SPC在提升扭矩擰緊過程穩(wěn)定性方面的應(yīng)用

林勇 周永達 姜磊 曹書茂

上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司 重慶市 401120

1 引言

汽車作為當前人群最主要的代步工具，總保有量逐年增加，但是隨著人們生活品質(zhì)的日益提高，消費者對車輛的要求已經(jīng)不僅僅在于價格低，外觀好看，同時也更多會注重汽車本身的品質(zhì)控制、安全性能等，因此對各大車企提出了更高的要求，車企只有在這些方面同樣下足功夫，將這些看不見的地方也做好，才能在競爭激烈的市場占據(jù)主導(dǎo)，獲得市場和消費者的認可。

扭矩控制可以說是整車質(zhì)量控制中最重要的內(nèi)容，SPC在總裝車間的應(yīng)用主要在扭矩能力和趨勢異常判異方面，所知一輛整車有上百個關(guān)鍵扭矩點位，涉及有三四百顆螺栓螺母，其中90%的關(guān)鍵點位都在總裝車間進行裝配控制，這些點位如果出現(xiàn)過程扭矩不穩(wěn)定，就可能在使用過程中出現(xiàn)緊固失效的情況，不僅會影響產(chǎn)品性能，嚴重情況甚至可能危及駕乘人員的安全，造成嚴重的質(zhì)量安全事故，因此如何運用SPC分析關(guān)鍵扭矩的穩(wěn)定性并采取措施改進提升，是總裝車間在扭矩控制方面非常重要的工作。

2 SPC介紹

2.1 SPC實施過程

SPC作為制造行業(yè)中常用的五大質(zhì)量分析工具之一，在過程能力計算分析及穩(wěn)態(tài)判定等方面都有著廣泛應(yīng)用。統(tǒng)計過程控制是為了貫徹預(yù)防原則，應(yīng)用統(tǒng)計技術(shù)對過程各階段評估和監(jiān)控，建立并保持過程處于可接受的并且穩(wěn)定的水平從而保證產(chǎn)品與服務(wù)符合規(guī)定的要求的一種質(zhì)量管理技術(shù)[1]。其中的過程是指將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相互關(guān)聯(lián)和相互作用的活動過程。常用的控制模型是帶反饋的過程控制模型，見下圖1，其中人、機、料、法、環(huán)是整個過程的輸入，工作方式或資源就是過程，產(chǎn)品或服務(wù)是過程的輸出，過程和輸出又在不斷反饋和影響著輸入，形成一個動態(tài)循環(huán)。

圖1 具有反饋的控制模型

2.2 SPC控制圖

控制圖是在SPC實施過程中需要使用到的用于體現(xiàn)數(shù)據(jù)變化趨勢和數(shù)據(jù)判異基準的工具，常用的控制圖分為計量型控制圖和計數(shù)型控制圖。計量型包含：均值極差圖，均值標準差圖，中位數(shù)極差圖和單值移動極差圖；計數(shù)型控制圖包含：p圖(不合格品率圖)，np圖(不合格品數(shù)圖)，c圖(不合格數(shù)圖)和u圖(單位產(chǎn)品不合格數(shù)圖)[2]。所有控制圖都是基于控制限生成的，其中u為CL（中心線）、u+3σ和u-3σ分別為UCL（控制上限）和LCL（控制下限），再將CL到UCL（LCL）按標準差σ的間隔平均劃分為C區(qū)、B區(qū)、A區(qū)（如圖2）。

圖2 控制限圖

根據(jù)控制圖，結(jié)合判異準則可以確認系統(tǒng)是否穩(wěn)定，再查找不穩(wěn)定原因，制定措施進行解決改善。

3 SPC的具體應(yīng)用

結(jié)合總裝車間對關(guān)鍵扭矩的質(zhì)量控制，以提升某車型轉(zhuǎn)向中間軸螺栓扭矩穩(wěn)定性為例，講述SPC工具在提升扭矩擰緊過程穩(wěn)定性方面的應(yīng)用。

3.1 現(xiàn)狀調(diào)查

總裝車間在日常扭矩QCOS檢測過程中發(fā)現(xiàn)，某車型的轉(zhuǎn)向中間軸螺栓靜態(tài)扭矩有明顯波動超差的情況，該點為關(guān)鍵點位，如果出現(xiàn)扭矩超差，可能存在螺栓扭矩衰減松動或者螺栓功能失效，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量缺陷和安全事故，且調(diào)用近期抽檢的靜態(tài)扭矩數(shù)據(jù)計算CPK為0.9（見圖3），小于要求的CPK≥1.33，因此需要及時進行數(shù)據(jù)分析，運用SPC提升該車型轉(zhuǎn)向中間軸螺栓擰緊過程扭矩的穩(wěn)定性。

圖3 轉(zhuǎn)向中間軸螺栓過程能力

3.2 控制圖類型選擇

由于轉(zhuǎn)向中間軸螺栓扭矩大小值屬于計量型數(shù)據(jù)，子組容量n≥10，根據(jù)控制圖選擇標準（圖4），應(yīng)選擇均值——極差圖（X--R）作為轉(zhuǎn)向中間軸螺栓扭矩值的控制圖。

圖4 控制圖選擇標準

3.3 抽樣方法選擇

抽樣方法有隨機抽樣、分層抽樣、系統(tǒng)抽樣、整群抽樣四種[3]，轉(zhuǎn)向中間軸螺栓扭矩值數(shù)據(jù)總體足夠大，且容易按次序整理數(shù)據(jù)，根據(jù)抽樣方法選擇標準（表1）選擇系統(tǒng)抽樣。

表1 抽樣方法選擇標準

3.4 數(shù)據(jù)收集計算

收集最近一段時間的數(shù)據(jù)進行分析，抽檢頻率：5組/天。采集125個數(shù)據(jù)，子組容量為5，數(shù)量為25組。相關(guān)數(shù)據(jù)見下表2：

表2 扭矩抽檢數(shù)據(jù)（單位Nm）

根據(jù)以上公式，計算可得

查控制圖參數(shù)表3，在子組大小n=5的情況下，計算均值極差圖的控制限。

表3 控制限參數(shù)表

組數(shù)第13組第14組第15組第16組第17組第18組第19組第20組第21組第22組第23組第24組第25組測量1 51.36 57.68 58.36 62.82 61.22 54.24 59.36 53.79 57.21 63.82 53.79 57.21 63.82測量2 58.27 54.26 57.7 57.66 50.64 57.53 60.28 57.35 53.76 57.66 57.35 53.76 57.66測量3 60.53 62.05 56.32 63.8 58.26 59.19 53.76 59.08 59.86 63.8 59.08 59.86 63.8測量4 56.16 59.82 64.68 57.82 58.2 51.48 58.24 61.84 61.46 57.82 61.84 61.46 57.82測量5 52.86 55.46 61.1 58.64 56.21 53.73 52.3 57.46 56.38 59.64 57.46 56.38 59.64均值Xi 55.836 57.854 59.632 60.148 56.906 55.234 56.788 57.904 57.734 60.548 57.904 57.734 60.548極差Ri 9.17 7.79 8.36 6.14 10.58 7.71 7.98 8.05 7.7 6.16 8.05 7.7 6.16

3.5 繪制分析控制圖

根據(jù)收集的數(shù)據(jù)計算的控制限，繪制轉(zhuǎn)向中間軸扭矩控制圖5。

3.6 控制圖判異

根據(jù)控制圖的判異準則[4]——過程異常的8種模式對上述圖5的控制圖進行判異。

圖5 轉(zhuǎn)向中間軸扭矩控制圖

準則一：1個點落在A區(qū)以外準則二：連續(xù)9個點落在中心線同一側(cè)準則三：連續(xù)6個點遞增或遞減準則四：連續(xù)14個點中相鄰點交替上下準則五：連續(xù)3個點中有2個點落在中心同一側(cè)的B區(qū)以外準則六：連續(xù)5個點中有4個點落在中心線同一側(cè)C區(qū)以外準則七：連續(xù)15個點落在中心線兩側(cè)的C區(qū)以內(nèi)準則八：連續(xù)8個點落在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi)

結(jié)合上表的8種判異準則，轉(zhuǎn)向中間軸扭矩控制圖存在以下兩點異常：

（1)均值X控制圖中有2個點超出控制限A區(qū)；（2)均值X控制圖中連續(xù)6個點遞增。

3.7 原因分析

使用魚骨圖對問題的根本原因進行分析，從人、機、料、法、環(huán)五個方面開展根本原因分析。

人：員工培訓(xùn)不到位（非要因）

機：工具能力不足（非要因）

料：（1）轉(zhuǎn)向機小齒輪尺寸不合格（非要因）；（2）螺栓涂膠不合要求（要因）。法：電槍程序設(shè)置不合理（非要因）。

3.8 措施制定實施

根據(jù)上述分析找出的要因，制定了如下措施。

（1）臨時措施：現(xiàn)場挑選符合涂膠要求的螺栓進行裝配。（2）長期措施：反饋供應(yīng)商進行整改，嚴格按照工藝要求規(guī)范螺栓涂膠量。

跟蹤確保以上兩條整改措施均已有效實施，滿足相關(guān)要求。

3.9 SPC項目成效

在措施實施后，重新收集125組轉(zhuǎn)向中間軸螺栓的靜態(tài)扭矩（表4），并進行均值極差及過程能力分析。

表4 扭矩抽檢數(shù)據(jù)（單位Nm）

根據(jù)重新收集的數(shù)據(jù)計算的控制限，繪制轉(zhuǎn)向中間軸扭矩控制圖6。

圖6 轉(zhuǎn)向中間軸扭矩控制圖

由轉(zhuǎn)向中間軸螺栓檢測扭矩的過程能力圖7可知，在通過螺栓涂膠量的整改規(guī)范，措施實施后：根據(jù)判異準則無異常，過程能力CP=1.65，CPK=1.53，均 滿 足＞1.33的要求，因此過程能力指數(shù)滿足技術(shù)要求，過程穩(wěn)定，實現(xiàn)了攻關(guān)項目制定的目標。

圖7 轉(zhuǎn)向中間軸螺栓過程能力

4 結(jié)語

由上述可知，SPC工具在制造業(yè)的質(zhì)量控制方面應(yīng)用是十分廣泛的，不僅僅在于對關(guān)鍵扭矩穩(wěn)定性的提升，而且在尺寸控制、漆膜厚度、間隙段差等方面都可以通過SPC工具來進行監(jiān)控分析和提升改進。SPC的應(yīng)用應(yīng)該貫穿整個制造過程，不是等事后對問題的解決，更多應(yīng)該是對過程的控制，避免產(chǎn)生有問題的結(jié)果，起到提前預(yù)防缺陷的作用。只有對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進行分析才能事先發(fā)現(xiàn)問題，從而改進預(yù)防，SPC就是基于事實數(shù)據(jù)說話，極大保障了制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，也只有好的產(chǎn)品才能保障消費者的合法權(quán)益和自身安全。