基于MP零件的尺寸質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制方法研究

吳炤駿， 周翰， 彭?xiàng)睿?張磊， 趙云， 羅帥， 章雨亭， 楊騰飛

（上汽通用汽車(chē)有限公司整車(chē)制造及新項(xiàng)目部尺寸工程科，上海200125）

0 引言

隨著人們對(duì)汽車(chē)品質(zhì)要求的日益提升，與車(chē)型開(kāi)發(fā)周期亟待縮短的需求，提高汽車(chē)的質(zhì)量提升效率與探索先進(jìn)的研究方法非常有必要。白車(chē)身作為構(gòu)成汽車(chē)主要的部件，會(huì)隨著客戶需求與市場(chǎng)導(dǎo)向進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)與材料方面的持續(xù)改進(jìn)，而這種變化會(huì)給車(chē)身的前期設(shè)計(jì)和項(xiàng)目啟動(dòng)質(zhì)量達(dá)成帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。上述改變帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在車(chē)身的制造過(guò)程中，包括車(chē)身零部件出模的精度控制能力、車(chē)身裝配匹配工藝過(guò)程容差能力，以及全工序后外觀幾何(公差)質(zhì)量達(dá)標(biāo)等方面[1]。車(chē)身零件制造與裝配工藝的精度提升可以視為整個(gè)汽車(chē)業(yè)所面臨的共性問(wèn)題。其主要涉及到以下幾個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題：

1）開(kāi)發(fā)周期的縮短。面對(duì)市場(chǎng)的萬(wàn)千變化，整車(chē)廠新項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期越短，新項(xiàng)目啟動(dòng)越快，越能贏得市場(chǎng)，搶占更大的市場(chǎng)份額，所以如何在盡可能短的時(shí)間周期內(nèi)將合格產(chǎn)品投放到市場(chǎng)上，贏得客戶美譽(yù)度，是各整車(chē)企業(yè)都亟待解決的問(wèn)題。

2）嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。面對(duì)市場(chǎng)上經(jīng)常出現(xiàn)的各類(lèi)質(zhì)量召回事件，整車(chē)開(kāi)發(fā)企業(yè)在加快產(chǎn)品投放的同時(shí)，也在不斷提高從零部件到整車(chē)的各級(jí)別質(zhì)量要求。在白車(chē)身關(guān)鍵控制區(qū)域，除了常規(guī)的尺寸合格率達(dá)標(biāo)，更要求尺寸均值波動(dòng)符合更嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)情況下才能滿足新車(chē)投放。

3）傳統(tǒng)機(jī)械工藝能力的局限。面對(duì)機(jī)械加工業(yè)的工藝能力可優(yōu)化空間窗口越來(lái)越窄，傳統(tǒng)技術(shù)能力瓶頸很難在短時(shí)間內(nèi)有新的突破的情況下，如何從非傳統(tǒng)方面找尋新的技術(shù)突破點(diǎn)。

綜上，隨著汽車(chē)質(zhì)量和上市周期要求日益提升成為新常態(tài)，“設(shè)計(jì)→驗(yàn)證（基于經(jīng)驗(yàn)和虛擬）→制造（基于制造能力）→實(shí)物驗(yàn)證（基于匹配）→反饋（基于質(zhì)量數(shù)據(jù)）”這一常規(guī)操作模式已完全打破。

1 提升零件質(zhì)量的技術(shù)分析

從上面的分析來(lái)看，如何通過(guò)預(yù)留適度的設(shè)計(jì)間隙來(lái)提高零件容差能力，加速零件質(zhì)量提升，快速達(dá)到符合造車(chē)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)[2]需要有創(chuàng)新思維。通過(guò)對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造、匹配、裝配等整個(gè)過(guò)程的認(rèn)真分析，我們發(fā)現(xiàn)，由于研發(fā)周期的約束幾乎是剛性的，因此，必須設(shè)法改進(jìn)控制和反饋機(jī)制，只有有效地實(shí)施控制和反饋，才能盡快地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并以最快捷、最經(jīng)濟(jì)的方法解決這一問(wèn)題[3]。在這里，重點(diǎn)需要關(guān)注的有幾個(gè)方面：1）通過(guò)以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，匯總成不同拼接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)間隙（容差）預(yù)留；2）獲取系統(tǒng)穩(wěn)定沖壓工藝，生產(chǎn)的沖壓?jiǎn)渭钠顮顩r與偏差分布狀況，在開(kāi)發(fā)前期，導(dǎo)入補(bǔ)償值，提高一次出件質(zhì)量；3）通過(guò)以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，匯總成模具易達(dá)性分析模板，在開(kāi)模階段預(yù)留模具快速調(diào)整的能力；4）系統(tǒng)地掌握零件偏差對(duì)車(chē)身拼車(chē)焊裝的影響；5）系統(tǒng)地掌握由于零件結(jié)構(gòu)材料變動(dòng)，以及零件偏差等因素對(duì)車(chē)身各工序造成的影響。

從上面的分析中可以看到，這實(shí)際上是一個(gè)涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性問(wèn)題，其解決方式也必須通過(guò)一套全新的機(jī)制去快速發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題。

2 車(chē)身匹配問(wèn)題解決方案

上汽通用汽車(chē)有限公司（SGM）作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際上有競(jìng)爭(zhēng)力的汽車(chē)企業(yè)，一直在努力探索這方面問(wèn)題的解決方法，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)研究，形成了具有創(chuàng)新性的技術(shù)和管理方案，其核心內(nèi)容是：通過(guò)由車(chē)身匹配部門(mén)主導(dǎo)MP零件，從設(shè)計(jì)間隙預(yù)留模板、GD&T圖樣生成、制造工藝能力監(jiān)控、沖壓零部件開(kāi)模評(píng)審、MP零件虛擬匹配、MP零件實(shí)物匹配以及設(shè)計(jì)工藝調(diào)整方案補(bǔ)償?shù)确矫嫒轿惶崆敖槿?，并通過(guò)相關(guān)技術(shù)和管理規(guī)范的制定與實(shí)施，形成有效的質(zhì)量控制機(jī)制。

該技術(shù)和管理方案的主要內(nèi)容包括：

1）匹配部門(mén)主持，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和虛擬驗(yàn)證規(guī)范制定的設(shè)計(jì)間隙預(yù)留模板來(lái)預(yù)留相關(guān)設(shè)計(jì)間隙，檢查確認(rèn)預(yù)留間隙合理性；結(jié)合以往對(duì)沖壓工藝、車(chē)身拼車(chē)和匹配的理解和經(jīng)驗(yàn)積累，以及在車(chē)身結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計(jì)變化點(diǎn)，編制成相應(yīng)的制造需求(Manufacturing Requirements,MR)規(guī)范，規(guī)范中將開(kāi)列出需要重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)和控制要求。

2）結(jié)合車(chē)身控制點(diǎn)分級(jí)的規(guī)范，對(duì)所制訂的MR規(guī)范進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并將需要重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)列為關(guān)鍵控制點(diǎn)。從而使這類(lèi)點(diǎn)始終處于高頻次的全程有效的監(jiān)控下。

3）對(duì)列入關(guān)鍵控制點(diǎn)相關(guān)的沖壓工藝、檢測(cè)和匹配進(jìn)行提前控制，即由匹配部門(mén)盡快獲取和匯總相關(guān)工藝能力和質(zhì)量信息，提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，有效制定補(bǔ)償數(shù)據(jù)及方案。

4）在沖壓工藝能力達(dá)到穩(wěn)定性要求的前提下，MP零件的物理驗(yàn)證活動(dòng)（MiniMC）應(yīng)完結(jié)于開(kāi)展第一輪的拼車(chē)和匹配活動(dòng)（Matching1）前，以期盡快地發(fā)現(xiàn)MP零件設(shè)計(jì)、工藝等方面的虛擬驗(yàn)證無(wú)法驗(yàn)證的問(wèn)題。

5）在第一輪的拼車(chē)匹配活動(dòng)（MC1：Matching 1）的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件和對(duì)手件的GD&T要求、結(jié)構(gòu)狀況、沖壓工藝能力和拼車(chē)匹配調(diào)整能力，給出最快捷和最經(jīng)濟(jì)的工藝改進(jìn)和調(diào)整方案，這里的調(diào)整可能包括單件的GD&T設(shè)計(jì)、沖壓工藝的調(diào)整，也可能涉及到對(duì)手件或相關(guān)零件，以及拼車(chē)方法和工藝方法等多個(gè)方面，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間和成本的雙控制。

6）由于關(guān)鍵控制點(diǎn)一般都是全局性的控制點(diǎn)，因此，由匹配部門(mén)負(fù)責(zé)整理關(guān)鍵控制點(diǎn)的全程信息，并反饋到包括設(shè)計(jì)在內(nèi)的各個(gè)部門(mén)，成立全工藝改善團(tuán)隊(duì)，從而整合拉到全產(chǎn)鏈的技術(shù)支持資源投入質(zhì)量提升。

3 基于MR規(guī)范的工程實(shí)踐分析

眾所周知，在車(chē)身結(jié)構(gòu)中，前后懸掛及副車(chē)架安裝、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝、前后雷達(dá)安裝區(qū)域有最高等級(jí)尺寸質(zhì)量控制要求，這些區(qū)域通常被設(shè)置為關(guān)鍵控制點(diǎn)，此時(shí)車(chē)身匹配部門(mén)就已提前介入，通過(guò)相關(guān)MR操作規(guī)范，明確要求這些區(qū)域必須在前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段就考慮風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別，并要求關(guān)注零件易制造性、一次開(kāi)模合格率等。

同時(shí)車(chē)身匹配部分開(kāi)展后續(xù)跟進(jìn)工作，聯(lián)合零件供應(yīng)商對(duì)結(jié)構(gòu)、材料（一般為高強(qiáng)度鋼）、零件沖壓工藝穩(wěn)定性展開(kāi)監(jiān)測(cè)、分析和控制研究，以期盡快穩(wěn)定成形的產(chǎn)品。

在沖壓件定點(diǎn)、出件前后，匹配部門(mén)需要對(duì)以下幾個(gè)方面展開(kāi)工作：

1）獲取實(shí)際零件的數(shù)字模型，工藝工序流程，安裝設(shè)計(jì)間隙檢查模板，并采用專(zhuān)門(mén)研發(fā)的虛擬匹配軟件模塊進(jìn)行虛擬匹配關(guān)系確立，以便快速甄別出零件在實(shí)際車(chē)身拼車(chē)和匹配中的可行性和可能出現(xiàn)的問(wèn)題區(qū)域。

2）在獲得首件掃描數(shù)據(jù)，導(dǎo)入虛擬匹配跟蹤清單，進(jìn)行車(chē)身和部件的虛擬拼車(chē)和匹配操作，將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)記錄。并將發(fā)現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)入到實(shí)物匹配過(guò)程中，驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及確定拼車(chē)工藝工序容差性，并規(guī)劃工藝工序容差性調(diào)整的可能和可行性。

3）在虛擬匹配以及實(shí)際拼車(chē)和匹配操作的基礎(chǔ)上，結(jié)合GD&T要求、沖壓工藝調(diào)整能力、對(duì)手件狀況，以及拼車(chē)工藝調(diào)整能力，給出最終的調(diào)整方案，包括要求設(shè)計(jì)給出更為合理的公差（統(tǒng)計(jì)公差，包括極限與偏差分布）、沖壓工藝能力的提升（進(jìn)一步的偏差分布要求），以及后續(xù)拼車(chē)時(shí)的調(diào)整和檢測(cè)方法等。

上述所有的操作，都是基于MR規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別要求開(kāi)展的，并在此基礎(chǔ)上加入關(guān)鍵控制點(diǎn)及控制規(guī)范。由此，實(shí)現(xiàn)了從開(kāi)發(fā)階段就開(kāi)始重點(diǎn)跟蹤這些區(qū)域的質(zhì)量以及工藝波動(dòng)問(wèn)題點(diǎn)，并提出相應(yīng)的質(zhì)量問(wèn)題應(yīng)對(duì)技術(shù)方案。圖1為制造需求規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別要求示例。

這一標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范工作流程已在實(shí)際工程中多次得到了應(yīng)用，并被證明其具有實(shí)際可操作性和有效性。這種方法能夠有效地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與跟蹤控制，不但確保了相關(guān)可能的缺陷在設(shè)計(jì)階段就能得到有效的關(guān)注、相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)能被盡早識(shí)別，同時(shí)該類(lèi)控制還被延伸到了供應(yīng)商的模具研發(fā)階段和沖壓工藝調(diào)整階段。而最后通過(guò)基于時(shí)間和成本的修整調(diào)整方案的制訂，使各相關(guān)部門(mén)在技術(shù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上達(dá)成后續(xù)工作開(kāi)展的共識(shí)，最終使質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的有效控制成為可能。下面是一個(gè)實(shí)際工程案例所獲得的實(shí)施效果：

圖1 制造需求規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別要求

在某型新品汽車(chē)的研發(fā)中，匹配部門(mén)發(fā)現(xiàn)，由于高強(qiáng)度鋼材集中應(yīng)用在前后縱梁，前后輪罩，前水箱橫梁等復(fù)雜零件上，不僅將造成高強(qiáng)度鋼材零件成型的難度，同時(shí)，由于這些零件還會(huì)涉及到電弧焊、點(diǎn)焊、鉚接等復(fù)雜工藝過(guò)程，而新材料的應(yīng)用，將使以往的設(shè)計(jì)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)難以有效應(yīng)對(duì)，這些都必將造成項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。換句話說(shuō)，如果采用傳統(tǒng)的工作模式，很有可能會(huì)出現(xiàn)零件質(zhì)量提升緩慢、工藝問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、模具反復(fù)調(diào)整等問(wèn)題。

對(duì)此，提前介入的匹配部分對(duì)相關(guān)的區(qū)域進(jìn)行了MR分析，形成了MR規(guī)范，并進(jìn)行了關(guān)鍵控制點(diǎn)標(biāo)識(shí)，圖2為某采用高強(qiáng)度鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，匹配部門(mén)根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)零件間設(shè)計(jì)的間隙與公差要求可能存在風(fēng)險(xiǎn)，于是要求設(shè)計(jì)部門(mén)對(duì)所設(shè)計(jì)的公差和間隙進(jìn)行針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，要求在給出的統(tǒng)計(jì)公差中，確保合理的設(shè)計(jì)間隙，以防止零件在沖壓工藝穩(wěn)定后首次出件時(shí)不會(huì)出現(xiàn)零件處于正常公差范圍內(nèi)，零件仍無(wú)法正常裝配的情況。

這個(gè)案例中的零件及拼車(chē)結(jié)構(gòu)，以往由于采用的是常規(guī)鋼材，在實(shí)際拼車(chē)過(guò)程中，由于零件的剛性相對(duì)較弱，因此能起到一定補(bǔ)償作用。但當(dāng)使用了高強(qiáng)度材料后，同樣的結(jié)構(gòu)和GD&T統(tǒng)計(jì)公差設(shè)計(jì)，由于補(bǔ)償作用的減弱，就引發(fā)相關(guān)的質(zhì)量問(wèn)題。

圖2 高強(qiáng)度鋼材的裝配結(jié)構(gòu)示意

由于在設(shè)計(jì)階段匹配部門(mén)就根據(jù)MR規(guī)范對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了設(shè)計(jì)間隙識(shí)別，對(duì)預(yù)留設(shè)計(jì)間隙不足區(qū)域進(jìn)行了調(diào)整，提高了容差性，從而有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制。

從上面的案例中可以看到，正是基于MR規(guī)范的操作，匹配部門(mén)的提前介入，為設(shè)計(jì)與制造搭建了溝通與系統(tǒng)化解決問(wèn)題的橋梁。

通過(guò)匯總上汽通用近期該項(xiàng)技術(shù)和管理方法的應(yīng)用情況來(lái)看，隨著本技術(shù)和管理方法的深入應(yīng)用，相關(guān)車(chē)型關(guān)鍵控制區(qū)域的MC1合格率被提升15%,這不僅大大降低了首次交樣時(shí)關(guān)鍵控制區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，更為整車(chē)驗(yàn)證關(guān)鍵控制區(qū)域的有效性起到了保駕護(hù)航的作用。最終不僅加速了零件合格率達(dá)標(biāo)，而且在尺寸工藝穩(wěn)定性上也迅速達(dá)到更小的波動(dòng)區(qū)間。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)車(chē)身制造中由于結(jié)構(gòu)、材料、研發(fā)周期等結(jié)合因素等引發(fā)的新常態(tài)問(wèn)題，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一套基于MR規(guī)范、前期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法和規(guī)范管理流程。通過(guò)關(guān)鍵控制點(diǎn)控制規(guī)范的應(yīng)用，在對(duì)所設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)公差、沖壓工藝能力、拼車(chē)和匹配工藝調(diào)整能力的綜合分析與控制的基礎(chǔ)上，基于時(shí)間和成本，給出最經(jīng)濟(jì)合理的修整調(diào)整方案。經(jīng)過(guò)多次實(shí)際工程應(yīng)用，驗(yàn)證了該方法的可操作性和有效性。這一方法的有效應(yīng)用，不僅對(duì)于確保車(chē)身質(zhì)量和研發(fā)周期有效，而且將對(duì)企業(yè)的知識(shí)管理和應(yīng)用提供一種技術(shù)思路。

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