子的组合，另外，还可以通过误差传递的方法找到最为稳健（皮实）的参数组合，然后提出合理的公差范围。尽量将生产中可能遇到的问题解决在研发当中。

      a)多目标优化。因子x的变化可能会引起几个CTQ值的同时变化，因此需要将多个CTQ同时优化，找到同时满足多个CTQ的因子的条件，这里用到的工具有Solver和蒙特卡洛模拟等寻优的方法。

      b)统计变异源分析。就是找到对CTQ值的变异来源，并加以量化，作为后期控制精度的依据。

      c)稳健性设计。其实是DFSS项目的目标，是将设计目标的平均值控制在客户需求的范围之内，同时将波动变得最小。这样可以使产品在生产过程中，对于参数的变化不敏感，有效提高产品的一致性，从而提高产品的Cpk。

      d)防错。即尽量改进我们的设计，通过工程设计避免人为疏忽带来的错误。

      e)公差分析与分配。在设计阶段也是非常重要的。公差的提出需要综合考虑公差对Y波动的影响，成本以及加工的难易程度等因素。

6、验证阶段。包括加速寿命测试、工厂以及供应商控制计划、统计过程控制以及文档起草与监控等。

      这个阶段通常通过加速寿命测试来验证可靠性指标，暴露设计缺陷并加以解决。然后交付给生产部门，并希望他们根据前面优化出来的条件进行控制。并且对供应商提出要求，或者寻找新的供应商等。最后，形成指导文件，巩固项目的成果。

      DFSS的总体思想可以用Y=f（x）来表达。Y指的是CTQ，x指的是影响Y的因素（因子），f指的是Y与x之间的量化关系。

      下表是作者多年在企业中推进DFSS中形成总结出来的，不同的阶段所要完成的工作，以及所需要用到的工具，以及各个阶段的输出。这些工具有机地结合在一起，使团队可以开发出更高水平的产品。 

DFSS提供了一个研发团队高效执行项目的流程，它包含着大量的方法论（工具），这些工具在上表中已经列出，这些工具可以作为DFSS流程的一部分，也可以作为一个独立的工具来使用。如果一个项目团队不需要执行DFSS流程，只需要完成其中的一部分工作，例如团队需要攻克其中的一个技术难题或者完成其他的某一个目的，就可以运用其中的一个工具或者组合几个工具来解决问题。这样的工具包括DoE、TRIZ、FMEA等。

在未来的文章中，我们将会对各个具体的工具进行分别介绍。

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孙永伟，博士，注册六西格玛设计(DFSS)黑带大师，TRIZ五级大师，研发方法理论体系的提出者，对外经济贸易大学国际商学院实践教授，天津大学创新创业导师，TRIZ理论的畅销书《TRIZ打开创新之门的金钥匙I》和《TRIZ打开创新之门的金钥匙II》两本书的作者，目前已经获得授权的发明专利30余项。曾任GE（通用电气）全球研发中心工程师、GE能源集团黑带、GE油气集团项目经理等职。孙博士曾获得中国质量技术领域的全国质量技术奖。经他签发不同类别研发方法论认证证书的专家达5000多人，其中多位已经成为企业研发方法论推进负责人。20多年来，他一直在企业和研究机构的研发第一线，具有丰富的企业内部推进六西格玛和TRIZ等先进研发方法论的经验以及运用这些方法论解决实际问题的能力，曾多次受邀到德国、波兰等欧洲国家及韩国、马来西亚、印度等亚洲各国介绍方法论的推进经验。

邮箱：ywsun@yeah.net或sunyongwei@irdmi.org。

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RDMI（国际研发方法协会, The International Research and Development Methodologies Institute)旨在将把全球领先的企业在研发项目中起到关键作用的方法论进行研究、提炼、融合，并加以推广，以提升工程师的研发能力，从而提高企业的研发水平，助力企业开发出高质量的产品。RDMI关注的研发方法论对应于解决企业研发过程中遇到的不同层面的问题，从战略层面到执行层面，关注从各个方面提高企业的研发水平。RDMI关注的方法论包括但不限于NPI/IPD、DFSS（六西格玛设计）、TRIZ、FMEA、DoE等。

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