PERA.Quality 在汽車行業(yè)的應(yīng)用

項目背景

中國南方某汽車公司一直努力完成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的某型號汽車研制項目 , 然而自動檔變速箱的許多核心技術(shù)一直掌握在國外公司手中。尤其是關(guān)鍵部件扭矩轉(zhuǎn)換器的焊接技術(shù),一直是難以攻克的難題。

扭矩轉(zhuǎn)換器是一種液體耦合器,它能讓引擎和變速箱各自獨(dú)立旋轉(zhuǎn)。如果汽車在等紅燈發(fā)動機(jī)怠速,引擎的轉(zhuǎn)速很低,它輸入扭矩轉(zhuǎn)換器的扭力就很小,只要輕踩煞車就可以讓汽車保持靜止,可見它在自動檔變速箱中起到非常重要的作用。

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扭矩轉(zhuǎn)換器示意圖

面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的等離子焊接工藝會帶來大量的扭矩器內(nèi)部濺射物堆積,影響內(nèi)部流體的液力傳遞,從而降低變矩的效率和精度。因此對于該企業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊來說面臨以下幾個方面的技術(shù)挑戰(zhàn):

( 1 )焊接關(guān)鍵因素的確定和水平選擇:找到影響焊接過程濺射物堆積的關(guān)鍵因素是進(jìn)行建模、實(shí)驗和優(yōu)化分析的前提條件。與此同時,對確定的參數(shù)設(shè)置合理的水平,對于最后的實(shí)驗數(shù)據(jù)的代表性有很大影響。

( 2 )確定各因素之間的交互影響關(guān)系:由于等離子體流速和電流之間、電流與焊接時間之間等都存在著交互作用的影響,必須把交互作用作為實(shí)驗分析的因素之一,來進(jìn)行方案的設(shè)計。

( 3 )優(yōu)先方案的確定和驗證:通過試驗的數(shù)據(jù)分析確定一個最佳的優(yōu)選方案,這個方案必須通過損失函數(shù)來量化評價改進(jìn)后的方案所帶來的價值。

質(zhì)量設(shè)計平臺的應(yīng)用

通過應(yīng)用 PERA.Q 質(zhì)量設(shè)計平臺的質(zhì)量功能展開( QFD )、正交試驗設(shè)計( DOE )、 穩(wěn)健性設(shè)計( RobustDesign ) 等技術(shù),可以從容應(yīng)對以上 3 方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。

質(zhì)量功能展開( QFD ): QFD 系統(tǒng)通過多層次的策劃、分析和評估,把顧客對產(chǎn)品的需求轉(zhuǎn)化為對產(chǎn)品的設(shè)計要求、零部件特性、工藝要求、生產(chǎn)要求等指標(biāo),它的基本原理就是用 “ 質(zhì)量屋 ” ( Quality House )的形式,量化分析顧客需求與工程措施間的關(guān)系度,經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理后找出對滿足顧客需求貢獻(xiàn)最大的工程措施和設(shè)計路徑,從而指導(dǎo)設(shè)計人員抓住主要矛盾,開展穩(wěn)健性設(shè)計,有效保障設(shè)計質(zhì)量。

首先利用質(zhì)量功能展開技術(shù)( QFD )對該工序的質(zhì)量特性進(jìn)行了分析,對影響焊接質(zhì)量的等離子體流速、焊嘴距離、電流、焊接時間、焊炬角度等多個因素建立質(zhì)量屋分析視圖,通過權(quán)重、相關(guān)性和重要性的評價,確定了關(guān)鍵的因素。對關(guān)鍵因素通過預(yù)備實(shí)驗,確定了每個因素兩個水平的實(shí)驗方案,保證其盡可能的經(jīng)濟(jì)合理。

正交試驗設(shè)計( DOE ): DOE 系統(tǒng) 幫助用戶定義產(chǎn)品因素及水平,根據(jù)因素及組合特征安排試驗方案。系統(tǒng)內(nèi)置幾十種正交表,根據(jù)因素水平,快速形成設(shè)計實(shí)驗方案。對試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析,畫出因素效應(yīng)趨勢圖,從而得出最佳條件。系統(tǒng)支持方差分析,判斷因素的影響顯著性。

把 A 、 C 和 C 、 D 兩個因素的交互作用作為第 6 和第 7 個因素,一起參與實(shí)驗方案設(shè)計,并通過后面的正交實(shí)驗設(shè)計( DOE )分析出了交互作用影響的顯著性。

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焊接工藝參數(shù)水平設(shè)計

穩(wěn)健性設(shè)計( RobustDesign ): RobustDesign 系統(tǒng)可應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和技術(shù)開發(fā)階段,從而可提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性與設(shè)計質(zhì)量,降低成本,縮短研制開發(fā)周期。系統(tǒng)主要包含正交試驗設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、信噪比計算和方差分析。

該企業(yè)致力于通過以上關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):在不增加成本的情況下,保證產(chǎn)品(扭矩轉(zhuǎn)換器)的性能和工序(焊接工藝)對干擾因素不敏感,并驅(qū)使產(chǎn)品性能指標(biāo)向目標(biāo)值靠攏。

在確定了五個關(guān)鍵工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用穩(wěn)健性參數(shù)設(shè)計技術(shù) ( RobustDesign ) ,對焊接工藝進(jìn)行了優(yōu)化,并提出了滿足優(yōu)化模型的設(shè)計方案。

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實(shí)驗方案設(shè)計

采用信噪比( SN )來評估因素水平組合對波動的影響,畫出因素效應(yīng)趨勢圖,從而確定每個因素的顯著性和優(yōu)化操作條件。通過對焊接直徑質(zhì)量損失函數(shù)的建立,推算出了改進(jìn)前后的增益。從而進(jìn)一步明確了改進(jìn)方案的有效性。

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因素 SN 比趨勢分析

應(yīng)用效果

應(yīng)用 PERA. Quality 質(zhì)量設(shè)計平臺對扭矩轉(zhuǎn)換器等離子焊接工藝參數(shù)進(jìn)行分析,能夠很快給出最合理的實(shí)驗方案,并通過建模和實(shí)驗數(shù)據(jù)分析,確定每個參數(shù)水平對性能的影響程度,進(jìn)而找到影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素,最終敲定改進(jìn)工藝質(zhì)量的優(yōu)選方案。

扭矩轉(zhuǎn)換器焊接工藝質(zhì)量優(yōu)化設(shè)計在提高質(zhì)量的同時,降低了生產(chǎn)的成本,按照年產(chǎn)量 10 萬件計算,此項優(yōu)選方案每年為該企業(yè)帶來效益達(dá)到近 200 多萬元。從而對提高該企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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最優(yōu)設(shè)計方案及顯著性分析

結(jié)束語

國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)往往都是在產(chǎn)品工藝和制造的后期才通過各種技術(shù)和管理手段檢驗產(chǎn)品質(zhì)量是否符合要求,反而對產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的質(zhì)量缺乏足夠的重視。其實(shí),研發(fā)設(shè)計是產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)形成最為關(guān)鍵的階段。設(shè)計一旦完成,產(chǎn)品固有質(zhì)量也就隨之確定,做好產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計階段的質(zhì)量管理,對企業(yè)來說至關(guān)重要。

通過 扭矩轉(zhuǎn)換器焊接工藝質(zhì)量優(yōu)化設(shè)計的案例分析 , PERA. Quality 質(zhì)量設(shè)計體系對企業(yè)的 價值體現(xiàn)在于:

• 提高設(shè)計質(zhì)量水平

引入經(jīng)典的質(zhì)量設(shè)計和可靠性分析工具,以及質(zhì)量設(shè)計方法,幫助設(shè)計師提高設(shè)計能力,提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量;

• 明晰設(shè)計目標(biāo),進(jìn)行重點(diǎn)保證

通過綜合質(zhì)量展開確定各設(shè)計階段的關(guān)鍵需求、關(guān)鍵技術(shù)路徑和關(guān)鍵質(zhì)量特性,集中優(yōu)勢資源重點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量保證,增強(qiáng)顧客滿意;

• 降低產(chǎn)品固有成本

質(zhì)量設(shè)計是在考慮經(jīng)濟(jì)性和保證產(chǎn)品最終使用性能的前提下,通過設(shè)計方案的價值替換和參數(shù)的優(yōu)化組合,用更簡化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝方法以及低質(zhì)量要求的元器件,設(shè)計出高性能的整機(jī)。