QC工具在降低某車型橫拉桿連接螺母返工率的應(yīng)用

雍 亮，劉 濤，王 楓

QC工具在降低某車型橫拉桿連接螺母返工率的應(yīng)用

雍 亮，劉 濤，王 楓

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

某車型生產(chǎn)線在新車型批量投產(chǎn)后，頻繁出現(xiàn)橫拉桿連接螺母不合格問題，導(dǎo)致月度返工率激增。針對(duì)該問題，通過應(yīng)用質(zhì)量管理（QC）工具進(jìn)行原因分析，調(diào)查確定了套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗是導(dǎo)致橫拉桿連接螺母返工的關(guān)鍵因素。按照 5W1H 原則制定對(duì)策并組織優(yōu)化改善措施，使返工率由攻關(guān)前的12.53%降低至1.25%。

質(zhì)量管理（QC）工具；橫拉桿連接螺母；套筒；改善返工率

長(zhǎng)久以來汽車制造業(yè)被譽(yù)為“工業(yè)火車頭”，是我國工業(yè)體系中的重要組成部分。想要在日趨激烈的汽車市場(chǎng)中獲得客戶的認(rèn)可并據(jù)一席之地，整車質(zhì)量和生產(chǎn)效率就必須發(fā)揮不可替代的作用。如何持續(xù)減少新車型投產(chǎn)過程中生產(chǎn)裝配的質(zhì)量問題、提高生產(chǎn)效率是汽車生產(chǎn)企業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)。

質(zhì)量控制（Quality Control, QC）于1962年被日本質(zhì)量管理專家石川馨博士第一次提出[1]，在世界質(zhì)量管理體系中發(fā)揮了重要的作用。近幾十年隨著質(zhì)量管理方法的不斷發(fā)展，人們根據(jù)實(shí)際問題將QC管理體系應(yīng)用到具體的工程項(xiàng)目當(dāng)中。其目的是針對(duì)生產(chǎn)、服務(wù)或管理中出現(xiàn)的失敗或不滿意問題進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，或用新的思維方式開發(fā)新的產(chǎn)品、服務(wù)和項(xiàng)目，以應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)、流程、技能和方法無法滿足的實(shí)際需求[2]。QC工具在流程改善特別是QC活動(dòng)中取得了巨大成功，已經(jīng)發(fā)展成為發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、作出決策及改善流程的通用語言[3-4]。

本文針對(duì)某汽車企業(yè)生產(chǎn)過程中，下線返修車輛存在的返工率高問題，通過運(yùn)用QC工具的分析方法對(duì)該問題進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，尋找出要因并針對(duì)性地進(jìn)行改善，有效地降低了該工位的返工率[5]。

1 研究背景

1.1 課題選擇

某新車型批量投產(chǎn)后，根據(jù)返修工段月度缺陷顯示，橫拉桿連接螺母返工月總計(jì)不合格數(shù)為2 458臺(tái)，占總?cè)毕輸?shù)的39.02%，缺陷排名第一，如表1所示。結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)底盤模塊工段反饋此車型橫拉桿連接螺母周不合格數(shù)量均在600以上，周平均不合格率高達(dá)12.53%。此問題嚴(yán)重影響了公司現(xiàn)行的生產(chǎn)計(jì)劃，若無法及時(shí)將返工率降低到一定標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)使得車輛生產(chǎn)周期在原基礎(chǔ)上進(jìn)一步拉長(zhǎng)，無法按時(shí)按量和其他零件進(jìn)行配套裝配工作，成為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的瓶頸問題，最終將會(huì)導(dǎo)致新車交付延遲并影響企業(yè)效益。因此，選定“降低某車型橫拉桿連接螺母返工率”為本次攻關(guān)課題。

表1 返修工段返工缺陷調(diào)查表

1.2 現(xiàn)狀調(diào)查

橫拉桿連接螺母是固定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)橫拉桿與輪轂支架的關(guān)鍵所在。若車輛使用過程中出現(xiàn)松脫，將影響車輛轉(zhuǎn)向功能，存在安全隱患。針對(duì)上述問題，技術(shù)人員通過缺陷車輛數(shù)據(jù)的整理繪制成如表2所示的排列表。從表中能夠發(fā)現(xiàn)，造成橫拉桿連接螺母返工最主要的缺陷為套筒找螺母失敗和鎖止孔找鎖止銷失敗，累計(jì)占總?cè)毕莸谋壤秊?9.41%，為主要因素。因此，將降低橫拉桿連接螺母返工率的主攻方向確定為降低套筒找螺母失敗和鎖止孔找鎖止銷失敗的發(fā)生率。

表2 返修工段橫拉桿連接螺母返工缺陷模式調(diào)查表

1.3 目標(biāo)設(shè)定

與本車型橫拉桿螺母周平均返工率對(duì)比，某同類車型周平均返工率僅為2.10%，故計(jì)劃將本次車型橫拉桿螺母周平均返工率下降至同類車型水準(zhǔn)2.10%。從上文中可知，只要套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗等問題被解決，橫拉桿連接螺母不合格率將會(huì)下降89.41%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，目前橫拉桿連接螺母不合格率為12.53%，若完全解決套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗的問題，橫拉桿連接螺母不合格率將降低到12.53%-12.53%× 89.41% =1.33%，小于目標(biāo)計(jì)劃的2.10%。

2 原因分析與要因確認(rèn)

2.1 原因分析

從圖1(a)可以看到，橫拉桿連接螺母打緊零件由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)橫拉桿、球頭螺柱、輪轂連接孔、固定螺母組成。設(shè)備由氣缸、連桿、壓塊、高精度槍組成，如圖1(b)所示。為進(jìn)一步分析橫拉桿連接螺母套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗的原因，QC小組成員對(duì)橫拉桿連接螺母打緊過程進(jìn)行了原理分析。根據(jù)運(yùn)作原理分析，可以鎖定套筒找螺母失敗出現(xiàn)在高精槍上升套筒找螺母的環(huán)節(jié)中，如圖2(a)所示，鎖止孔找鎖止銷失敗出現(xiàn)在螺柱鎖止孔找止位銷，如圖2(b)所示。

圖1 橫拉桿連接螺母

圖2 失敗原因分析示意圖

小組成員運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法分析套筒找螺母失敗、鎖止找鎖止銷失敗的原因，并繪制關(guān)聯(lián)圖，確定了8個(gè)末端要素，如圖3所示。

圖3 找螺母失敗及鎖止銷失敗原因分析關(guān)聯(lián)圖

通過關(guān)聯(lián)圖的梳理，基本明確8個(gè)末端要素，分別是：

（1）懸掛連接孔三坐標(biāo)尺寸偏差；

（2）懸掛總成件安裝定位孔偏位；

（3）鎖止孔與鎖止銷達(dá)不到鎖止力矩；

（4）套筒機(jī)構(gòu)上升對(duì)準(zhǔn)度偏差；

（5）套筒與鎖止銷找帽度超差；

（6）鎖止銷導(dǎo)向頭選用不合理；

（7）氣缸壓力設(shè)置不合理；

（8）壓塊未全部壓到球頭蓋帽凸臺(tái)面。

并繪制最初要因確認(rèn)表，如表3所示。

表3 初始要因確認(rèn)圖

注：PDM：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management）。

2.2 要因確認(rèn)

1.懸掛連接孔三坐標(biāo)尺寸偏差

隨機(jī)抽樣懸掛連接支架進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量（班次10%），并統(tǒng)計(jì)公差帶±0.2 mm的分布頻率。通過統(tǒng)計(jì)可以看出，三坐標(biāo)尺寸測(cè)量值波動(dòng)未超出允許范圍，分布中心和散差均在要求范圍內(nèi)，過程能力適當(dāng)，故為非要因。

2.懸掛總成件安裝定位孔偏位

懸掛總成件安裝定位孔偏位將通過重新標(biāo)定的驗(yàn)證方式，驗(yàn)證檢具套順暢套入底盤前托板小車的MP35、MP36定位銷。查閱歷史標(biāo)定記錄，以及檢驗(yàn)標(biāo)定MP35、MP36左右裝配定位銷點(diǎn)，全部合格，故為非要因。

3.鎖止孔與鎖止銷達(dá)不到鎖止力矩

鎖止孔與鎖止銷達(dá)不到鎖止力矩會(huì)導(dǎo)致螺母跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。將扭矩監(jiān)控窗口的扭矩設(shè)定值41 Nm～91 Nm作為鎖止力矩的驗(yàn)證依據(jù)。模擬測(cè)試螺栓鎖止孔與鎖止銷的鎖止力，手動(dòng)擰緊10件橫拉桿球頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過上限91 Nm扭矩模擬擰緊試驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)螺母跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明鎖止力矩滿足要求，故為非要因。

4.套筒機(jī)構(gòu)上升對(duì)準(zhǔn)度偏差

為檢測(cè)套筒機(jī)構(gòu)上升對(duì)準(zhǔn)偏差，封樣件測(cè)試被用于驗(yàn)證高精度槍套筒是否順暢套入螺母。使用測(cè)試合格的封樣件懸掛總成、轉(zhuǎn)向橫拉桿機(jī)構(gòu)及新壓塊進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)測(cè)試。高精度槍經(jīng)20次上升測(cè)試，套筒均能套入螺母，故為非要因。

5.套筒與鎖止銷認(rèn)帽度偏差

根據(jù)套筒與鎖止銷認(rèn)帽度偏差驗(yàn)證依據(jù)，套筒認(rèn)帽度應(yīng)為0.2 mm～2 mm。QC小組成員使用游標(biāo)卡尺測(cè)量計(jì)算套筒認(rèn)帽度活動(dòng)量，周向選取8個(gè)測(cè)量點(diǎn)。認(rèn)帽度都在范圍，發(fā)現(xiàn)8個(gè)測(cè)量點(diǎn)均在套筒認(rèn)帽度范圍內(nèi)，故為非要因。

6.鎖止銷導(dǎo)向頭選用不合理

通過缺陷車分析，造成相當(dāng)比例缺陷問題的原因是鎖止銷未能插入轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的所鎖止孔，使得螺母空轉(zhuǎn)。進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)無法進(jìn)入鎖止孔的原因是鎖止銷導(dǎo)向頭的內(nèi)切圓較大（實(shí)測(cè)5 mm），與對(duì)手件尺寸相似，使得其不易進(jìn)入。

為了測(cè)試分析是否正確，小組選用較小導(dǎo)向頭試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。在鎖止銷未進(jìn)入鎖止孔的缺陷車上，將現(xiàn)使用的六邊鎖止銷替換六齒花型鎖止銷進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明，缺陷車換上六齒花型鎖止銷全部合格。套筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺柱鎖止孔找鎖止銷，如圖4所示，6邊型鎖止銷導(dǎo)向內(nèi)切圓直徑為5 mm，6齒花型鎖止銷導(dǎo)向內(nèi)切圓直徑為4 mm，因6齒花型鎖止銷導(dǎo)向內(nèi)切圓更小，螺柱鎖止孔在旋轉(zhuǎn)找鎖止銷時(shí)，6齒花型鎖止銷更容易進(jìn)入鎖止孔。對(duì)比驗(yàn)證后導(dǎo)向內(nèi)切圓小的鎖止銷更容易進(jìn)入鎖止孔，故為要因。

7.氣缸壓力設(shè)置不合理

判定氣缸壓力設(shè)置是否合理，需要將實(shí)際壓力與標(biāo)準(zhǔn)壓力對(duì)比，并驗(yàn)證是否符合PDM圖紙要求。經(jīng)計(jì)算得知，實(shí)際氣缸壓力符合PDM要求，連續(xù)三天所測(cè)氣壓均在標(biāo)準(zhǔn)氣壓范圍內(nèi)，故為非要因。

8.壓塊未全部壓到球頭蓋帽凸臺(tái)面

為判斷壓塊是否全部壓到球頭蓋帽凸臺(tái)面，需要對(duì)比驗(yàn)證是否符合PDM圖紙要求。觀察缺陷車，發(fā)現(xiàn)蓋帽角度偏位，壓塊未完全壓住蓋帽凸臺(tái)面且有磨損，套筒未套入螺母。查看球頭機(jī)構(gòu)圖紙，計(jì)算得知蓋帽可單邊轉(zhuǎn)動(dòng)20.5°，凸臺(tái)面積283.4 mm2。小組成員利用內(nèi)部有限資源進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)蓋帽角度變化時(shí)與壓塊所壓面積進(jìn)行變量關(guān)聯(lián)試驗(yàn)。從圖5可以看出，蓋帽角度越大壓塊所壓凸臺(tái)面積越小，呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，套筒難以套入螺母，反之套筒容易套入螺母，故為要因。

圖5 蓋帽角度與凸臺(tái)面積分布圖

3 制定對(duì)策

針對(duì)上述兩條要因，分別按照5W1H（即原因（Why）、對(duì)象（What）、地點(diǎn)（Where）、時(shí)間（When）、人員（Who）、方式（How））方法制定相應(yīng)策略，并列舉改進(jìn)每條問題的目標(biāo)和應(yīng)對(duì)措施，如表4所示。

4 對(duì)策實(shí)施

4.1 選用合理的鎖止銷導(dǎo)向頭

在對(duì)比驗(yàn)證中已知鎖止導(dǎo)向頭內(nèi)切圓（4± 0.1）mm，更容易進(jìn)入螺柱鎖止孔。又因?yàn)殒i止孔為六邊型結(jié)構(gòu)，因此，鎖止銷的選取條件為（1）邊數(shù)為6或者6的倍數(shù)的鎖止銷；（2）導(dǎo)向內(nèi)切圓直徑為（4±0.1）mm。

小組成員尋找可用的同類型的鎖止銷，共發(fā)現(xiàn)如圖6所示的3種鎖止銷。

圖6 鎖止銷實(shí)物圖

基于鎖止銷導(dǎo)向內(nèi)切圓直徑和成本因素考慮，如表5所示，選用6齒花型227-40GTX和12齒花型225-6M鎖止銷進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果如表6所示。

表5 鎖止銷對(duì)比評(píng)估表

表6 6齒花型與和12齒花型鎖止銷試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

6齒花型鎖止銷與12齒花型鎖止銷都能進(jìn)入鎖止孔。由于12齒花型鎖止銷有明顯磨損痕跡，而6齒花型鎖止銷無明顯磨損，滿足工藝要求。因此，選用6齒花型鎖止銷對(duì)策目標(biāo)達(dá)成。

4.2 改善壓塊覆蓋球頭蓋帽凸臺(tái)面

氣缸旋轉(zhuǎn)過程中壓塊碰擦橫拉桿球頭表面，造成壓塊嚴(yán)重磨損，且壓塊圓柱體結(jié)構(gòu)的底座圓形面難以適應(yīng)球頭蓋帽角度的變化。因此，需要對(duì)現(xiàn)有壓緊裝置進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)方向如表7所示。

表7 球頭蓋帽壓緊裝置改進(jìn)方向

90°旋轉(zhuǎn)氣缸運(yùn)動(dòng)軌跡造成壓塊碰擦球頭連桿機(jī)構(gòu)，壓塊嚴(yán)重磨損且變形。項(xiàng)目成員展開頭腦風(fēng)暴，想到90°旋轉(zhuǎn)氣缸運(yùn)動(dòng)軌跡猶如關(guān)閉推拉門時(shí)旋轉(zhuǎn)90°，極易碰觸障礙物，卷簾門垂直上下運(yùn)動(dòng)則不會(huì)碰觸障礙物，根據(jù)這一原理可以采用垂直式下壓氣缸，如圖7所示。

圖7 改進(jìn)前后氣缸示意圖

原壓塊為尼龍材質(zhì)，球頭機(jī)構(gòu)為鑄鐵金屬材質(zhì)，磨損嚴(yán)重。根據(jù)金剛石切割玻璃原理，選取硬度接近球頭機(jī)構(gòu)的壓塊材質(zhì)，既不會(huì)損傷球頭機(jī)構(gòu)零件，又降低了壓塊磨損量。根據(jù)材質(zhì)分析表評(píng)估，選取銅質(zhì)材料最佳。

壓塊為圓柱體結(jié)構(gòu)，接觸面為圓形平面，難以適應(yīng)球頭蓋帽角度變化。QC小組成員展開頭腦風(fēng)暴，以戴帽子的方式實(shí)現(xiàn)全包式無死角壓住蓋帽，如圖8所示。

圖8 壓塊結(jié)構(gòu)示意圖

小組自行完成壓塊型面仿形設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并交由供應(yīng)商完成試樣生產(chǎn)。試樣經(jīng)2 500臺(tái)試驗(yàn)后套筒順暢進(jìn)入螺母，但發(fā)現(xiàn)金屬壓塊內(nèi)壁磨損嚴(yán)重。經(jīng)小組分析，壓塊為剛性連接在氣缸連桿上，壓塊向下運(yùn)動(dòng)，垂直硬著陸壓在蓋帽凸臺(tái)上，蓋帽左右自調(diào)整，使得壓塊全包式壓住蓋帽凸臺(tái)。但由于凸臺(tái)調(diào)整過程中與金屬壓塊硬磨擦，導(dǎo)致金屬壓塊內(nèi)壁出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損。針對(duì)此問題，小組內(nèi)部進(jìn)行頭腦風(fēng)暴以及仿真測(cè)試后得出結(jié)論，萬向節(jié)套筒可以實(shí)現(xiàn)壓塊的自適應(yīng)調(diào)整姿態(tài)，優(yōu)化方案如圖9所示。下壓過程如圖10所示，壓塊可在一定角度內(nèi)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整并完全壓住蓋帽凸臺(tái)。

圖9 壓塊改進(jìn)示意圖

圖10 優(yōu)化后的壓塊下壓過程示意圖

安裝優(yōu)化后的壓塊得到新的球頭蓋帽壓緊裝置，實(shí)現(xiàn)壓塊左右自調(diào)整及全覆蓋壓住球頭蓋帽凸臺(tái)面，如圖11所示。經(jīng)2 500臺(tái)（蓋帽極限角度20.5°）有效試驗(yàn)后套筒順暢進(jìn)入螺母未發(fā)現(xiàn)金屬壓塊磨損。

圖11 優(yōu)化后的球頭蓋帽壓緊裝置示意圖

5 效果檢查與鞏固措施

5.1 效果檢查

實(shí)施上述改善措施并將裝置應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，以周為單位，統(tǒng)計(jì)某月的橫拉桿連接螺母返工率統(tǒng)計(jì)表（表8）。返工數(shù)由改進(jìn)前的2 458臺(tái)降至鞏固期的245臺(tái)，缺陷率由改進(jìn)前的12.53%降至鞏固期的1.25%，完成既定目標(biāo)。該車型橫拉桿扭矩不合格率與目標(biāo)值比較如圖12所示。

表8 某月該車型橫拉桿扭矩周不合格率統(tǒng)計(jì)表

再次抽查了某月返修工段的橫拉桿連接螺母缺陷情況，返工缺陷模式的周平均返工率如表9所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，改善后套筒找螺母失敗、鎖止孔找鎖止銷失敗的缺陷數(shù)為0，已經(jīng)不是造成橫拉桿連接螺母返工的主要缺陷模式。此外，改善后橫拉桿螺母不合格占擰緊數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)主要問題總比例由39.02%降至6.57%，完成預(yù)定目標(biāo)。

圖12 改善后該車型橫拉桿扭矩不合格率與目標(biāo)值比較

表9 某月返修工段橫拉桿連接螺母返工缺陷調(diào)查表

5.2 鞏固措施

根據(jù)效果檢查結(jié)果，將改善結(jié)果制定成為標(biāo)準(zhǔn)化措施，確保改善效果持續(xù)應(yīng)用且有效，具體如表10所示。

表10 對(duì)策措施鞏固表

6 結(jié)論

針對(duì)在生產(chǎn)線設(shè)備升級(jí)后某車型橫拉桿連接螺母返工率激增、頻繁出現(xiàn)套筒找帽失敗以及鎖止孔找鎖止銷失敗等問題，通過應(yīng)用QC工具，調(diào)查確定了兩大要因：鎖止銷導(dǎo)向頭選用不合理、壓塊未能全覆蓋壓住球頭蓋帽凸臺(tái)面。QC小組迅速組織原因調(diào)查并制定了優(yōu)化改善措施。經(jīng)過效果檢查，返工率由攻關(guān)前的12.53%降低至1.25%，完成項(xiàng)目目標(biāo)。

[1] WARNER M.管理思想全書[M].韋福祥,譯.北京:人民郵電出版社,2009.

[2] 焦文鈺,楊晨.工程項(xiàng)目管理中的QC小組活動(dòng)策劃淺析[J].商品與質(zhì)量,2020(2):53,55.

[3] 王為人.質(zhì)量管理QC新七大工具[J].中國衛(wèi)生質(zhì)量管理,2018,25(1):131-132.

[4] 王堯,周炳海.基于QC的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工質(zhì)量問題改善[J].精密制造與自動(dòng)化,2018(2):57-59.

[5] 南車戚堰機(jī)車有限公司配件三公司精密螺栓班QC小組.降低280連桿螺栓返工率[J].中國質(zhì)量,2014(2): 77-82.

The Application of QC Tools in Reducing the Rework Rate of Tie Rod Connection Nuts

YONG Liang, LIU Tao, WANG Feng

( Saic Volkswagen Automotive Company Limited, Shanghai 201805, China )

After a certain model was put into mass production, the production line frequently had the problem of unqualified tie rod connection nuts, which led to a sharp increase in the monthly rework rate. Therefore, through the application of quality control(QC)tools, adopting the brainstorming method and the simple chart method to analyze the causes, the investigation determined that the failure of the sleeve to find the nut and the failure of the lock hole to find the lock pin were the key factors causing the rework rate of tie rod connection nuts. According to the 5W1H principle, countermeasures were formulated and improvement measures were optimized to reduce the rework rate from 12.53% to 1.25%.

Quality control(QC) tools; Tie rod connection nuts; Sleeve; Improvement of the rework rate

U466

B

1671-7988(2023)03-142-08

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.03.027

雍亮（1986—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠囌囍圃?，E-mail:yongliang@csvw.com。