基于DMAIC應(yīng)用的車門窗框外觀質(zhì)量提升

陳浩

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

隨著汽車輕量化、平臺(tái)化發(fā)展，汽車車門越來越多使輥壓窗框結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了滿足個(gè)性化、年輕化的市場(chǎng)需求，高亮黑元素在汽車造型中廣泛應(yīng)用。輥壓窗框和高亮黑膜相結(jié)合，體現(xiàn)了低成本高品質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。但是輥壓窗框外觀面由零件拼焊而成，焊接熱影響區(qū)不可避免會(huì)產(chǎn)生外觀缺陷，工序能力難以滿足外觀要求。由于生產(chǎn)工序長(zhǎng)，各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生外觀不良。為滿足客戶期望，本文使用六西格瑪管理中用于流程改善的DMAIC 工具對(duì)外觀質(zhì)量進(jìn)行提升［1］。

1 DMAIC 工具應(yīng)用

車門輥壓窗框是由輥壓導(dǎo)軌與沖壓或輥壓件拼接而成（圖1），產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造工藝和過程控制上存在外觀質(zhì)量的痛點(diǎn)。生產(chǎn)中通常針對(duì)輥壓窗框的外觀缺陷，常規(guī)采用皮紋黑膜遮瑕，但是由于高亮黑膜會(huì)放大缺陷，所以外觀質(zhì)量的提升效果有限。而且車門輥壓窗框生產(chǎn)經(jīng)過輥壓、拉彎、沖壓、包邊、切角、焊接以及打磨等多種工藝，工序過程長(zhǎng)工藝復(fù)雜，這對(duì)于車門窗框的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、工裝模具、設(shè)備精度、人員操作以及過程控制等都是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

圖1 輥壓窗框零件圖

六西格瑪管理方法中DMAIC 工具是一套系統(tǒng)的業(yè)務(wù)改進(jìn)方法，它對(duì)現(xiàn)有過程進(jìn)行定義（Define）、測(cè)量（Measure）、分析（Analyze）、改進(jìn)（Improve）和控制（Control），并采用量化的方法分析過程中的影響因素，找出關(guān)鍵的因素加以改進(jìn)，從而達(dá)到更高的顧客滿意度［2］。

2 定義階段

六西格瑪是基于公司整體價(jià)值進(jìn)行挖掘，把顧客的需求轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品特性。定義階段就是項(xiàng)目定義和立項(xiàng)，分析顧客需求識(shí)別改進(jìn)機(jī)會(huì)，定義問題和項(xiàng)目范圍，對(duì)比行業(yè)內(nèi)水平制定目標(biāo)。本文使用親和圖、柏拉圖等對(duì)顧客反饋的問題進(jìn)行排列，結(jié)合公司績(jī)效指標(biāo)，組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)解決某車型車門輥壓窗框外觀問題。

2.1 定義問題

顧客期望為無(wú)外觀質(zhì)量問題，產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性（CTQ）為無(wú)外觀缺陷。將外觀缺陷率定義為Y。持續(xù)監(jiān)控輥壓窗框外觀質(zhì)量表現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)分析不合格品外觀缺陷，根據(jù)柏拉圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖2）。將前位缺陷定義為Y，表達(dá)如下：

圖2 輥壓窗框外觀故障模式柏拉圖

Y=Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8

其中，Y1 表示凹凸缺陷；Y2 表示包邊缺陷；Y3 為劃傷；Y4為輪廓不平齊；Y5 為焊渣；Y6 表示氣孔；Y7 為麻點(diǎn)；Y8 為打磨痕。

2.2 定義目標(biāo)

目前某車型項(xiàng)目開發(fā)階段輥壓窗框外觀質(zhì)量不良率達(dá)25%。調(diào)查行業(yè)內(nèi)窗框供應(yīng)商外觀制造水平，制定項(xiàng)目改善目標(biāo)：FTQ 為5%。

2.3 定義項(xiàng)目范圍

觀察繪制當(dāng)前生產(chǎn)流程，聚焦主要流程和定義項(xiàng)目范圍。通過SIPOC 圖對(duì)流程宏觀分析（圖3），確定輥壓窗框外觀問題產(chǎn)生的主要范圍和關(guān)鍵因素，團(tuán)隊(duì)決定對(duì)供應(yīng)商內(nèi)部生產(chǎn)過程詳細(xì)展開。

圖3 輥壓窗框外觀質(zhì)量提升SIPOC 圖

3 測(cè)量階段

測(cè)量階段是建立Y=f（x）的過程，是發(fā)現(xiàn)與外觀質(zhì)量Y 相關(guān)的影響因素X 的過程。通過測(cè)量階段，可以識(shí)別項(xiàng)目目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)途徑和改進(jìn)方向。

3.1 測(cè)量系統(tǒng)分析

為保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，需要對(duì)輥壓窗框的測(cè)量系統(tǒng)做評(píng)價(jià)。團(tuán)隊(duì)選取10 件合格產(chǎn)品與10 件有缺陷的外觀質(zhì)量邊界樣本給檢驗(yàn)員判定。判定結(jié)果是定性數(shù)據(jù)，通過Minitab 軟件屬性一致性分析，評(píng)估檢驗(yàn)員自身、檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)員之間、所有檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)的吻合程度（圖4）。得出結(jié)論：測(cè)量系統(tǒng)是能夠接受的。

圖4 輥壓窗框外觀質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng)分析

3.2 發(fā)掘影響因素X

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)詳細(xì)觀察輥壓窗框生產(chǎn)制造過程，逐個(gè)工位排查，聚焦現(xiàn)場(chǎng)員工操作，識(shí)別輸入變量和輸出變量，繪制輥壓窗框過程變量圖（圖5）；分析匯總各外觀缺陷的失效模式，繪制外觀缺陷潛在失效樹圖（圖6）。根據(jù)過程變量圖和失效樹圖建立各個(gè)流程參數(shù)的檢測(cè)計(jì)劃，收集影響因素X 和外觀缺陷Y 的數(shù)據(jù)，并找出不符合工藝和規(guī)范要求的因素X。

圖5 輥壓窗框過程變量圖

圖6 潛在失效模式樹圖

3.3 篩選影響因素X

通過觀察流程和確認(rèn)過程參數(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)識(shí)別到多個(gè)影響因素。使用因果矩陣對(duì)影響因素進(jìn)行重要度排序，再通過失效模式及后果（FMEA）分析方法按照風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)排序，篩選前位因子。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的充分溝通和專業(yè)技術(shù)的評(píng)估，保留了11 個(gè)影響因素做為關(guān)鍵因子（圖7）。

圖7 關(guān)鍵因子

3.4 快贏改善

在測(cè)量階段，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)開展改善。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)評(píng)估，結(jié)合歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，集成多方資源對(duì)測(cè)量階段的11 個(gè)關(guān)鍵因子中的7 個(gè)因子開展快贏改善。輥壓窗框外觀質(zhì)量快贏改善內(nèi)容如下。

3.4.1 快贏改善X1——原材料外觀和尺寸穩(wěn)定性

團(tuán)隊(duì)分析Y7（麻點(diǎn)）、Y3（劃傷）的來源是原材料表面缺陷。為改善Y7 缺陷，提升外板原材料表面外觀等級(jí)為FD。為減少Y3（劃傷）、卷軸印和異物等缺陷，改善原材料分條加工過程，如優(yōu)化吊裝及夾持器具，增加鋼帶分條過程防護(hù)，提升分條刀架剛度以及優(yōu)化刀具間隙等措施。跟蹤原材料進(jìn)貨檢驗(yàn)，原材料外觀和尺寸穩(wěn)定性有明顯改善。

3.4.2 快贏改善X2——輥壓外觀凹凸、切斷變形

為改善輥壓外觀缺陷，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝工裝入手。參考對(duì)標(biāo)車型優(yōu)化輥壓工藝，改善外板弧度并對(duì)截型做回彈補(bǔ)償；驗(yàn)證材料性能選擇范圍，降低材料性能對(duì)Y1（凹凸）的影響；優(yōu)化切斷模具由錯(cuò)切改為帶料切，用伺服電機(jī)控制刀具與輥壓線同步，改善切斷變形和停車??；驗(yàn)證輥壓設(shè)備參數(shù)，優(yōu)化線速和焊點(diǎn)距離減輕輥壓扭曲。經(jīng)驗(yàn)證有明顯效果。

3.4.3 快贏改善X3——B 柱內(nèi)外板輥弧扭曲、凸條

集成供應(yīng)商集團(tuán)研發(fā)資源，專項(xiàng)提升B 柱外觀質(zhì)量。輥壓內(nèi)外板增加工藝翻邊，改善凹條及扭曲；對(duì)輥壓截型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，外板與導(dǎo)槽預(yù)留間隙，解決輥弧段產(chǎn)生的Y1（凸條）；輥弧輪組做成快換模塊，整組吊裝切換改善不同批次間尺寸穩(wěn)定性。

3.4.4 快贏改善X4——角焊氣孔、焊渣

現(xiàn)場(chǎng)分析Y6（氣孔）和Y5（焊渣）的產(chǎn)生原因，制定工藝改善方案。減小零件搭接間隙，優(yōu)化機(jī)器人軌跡，調(diào)整收弧位置改善Y6；驗(yàn)證并鎖定焊接參數(shù)，保護(hù)氣使用氬氣和二氧化碳，改善焊接變形和Y5。

3.4.5 快贏改善X5——打磨工具、人員技能

評(píng)估打磨工藝，優(yōu)化A 面打磨工具和打磨方法，區(qū)分A 級(jí)和B 級(jí)外觀面打磨工具；標(biāo)準(zhǔn)化操作步驟及打磨拋光時(shí)間，對(duì)打磨人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化培訓(xùn)及考核，改善打磨造成的外觀缺陷Y1、Y3和Y8（打磨痕粗糙）。

3.4.6 快贏改善X6——工裝模具磕碰、壓傷

組建多功能小組評(píng)估窗框全過程操作，列出存在的外觀風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行改善。例如，增加模具吹氣裝置，吹氣清理鐵屑；夾具、模具的銳角導(dǎo)圓角，易磕碰棱角貼塑料防護(hù)膠片；角焊總成焊A面夾持點(diǎn)更改為硬質(zhì)樹脂，支撐面和限位面做成平直表面，以改善表面壓傷；評(píng)估工位布置，并優(yōu)化成L 型；改善物料流動(dòng)為單件流生產(chǎn)，減少中轉(zhuǎn)和緩沖物料，降低過程風(fēng)險(xiǎn)。

3.4.7 快贏改善X7——工位器具防護(hù)

評(píng)估零件全過程的工位器具，改善工位器具防護(hù)不當(dāng)造成的Y1、Y3。例如，規(guī)范零件擺放，增加料架防護(hù)；工序件及總成料架單件隔離；過程中轉(zhuǎn)零件出入庫(kù)掃碼做批次管理，控制先進(jìn)先出。

3.5 改善結(jié)果驗(yàn)證

在測(cè)量階段實(shí)施快贏改善后，跟蹤輥壓窗框外觀不良率，由改善前的25%下降到14%。其中Y2、Y5、Y6、Y7 和Y8 打磨痕得到徹底解決，Y1、Y3 和Y4（輪廓不平齊）有了大幅降低。Y1主要集中在焊縫凹凸，是綜合原因?qū)е?，需要在分析階段繼續(xù)研究X8、X9（B 柱尺寸）、X10（切角尺寸）以及X11（角焊面差），進(jìn)一步確認(rèn)這4 個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)Y1 的影響。

4 分析階段

分析階段是對(duì)關(guān)鍵因子X 進(jìn)行定量、定性分析。使用常用的圖形化工具和過程能力分析、變異源分析以及假設(shè)檢驗(yàn)等方法，識(shí)別和驗(yàn)證影響因素的顯著性。

4.1 過程能力分析

對(duì)輥壓窗框外觀質(zhì)量進(jìn)行過程能力評(píng)價(jià)［3］，外觀質(zhì)量是二項(xiàng)分布，屬于離散數(shù)據(jù)。使用Minitab 軟件計(jì)算每百萬(wàn)機(jī)會(huì)缺陷數(shù)（DPMO）和西格瑪水平Z 值，經(jīng)計(jì)算得出：窗框外觀質(zhì)量不良率為14.00%，DPMO 為140 000（圖8），西格瑪水平為2.55，過程能力還不能滿足客戶要求。

圖8 過程能力分析

4.2 變異源研究

六西格瑪項(xiàng)目重要的目標(biāo)是減少生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的變異，識(shí)別問題重點(diǎn)來源。先排除測(cè)量系統(tǒng)問題，再排除特殊原因產(chǎn)生的變異，聚焦因?yàn)橄到y(tǒng)原因產(chǎn)生的變異。外觀不良率Y為離散型數(shù)據(jù)，經(jīng)過監(jiān)測(cè)不同班次不同生產(chǎn)線的外觀不良率，通過列聯(lián)表進(jìn)行獨(dú)立性檢驗(yàn)，排除班次和生產(chǎn)線對(duì)外觀質(zhì)量的影響［4］。

4.3 確定主要原因

對(duì)測(cè)量階段篩選的關(guān)鍵因子進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。本例中X 為連續(xù)數(shù)據(jù)，Y 為離散數(shù)據(jù)，使用雙比率P 檢驗(yàn)，結(jié)果如圖9所示。進(jìn)一步研究X8、X9、X10 和X11 對(duì)外觀質(zhì)量的影響，按照雙比率檢驗(yàn)可以得出：這4 個(gè)影響因素改善后，外觀不良率顯著降低。

圖9 關(guān)鍵因子雙比率檢驗(yàn)

4.4 分析匯總

匯總各因子對(duì)A面外觀的貢獻(xiàn)，4個(gè)影響因素都是顯著的（表1）。

表1 關(guān)鍵因子顯著性檢驗(yàn)匯總

5 改進(jìn)階段

通過定義、測(cè)量和分析3 個(gè)階段的項(xiàng)目工作，團(tuán)隊(duì)對(duì)外觀質(zhì)量問題的根本原因有了較為準(zhǔn)確的把握。改進(jìn)階段的目標(biāo)是識(shí)別創(chuàng)建解決方案，并驗(yàn)證方案有效性。

5.1 創(chuàng)建解決方案

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)關(guān)鍵因素進(jìn)行DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)，用Minitab 軟件創(chuàng)建試驗(yàn)計(jì)劃矩陣：4 因子2 水平，16 次試驗(yàn)加4 中心點(diǎn)試驗(yàn)，共20 組試驗(yàn)計(jì)劃。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格按照試驗(yàn)計(jì)劃順序跟蹤記錄每組試驗(yàn)的外觀不良率，并做了對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換。將收集的數(shù)據(jù)應(yīng)用Minitab擬合選定模型、殘差診斷、評(píng)估模型的適用性并進(jìn)行改進(jìn)［5］。

經(jīng)過模型改進(jìn)和評(píng)估適用性后選定了最終模型。接下來對(duì)選定模型進(jìn)行分析解釋，輸出圖形信息。使用響應(yīng)優(yōu)化器得到一個(gè)最佳因子設(shè)置，即最優(yōu)工藝方案為：上框公差取0.4，B 柱公差取0.4，切角高度取0.1，角焊面差取0.1。

5.2 改進(jìn)方案實(shí)施

DOE 試驗(yàn)給出關(guān)鍵因子X 的最優(yōu)工藝方案，在X 的最優(yōu)組合下，外觀不良率Y 可以滿足項(xiàng)目目標(biāo)。為達(dá)成最優(yōu)方案，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)每個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行改善提升。改善措施如下。

5.2.1 改善X8——上框拉彎外觀及尺寸穩(wěn)定性

通過研合拉彎模具提高研配率，工作面做TD 硬化處理，使用伺服拉彎?rùn)C(jī)，優(yōu)化設(shè)備參數(shù)，改善工裝和設(shè)備精度，提升上框拉彎尺寸。

5.2.2 改善X9——沖壓包邊外觀及尺寸穩(wěn)定性

通過研合沖壓模具改善研配率，沖壓模具做TD 處理，提高模具定位穩(wěn)定性。優(yōu)化切邊刀口間隙和布置，由分塊切斷改為整體切斷，減少毛刺、接刀口和切斷變形。驗(yàn)證工序件翻邊高度和R 角對(duì)包邊的影響，調(diào)試包邊壓塊型面，改善B 柱包邊外觀和輪廓尺寸。

5.2.3 改善X10——切角尺寸穩(wěn)定性

聯(lián)合TDC 資源對(duì)上框、B 柱單件進(jìn)行公差分解，控制單件尺寸；每批次根據(jù)后工序調(diào)整切削角度和搭接間隙；切角工序規(guī)范鋸片更換頻次及打磨要求；提高切角設(shè)備精度，規(guī)范鋸片轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度，提升切角尺寸穩(wěn)定性。

5.2.4 改善X11——角焊面差

優(yōu)化基準(zhǔn)一致性；分總成物料掃碼出入庫(kù)，進(jìn)行批次管理；切角工序同次裝夾物料逐一對(duì)應(yīng)；角焊裝件檢查校正面差，控制在0.1 mm 以內(nèi)等措施，改善外觀質(zhì)量。

5.3 改進(jìn)方案跟蹤驗(yàn)證

通過以上措施實(shí)施，使關(guān)鍵因子X 達(dá)到最優(yōu)組合。持續(xù)對(duì)車門窗框不良率進(jìn)行跟蹤，改善前外觀缺陷率14.00%，改善后缺陷率降到1.03%，斷點(diǎn)后不良率滿足目標(biāo)。分析輥壓窗框過程能力，如圖10 所示：DPMO 由140 000 下降到6 300，西格瑪水平提升到4.00，過程能力得到大幅度提升。

圖10 改善后輥壓窗框外觀質(zhì)量過程能力

6 結(jié)束語(yǔ)

在控制階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)固化改進(jìn)結(jié)果，建立完善過程控制體系，監(jiān)控改進(jìn)狀態(tài)。同時(shí)，更新操作指導(dǎo)書、檢驗(yàn)指導(dǎo)書和控制計(jì)劃，建立車門輥壓窗框外觀質(zhì)量BOP（或BOE）和開展培訓(xùn)。

本文在新車型迭代升級(jí)過程中，運(yùn)用六西格瑪管理的方法定義問題，在測(cè)量和分析階段通過細(xì)致觀察現(xiàn)場(chǎng)操作流程，使用因果矩陣、FMAE 分析和假設(shè)檢驗(yàn)等工具層層篩選因子；在改進(jìn)階段利用全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)車門輥壓窗框外觀工藝進(jìn)行研究，得出最優(yōu)工藝組合。團(tuán)隊(duì)充分評(píng)估驗(yàn)證并實(shí)施，跟蹤監(jiān)控運(yùn)行結(jié)果，效率和質(zhì)量運(yùn)行指標(biāo)可以滿足客戶要求。