基于六西格瑪的電池組自動焊合格率改善策略

何 慶，汪冬華，石 飛

（威泰能源（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州215123）

某公司生產的電池組件，以前采用人工焊接，為了提高生產率，目前引進了自動電阻焊焊接設備，進行自動電阻焊焊接，但出現了以前沒有出現過的焊接缺陷。為了分析焊接缺陷的來源及其影響因素，及各影響因素的影響顯著程度，本研究通過實驗研究，基于六西格瑪理論對各焊接因素進行分析，找出自動電阻焊缺陷的顯著影響，并有針對性地提出改善措施。

1 各工序良品狀況分析

公司主要生產電池組件，根據擴產的需要，增加了10臺自動電阻焊機進行電池組件的焊接，圖1為采用自動電阻焊三個月后，電池組件出現的不良品柏拉圖。由圖1可見，采用自動電阻焊進行自動電池組件的焊接后，電阻焊工序的良品率跌至最低點，遠低于其他工序。根據現場跟蹤統計：導入自動焊接前的電阻焊工序平均良率可達到95%，導入自動焊接后良率迅速下降至70%，電阻焊工序的良率下降也導致了充放電工序良率的下降。

對此狀態持續3個多月的跟蹤分析，產生的直接經濟損失總計412，117元。自動電阻焊缺陷已成為瓶頸，影響整個擴產效果，經濟損失顯著。同時電阻焊的缺陷越多，流入客戶手中的風險就越高，會在客戶中造成不良影響。針對存在的問題，采用6西格瑪理論對自動電阻焊缺陷的影響因素進行研究，找出最影響焊接質量的因素，為改進措施提供理論基礎。

圖1 2008年下半年至今各工序不良品柏拉圖

2 基于六西格瑪理論的電阻焊過程失效數據的統計和分析

2.1 六西格瑪理論

六西格瑪［1－2］是一種管理業務和部門的系統方法。它把顧客放在第一位，利用事實和數據來驅動更好地解決問題的方法。6西格瑪項目主要有三個領域：a）.提高顧客滿意b）.縮短工作周期c）.減少缺陷。

六西格瑪是一項以數據為基礎，追求幾乎完美的質量管理方法。從實質上講，6西格瑪管理法是一種從全面質量管理方法（TQM）演變而來的一個高度有效的企業流程設計、改善和優化技術，并提供了一系列同等地適用于設計、生產和服務的新產品開發工具。6西格瑪管理法的重點是將所有的工作作為一種流程，采用量化的方法分析流程中影響質量的因素，找出最關鍵的因素加以改進從而達到更高的客戶滿意度。從目前的實踐來看，六西格瑪管理主要有兩種類型：6Sigma改進和6Sigma設計。

2.2 電阻焊過程失效數據的統計與分析

電阻焊制程的自動化，是實現生產線自動化的第一步，該制程的成功轉型，可以增強管理層對整條生產線成功改造的信心。通過對電阻焊樣本進行失效（失效分析樣本數3000）與報廢分析（報廢分析樣本數70），現階段電阻焊失效和報廢主要源于：外觀不良、焊接力不足（虛焊）、電性能失效（電芯極性反，短路），圖2為電阻焊失效與報廢統計分析圖。由圖可知，電阻焊失效的顯著缺陷在于外觀不良和虛焊，電阻焊報廢的主要缺陷在于電芯極性相反。

圖2 電池組電阻焊失效與報廢原因分析柏拉圖

3 基于六西格瑪理論的電池組電阻焊缺陷實驗研究

3.1 電池組電阻焊實驗

在進行電池組電阻焊缺陷實驗中，進行了電焊后焊接結構的拉力實驗［3］，根據不同焊接缺陷的樣本的拉力實驗結果，基于六西格瑪理論進行分析，得出最顯著影響因素，并提出改進措施。本次實驗中拉力測試系統測量誤差占總變異的7.23%，收集最近1個月每天的電阻焊一次合格率，做時序圖如圖3。由圖3可知：目前合格率平均值為72%，且不穩定，離98%的目標相差26%。圖4為最近1個月每天的電阻焊拉力，進行正態性檢驗并做控制圖。分析圖4可知整個實驗過程穩定，無系統異因存在。圖5為現階段電阻焊拉力的過程能力分析圖，由圖5可知現階段過程能力僅為0.61，有很大的提高空間。

圖3 近一月樣本的電阻焊一次合格率統計

圖4 近一月的電阻焊正態檢驗控制圖

圖5 電阻焊拉力的過程能力分析圖

進行實驗樣本的電阻焊拉力過程能力分析后，下一步用流程變量圖進行分析，通過對流程輸入因子逐一進行打分，從中篩選出了若干個分值最高的輸入因子，將這些重要的輸入因子再進行失效模式的分析，進一步找出最關鍵的輸入因子。圖6為電池組電阻焊缺陷流程變量圖分析，表1為潛在失效模式及后果分析。

圖6 電池組電阻焊缺陷流程變量圖

表1 潛在失效模式及后果分析 （FMEA）

3.2 實驗過程中快贏措施實施

實驗過程中，為了分析影響電池組電阻焊質量的最顯著因素，需要對各相關關聯因素采取改進措施，并分析改進后與改進前的影響效果［4］。表2為不同改善措施的改善前后對比，由表可知，通過影響電阻焊因素改善，電阻焊質量明顯得到改善。

表2 對電池組件影響電阻焊缺陷的不同因素的改善對比

3.3 第2次FMEA潛在失效模式及后果分析

通過上述三種改善措施分析后，進行FMEA潛在失效模式及后果分析見表3，針對X采取快贏措施后，通過對項目的持續關注，項目的指標近況見表4。

經過流程圖，因果矩陣，FMEA及快贏措施，篩選出重要顯著因素X（表5）。

表3 第2次FMEA潛在失效模式及后果分析

表4 項目的指標近況表 %

表5 被篩選出的重要顯著因素X

電芯極性反是電阻焊過程失效的主要原因之一，是造成產品報廢的第一原因。通過實驗分析，焊接電流與焊穿有關，焊接電壓也會造成電池組件的焊穿缺陷，焊接電流與焊接電壓對焊接力都有影響（表6）。

表6 電池組焊接缺陷四維度分析

經過對電池組實驗分析及驗證，筆者判斷對電池組電阻焊缺陷有影響的重要因子有：X1：電芯的極性檢出能力 ；X2：焊接參數；X3：鎳片與電芯對齊性。針對分析階段得出的4個關鍵X因子，分別提出了改善思路，并按照實施時間由短及長、涉及范圍由小到大、改進難度由易至難、改善效果明顯至顯著，按1、3、9的打分準則分別對四個維度進行評價，分數高表示容易改善，分數低表示難以改善，并根據總分由高到低的順序指導改善的優先序，由表6可知：因子改善及確保落實的優先順序為X2－X1－X3。

4 結論

通過采用六西格瑪進行電池組自動電阻焊缺陷的實驗研究，分析出對自動電阻焊缺陷最顯著影響因素為焊接參數，其次為電芯極性反，最不顯著影響因素是鎳片與電芯不對齊。團隊根據上述分析的結果對焊接參數進行DOE，找到最優參數，從而提高電阻焊合格率。針對電芯極性反，后續新電芯的設計可采取一定的防錯措施，以減少不良發生。電阻焊制程的改善分析過程，可同樣應用于后續制程在手動轉自動化過程中遇到的相同問題，在轉換期充分采用六西格瑪的方法進行測量、分析，找到最顯著影響因素，最終采取適當的改善措施，達到順利轉換。

［1］ 王靈玲，毛劍敏，陳宇曉.基于六西格瑪的電子企業產品切換過程管理與改進［J］.工業工程，2011，14（5）：121－124.

［2］ Thomas Pyzdek.六西格瑪（6σ）手冊［M］.孫靜譯.北京：清華大學出版社，2003：3－5.

［3］ 馬 聰，楊建東.電動汽車動力電池組的點焊工藝研究［J］.機械工程師，2013，12：27－30.

［4］ 施亮星，何 禎.DMAIC流程在自動焊接質量改進中的應用［J］.數理統計與管理，2008，27（2）：241－249.