基于MP零件的尺寸質(zhì)量風(fēng)險控制方法研究

吳炤駿， 周翰， 彭楊， 張磊， 趙云， 羅帥， 章雨亭， 楊騰飛

（上汽通用汽車有限公司整車制造及新項目部尺寸工程科，上海200125）

0 引言

隨著人們對汽車品質(zhì)要求的日益提升，與車型開發(fā)周期亟待縮短的需求，提高汽車的質(zhì)量提升效率與探索先進(jìn)的研究方法非常有必要。白車身作為構(gòu)成汽車主要的部件，會隨著客戶需求與市場導(dǎo)向進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)與材料方面的持續(xù)改進(jìn)，而這種變化會給車身的前期設(shè)計和項目啟動質(zhì)量達(dá)成帶來新的挑戰(zhàn)。上述改變帶來的風(fēng)險主要表現(xiàn)在車身的制造過程中，包括車身零部件出模的精度控制能力、車身裝配匹配工藝過程容差能力，以及全工序后外觀幾何(公差)質(zhì)量達(dá)標(biāo)等方面[1]。車身零件制造與裝配工藝的精度提升可以視為整個汽車業(yè)所面臨的共性問題。其主要涉及到以下幾個方面的技術(shù)難點問題：

1）開發(fā)周期的縮短。面對市場的萬千變化，整車廠新項目開發(fā)周期越短，新項目啟動越快，越能贏得市場，搶占更大的市場份額，所以如何在盡可能短的時間周期內(nèi)將合格產(chǎn)品投放到市場上，贏得客戶美譽度，是各整車企業(yè)都亟待解決的問題。

2）嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。面對市場上經(jīng)常出現(xiàn)的各類質(zhì)量召回事件，整車開發(fā)企業(yè)在加快產(chǎn)品投放的同時，也在不斷提高從零部件到整車的各級別質(zhì)量要求。在白車身關(guān)鍵控制區(qū)域，除了常規(guī)的尺寸合格率達(dá)標(biāo)，更要求尺寸均值波動符合更嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)情況下才能滿足新車投放。

3）傳統(tǒng)機械工藝能力的局限。面對機械加工業(yè)的工藝能力可優(yōu)化空間窗口越來越窄，傳統(tǒng)技術(shù)能力瓶頸很難在短時間內(nèi)有新的突破的情況下，如何從非傳統(tǒng)方面找尋新的技術(shù)突破點。

綜上，隨著汽車質(zhì)量和上市周期要求日益提升成為新常態(tài)，“設(shè)計→驗證（基于經(jīng)驗和虛擬）→制造（基于制造能力）→實物驗證（基于匹配）→反饋（基于質(zhì)量數(shù)據(jù)）”這一常規(guī)操作模式已完全打破。

1 提升零件質(zhì)量的技術(shù)分析

從上面的分析來看，如何通過預(yù)留適度的設(shè)計間隙來提高零件容差能力，加速零件質(zhì)量提升，快速達(dá)到符合造車驗證標(biāo)準(zhǔn)[2]需要有創(chuàng)新思維。通過對汽車設(shè)計、制造、匹配、裝配等整個過程的認(rèn)真分析，我們發(fā)現(xiàn)，由于研發(fā)周期的約束幾乎是剛性的，因此，必須設(shè)法改進(jìn)控制和反饋機制，只有有效地實施控制和反饋，才能盡快地發(fā)現(xiàn)問題，并以最快捷、最經(jīng)濟的方法解決這一問題[3]。在這里，重點需要關(guān)注的有幾個方面：1）通過以往項目的經(jīng)驗總結(jié)，匯總成不同拼接結(jié)構(gòu)的設(shè)計間隙（容差）預(yù)留；2）獲取系統(tǒng)穩(wěn)定沖壓工藝，生產(chǎn)的沖壓單件的偏差狀況與偏差分布狀況，在開發(fā)前期，導(dǎo)入補償值，提高一次出件質(zhì)量；3）通過以往項目的經(jīng)驗總結(jié)，匯總成模具易達(dá)性分析模板，在開模階段預(yù)留模具快速調(diào)整的能力；4）系統(tǒng)地掌握零件偏差對車身拼車焊裝的影響；5）系統(tǒng)地掌握由于零件結(jié)構(gòu)材料變動，以及零件偏差等因素對車身各工序造成的影響。

從上面的分析中可以看到，這實際上是一個涉及到多個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性問題，其解決方式也必須通過一套全新的機制去快速發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。

2 車身匹配問題解決方案

上汽通用汽車有限公司（SGM）作為國內(nèi)領(lǐng)先，國際上有競爭力的汽車企業(yè)，一直在努力探索這方面問題的解決方法，經(jīng)過多年的技術(shù)研究，形成了具有創(chuàng)新性的技術(shù)和管理方案，其核心內(nèi)容是：通過由車身匹配部門主導(dǎo)MP零件，從設(shè)計間隙預(yù)留模板、GD&T圖樣生成、制造工藝能力監(jiān)控、沖壓零部件開模評審、MP零件虛擬匹配、MP零件實物匹配以及設(shè)計工藝調(diào)整方案補償?shù)确矫嫒轿惶崆敖槿耄⑼ㄟ^相關(guān)技術(shù)和管理規(guī)范的制定與實施，形成有效的質(zhì)量控制機制。

該技術(shù)和管理方案的主要內(nèi)容包括：

1）匹配部門主持，根據(jù)以往經(jīng)驗和虛擬驗證規(guī)范制定的設(shè)計間隙預(yù)留模板來預(yù)留相關(guān)設(shè)計間隙，檢查確認(rèn)預(yù)留間隙合理性；結(jié)合以往對沖壓工藝、車身拼車和匹配的理解和經(jīng)驗積累，以及在車身結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計變化點，編制成相應(yīng)的制造需求(Manufacturing Requirements,MR)規(guī)范，規(guī)范中將開列出需要重點關(guān)注的點和控制要求。

2）結(jié)合車身控制點分級的規(guī)范，對所制訂的MR規(guī)范進(jìn)行風(fēng)險識別，并將需要重點關(guān)注的點列為關(guān)鍵控制點。從而使這類點始終處于高頻次的全程有效的監(jiān)控下。

3）對列入關(guān)鍵控制點相關(guān)的沖壓工藝、檢測和匹配進(jìn)行提前控制，即由匹配部門盡快獲取和匯總相關(guān)工藝能力和質(zhì)量信息，提前識別風(fēng)險，有效制定補償數(shù)據(jù)及方案。

4）在沖壓工藝能力達(dá)到穩(wěn)定性要求的前提下，MP零件的物理驗證活動（MiniMC）應(yīng)完結(jié)于開展第一輪的拼車和匹配活動（Matching1）前，以期盡快地發(fā)現(xiàn)MP零件設(shè)計、工藝等方面的虛擬驗證無法驗證的問題。

5）在第一輪的拼車匹配活動（MC1：Matching 1）的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件和對手件的GD&T要求、結(jié)構(gòu)狀況、沖壓工藝能力和拼車匹配調(diào)整能力，給出最快捷和最經(jīng)濟的工藝改進(jìn)和調(diào)整方案，這里的調(diào)整可能包括單件的GD&T設(shè)計、沖壓工藝的調(diào)整，也可能涉及到對手件或相關(guān)零件，以及拼車方法和工藝方法等多個方面，從而實現(xiàn)時間和成本的雙控制。

6）由于關(guān)鍵控制點一般都是全局性的控制點，因此，由匹配部門負(fù)責(zé)整理關(guān)鍵控制點的全程信息，并反饋到包括設(shè)計在內(nèi)的各個部門，成立全工藝改善團(tuán)隊，從而整合拉到全產(chǎn)鏈的技術(shù)支持資源投入質(zhì)量提升。

3 基于MR規(guī)范的工程實踐分析

眾所周知，在車身結(jié)構(gòu)中，前后懸掛及副車架安裝、發(fā)動機安裝、前后雷達(dá)安裝區(qū)域有最高等級尺寸質(zhì)量控制要求，這些區(qū)域通常被設(shè)置為關(guān)鍵控制點，此時車身匹配部門就已提前介入，通過相關(guān)MR操作規(guī)范，明確要求這些區(qū)域必須在前期設(shè)計開發(fā)階段就考慮風(fēng)險的識別，并要求關(guān)注零件易制造性、一次開模合格率等。

同時車身匹配部分開展后續(xù)跟進(jìn)工作，聯(lián)合零件供應(yīng)商對結(jié)構(gòu)、材料（一般為高強度鋼）、零件沖壓工藝穩(wěn)定性展開監(jiān)測、分析和控制研究，以期盡快穩(wěn)定成形的產(chǎn)品。

在沖壓件定點、出件前后，匹配部門需要對以下幾個方面展開工作：

1）獲取實際零件的數(shù)字模型，工藝工序流程，安裝設(shè)計間隙檢查模板，并采用專門研發(fā)的虛擬匹配軟件模塊進(jìn)行虛擬匹配關(guān)系確立，以便快速甄別出零件在實際車身拼車和匹配中的可行性和可能出現(xiàn)的問題區(qū)域。

2）在獲得首件掃描數(shù)據(jù)，導(dǎo)入虛擬匹配跟蹤清單，進(jìn)行車身和部件的虛擬拼車和匹配操作，將風(fēng)險點記錄。并將發(fā)現(xiàn)問題導(dǎo)入到實物匹配過程中，驗證風(fēng)險點及確定拼車工藝工序容差性，并規(guī)劃工藝工序容差性調(diào)整的可能和可行性。

3）在虛擬匹配以及實際拼車和匹配操作的基礎(chǔ)上，結(jié)合GD&T要求、沖壓工藝調(diào)整能力、對手件狀況，以及拼車工藝調(diào)整能力，給出最終的調(diào)整方案，包括要求設(shè)計給出更為合理的公差（統(tǒng)計公差，包括極限與偏差分布）、沖壓工藝能力的提升（進(jìn)一步的偏差分布要求），以及后續(xù)拼車時的調(diào)整和檢測方法等。

上述所有的操作，都是基于MR規(guī)范和風(fēng)險識別要求開展的，并在此基礎(chǔ)上加入關(guān)鍵控制點及控制規(guī)范。由此，實現(xiàn)了從開發(fā)階段就開始重點跟蹤這些區(qū)域的質(zhì)量以及工藝波動問題點，并提出相應(yīng)的質(zhì)量問題應(yīng)對技術(shù)方案。圖1為制造需求規(guī)范和風(fēng)險識別要求示例。

這一標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范工作流程已在實際工程中多次得到了應(yīng)用，并被證明其具有實際可操作性和有效性。這種方法能夠有效地進(jìn)行風(fēng)險的識別與跟蹤控制，不但確保了相關(guān)可能的缺陷在設(shè)計階段就能得到有效的關(guān)注、相關(guān)風(fēng)險能被盡早識別，同時該類控制還被延伸到了供應(yīng)商的模具研發(fā)階段和沖壓工藝調(diào)整階段。而最后通過基于時間和成本的修整調(diào)整方案的制訂，使各相關(guān)部門在技術(shù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上達(dá)成后續(xù)工作開展的共識，最終使質(zhì)量風(fēng)險的有效控制成為可能。下面是一個實際工程案例所獲得的實施效果：

圖1 制造需求規(guī)范和風(fēng)險識別要求

在某型新品汽車的研發(fā)中，匹配部門發(fā)現(xiàn)，由于高強度鋼材集中應(yīng)用在前后縱梁，前后輪罩，前水箱橫梁等復(fù)雜零件上，不僅將造成高強度鋼材零件成型的難度，同時，由于這些零件還會涉及到電弧焊、點焊、鉚接等復(fù)雜工藝過程，而新材料的應(yīng)用，將使以往的設(shè)計驗證經(jīng)驗難以有效應(yīng)對，這些都必將造成項目的風(fēng)險。換句話說，如果采用傳統(tǒng)的工作模式，很有可能會出現(xiàn)零件質(zhì)量提升緩慢、工藝問題不能及時發(fā)現(xiàn)、模具反復(fù)調(diào)整等問題。

對此，提前介入的匹配部分對相關(guān)的區(qū)域進(jìn)行了MR分析，形成了MR規(guī)范，并進(jìn)行了關(guān)鍵控制點標(biāo)識，圖2為某采用高強度鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，匹配部門根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)零件間設(shè)計的間隙與公差要求可能存在風(fēng)險，于是要求設(shè)計部門對所設(shè)計的公差和間隙進(jìn)行針對性的風(fēng)險識別，要求在給出的統(tǒng)計公差中，確保合理的設(shè)計間隙，以防止零件在沖壓工藝穩(wěn)定后首次出件時不會出現(xiàn)零件處于正常公差范圍內(nèi)，零件仍無法正常裝配的情況。

這個案例中的零件及拼車結(jié)構(gòu)，以往由于采用的是常規(guī)鋼材，在實際拼車過程中，由于零件的剛性相對較弱，因此能起到一定補償作用。但當(dāng)使用了高強度材料后，同樣的結(jié)構(gòu)和GD&T統(tǒng)計公差設(shè)計，由于補償作用的減弱，就引發(fā)相關(guān)的質(zhì)量問題。

圖2 高強度鋼材的裝配結(jié)構(gòu)示意

由于在設(shè)計階段匹配部門就根據(jù)MR規(guī)范對該區(qū)域進(jìn)行了設(shè)計間隙識別，對預(yù)留設(shè)計間隙不足區(qū)域進(jìn)行了調(diào)整，提高了容差性，從而有效地實現(xiàn)對該區(qū)域質(zhì)量風(fēng)險控制。

從上面的案例中可以看到，正是基于MR規(guī)范的操作，匹配部門的提前介入，為設(shè)計與制造搭建了溝通與系統(tǒng)化解決問題的橋梁。

通過匯總上汽通用近期該項技術(shù)和管理方法的應(yīng)用情況來看，隨著本技術(shù)和管理方法的深入應(yīng)用，相關(guān)車型關(guān)鍵控制區(qū)域的MC1合格率被提升15%,這不僅大大降低了首次交樣時關(guān)鍵控制區(qū)域的風(fēng)險，更為整車驗證關(guān)鍵控制區(qū)域的有效性起到了保駕護(hù)航的作用。最終不僅加速了零件合格率達(dá)標(biāo)，而且在尺寸工藝穩(wěn)定性上也迅速達(dá)到更小的波動區(qū)間。

4 結(jié) 語

本文針對車身制造中由于結(jié)構(gòu)、材料、研發(fā)周期等結(jié)合因素等引發(fā)的新常態(tài)問題，創(chuàng)新性地設(shè)計了一套基于MR規(guī)范、前期風(fēng)險識別方法和規(guī)范管理流程。通過關(guān)鍵控制點控制規(guī)范的應(yīng)用，在對所設(shè)計的統(tǒng)計公差、沖壓工藝能力、拼車和匹配工藝調(diào)整能力的綜合分析與控制的基礎(chǔ)上，基于時間和成本，給出最經(jīng)濟合理的修整調(diào)整方案。經(jīng)過多次實際工程應(yīng)用，驗證了該方法的可操作性和有效性。這一方法的有效應(yīng)用，不僅對于確保車身質(zhì)量和研發(fā)周期有效，而且將對企業(yè)的知識管理和應(yīng)用提供一種技術(shù)思路。

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