基于SPC過程質(zhì)量控制的定子生產(chǎn)異常研究

韋歡文 胡慧盈

一、前言

目前我國是全球范圍內(nèi)電風扇年產(chǎn)量、年出口量最高的國家。美的集團（以下簡稱“美的”）作為中國知名的電子產(chǎn)品制造商，通過提升產(chǎn)品質(zhì)量和知名度，牢牢占據(jù)行業(yè)領(lǐng)先地位。美的在產(chǎn)品投入生產(chǎn)初期，通過有效的監(jiān)督和控制生產(chǎn)過程“關(guān)鍵/特殊工序”，發(fā)現(xiàn)并消除工序中存在的異常波動，快速實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，在激烈的競爭中搶占先機，贏得消費者的信賴和喜愛。

風扇中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子是評估風扇質(zhì)量效益的關(guān)鍵核心部件。本文主要以定子產(chǎn)品生產(chǎn)過程關(guān)鍵/特殊工序為研究對象，采用SPC對產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析[1]，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵/特殊工序存在的問題，尋找定子產(chǎn)品制造過程產(chǎn)生質(zhì)量問題的根本原因，提出有效的解決措施和方案，以達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率的目的，并進一步提出推動我國定子行業(yè)整體質(zhì)量水平提升的建議。

二、定子生產(chǎn)過程質(zhì)量控制現(xiàn)狀

定子是電動機或發(fā)電機中的靜態(tài)部件，其作用是產(chǎn)生磁場，并充當電動機的機械支持。定子的加工工藝流程如圖1所示。

圖1 定子加工工藝流程

根據(jù)美的定子制造加工工藝要求，其生產(chǎn)關(guān)鍵工序有4個，分別為落線預(yù)整、雙綁精整、全檢外形和性能檢測；特殊工序僅有1個，即為焊接。4個關(guān)鍵工序、1個特殊工序均為質(zhì)量控制點。

（一）關(guān)鍵工序質(zhì)量現(xiàn)狀分析

1．落線預(yù)整：指通過落線機依次將主副繞組和鐵芯連接為一個整體并插入槽紙后，使用預(yù)整機進行壓形的過程。落線預(yù)整過程中重點控制定子鐵芯規(guī)格及沖槽符合要求，有底槽；同時控制定子外形參數(shù)符合要求，每2小時對預(yù)整模具進行點檢。

2．雙綁精整：指通過雙綁機將定子半成品用棉線綁好并將多余棉線拉緊切割后，使用精整機進行精整壓形的過程。

3．全檢外形：指按照設(shè)計和工藝要求，用鋼釬對定子半成品進行外觀檢驗并修正不良的操作過程。全檢外形過程中重點控制定子的標識正確，外型、外觀、打結(jié)等符合要求。

4．性能檢測：指通過電機綜合測試儀，根據(jù)電機規(guī)格書和技術(shù)標準將機頭線線尾按檔位、顏色夾在檢測機的夾線板上，推動控制門進行測試，并根據(jù)測試界面對定子進行合格判斷的操作過程。

在定子制造加工過程中，落線預(yù)整和雙綁精整工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響的缺陷問題均為繞組斷線，而繞組斷線可通過全檢外形和性能檢測這兩個關(guān)鍵工序在后續(xù)工序中被檢測出來并進行返修，屬于可控的質(zhì)量控制點；全檢外形工序出現(xiàn)的問題主要是員工操作成熟度呈現(xiàn)出來的，需要對員工進行重點管控，提高員工操作成熟度以檢測出前工序所出現(xiàn)的問題；性能檢測工序主要通過性能檢測機對定子進行性能類的檢測，如電阻、反嵌、磁旋、絕緣、交耐和匝間，若檢測出不良品會立即送至返修處進行維修，需要重點管控的也是操作人員的操作手法與成熟度的問題。以上這些均是可控的，可在生產(chǎn)過程中進行事前防范。

（二）特殊工序質(zhì)量現(xiàn)狀分析

焊接屬于特殊工序，指通過焊接設(shè)備加熱，用松香和焊錫焊接纏繞好的機頭線線頭的過程。其中涉及以定子半成品、機頭線總成為母材，以松香和焊錫絲為焊料來進行的焊接工藝流程、操作步驟和注意事項等。

焊接在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的質(zhì)量問題無法在后續(xù)的監(jiān)控或測量中被檢測出來，而通常在產(chǎn)品使用或服務(wù)交付后才會顯現(xiàn)出來，故會導致產(chǎn)品質(zhì)量差，同時造成重大的經(jīng)濟損失。因此，本研究中重點對特殊焊接工序進行相關(guān)數(shù)據(jù)收集，并運用質(zhì)量工具分析數(shù)據(jù)，找到焊接生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題[2]。

1．焊接工序過程能力分析

使用系統(tǒng)隨機抽樣方法，在焊接設(shè)備生產(chǎn)穩(wěn)定后按時間間隔分為早中晚各一次（即一天三次），從總體中隨機抽取一定數(shù)量的已焊接產(chǎn)品作為樣本的抽樣，當天所抽取的產(chǎn)品即為一組樣本。所抽取的20組樣本中合計焊接總點數(shù)40281處，焊接不良205處。通過20組樣本中每組的焊接總點數(shù)，得到每組樣本的具體焊接不良數(shù)，最后得出焊接不良比，如表1所示。

對收集的數(shù)據(jù)進行SPC分析。由于數(shù)據(jù)為計數(shù)型數(shù)據(jù)，使用P控制圖，如圖2所示。P控制圖用來確定在一段時間內(nèi)提交的平均不合格品率，該均值的任何變化都會引起過程操作人員和管理者的注意。在圖2中所有子組點都落在使用控制限之內(nèi)，點子的排列也是隨機的，并且也未呈現(xiàn)出可查明原因的任何跡象，則此過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)[3-4]，即處于受控狀態(tài)，是穩(wěn)定的。

圖2 焊接工序焊接不良的控制圖

在評估過程的能力之前，需要確定它是否服從二項分布。從圖3右上角的“缺陷率”圖可以看出，子組大小不同時顯示的缺陷率，點子隨機分布在中心線周圍，則可以推斷數(shù)據(jù)服從二項分布；從左下角的“累積百分比缺陷”可知，缺陷百分比沿缺陷百分比均值穩(wěn)定地分布。在圖3的“匯總統(tǒng)計”數(shù)據(jù)中，缺陷百分比為0.51%，即位于4.55＞p≥0.27的范圍內(nèi)，對應(yīng)的過程能力指數(shù)1.00≥Cp＞0.67，表示該工序過程能力不足，必須采取措施找到影響過程能力的主要因素，并對過程進行改進，提高過程能力，同時加強檢查。

圖3 焊接工序的過程能力報告圖

2．焊接工序質(zhì)量問題分析

針對焊接工序主要缺陷焊接不良的原因，運用魚骨圖進行綜合分析，并得到部分末端因素，為后續(xù)焊接工序合格率改善工作奠定基礎(chǔ)，如圖4所示。

焊接總點數(shù)265272處，焊接不良935處。對焊接工序生產(chǎn)的不合格品進行不合格原因分析，缺陷數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 焊接不良缺陷數(shù)據(jù)匯總表

在焊接不良缺陷的排列圖中，焊接未熔、焊錫流掛、線頭錫渣和焊接氣孔的累積百分比在0～80%的區(qū)間內(nèi)，屬于A類因素，如圖5所示，其影響因素如表3所示。

表3 焊接不良缺陷分析表

圖5 焊接不良缺陷的排列

三、定子生產(chǎn)過程質(zhì)量問題分析與改進

（一）焊接工序問題分析與改進

焊接涉及以定子半成品、機頭線總成為母材，以松香和焊錫絲為焊料來進行的焊接工藝流程、操作步驟和注意事項等。焊接工序的主要缺陷原因為焊接未熔、焊錫流掛、線頭錫渣和焊接氣孔，如表4所示。

表4 焊接工序缺陷分析表

針對焊接產(chǎn)品主要缺陷，組織工藝、質(zhì)量分析，對焊接工序產(chǎn)品缺陷原因進行了PFMEA分析，如表5所示。風險順序數(shù)（RPN）為嚴重度S、頻度O和檢測度D三者的乘積，用于對失效模式進行等級劃分。焊接工序針對員工操作不熟練、不規(guī)范等問題導致焊接不良，應(yīng)對其設(shè)置重點管控項，并要求員工嚴格按照重點管控項要求進行操作，機頭線纏繞好抽頭線長度≥60mm，接線正確，接線端對齊；將烙鐵進行預(yù)熱10min，烙鐵溫度需達到300℃～400℃；檢查定子接線是否符合圖紙要求；焊接端焊錫光滑、良好，焊接時不能有大頭、分叉、膠皮不能有松香等；使用3把烙鐵更替焊接，每4小時用熱電偶對烙鐵頭溫度進行點檢。

表5 焊接工序PFMEA分析表

（二）落線預(yù)整工序問題分析與改進

運用樹圖對造成落線預(yù)整工序出現(xiàn)繞組斷線缺陷的因素進行分析，如圖6所示，后續(xù)工序主要改善措施可以從如下幾個方面開展。

圖6 落線預(yù)整繞組斷線缺陷因素分布圖

針對落線預(yù)整工序的繞組斷線缺陷，改進措施為設(shè)置詳細的重點管控項，鐵芯規(guī)格、沖槽符合要求，有底槽；放鐵芯時正反面要區(qū)分開，統(tǒng)一面部朝下，鐵芯要放平、緊貼葉片；按要求對準模具套進導條，不能錯位，同時保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)；嚴格按照設(shè)備操作指引進行操作；預(yù)整前將散落的掉散線挑起避免壓傷銅線，檢查是否存在無槽線、無底槽、無槽蓋、掛模等落線不良，有則挑出，修復(fù)后進行預(yù)整；對落線模具每小時檢查一次，包括銅頭、導條、葉片，落線機模具是否有缺口、毛刺、劃痕、凸起等；定期對落線機保養(yǎng)以及TPM清理；預(yù)整過程中重點控制定子外形參數(shù)符合要求；機器上不允許擺放2個及以上待加工的定子半成品。

（三）雙綁精整工序問題分析與改進

運用樹圖對造成雙綁精整工序出現(xiàn)缺陷的因素進行分析，如圖7所示。針對雙綁精整工序出現(xiàn)的缺陷，改進措施為設(shè)置詳細的重點管控項，控制雙綁機運行速度，在保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的前提下嚴格按照設(shè)備操作指引進行操作；線徑≥0.14mm時雙綁機運行速度不能超過580轉(zhuǎn)/分鐘，線徑≤0.13mm時雙綁機運行速度不能超過560轉(zhuǎn)/分鐘；模具調(diào)試符合產(chǎn)品要求；定子放置方向、定位正確（機頭線朝左放置），定子要放平；避免機頭線被綁住、綁傷等；棉線頭預(yù)留≤10mm，且定子內(nèi)圓應(yīng)無棉線頭；精整后定子內(nèi)圓≥47mm、外圓≤72mm，保證精整后內(nèi)外圓符合工藝標準要求；精整時機頭線一定要放置在導槽內(nèi)；檢查定子的棉線松緊度是否適中，有無漏綁、偏底槽、偏槽蓋紙等不良現(xiàn)象，同時保證底部無散線、掉線等不良現(xiàn)象。

圖7 雙綁精整工序缺陷因素分布

（四）全檢外形工序問題分析與改進

針對全檢外形工序因員工操作不熟練或不規(guī)范等問題而出現(xiàn)的缺陷，改進措施為設(shè)置詳細的重點管控項，定子的外型要符合產(chǎn)品工藝標準；槽楔紙不能錯位、移位且基本保持對稱；釬要光滑，不能有毛刺，使用時不要挑斷線；保證定子內(nèi)圓不能有任何雜物，無散線、掉線、斷線、繞組壓扁、繞組漆膜損傷現(xiàn)象。

（五）性能檢測工序問題分析與改進

性能檢測工序產(chǎn)品主要缺陷為匝間短路，導致其缺陷的原因是在性能檢測過程中由于制造工藝不良，對匝間的絕緣層有損壞，或是銅線上有硬塊、毛刺等，導致銅線的絕緣損壞。針對性能檢測工序出現(xiàn)的缺陷，改進措施為設(shè)置詳細的重點管控項，各項參數(shù)符合技術(shù)規(guī)格書要求；目測機頭線線尾沒有粘上錫渣，要求定子機頭線尾無雜物；目測銅線無硬塊、毛刺；檔位線夾線正確，且接觸良好；匝間測試電壓：220V～240V為1800V，100V～127V為1500V；耐壓測試電壓歷時1s：220V～240V為1800V，100V～127V為1500V。電阻值以技術(shù)標準值為準，電阻值上限為R+R*8%，下限為R＜R*8%。

四、結(jié)論

本研究以美的公司定子產(chǎn)品作為研究對象，對定子生產(chǎn)關(guān)鍵、特殊工序中出現(xiàn)的缺陷問題進行分析與研究，剖析了各個工序的質(zhì)量現(xiàn)狀，分析確定影響定子質(zhì)量的主要原因，提出有效的改進措施和解決方案。研究中提出的針對美的公司定子產(chǎn)品生產(chǎn)關(guān)鍵/特殊工序的改進建議可以有效提高產(chǎn)品的合格率和改進產(chǎn)品質(zhì)量，這有利于美的公司降低返修成本，提高整體實力與市場競爭力，可為公司帶來較大的經(jīng)濟效益。本研究僅對美的電風扇產(chǎn)品中定子質(zhì)量進行分析，電風扇其余零部件暫未涉足，期望與業(yè)界同行共同研究、分析和改進，以提升國有品牌風扇質(zhì)量水平和競爭力。