SPC理論在白車身上的運(yùn)用實(shí)踐

何雷祖

摘 要：對(duì)于一輛完整的汽車來(lái)說(shuō)，白車身是重要組成部分，是車輛整體性能的載體。整車的各項(xiàng)子系統(tǒng)（例如儀表臺(tái)、內(nèi)外飾、動(dòng)力、制動(dòng)系統(tǒng)）都需要以白車身為依托進(jìn)行安裝。在白車身的多項(xiàng)指標(biāo)中，白車身尺寸精度比重最大，影響最大，任何細(xì)微的偏差都有可能導(dǎo)致后工序的裝配異常，是車身密閉性能、舒適性能的重要體現(xiàn)。白車身的制造涉及沖壓、焊接兩大工藝，由上千件沖壓件、幾十套工裝夾具，上百套工藝制造而成。這些過(guò)程導(dǎo)致白車身尺寸偏差源很多，車身精度控制困難[1]。傳統(tǒng)公差監(jiān)控模式（目標(biāo)柱模式），以整車的三坐標(biāo)測(cè)量作為依據(jù)，以結(jié)果為導(dǎo)向反饋過(guò)程。無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，不能實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，容易造成資源浪費(fèi)。運(yùn)用SPC統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制的方法，運(yùn)用損失函數(shù)模型建立多次檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，便于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性控制，集中目標(biāo)值，反饋并及時(shí)發(fā)現(xiàn)波動(dòng)、偏差以及不穩(wěn)定點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：SPC;白車身精度;質(zhì)量管理;控制圖

SPC（Statistical Process Control），即統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)依計(jì)劃收集的數(shù)據(jù)資料，如：成品特性、零件尺寸等，提供各種統(tǒng)計(jì)分析及管制圖的處理、分析、計(jì)算、圖標(biāo)及報(bào)表。在過(guò)程控制系統(tǒng)中提供績(jī)效報(bào)告，以達(dá)成預(yù)先防止，避免浪費(fèi)的控制要求。

在SPC中，控制圖是一種用于分析過(guò)程狀態(tài)的常用工具?？刂茍D是20世紀(jì)20年代由貝爾實(shí)驗(yàn)室沃爾物.休哈特最開始開發(fā)和應(yīng)用，控制圖可以在產(chǎn)品出現(xiàn)特殊原因變差時(shí)有效的引起注意，并能反應(yīng)出需采取系統(tǒng)或過(guò)程控制改進(jìn)或消除的普通原因變差的范圍。SPC控制圖是對(duì)過(guò)程質(zhì)量加以測(cè)定、記錄從而進(jìn)行控制管理的一種用科學(xué)方法設(shè)計(jì)的圖，是質(zhì)量控制的行之有效的手段，是SPC技術(shù)的核心工具。

1 白車身焊接精度

當(dāng)前汽車行業(yè)，主要以人工焊接完成分件焊接、機(jī)器人自動(dòng)焊完成各個(gè)總成的合拼。車身焊接精度與產(chǎn)品前期工藝設(shè)計(jì)規(guī)劃息息相關(guān)，不同的CAP定位策略、焊接方式、焊接設(shè)備等都會(huì)對(duì)后期的車身精度造成影響。其次焊接夾具的定位銷直接決定焊接位置，焊接的過(guò)程變形也會(huì)對(duì)零件的位置度造成影響。綜合各項(xiàng)因素，主要從焊接夾具、工藝規(guī)劃、過(guò)程焊接變形三方面對(duì)車身焊接精度進(jìn)行控制。

工藝規(guī)劃汽車產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該首要考慮車身關(guān)鍵控制孔位，因?yàn)殛P(guān)鍵控制孔位直接影響車身裝配精度，此外，還要考慮設(shè)計(jì)孔位基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)的一致性，因?yàn)榻y(tǒng)一基準(zhǔn)有利于車身焊接夾具設(shè)計(jì)、減少制造過(guò)程中的累積誤差[2，3]。

焊接夾具通過(guò)限制零件6個(gè)方向的自由度保證零部件在車身坐標(biāo)系中的正確位置，依靠定位銷、定位面和夾緊裝置共同作用。焊接夾具的設(shè)計(jì)要求較高的技術(shù)性。車型的結(jié)構(gòu)、車身薄板件的變形特點(diǎn)、車身容差分配等都有可能影響總成的定位精度，甚至可能在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生撞槍、干涉等問(wèn)題，試因此制過(guò)程中要對(duì)焊接夾具進(jìn)行定位精度、焊接過(guò)程的可行性及零件沖壓成型質(zhì)量多方面進(jìn)行逐一驗(yàn)證[2，3]。

2 白車身SPC白車身精度管理構(gòu)建

2.1 控制項(xiàng)目選擇

工序定位特征孔精度直接反應(yīng)工藝平水，也是解決尺寸問(wèn)題分析步驟中的首要分析項(xiàng)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行有效管控。前面板與包角板安裝點(diǎn)關(guān)聯(lián)尺寸為整車裝配主要風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，前面板與包角板安裝點(diǎn)集中在前圍及側(cè)圍上，前圍和側(cè)圍的工序定位特征孔位置度間接影響到前面板與包角板安裝點(diǎn)關(guān)聯(lián)尺寸。前圍外板、側(cè)圍的工序定位特征孔偏差間接關(guān)系到后工序（裝配）前面板與包角板之間的配合間隙面差，影響總裝直通率及顧客感官。

2.2 控制圖選擇

（1）所選點(diǎn)為前圍外板、側(cè)圍的工序定位特征孔，均為計(jì)量型數(shù)據(jù)（圖1）;

（2）測(cè)量?jī)x器為關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)，受測(cè)量能力和成本影響，測(cè)量頻次為1臺(tái)/3次/周。因此采用X-MR（單值移動(dòng)極差）圖進(jìn)行控制。

2.3 流程實(shí)施

2.3.1 收集數(shù)據(jù)

白車身采用關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，直接采用定位孔骨骼精度測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.3.2 用Minitab分析數(shù)據(jù)

Minitab為當(dāng)前主流分析軟件，運(yùn)用Minitab進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)、過(guò)程能力分析、控制圖制制作。

2.3.3 解釋統(tǒng)計(jì)控制（條件判定）

a、測(cè)量系統(tǒng)滿足要求 ?b、測(cè)量數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布 c、初始研究或改進(jìn)后，CPK/PPK>1.0，且控制圖受控。三項(xiàng)條件均滿足之后，才能從分析用控制圖轉(zhuǎn)換成監(jiān)控用控制圖。

2.3.4 延長(zhǎng)控制線以繼續(xù)控制

當(dāng)過(guò)程能力達(dá)到要求，且重新受控后，從質(zhì)量改進(jìn)階段進(jìn)入新的質(zhì)量控制區(qū)（圖2）。此時(shí)可用SPC控制圖進(jìn)行監(jiān)控，所需要做的就是制定控制圖目視化看板，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)延長(zhǎng)控制線以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控提升質(zhì)量的目的。

3 白車身SPC白車身精度實(shí)例運(yùn)用

3.1 Cpk/Ppk要因模型建立

從人、機(jī)、料、法、環(huán)5大因素出發(fā)對(duì)工序定位孔孔位置CPK/PPK進(jìn)行提升分析（圖3）

3.1.1 夾具

在此案例中選擇工序定位孔位置度做為測(cè)量項(xiàng)目，定位銷的位置度直接決定孔的位置。因此夾具的各項(xiàng)因素成為影響最終結(jié)果的主要因素包括定位銷的位置度偏差、定位銷磨損、夾具使用過(guò)程中的重復(fù)性精度。

3.1.2 工藝規(guī)劃

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、定位焊點(diǎn)設(shè)置方式對(duì)位置度方向可忽略不計(jì)。

3.1.3 零件精度

正常量產(chǎn)過(guò)程中的沖壓件精度，模具的磨損十分緩慢，過(guò)程變差很小，零件尺寸很穩(wěn)定。沖焊件的精度偏差可以不計(jì)。焊接過(guò)程中定位孔剛度不足，在拼焊過(guò)程中易導(dǎo)致過(guò)程中變形偏差，建議采用強(qiáng)度更強(qiáng)的翻邊孔。

3.1.4 測(cè)量數(shù)據(jù)管理

從測(cè)量及數(shù)據(jù)收集方面分析，三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)使用已較為成熟，測(cè)量系統(tǒng)若無(wú)測(cè)量設(shè)備異常一般不會(huì)對(duì)結(jié)果CPK造成太大的影響。正常情況下，數(shù)據(jù)的中值管理、公差經(jīng)過(guò)白車身試制、裝配等長(zhǎng)期驗(yàn)證，符合實(shí)物裝配。若非必要，此項(xiàng)應(yīng)作為最后的調(diào)整手段。

3.1.5 人員、環(huán)境

工序定位孔孔位置在此案例中，為自動(dòng)化生產(chǎn)，正常生產(chǎn)過(guò)程中人員、環(huán)境變化影響較小非主要因素。

綜合以上6項(xiàng)因素的分析，最后判定正常量產(chǎn)情況下影響工序定位孔孔位置的CPK為以下3項(xiàng)：

①定位孔在預(yù)裝后合裝過(guò)程被頂變形;

②定位孔剛性不足

③定位銷位置度偏差

4 結(jié)論

本研究通過(guò)在白車身精度控制過(guò)程中導(dǎo)入質(zhì)量管理工具SPC進(jìn)行控制，構(gòu)建了白車身精度管理平臺(tái)。并通過(guò)生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了所構(gòu)建的白車身精度管理的優(yōu)越性，為白車身精度管理找出了一套新的管理方案。

針對(duì)白車身精度管理平臺(tái)的研究和應(yīng)用，在下一步的研究工作中主要應(yīng)在以下兩個(gè)方面進(jìn)行工作：

（1）采用在線測(cè)量方式，縮短中間過(guò)程時(shí)間損耗，提升反應(yīng)速度;

（2）精度測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用屬于拓展應(yīng)用階段，公差監(jiān)控模式已經(jīng)運(yùn)用成熟，但SPC監(jiān)控模式在白車身精度控制的運(yùn)用，正處于摸索階段。我們正在努力建立完善的精度測(cè)量數(shù)據(jù)方式，將檢具、三坐標(biāo)、在線、離線等測(cè)量設(shè)備提供的數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的系統(tǒng)分析、對(duì)比處理，做到綜合應(yīng)用，可以形成設(shè)計(jì)閉環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)勇，高曉風(fēng)等. 車身尺寸檢測(cè)與精度控制方案. 中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集， 2013，（10）：1055-1058.（書籍）.

[2]王娜，吳世強(qiáng).尺寸管理與白車身裝配的精度控制[M].汽車工藝與材料，2010：（3）.（書籍）.

[3]胡建風(fēng). 汽車車身三坐標(biāo)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理的研究[D]. 湖南：湖南大學(xué)，2011：5.（碩士、博士論文）.