设计六西格玛能力
本文是由两部分组成的系列文章的第一部分。第二部分将刊登在3月份的杂志上，讨论优化现有流程以实现6能力。最终的优化被称为六西格玛(6σ)，其实践者被称为黑带。这听起来像是一种神秘的艺术，但实际上它是一种数据驱动的方法，可以实现近乎完美的质量。
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本文是由两部分组成的系列文章的第一部分。第二部分将出现在3月号上，将讨论优化现有流程以实现6能力．最终的优化被称为六西格玛(6σ)，其实践者被称为黑带。这听起来像是一种神秘的艺术，但实际上它是一种数据驱动的方法，可以实现近乎完美的质量。
上世纪80年代，一场客户满意度“革命”席卷了美国企业，推广了关注客户满意度对企业有利的理念。书名为终身客户，卡尔·休厄尔和保罗·布朗著，质量是免费的,没有眼泪的品质这两本书都是菲利普·克罗斯比(Phillip Crosby)所著，许多商界领袖都在阅读。员工参加质量改进课程，组建质量圈，组织客户满意度改进小组。对一些公司来说，投资从来没有产生过预期的结果。事实上，NBC新闻的汤姆·布罗考(Tom Brokaw)最近报道说，许多在80年代奉行顾客满意哲学的公司在90年代又回到了利润驱动的哲学。对于摩托罗拉公司(Schaumburg，伊利诺伊州)、通用电气公司(Fairfield，康涅狄格州)和AlliedSignal公司(Morristown，新泽西州)等其他公司来说，实现客户满意意味着好生意，而好生意就等于好利润。
耐心带来巨大回报
提供优质的产品和服务是客户满意的核心。对于那些坚持客户满意路线的公司来说，财务收益一直不错。例如，1987年至1997年间，摩托罗拉的销售额以每年17%的复合增长率增长(1997年为277.9亿美元);年复合利润为17.2%(1997年为11.8亿美元);股票价值以每年16.5%的两位数增长。此外，摩托罗拉的低质量单位成本降低了84%以上;员工生产率提高了204%(平均每年12.3%);产品的可靠性提高了五倍以上。
AlliedSignal于1994年将6σ纳入其全面质量流程。AlliedSignal六西格玛和生产力副总裁Raymond C. Stark解释说:“我们的质量流程为持续改进提供了基础。六西格玛增加了在整个公司实现重大变革战略的能力。6σ原理的全面应用在1998年为AlliedSignal节省了5亿美元，到目前为止为15亿美元，并预计在1999年再节省6亿美元。
1995年，通用电气董事长兼首席执行官杰克•韦尔奇(Jack Welch)承诺，通用电气帝国将在2000年之前达到6σ质量。1995年，通用电气的运营水平大约是行业平均水平的3西格玛，韦尔奇的愿景是一个很大的目标，但通用电气在实现6σ业绩方面正在取得进展，并估计到本世纪末，6σ将为净利润贡献额外的50亿美元。1998年，韦尔奇先生预计6σ将产生约7.5亿美元的净收益。
使用统计技术来生产高质量的产品并不是一个新概念。沃尔特·休哈特、w·爱德华兹·戴明和约瑟夫·朱兰等先驱将质量推向了最前沿。二战后，质量受到许多日本公司的青睐。30年后，Phillip Crosby引入了零缺陷的概念。但直到80年代，摩托罗拉将6σ制度化，以改善寻呼机、手机和其他产品的生产，统计过程控制才引起了商业领袖的注意。摩托罗拉在6σ技术上的成功使其成为产品改进的工具。如今，6σ技术已扩展用于改善业务的各个方面，从营销到订单录入，再到技术支持。
σ意义
| σ数字 | 百万个缺陷数 |
| 1.5σ | 500000年 |
| 2.0σ | 308300年 |
| 2.5σ | 158650年 |
| 3.0σ | 67000年 |
| 3.5σ | 22700年 |
| 4.0σ | 6220年 |
| 4.5σ | 1350年 |
| 5.0σ | 233 |
| 5.5σ | 32 |
| 6.0σ | 3.4 |
| 六西格玛不是三西格玛的两倍，它几乎是二万倍。 来源:控制工程 |
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历史流程能力
直到最近，一种工艺被认为具有令人满意的3σ能力。这意味着如果将过程控制极限置于过程能力曲线上，则控制上限(UCL)将位于中心右侧的3σ处，控制下限(LCL)将位于中心左侧的3σ处(参见Sigma能力曲线)。两个控制界限之间曲线下的面积(占总面积的99.73%)代表符合规范的产品或服务。在控制范围之外的区域(仅占总面积的0.27%)代表不符合规格的产品或服务。当转换为百万缺陷率(DPM)时，0.27%相当于2700 DPM。统计学家发现，过程经常偏离中心1.5σ。当3σ过程偏离中心1.5σ时，只有93.32%的曲线下面积保持在控制范围内。这相当于67,000 DPM。当一个过程获得6σ能力时，同样发生1.5σ的中心偏移，该过程仅产生3.4 DPM(见Sigma能力图)。
实现客户的全面满意需要一个完整的过程，获得6σ能力证明该过程是有效的。在摩托罗拉，这叫做质量体系审查;AlliedSignal和GE简单地称之为六西格玛。无论名称如何，这些都是经过优化的良好过程，可产生出色的结果。
6σ最纯粹的形式是一种测量和分析工具，但知识渊博的从业者知道，质量可以用它来设计。使用结构化方法，可以开发健壮的设计。鲁棒性是通过一个能力指数(Cp)来量化的，它是一个特征的最大允许范围与正常±3σ变化的比值。例如，一个6σ设计将产生Cp等于2 ((UCL - LCL) / 6σ = 2)。Cp大于等于2的设计能够生产非常可靠的产品或服务。
GE Plastics (Mt. Vernon, Ind.)使用形式化方法设计稳健的化学过程来生产工程塑料，如LexanT, UltemT, ValoxT和NorylT(参见设计六西格玛能力图)。使用一系列“收费”GE塑料“六西格玛设计”(DFSS)方法指导项目开发，并确保始终使用最佳实践。在每个收费站内，详细的关键要素必须在项目进展之前完成。每个元素都由详细文档、电子表格和数据库支持。当信息输入DFSS软件时，完成的关键元素框会改变颜色。如果没有软件和业务负责人的确认，就无法获得通过收费站的批准。遵循最佳实践设计方法允许早期识别大多数项目风险。了解了风险，设计师可以消除或最小化风险，从而满足项目目标和期望。虽然遵循形式化的设计方法并不新鲜，但在许多公司中遵循它的纪律一直是零星的。
出现在最佳实践设计方法中的关键元素包括:
理解关键质量(CTQ)外部客户要求;
了解CTQ内部客户需求;
进行失效模式和影响分析(FMEA);
执行实验设计(DoE)以确定关键变量;而且
基准测试以消除歧义。
确定、记录并确保理解外部和内部客户的需求，并将其构建到解决方案中，无论是产品还是服务，都是至关重要的。通用电气发那科(GE Fanuc，弗吉尼亚州夏洛茨维尔)硬件开发经理比尔•斯塔克豪斯(Bill Stackhouse)说，“六西格玛流程帮助我们定义客户认为的‘质量关键’，也就是我们所说的ctq。GE发那科的VersaMax PLC和I/O系统的标签明显体现了在产品设计中满足外部和内部ctq的一个例子。VersaMax是由GE发那科和OEM(原始设备制造商)客户分销制造的。原始设备制造商希望指定塑料外壳颜色(外部CTQ)。生产一种易于库存、易于回收的环保产品是内部的CTQ。为了满足这些ctq要求，GE发那科需要用激光蚀刻取代纸质标签。为了使蚀刻信息在不同的外壳颜色下清晰可见，GE发那科与其塑料供应商(GE plastics)合作设计了一种塑料，在激光蚀刻后提供对比度，便于阅读。
一个有效的过程控制系统需要在计划阶段仔细研究。必须探索和理解每个过程、产品或服务的潜在失效模式。必须进行初步的FMEA以评估潜在的问题。在调查过程中获得的知识用于规划控制系统。信息——如确定哪些重要特性需要控制、如何控制它们、当过程变得不稳定时如何反应等等——对于将过程维持在控制上限和下限范围内是必要的。
在一个复杂的过程中，有多个相互作用的变量，需要通过实验来确定变量对过程输出的影响。进行集中的实验将“重要的少数”变量与“微不足道的许多”变量隔离开来。
6σ从业者常用的两种DoE方法是经典方法和田口方法。Carol Kavanaugh, C.F. Kavanaugh & Associates(加拿大安大略省金斯顿)解释说:“经典方法和田口DoE方法之间的主要区别是，第一种方法不要求实验者在实验开始前对相互作用的存在或不存在做出假设。“无论选择哪种DoE方法，在确定影响输出的关键变量之前，都无法完成提供6σ能力的产品或服务的设计。”(有关比较经典和田口DoE方法的更多信息，请访问www.kavanaugh.com．)在过去，许多项目的批准和实施都是基于“直觉”和直觉。设计一个提供6σ能力的流程需要量化数据。在六西格玛设计方法中使用“直觉”将不允许通过“收费站”。
基准数据可以从现有的类似设施、试验工厂、竞争分析、购买的数据库、调查和互联网研究中获得。
样品的标准
| 国税局电话税务咨询 | (2.2σ) |
| 餐馆账单，医生处方，工资处理 | (2.9σ) |
| 一般企业 | (3.0σ) |
| 航空公司行李处理 | (3.2σ) |
| 一流公司 | (5.7σ) |
| 美国海军飞机事故 | (5.7σ) |
| 在31年里差了2秒 | (6σ) |
| 航空业死亡率 | (6.2σ) |
| 资料来源:Control Engineering, Motorola和GE | |
工序A的产量很低，工序B的质量成本最高，
步骤C的产能效率最差。如果这三个项目成功
只有一半的好处，流程和利润都大大提高。
选择项目、人员、工具
六西格玛方法论是一个简单的概念。确定正确的突破性项目。找出最能胜任突破性项目的黑带候选人，在四个月的时间里，将正式培训和全职专注于使用正确的工具和方法来成功完成项目。
为了让6σ启动并运行，在培训如何使用工具之前就选择了项目和人员。联合信号(AlliedSignal)研究员、黑带大师威廉·j·希尔(William J. Hill)博士解释说:“参加我们6σ培训的入场费是一个合格的项目。这就避免了为了训练而训练。”
确定合格的项目需要了解公司的指标，如轧制产量、低质量成本和产能生产率(请参阅选择正确的项目)。
轧制产量(Rty)为各主要工艺步骤首次通过收率的乘积。如果一个工艺在三个步骤中的每一步都有90%的首次通过良率，则Rty计算为0.9 x 0.9 x 0.9 = 0.73。这一结果表明，通过该工艺生产的首道产品有73%符合规格。
劣质成本(COPQ)包括无法生产并向客户交付100%质量的成本。这些成本包括由于产品质量不合格而产生的所有活动的成本，如返工、分类和混合。外部成本成本还可以包括保修成本和客户退货的维修。
Capacity-productivity(C-P)跟踪提高吞吐量或减少制造操作或服务的周期时间的进展。
AlliedSignal技术项目专家Kenneth McIntyre在改进AlliedSignal的基于活动的管理(ABM)工作中发挥了重要作用，他说:“从直接成本计算转向ABM对帮助6σ取得成功非常有益。六西格玛工具依赖于流程图的开发，而ABM提供了业务的流程视图，使其更容易分配美元价值。”
许多客户满意度或质量努力未能达到预期的一个原因是，它们被添加到员工的职责中。在摩托罗拉、AlliedSignal和通用电气，全职团队管理、推广、进行培训、改进质量流程，并分享最佳实践。因为永久消除“邪恶的”产品和服务缺陷需要勤奋、特殊培训和独特的技能，六西格玛从业者自豪地拥有黑带大师、黑带和绿带。(少数6σ项目包括黄带、白带等等级)
类似于在武术学科中不断进步，6σ鼓励人们不断“磨练”技能，并努力达到更高的熟练程度。
当人们能立即应用新知识时，他们通常学得更快，记住更多所学知识。因为黑带候选人被仔细匹配到合格的项目，热情和成功率非常高。Sigma突破技术公司(德克萨斯州圣马科斯)的高级副总裁Stephen Zinkgraf博士是6σ的长期倡导者，他说:“化工厂的黑带在第一次通过过程区时平均可以节省30万到50万美元。化学操作从这些早期项目中学到的是‘旋钮’以及每个‘旋钮’对性能、产量和质量的影响。”
黑带大师的资格因公司而异，但最重要的是，黑带大师是训练有素的老师、导师和项目节省的交付者。黑带大师具备黑带的所有资格，并直接负责了至少20个成功的突破性项目。联盟信号大师黑带还至少有一年的高级技术和业务培训。达到大师黑带的最终批准来自一个由商界领袖和同行组成的委员会。
黑带通常拥有大学学位，并在自己的领域工作。黑带在四个月内接受为期四周的培训，并使用预先选定的项目作为培训的基础。培训后，黑带提供全职的高水平突破项目领导。
绿带通常拥有大学学位，并在自己的领域工作。绿带在黑带的监视下工作，领导较小的项目。绿化带接受3 - 6天的6σ方法培训，为期2 - 4个月。对预先选定的项目进行培训。绿带项目分配的一个例子是需要改进作为较大项目一部分的测量系统。
日本武士带着七种工具进入战场。虽然6σ方法的工具集正在扩展，但每个6σ实践者都精通7种基本工具，并将其带入提高生产率和质量的“战斗”中。
直方图通常以钟形曲线的形式出现，显示平均范围和分布;
因果关系图提供了影响输出的条件的可视化表示。例如，控制系统联锁屏幕;
检查表;
帕累托图按降序显示哪些因素造成了最多的缺陷;
图;
控制图绘制抽样数据，表示工艺输出与时间的关系，其形式便于确定工艺是否处于统计控制之中;而且
当数据相互关联时，散点图可以显示分层。例如，与不同供应商相关的原材料数据可以产生有意义的信息。
能够使用基本工具集是6σ黑带培训的先决条件，其中强调使用先进的质量和统计技能，重点关注过程改进的四个主要阶段;测量、分析、改进和控制。
有经验的6σ实践者认识到，第一次通过的项目获得收益几乎就像从地上捡水果一样容易。同一领域的后续项目需要更好地使用工具，更好地解释数据，更有创造性地解决问题，并引入更新、更复杂的工具集。希尔博士解释说:“工具集的变化发生在两个方面。首先，结合定量严密性和使用统计基础的想法生成工具可以捕捉市场需求和关键的客户需求，以帮助开发新想法。第二，当我们重新审视过程以收获更高的果实时，需要模拟和模型来帮助理解基本的关系和过程，以增加产量和减少缺陷。此外，在模型上进行DoEs可以消除扰乱实际过程的风险。”
摩托罗拉、AlliedSignal和通用电气等几家先锋公司已经对六西格玛设计过程进行了微调，以获得竞争优势。幸运的是，今天选择采用六西格玛设计方法的公司可以从这些早期先驱的努力中受益。访问www.altavista.com，输入“六西格玛设计”，你会找到更多关于六西格玛的资源和信息，比你想象的要多。那你还在等什么?
99% (4σ)足够了吗?
每小时有两万封邮件丢失。
每天几乎有15分钟不安全饮用水。
每周有5000例错误手术。
每天在大多数主要机场有2次短程或长时间降落。
每年有20万张错误的处方。
每个月几乎有7小时没有电。
对很多人来说，99%的“好”意味着优质的产品或服务;但这份名单可能会改变这种想法。
来源:摩托罗拉
六西格玛软件足够好吗?
今天，软件以多种形式出现，并且是许多产品的集成部分。有操作系统软件、应用软件，以及用户针对特定进程开发的软件。在所有这些软件中，有可能有数百万行代码来控制一个进程，所以这就引出了一个问题;6σ质量(每百万行代码有3.4个缺陷)是否可以接受?
软件开发人员在阅读过程能力的概念时，经常得出结论说它不适用于他们。程序员通常不相信他们有规格限制。
摩托罗拉公司软件开发副总裁Terry Heng博士解释说，良好的工程实践应该应用于软件，就像它们应用于其他学科一样。通过遵循卡耐基梅隆大学(匹兹堡，宾夕法尼亚州)软件工程研究所(SEI)所提倡的标准、工具和技术，开发可靠的软件是可能的。但亨博士警告说，软件需求的快慢会影响软件的质量。在快速轨道上生产的软件大约是3σ。一个人一年左右生产的软件大约是4σ;而在两个人的时间内开发出来的软件将接近6σ。”
SEI对软件开发过程进行等级排名。满足SEI 3级要求的软件约等于5.8σ， 4级软件约等于6σ， 5级软件约等于6.3σ。美国宇航局航天飞机上使用的软件是5级。根据Heng博士的说法，摩托罗拉正在生产符合SEI第4级的软件，其中一些元素达到了第5级。
从软件中剔除bug一直是一种负担，通常通过回归测试来完成。但是对于1000万行代码，回归测试可能会花费很长时间。Heng博士分享道:“现在有一些调试工具可以生成3级(5.8σ)软件，而且还在不断改进。摩托罗拉管理软件质量的方法之一是通过可重用模块。一旦一个模块被设计、开发、测试和认证，就鼓励程序员“按原样使用”。' '
展望未来三到四年，软件开发将继续通过加速使用认证模块和自动软件布局和代码开发工具来消除人为因素。“会有人认为自动工具不能写出高效的软件，这是事实。但为了5%的改进而让人类进入并‘试用’软件是不值得冒险的。”
那么，6σ软件足够好吗?如果软件被用于医疗诊断设备、飞机飞行控制系统、工业安全系统，或者在我的信用卡上计费，就不会。
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CompactPCI系统接近六西格玛能力
使用Enea OSE Systems (Dallas, Tex.)的操作系统软件，摩托罗拉计算机集团(Tempe, Ariz.)正在交付具有99.999%(约5.7σ)可用性的CPX8000系列CompactPCI系统。这种级别的可用性是通过每个活动组件的冗余实现的，在系统继续运行时，可以交换任何活动模块进行维修或升级。冗余扩展到系统槽处理器板。两个CPU(中央处理单元)板可以一起工作以分担工作负载，在发生故障时可以回退到单个CPU，或者一个CPU板可以在备用模式下工作，准备在主CPU故障时接管。OSE的实时操作系统(RTOS)是为高可用性和容错应用程序的严格要求而设计的。RTOS增加了软件扩展，以确保硬件和软件热插拔能力，并协助快速部署容错系统。
OSE的链接处理程序允许设计团队实现进程间通信，而不管应用程序是使用单个还是多个cpu。使用链接处理程序，应用程序进程之间的通信是透明的，即使这些进程位于不同的系统节点上。
OSE的程序处理程序支持在运行时加载、更改或删除程序。内置的监督功能允许在程序被删除或重新出现时向应用程序中的进程发出警报。OSE的消息传递体系结构提供了大型应用程序，例如分布式电信系统，具有极高的容错能力和高效的信号处理，从而产生高数据吞吐量。
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