品質工具應用於結構熱平衡之研究

摘要：研究中，採用「六標準差」（Six Sigma）方法的DMAIC管理步驟流程作為研究執行的依據，藉由市場調查、狩野（Kano）二維問卷[1]、品質機能展開（quality function deployment, QFD）[2]、競爭對手分析及專利佈局來分析現有技術並擬定研發方向，來開發結構熱平衡相關技術。在技術研發過程中，在機體同溫技術的冷卻模組開發，應用可靠度工程[3]手法導入設計來提昇冷卻模組的平均失效時間（mean time between failures, MTBF）；在載具開發上，利用田口實驗方法的直交表配合[4]有限元素法及多變數迴歸分析找出最佳的冷卻流道及冷卻條件並在載具產出後的相關實驗解析；經由品質工具的導入，將機體同溫技術由技術指標±0.5℃增進至±0.36℃，效能提昇23%。

Abstract: The research adopted the DMAIC management flow of design for six sigma method as the foundation. With the help of market research, two dimensional Kano, FAHP, QFD, competitor analysis, and patent portfolio, the existing technologies and the direction of the research were analyzed and planned respectively. In the technology development process, the reliability engineering was applied to enhance the mean time between failures, aka MTBF, of the cooling module for structure thermal control. Using the Taguchi experimental method along with the finite element method and multivariate regression analysis, the best cooling channels and conditions were resolved. Furthermore, the fault tree analysis was used to identify the failure events and sources to improve the system reliability. Through the use of these quality practices, the thermal control indicator was improved from ±0.5°C to ±0.36°C, which was 23% better. Two related patents were filed, and technical reports for structure thermal control were issued.

關鍵詞：品質機能展開、六標準差、可靠度工程、田口法、平均失效時間

Keywords：Quality Function Deployment, QFD, Six Sigma, Reliability Engineering, Taguchi Method, Mean Time Between Failures, MTBF

前言
工具機熱誤差[5]問題長期以來受到產業界與學術界的關切；觀察先進國家之技術發展趨勢，部分大廠便已將其熱誤差因應技術，視為達到高精度與高穩定度的技術象徵。為達到次微米等級之高精度表現，除了對於幾何精度有高度的要求限制外，如何將各個熱源的溫度變異降至最低，也是次微米工具機開發過程的關鍵技術。關於內部熱源的抑制方式，主要是在發熱源附近的結構件上，設計冷卻迴路或流道，我們使用田口方法中的直交表實驗設計將冷卻相關設計做參數規劃，並利用有限元素法分析軟進行冷卻參數及迴路分析找出初始最佳的冷卻條件，並與進行冷卻規格討論與評估，建構冷卻抑制與溫度管理技術，以實現次微米工具機結構熱平衡之精神。對於這些熱誤差，我們使用抑制流道方式進行冷却管路配置及設計配置點主要會以研究結果所發現的易發熱區域做分佈，其中我們會針對冷却管路路徑、管路大小、流體溫度及流體流量配合直交表做溫度實驗及結果分析，以期達到熱抑制最佳化的目的。

研究架構
本研究主要為開發工具機結構熱平衡技術，以市場調查、專利及主要競爭對手相關技術分析，結合品質工具及可靠度工程技術配合所建立的高精確度熱模擬分析技術做熱平衡技術的研究開發。研究內容主要有：（1）熱抑制流道規劃及設計技術、（2）高準確度熱誤差模型建立技術、（3）熱誤差量測技術、（4）機體同溫控制技術，全程研究架構如圖1所示。

我們採用六標準差流程DMAIC方法，並結合品質工具之應用，進行設計流程的展開與品質管理，各階段執行重點分述如表1所示。