汽車總裝擰緊工藝管理研究

鄧智良，何偉東，王敬謀，姜 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司總裝車間，重慶401135）

0 前言

汽車質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)（簡稱“汽車QMS標(biāo)準(zhǔn)”或“IATF16949”或 16949，其前身為 TS 16949），連同適用的汽車顧客特定要求，ISO9001：2015要求以及ISO9000：2015，定義了對(duì)汽車生產(chǎn)件及相關(guān)服務(wù)件組織的基本質(zhì)量管理體系要求。IATF 16949：2016（第一版）是一份創(chuàng)新文件，著重考慮了顧客導(dǎo)向性，綜合了許多以前的顧客特定要求。

汽車QMS標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是開發(fā)提供持續(xù)改進(jìn)、強(qiáng)調(diào)缺陷預(yù)防，減少變差和浪費(fèi)的質(zhì)量管理體系[1]，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。部分學(xué)者開展了16949應(yīng)用的研究，例如：田曉霞等對(duì)推行IATF16949：2016質(zhì)量管理體系運(yùn)行的重要性進(jìn)行了簡要闡述[2]；白翱，崔海龍等對(duì)提出并建立了面向中小汽配件制造商的TS1 6949體系支撐平臺(tái)，開發(fā)了原型系統(tǒng)以驗(yàn)證研究的可行性和有效性[3]；蘇淑彥對(duì)目前汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用16949存在的問題進(jìn)行了分析[4]。

然而，以上的研究都側(cè)重于16949重要性、前期理論及目前應(yīng)用弊端的研究，未將16949應(yīng)用到實(shí)踐中。針對(duì)這一情況，本文根據(jù)16949汽車質(zhì)量管理體系的要求及原理，在現(xiàn)有生產(chǎn)質(zhì)量管理的基礎(chǔ)上，以顧客為關(guān)注焦點(diǎn)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)思維，針對(duì)特定場景識(shí)別活動(dòng)，建立了精確管控系統(tǒng)，以點(diǎn)概面的闡述質(zhì)量體系建立的方法。

1 背景

汽車產(chǎn)品由3~4萬多個(gè)零件組成，4~5千個(gè)總成組裝而成，汽車制造是一個(gè)復(fù)雜過程，生產(chǎn)組織需要多方合作、大批量流水作業(yè)。主機(jī)廠的作業(yè)分為四大工藝車間，沖壓、焊裝、涂裝、總裝，而四大工藝的特點(diǎn)各不相同，以總裝為例，擰緊工藝為總裝車間主要之一，擰緊質(zhì)量一旦出問題，輕則可能出現(xiàn)零部件松動(dòng)、異響，重則有可能引發(fā)安全事故，所以如何對(duì)擰緊質(zhì)量進(jìn)行控制至關(guān)重要。

傳統(tǒng)擰緊工藝根據(jù)所作用系統(tǒng)的功能嚴(yán)重度及成本控制要求，對(duì)于擰緊工藝會(huì)選擇不同的控制方法。對(duì)于嚴(yán)重度低的功能系統(tǒng)，如內(nèi)外飾件，在擰緊所采用的工具一般采用普通電動(dòng)擰緊工具或者手動(dòng)扭矩扳手來進(jìn)行控制；而對(duì)于底盤、轉(zhuǎn)向等與安全和法規(guī)有關(guān)的功能系統(tǒng)，則采用高精度電槍進(jìn)行擰緊質(zhì)量的控制，并且此類工具配合擰緊系統(tǒng)，具備擰緊數(shù)據(jù)記錄和追溯功能。

然而汽車總裝難以實(shí)現(xiàn)100%自動(dòng)化生產(chǎn)，即便是采用了帶數(shù)據(jù)記錄和追溯功能的高精度電動(dòng)擰緊工具，其生產(chǎn)作業(yè)仍是由人操作完成，這就可能存在人員漏操作的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致質(zhì)量問題逃逸。雖然有數(shù)據(jù)記錄和追溯功能，但是事后發(fā)現(xiàn)為了防止缺陷逃逸，必然需要排查追溯，這就造成了極大的浪費(fèi)。如何確保缺陷能得到有效管理和攔截，本文將致力于擰緊質(zhì)量控制的場景提出解決方案。

2 擰緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

設(shè)計(jì)與開發(fā)主要根據(jù)APQP開展，由于研究的是汽車總裝車間的擰緊工藝開發(fā)，所以本文僅從生產(chǎn)過程的工藝設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行研究。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

產(chǎn)品工程應(yīng)用FMEA 識(shí)別失效模式與風(fēng)險(xiǎn)，確定了關(guān)鍵產(chǎn)品特性定義體系（kcds，Key Characteristic Designation System）。根據(jù)失效后果及嚴(yán)重度，對(duì)擰緊工藝分類定義如表1所示。

表1 關(guān)鍵產(chǎn)品特性定義體系（擰緊）

2.2 擰緊工藝開發(fā)的輸入

根據(jù)產(chǎn)品工程對(duì)關(guān)鍵產(chǎn)品特性的定義，以及制造策略和成本控制的要求，總裝擰緊工藝采用如表2控制方式。

表2 擰緊工藝控制方式

2.3 擰緊工藝開發(fā)的控制

擰緊工藝開發(fā)，主要按照開發(fā)的三要素評(píng)審、驗(yàn)證、確認(rèn)開展，下面列出主要交付物：

1）PFMEA：每個(gè)擰緊工藝對(duì)應(yīng)的（汽車）功能系統(tǒng)的失效模式及后果分析；

2）PCP：根據(jù)PFMEA識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)和定義的控制措施，細(xì)化控制方法，包括應(yīng)用的工具設(shè)備、檢查的范圍和頻次，及反應(yīng)計(jì)劃；

3）作業(yè)指導(dǎo)書：根據(jù)PFMEA和PCP，將具體要求落實(shí)到作業(yè)指導(dǎo)書中，把質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和失效后果在作業(yè)指導(dǎo)書中清晰描述；

4）防錯(cuò)驗(yàn)證：對(duì)工藝有關(guān)的防錯(cuò)識(shí)別進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)其是否有效進(jìn)行，通常每周開展一次；

5）旁路管理：當(dāng)主用設(shè)備故障，采用備用方案（比如電動(dòng)擰緊工具故障，采用手動(dòng)工具），備用方案必須得到工程認(rèn)可（產(chǎn)品工程和制造工程）。

以上交付物，確定了設(shè)計(jì)評(píng)審、驗(yàn)證、確認(rèn)的要求。

2.4 擰緊工藝開發(fā)的輸出

為了滿足產(chǎn)品要求，需要對(duì)于擰緊工藝的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量，以確保過程的穩(wěn)定。

1）過程能力的監(jiān)控。采用統(tǒng)計(jì)過程分析（SPC）工具，對(duì)擰緊工藝的動(dòng)態(tài)扭矩進(jìn)行過程能力分析。由于電動(dòng)擰緊工具的扭矩傳感器并非測(cè)量實(shí)際動(dòng)態(tài)扭矩值，需要外接傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)扭矩進(jìn)行分析。當(dāng)cpk（過程能力指數(shù)）<1.33，需要對(duì)該工藝的人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行分析，尋找造成不穩(wěn)定的因素，提前預(yù)防控制，如有必要增加投資變更工具提升控制等級(jí)。對(duì)于扭矩扳手?jǐn)Q緊的工藝同樣可以串聯(lián)傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩。圖1為前懸掛安裝的過程能力分析，正態(tài)分布圖及cpk表達(dá)了該點(diǎn)位的過程能力，過程力監(jiān)控通常每個(gè)月開展一次。見圖1。

圖1 前懸掛安裝過程能力分析

2）抽檢。對(duì)于正式生產(chǎn)的運(yùn)行，需要對(duì)靜態(tài)扭矩進(jìn)行架空，繪制控制圖，監(jiān)控過程的變異，圖2為裝配前懸掛的靜態(tài)扭矩監(jiān)控。根據(jù)SPC原理，當(dāng)某扭矩超過控制線，或者連續(xù)有三個(gè)點(diǎn)以上連續(xù)上升或者下降，需要對(duì)該工藝的人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行分析，尋找變異原因并制定相應(yīng)控制措施。通常對(duì)當(dāng)班次的擰緊點(diǎn)，每兩個(gè)小時(shí)測(cè)量一次靜態(tài)扭矩的測(cè)量。

圖2 前懸掛安裝控制圖

3）精確管控系統(tǒng)。由于總裝車間的擰緊工藝由人操作執(zhí)行的較多，即便是有作業(yè)指導(dǎo)書、設(shè)備有防錯(cuò)，也有可能出現(xiàn)意外情況，比如扭矩漏打或者設(shè)備故障。在以往的過程監(jiān)控中，管理人員通常需要等到員工報(bào)警、或者質(zhì)量門檢測(cè)出來異常才能得知故障發(fā)生。在意外情況發(fā)生時(shí)，如何對(duì)擰緊質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控是本文研究的主要目的。對(duì)于高精度電動(dòng)擰緊工具，擰緊結(jié)果首先上傳到擰緊服務(wù)器，服務(wù)器上記錄了與車輛對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位擰緊質(zhì)量（扭矩、轉(zhuǎn)角、工藝點(diǎn)擰緊數(shù)量、數(shù)據(jù)是否完整等等），一旦監(jiān)控的擰緊參數(shù)超差或者參數(shù)不完整，會(huì)顯示不合格信息。通過數(shù)據(jù)的二次開發(fā)利用，建立精確管控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)展示車輛擰緊質(zhì)量是可以實(shí)現(xiàn)的。圖3為精確管控系統(tǒng)的構(gòu)架。其主要工作流程為：1）崗位按要求施加扭矩；2）擰緊信息上傳服務(wù)器；3）通過精確管控系統(tǒng)，在服務(wù)器上抓取相關(guān)對(duì)應(yīng)車輛擰緊質(zhì)量信息；4）在看板上動(dòng)態(tài)顯示車輛質(zhì)量信息。

圖3 精確管控系統(tǒng)構(gòu)架

精確管控系統(tǒng)在各個(gè)主要工藝段和SIP站（質(zhì)量門）都設(shè)置有看板，圖4所示為發(fā)動(dòng)機(jī)分裝線工藝段的精確管控系統(tǒng)Layout，圓圈表示分裝線各個(gè)工位的發(fā)動(dòng)機(jī)（在主線則表示各個(gè)工位的車輛），實(shí)心圓代表車輛正常，空心圓代表數(shù)據(jù)不合格，（數(shù)據(jù)異常，需要排查故障）；工位旁的倒三角表示該工位為關(guān)鍵崗位，十字標(biāo)記代表（人、機(jī)、料、法、環(huán)）變化點(diǎn)。

圖4 精確管控系統(tǒng)運(yùn)行圖（發(fā)動(dòng)機(jī)分裝線）

質(zhì)量體系七大原則中，領(lǐng)導(dǎo)作用至關(guān)重要，占據(jù)質(zhì)量體系管理的核心地位（如圖5所示）。最高管理者應(yīng)評(píng)審產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程和支持過程，以評(píng)價(jià)和改進(jìn)過程的有效性和效率[1]。通過精確管控系統(tǒng)在現(xiàn)場對(duì)擰緊質(zhì)量的目視，各個(gè)工藝段的擰緊質(zhì)量可以清晰的表述出來，每個(gè)工藝段的管理人員、班次的管理人員都能實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)Q緊質(zhì)量，并且可監(jiān)控崗位的變化，對(duì)變化點(diǎn)加以控制，從而確保過程的有效性和效率。

圖5 質(zhì)量體系的PDCA循環(huán)模式

3 過程方法

根據(jù)質(zhì)量管理體系最重要的改進(jìn)在于2000年起，引入了過程方法和PDCA循環(huán)模式，這是構(gòu)建質(zhì)量體系的主要工具，圖6展示了單一過程要素圖。將擰緊工藝管理建立文件系統(tǒng)，根據(jù)過程方法和PDCA循環(huán)，建立相應(yīng)的體系文件，以規(guī)定擰緊工藝管理場景各個(gè)層級(jí)人員的工作職責(zé)和工作程序。

圖6 單一過程要素圖

通過識(shí)別過程，建立《精確控制系統(tǒng)運(yùn)行流程》、《扭矩質(zhì)量管理制度》、《制造過程質(zhì)量監(jiān)視與測(cè)量程序》等程序文件。圖7所示為精確管控系統(tǒng)運(yùn)行流程。

圖7 精確管控系統(tǒng)運(yùn)行流程

4 結(jié)束語

通過質(zhì)量管理體系，應(yīng)用七大原則、質(zhì)量管理五大工具，以及過程方法、PDCA循環(huán)等思路，建立了擰緊工藝管理的體系，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出精確管控系統(tǒng)，在體系上進(jìn)行了改進(jìn)。精確管控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)的二次開發(fā)，將參數(shù)等不可見的抽象質(zhì)量，目視化為具體、直觀的圖形，大大強(qiáng)化了生產(chǎn)的管理，便于監(jiān)控質(zhì)量問題，并尋求改進(jìn)機(jī)會(huì)。本階段精確管控系統(tǒng)主要以擰緊工藝為基礎(chǔ)開發(fā)，后續(xù)將可擴(kuò)展到液體加注、玻璃涂膠、車輛信息（銘牌、燃油卡、一致性證書等）等等有參數(shù)信息集成到此系統(tǒng)中，更全面的管理整車質(zhì)量，發(fā)揮質(zhì)量體系以顧客為關(guān)注焦點(diǎn)、領(lǐng)導(dǎo)作用、全員積極參與等原則的功能。