DOE實驗設計在內后視鏡脫落問題中的應用

柴若蕓,李顥,周廣興

(北京汽車股份有限公司, 北京 101300)

0 引言

DOE(Design of Experiment)實驗設計是質量控制和改進中重要的工具和方法，尤其是在航空、汽車工業中發揮了重要的作用。它是對工程實踐的強化，能有效地幫助分析人員找到影響問題的重要因素，并為兩者建立聯系，從而尋求對問題最有效的解決方案[1]。

文中以內后視鏡為研究對象，借助Minitab軟件，研究DOE在質量問題改進中的應用。

1 問題分析

內后視鏡脫落問題發生的環境為顧客在調整內后視鏡角度過程中引起的，識別內后視鏡的拉脫力是影響內后視鏡脫落失效的重要因素，需要針對拉脫力進行深入分析。

該款內后視鏡拉脫力的實測數據如表1所示，數據無極值點、服從正態分布，但整體力值偏小，存在客戶調節過程中施加了過大拉脫力的情況。查詢企業標準與國家標準，未發現關于內后視鏡拉脫力相關要求，因此需增加拉脫力的實驗要求，并通過DOE實驗設計從設計結構角度增大拉脫力。

表1 拉脫力測量值 N

2 確定目標與影響因素

DOE實驗設計的首要任務是確定拉脫力的設計目標，通過對比過往車型及其他主機廠發現：當內后視鏡的拉脫力不小于300 N時，未出現內后視鏡脫落問題，因此將內后視鏡拉脫力目標值設定在300 N。

使用魚骨圖對拉脫失效的原因進行分析，得到影響內后視鏡拉脫力的所有因子(如圖1所示)，其中鏡桿長度指鏡桿拉力點到鏡桿中心與底座面交點的距離，鏡桿中心距指底座中心到鏡桿中心的距離。

此次問題主要針對內后視鏡的結構進行分析，分析的主要因素有：鏡桿形狀、鏡桿長度、鏡桿中心位置、內后視鏡安裝底座面積。通過對標得到4個因子的兩水平如表2所示。

圖1 內后視鏡拉脫失效魚骨圖

表2 因子水平表

為保證實驗的準確度，實驗中其他因子需保持不變，并盡量減少對系統變差的影響：3M膠型號為9214；內后視鏡安裝力矩為2.5 N·m定扭；使用同一批次前風擋玻璃；同一實驗員同一角度測量拉脫力。

3 1/2部分因子設計

基于實驗經費的考慮并減少實驗次數，對于四因子兩水平分析采用1/2部分因子設計，建立1/2部分因子實驗矩陣并隨機化后的實驗矩陣及結果如表3所示。

表3 1/2部分因子實驗矩陣

利用Minitab繪制實驗矩陣的主效應圖和交互作用圖，如圖2—圖3所示。

圖2 拉脫力主效應圖

圖3 拉脫力交互作用圖

可以看出鏡桿長度和鏡桿中心距對拉脫力變化有顯著影響，各因子之間基本無交互作用。設置顯著性水平α=0.05，從帕累托圖中可以看出，建立拉脫力的分析模型需要重點研究鏡桿長度和鏡桿中心距的影響；而鏡桿形狀和底座面積對主效應的影響很小，并且優化也會產生變更費用，因此維持現有設計即可。

利用Minitab得到拉脫力F擬合模型(編碼公式)為：

F=275.88-42.12l-26.62d

式中：l為鏡桿長度；d為中心距。

圖4 拉脫力殘差圖

通過擬合公式得到最優解如表4所示，其中，鏡桿形狀與底座面積維持現有內后視鏡設計。根據最優解得到拉脫力值F為344 N，滿足拉脫力不小于300 N的要求。

表4 各因子確定最優解

4 方案確定與校核

通過DOE實驗設計結果的分析，確定內后視鏡的設計結構調整方案為：鏡桿長度由85 mm減小到65 mm，鏡桿中心與底座中心基本同心。

結構調整后，需要對方案可行性進行分析，通過對數據進行校核，新款內后視鏡與頂襯最小間隙滿足手部調節空間要求，后方視野滿足法規GB 15084-2013《機動車輛間接視野裝置的性能和安裝要求》要求。

改進后達到修改后設計要求，實際測量滿足拉脫力不小于300 N要求，并將拉脫力要求寫入到企業試驗標準中。DOE實驗設計對于內外飾零件的質量分析與改進有明顯的效果，在有效改進問題的同時，也為質量問題的改進節省了大量的時間和成本，為其他質量問題的改進提供了很好的借鑒[2]。