“二毫米工程”推动美国汽车质量大改进

20世纪70年代末，由于石油危机，省油的日本汽车在美国市场打开局面，消费者发现日本车不但省油，质量与可靠性也高于美国车，于是日本车崛起如日中天，市场份额增至30%。而昔日世界最大的汽车制造商通用汽车，从1970年的45%跌落到1990年的33%。美国汽车制造商从王者之位跌落。福特与克莱斯勒也丢失大量市场份额。

质量挑战催生二毫米工程

为此，美国“车体精密制造联盟”（Auto Body Consortium,或ABC）启动了“二毫米工程”等一系列项目。车体精密制造联盟（ABC）是一个九十年代初在美国由政府，企业和大学合办的联盟，它的起始任务是帮助底特律三大汽车公司大力改进汽车车体装配精度。这里车体装配精度是由车体尺寸波动范围（6x标准差）来定量确定的，越小越好。当时日本车是在二毫米之内，欧洲车在2.5毫米左右，美国车普遍大于三毫米，最坏的可达八毫米，这显然是巨大的质量差距。所以该联盟一开始就定了把美国的装配精度改善到二毫米的目标。这就是“二毫米工程”名字的由来。

二毫米工程的起源和密西根大学的吴贤铭教授有很大的关系，吴教授虽然是机械专业的博士毕业，但他还有MBA学位并深知统计学，并在1983年有专著“时间序列分析及应用”。

在吴教授求学和执教的期间，正是工业传感器，计算机，信息技术等不断植入生产过程，很多工业流程中的重要参数得以实现实时采集，比如工件的实测尺寸，化工反应器中的温度，压力的实时测量值等。然而，很多厂家并不知道如何充分利用这一资源。吴教授是一个非常敏感的学者，再加上机械和统计的“双料专家”的优势，他非常关注数据分析，其专著中的方法就很适用于用工业数据建模。因此，他很早就热心收集分析这些工业数据，并应用分析结果，和建立的数学模型来进行工业过程中反馈控制以改进加工质量。

1987年，吴教授到底特律附近的密西根大学工作，那时，整个美国汽车行业，特别是底特律，正受到来自日本的严重挑战。他访问底特律的很多工厂，希望厂家能够提供工业数据，由他来提供免费分析和服务，并把分析报告送到厂家。这些数学分析，确实帮助了企业改善了质量，于是越来越多的工业客户开始跟他进行合作。在这期间，美国的三大汽车公司为了改进汽车车体装配精度，在各大汽车装配厂安装坐标测量机（CMM）和光学坐标测量机（OCMM），这些测量机可以在汽车车体装配的流程中实现车体尺寸的全流程，多工作站，100%的跟踪测量。

图 | 在线OCMM车体

当时，这些机器实时产生海量数据，但装配厂不知道怎么用这些数据来监测和改善车体装配精度。吴教授和他的团队采用了多种统计学方法来分析这些数据，如时间序列方法，多变量统计方法，并结合机械机理，与装配厂工程师一起工作，以分析结果为导引，找到了一些影响车体装配精度的原因，做了过程改善，使改善车体装配精度有所进展。之后，吴教授密西根大学团队，通用，克莱斯勒，八个供应商，两所大学（密大和韦恩州立大学）向美国国家标准局（NIST）提出成立“车体精密制造联盟”（Auto Body Consortium）的提案， 目标就是利用各个汽车装配厂测量机的海量数据，由大学团队下工厂，提供数据分析支持，与车厂和供应商人员组成多个混合团队，集思广议，挖质量问题根源，提出，测试和落实解决质量改方案。这个提案在1992年得到批准，并得到三年约一千四百万美元的资金(1992-1995)。这就是二毫米工程的开始。

车体精密制造联盟是一个以政府部门，加盟公司，加盟学校构成的联盟。在美国，这种联盟一般由政府部门牵头，定义战略方向并写出招标书（Request for Proposal (RFP)）,政府出一部分钱，公司出大头，然后不同公司，学校，以及其它个体，可组成团队根据要求写投标书，由独立审查团队给标书打分，优者胜出。胜出的联盟会成立领导机构，并根据项目内容建立自上而下的组织，基本单元是专业团队，一个团队管一个分项目。通过组织管理，团队要经常交流和汇报工作。考核有联盟内部考核，也有专门雇用的联盟外的独立机构考核。

扎扎实实的质量进步

在这个三年起始期间，车体精密制造联盟（ABC）从四个方面；车体尺寸实时测量，数字化过程控制，车体装配和技术转让，实施了十一个项目，每个项目都有特定的参加单位和混合团队，有组织有计划的执行。这三年ABC获得了很大成功， 在1992年12月，第一个美国装配厂达到了二毫米的指标，之后又有若干厂达标。在1995年，密西根大学团队开发并安装了Process Navigator的程序，它可以实时检测，分析车体测量数据，实行质量监控，故障诊断。其后，在1998年联盟开发了“最佳测量机布置监控方案”，以高效全面掌控车体装配精度。在这个联盟大项目的推动下，工程师们找到了不少影响车体装配精度的原因，在2000年开始从车体及装配过程上改进设计，从源头上解决了不少问题。

在1992年，由于意外吴贤铭教授不幸去世，密大团队继由倪军，胡世新，史建军等领导。

在1995年，由于二毫米工程的重大成功，及密大团队其它的项目业绩，美国国家标准局（NIST）又批准了一大批第二波的项目，把工作范围阔大到与汽车机械加工精度有关的14个方面，如喷漆，焊接，轻金属加工，薄板冲压等。合作的公司也阔至其它非汽车产业，比如波音，GE等。后来密大的团队成立了吴贤铭制造研究中心（S.M. Wu Manufacturing Research Center）。直至如今，他们还不断的得到政府和工业界的项目，开发新领域，巩固了二毫米工程的成果。

这个二毫米工程的工作模式的要点是：充分挖掘和分析在线，实时的工业数据；并且有机结合现代统计模型工具（及人工智能工具）和工业过程机理，把数据变成科学的过程模型（计算机模型），作为管控、改进、优化工业过程的武器。而且尽管有大学的大力投入，由于吴教授的传统这个项目坚持了“双面手”导向，理论研究和工业实践相结合，两面都出成果。

美国汽车抓质量

从二十世纪70年代开始，由于石油危机，日本汽车因省油开始被美国消费者购买，在使用中“日本质量”也被发现. 与美国车相比，日本车的质量，无论从可靠性，作工精度，故障率，都全面压倒美国车，于是日本车在美国市场迅速掘起，从几乎0%市场占有率到1990的30%，而美国三大汽车则从几乎100%市场占有率到1990年代的约60%，而且还在不断丢失。

所以从1980年左右开始，三大汽车公司非常重视质量改进,作了大量的工作，在1990年代后期到现在，美国与日本汽车在质量上的差距减少很多，在美国市场占有率也趋于稳定 （日本车38%，美国车44%）。

2mm工程是一个重要的实践，是一面闪亮的大旗。与此同时，还有很多其他方面的工作也在积极发展，从而推动了美国汽车大幅度地减少了与日本汽车的质量差距。这里最重要和最有效的有以下三方面的工作：

一是自动传感器，自动检测器，防错防呆系统 (Poka-Yoke)在生产过程的大范围应用：从1980年代开始，三大汽车公司在不同程度上用数十亿美元投资在很多工厂安装，使用这类装置。这些装置实实在在的检测，排除了很多生产故障，和装配质量问题。有时及时把坏零件排除，甚至停产排除故障。这一举措显著的改进了车辆装配质量，在这方面与日本车厂基本达到同等水平。

二是计算机服辅助设计(CAD)和计算机服辅助分析(CAE)：不少质量问题是不良设计造成的，不良设计不但影响性能，美观，客户需求，还造成使用故障，隐患，可靠性过低等问题，而且测试，发现，纠正这些问题一般化费大量人力，物力和时间。从1980年以来，大量使用计算机服辅助设计(CAD), 计算机服辅助分析(CAE),以及在此类平台上的产品模拟试验，产品建模，虚拟现实演习比较快速，廉价的在设计早期发现不少不良设计问题，并得以纠正。改进了设计质量和速度。

三是用质量工程方法改进设计： 1980年以后，三大汽车公司在不同程度上都大大的增强了对质量问题的重视，从指导思想，资金投入，优先程度，团队组织，人材培养，方法使用上投入很大,作了很多工作。以福特公司为例，1980年出现巨量亏损，1981年邀请质量大师爱德华兹·戴明到福特指导工作，引进了全面质量管理和戴明管理思想，同时邀请了一批一流质量技术专家来公司培训技术骨干，建立了若干个质量方法攻关推广中心，与本地大学建立共同培养的质量方法硕士学位，给公司培养人材。之后又大力推广比如FMEA,统计实验（DOE）,可靠性方法，QFD,田口法等质量方法来改进设计以提高质量，作大量的质量改进项目。到1986年，福特的质量改善就除见成效，推出了几款畅销车，并成为利润当年最高的美国汽车公司。通用和克莱斯勒也都开展了各自的质量战略和大规模的改进工作。到2000年，三大汽车公司都不同程度的推行了六西格玛，精益制造等活动。比如福特要求所有工程师都要接受DOE和FMEA的培训，并应用于工作中。总之，从1980到2008经济危机这一期间，这三个公司作了大量的，非常广泛的以设计改进为中心的活动，涉及汽车各个系统，大大提高了汽车质量。

闪亮的角色

吴贤铭教授和二毫米工程团队是最早用各种先进统计方法来深度开发和利用自动化时代的在线数据，用于故障诊断，过程监控，以改善与维持加工精度与质量，并大力推动在工业上的应用的先驱，卓有成效。在之前对自动化在线数据只有简单，粗放的使用。

而2mm工程把先进统计方法，和工程学（如机械学，材料科学，等），及其它具体科学相有机结合，实行深入和准确的过程建模， 以达到监测，控制，优化过程。这种思路为质量科学的发展之路，开创了一股清流。二毫米工程中采用的那种政府，企业，高校的联盟模式，及运行，考核方式取得了成功，为美国以后搞类似大项目做了一个榜样。

二毫米工程是一个应用于车身装配和制造过程的加强版的自动传感器，自动检测器和自动故障排除系统的操作系统，因为它有很多先进的数据分析能力。二毫米工程在美国汽车工业质量改善运动中起了以下作用：

1、车体精密制造联盟（ABC）开始的在1992-1995的二毫米工程，以及1995年以后（1996-现在）GM，克莱斯勒，和有关供应商的后续的工作，显著的改善了GM和克莱斯勒车体装配质量，达到了与日本车厂相近的水平。

2、二毫米工程的运营模式在之后得以延续下来，类似的联盟不断推出， 先是NIST赞助的汽车机械加工精度有关的14个联盟项目，如喷漆，焊接，轻金属加工，薄板冲压等（NIST还在同一波赞助了30个汽车业外的联盟项目）。在汽车业，现在还有一个”美国汽车研究理事会“（United states council for automotive research， USCAR）在积极运行着，涵盖很多技术方面。奥巴马的若干制造业中心也用类似的运营模式。这些联盟一定程度上增强了汽车业的技术能力，对汽车工业质量改善有帮助。

3、二毫米工程和后续项目挑战和暴漏了美汽车车体装配的不良过程，和很多设计缺陷，之后汽车公司进行了大量的设计改进，从源头上消除了不少质量问题。据信这是装配质量提高的最重要原因。

数字制造时代的质量工程

随着信息技术，大数据，人工智能的不断进步，会推动制造业向更灵活，更快速，更个性化方向前进。以共享汽车而为例，这会造成汽车业的巨变，汽车的拥有量可能会减少，使用率会大大增加，车的技术升极速度可能接近手机的水平。那末生产方式，产品开发换代，产品使用都可能发生极大的变化。

但不管怎么变，质量保证是永远需要的。质量工程很可能在以下方面发生变化：一是在产品制造过程，实时检测数据，虚拟现实（Virtual Reality）模型可能充斥每一加工环节，那么全程实时反馈，补偿（比如一个尺寸作小了一点，下一步可把另一接触件作大一点匹配）优化成为可能，实现又个性化，又高质量制造。二是产品销出后，其使用数据会大批返回制造商，这些大数据可以挖掘出大量关于客户品味，产品使用的细节分类描述，产品弱点，产品真正功能特点，产品不规则使用等以前不易得到的宝贵信息，企业可以快速，及时利用这种数据用于改进设计，改软件，换模块，提前维修等活动，大大增加客户满意度。三是以前的质量保证系统是基于传统的大公司，多部门，协调困难等情况，所以比较复杂，死板，低效低速，新工业模式会催生更高效，灵活，精准的质量保证系统。

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作 者：杨凯（美国韦恩州立大学终身教授，美国工业工程学会及美国质量学会Fellow，世界知名的质量工程/可靠性工程/精益六西格玛专家，著有亚马逊畅销书《Design for Six Sigma：A Roadmap for Product Development》等八本著作）

编 审：林雪萍（南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司）