Table of Contents
List of Figures and Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxii
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . xxv
Part I Overview: Six Sigma and the Organization 1
Chapter 1 A. Six Sigma and Organizational Goals 2
1. Value of Six Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Why Use Six Sigma versus Other Methodologies? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
How Six Sigma Philosophy and Goals Should Be Applied . . . . . . . . . . . . 3
The Lead-Up to the Six Sigma Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Modern Six Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Quality Pioneers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Business Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Process Inputs, Outputs, and Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Significance of Six Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
A Green Belt’s Role . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Potential Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
DMAIC Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
The Six Sigma Road Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Cost–Benefit Analysis: (Cost of Quality, Quality Cost, Cost of Poor
Quality, Cost of Current Quality) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2. Organizational Goals and Six Sigma Projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Linking Projects to Organizational Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3. Organizational Drivers and Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Key Drivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Voice of the Customer (VOC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Balanced Scorecard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Scoreboard/Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Key Performance/Process Indicator (KPI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Chapter 2 B. Lean Principles in the Organization 31
1. Lean Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Some of the Top Lean Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Waste (Muda) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Additional Forms of Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2. Value Stream Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Value Stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Chapter 3 C. Design for Six Sigma (DFSS) Methodologies 49
1. Road Maps for DFSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
IDOV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
DMADV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2. Basic Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Why Do FMEAs? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
FMEA Forms/Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Steps in Performing FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Severity, Occurrence, and Detection Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Risk Priority Number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Do’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Don’ts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3. Design FMEA and Process FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Differences between Design and Process FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Part II Define Phase . 73
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Chapter 4 A. Project Identification 76
1. Project Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2. Process Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3. Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4. Process Inputs and Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Systems Thinking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5. Owners and Stakeholders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Chapter 5 B. Voice of the Customer (VOC) 85
1. Customer Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2. Customer Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3. Customer Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Chapter 6 C. Project Management Basics . 95
1. Project Charter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Project Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2. Project Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3. Project Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4. Project Planning Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5. Project Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6. Project Risk Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7. Project Closure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Chapter 7 D. Management and Planning Tools 102
Activity Network Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Advanced Quality Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Affinity Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Auditing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Brainstorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Cause-and-Effect Diagram (Fishbone, Ishikawa Diagram) . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Check Sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Customer Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Flowchart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Focus Groups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Force-Field Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Gantt Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Graphical Charts, Control Charts, and other Statistical Tools . . . . . . . . . . . . . . 113
Variables Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Attributes Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Charts for Other Kinds of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Interrelationship Diagram (Digraph) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Interviews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Matrix Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Multivoting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Nominal Group Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
PDCA (PDSA and SDCA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Prioritization Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Problem Solving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Process Decision Program Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Project Evaluation and Review Technique (PERT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Quality Function Deployment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Risk Priority Number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Sampling Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Suppliers-Inputs-Process-Outputs-Customers (SIPOC) Diagram . . . . . . . . . . 123
Tree Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Written Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Tool Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Chapter 8 E. Business Results for Projects . 126
1. Process Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
2. Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Chapter 9 F. Team Dynamics and Performance 131
Team Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Team Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Virtual Teams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
1. Team Stages and Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Stage 1: Forming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Stage 2: Storming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Stage 3: Norming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Stage 4: Performing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Stage 5: Transitioning/Adjourning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Stage 6: Recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Team Leadership . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Negative Team Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
2. Team Roles and Responsibilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3. Team Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Brainstorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Nominal Group Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Multivoting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4. Team Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Part III Measure Phase 153
Chapter 10 A. Process Analysis and Documentation . 154
Process Maps and Flowcharts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Written Procedures and Work Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Process Inputs and Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Relationship Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Chapter 11 B. Probability and Statistics 168
1. Basic Probability Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Simple Events Probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Compound Events Probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Relations between Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Mutually Exclusive Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
The Multiplicative Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Permutations and Combinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
2. Central Limit Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Definition and Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Use of Central Limit Theorem in Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Use of Central Limit Theorem in Hypothesis Testing . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Drawing Valid Statistical Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Chapter 12 C. Statistical Distributions . 179
Binomial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Normal Approximations of the Binomial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Poisson Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Normal Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Chi-Square Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Degrees of Freedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
t-Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
F-Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Chapter 13 D. Collecting and Summarizing Data 192
1. Types of Data and Measurement Scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
2. Sampling and Data Collection Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Techniques for Assuring Data Accuracy and Integrity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Types of Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Check Sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
3. Descriptive Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Cumulative Frequency Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
4. Graphical Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Stem-and-Leaf Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Box Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
The Run Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Scatter Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Normal Probability Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Weibull Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Chapter 14 E. Measurement System Analysis . 217
Chapter 15 F. Process and Performance Capability 237
1. Process Performance vs. Process Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Test Results for X – Chart of Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Test Results for R Chart of Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
2. Process Capability Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Steps for Process Capability Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Sampling with Respect to Statistical Process Control . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
3. Process Capability (Cp, Cpk) and Process Performance (Pp, Ppk) Indices . . . . 245
Process Capability Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4. Short-Term vs. Long-Term Capability and Sigma Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Short-Term vs. Long-Term Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Part IV Analyze Phase 253
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Chapter 16 A. Exploratory Data Analysis . 254
1. Multi-vari studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
Procedure for Multi-Vari Sampling Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
2. Correlation and Linear Regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Correlation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Correlation versus Causation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Correlation Coefficient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Simple Regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Confidence Interval for the Regression Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Multiple Linear Regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Chapter 17 B. Hypothesis Testing 279
1. Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
The Null and Alternative Hypotheses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Types of Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
One-Tail Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Two-Tail Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Required Sample Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Statistical and Practical Significance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
What Is a Desired Power? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
When to Calculate Statistically Significant Sample Size . . . . . . . . . . . . . . . 284
How to Calculate Statistically Significant Sample Size . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Power and Sample Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
2. Tests for Means, Variances, and Proportions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Test for Means . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Hypothesis Tests for Means . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Student’s t-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Confidence Intervals for the Mean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Test for Variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Confidence Intervals for Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Test for Proportion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Confidence Intervals for Proportion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
One Population Proportion (p-Test) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Paired-Comparison Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
Two-Mean, Equal Variance t-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
Two-Mean, Unequal Variance t-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Paired t-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
F-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Single-Factor Analysis of Variance (ANOVA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
One-Way ANOVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Chi Square . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
Procedure for Chi-Square (c2) Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
Contingency Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Parametric and Nonparametric Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Part V Improve Phase 313
Chapter 18 A. Design of Experiments (DOE) 314
1. Basic Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Experimental Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Experimental Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Planned Grouping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Randomization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Repetition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
DOE Overview—Planning and Organizing Experiments . . . . . . . . . . . . . 316
2. DOE Graphs and Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Main Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Interaction Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Balanced Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Effects and Confounding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Design and Analysis of One-Factor Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Design and Analysis of Full Factorial Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
Design and Analysis of Two-Level Fractional Factorial Experiments . . . 333
Two-Level Fractional Factorial Experiment Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Two-Level Fractional Factorial Experiment Conclusions . . . . . . . . . . . . . . 336
Testing Main Effects and Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Design of Experiments Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Chapter 19 B. Root Cause Analysis 338
Phase 1: Identify the Opportunity (Problem Identification) . . . . . . . . . . . . . . . 339
Phase 2: Analyze the Current Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
Phase 3: Develop the Optimal Solution(s) (Correction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Phase 4: Implement Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Phase 5: Study the Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Phase 6: Standardize the Solution (Recurrence Control) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Phase 7: Plan for the Future (Effectiveness Assessment) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Corrective Action System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Root Cause Analysis Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Identify Root Cause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Cause-and-Effect Diagram (Fishbone Diagram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
5 Whys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Is/Is Not Comparative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
Cause-and-Effect (X–Y) Relational Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Root Cause Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
Failure Mode and Effects Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
Chapter 20 C. Lean Tools 349
1. Waste Elimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Relevance of Lean to Six Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Comparison of Lean to Traditional Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
Examples of Lean Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
Pull Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
Mistake-Proofing (Error-Proofing or Poka-Yoke) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
5S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
Visual Factory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
Kaizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
Kanban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
Total Productive Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
Standard Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
2. Cycle-Time Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
Standard Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
Process Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
SIPOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
Process Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
Process Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
Process Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
Other Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Work Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Countermeasure Activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Quick Changeover/Setup Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
Cycle Time Reduction Through Constraints Management . . . . . . . . . . . . 365
3. Kaizen and Kaizen Blitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
Incremental Continuous Improvement (Kaizen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
Kaizen Blitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
Breakthrough Continuous Improvement (Kaikaku) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Organizing for Kaizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Kaizen Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Part VI Control Phase . 373
Chapter 21 A. Statistical Process Control (SPC) 374
1. SPC Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Statistical Process Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
SPC Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Objectives and Benefits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
Process Capability: Special versus Common Causes . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
Process Data: Discrete versus Continuous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
Discrete Data (Attributes Control Charts) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Continuous Data (Variables Control Charts) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Process Behavior Charts (Control Charts) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
2. Rational Subgrouping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
Rational Subgrouping Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
Rational Subgrouping Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
3. Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Selection and Application of Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Variables Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Control Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
and R Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
and s Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Individuals and Moving Range Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
Median Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Attributes Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
p Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
np Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
u Control Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
c Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
Analysis of Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Chapter 22 B. Control Plan 413
Examples of Process Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
Dynamic Control Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
Gage Control Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
Standard Operating Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
Continual Improvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
Process Improvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
Chapter 23 C. Lean Tools for Process Control . 424
1. Total Productive Maintenance (TPM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Loss Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
Overall Equipment Effectiveness (OEE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
2. Visual Factory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 431
Visual Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
Visual Workplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
Part VII Appendices 439
Appendix A ASQ Code of Ethics 440
Appendix B The ASQ Certification Process 442
Appendix C Six Sigma Green Belt Body of Knowledge Map
2006–2014 . 451
Appendix D ASQ Certified Six Sigma Green Belt (CSSGB) Body of
Knowledge (2014) . 458
Appendix E ASQ Certified Six Sigma Yellow Belt (CSSYB) Body of
Knowledge (2014) . 466
Appendix F ASQ Certified Six Sigma Black Belt (CSSBB) Body of
Knowledge (2015) . 471
Appendix G ASQ Certified Six Sigma Master Black Belt (CSSMBB)
Body of Knowledge (2010) . 482
Appendix H ASQ Honorary Members 492
Appendix I Control Limit Formulas 494
Appendix J Constants for Control Charts 495
Appendix K Areas under Standard Normal Curve 496
Appendix L F Distributions . 500
Appendix M Binomial Distribution 510
Appendix N Chi-Square Distribution 512
Appendix O Exponential Distribution . 514
Appendix P Poisson Distribution 516
Appendix Q Values of the t-Distribution . 518
Appendix R CSSGB Handbook CD-ROM . 520
Appendix S Acronym List 522
Appendix T Quality Gamebox 552
Endnotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 555
Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587