基于六西格瑪方法的多橋轉(zhuǎn)向特種汽車的轉(zhuǎn)角準確度的提升

孔丹

(泰安航天特種車有限公司,山東泰安 271000)

0 引言

傳統(tǒng)多橋轉(zhuǎn)向特種汽車通常采用機械桿系方式來實現(xiàn)前后橋同步轉(zhuǎn)向，成本較低、易于實現(xiàn)，可以保證車輛具有良好的通過性。但是，由于轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)件多、維護不到位等原因，實際轉(zhuǎn)向角度與設(shè)計角度一直存在偏差，致使轉(zhuǎn)向角度不準確。為此，文中通過優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改進轉(zhuǎn)角設(shè)計等措施來提升轉(zhuǎn)角準確度。

1 多橋轉(zhuǎn)向特種汽車轉(zhuǎn)角準確度提升的分析與實施

1.1 轉(zhuǎn)角準確度的定義

對于轉(zhuǎn)角準確度的定義，主要與以下幾個名詞相關(guān)：

(1)實測轉(zhuǎn)角：車輛按照工藝技術(shù)要求調(diào)試完畢后，測量各轉(zhuǎn)向橋左右輪轉(zhuǎn)角(方向盤中位至左右轉(zhuǎn)極限位置)，一般取0.5°為1個單位。

(2)設(shè)計轉(zhuǎn)角：根據(jù)設(shè)計圖紙利用阿克曼原理計算出的各橋左右輪轉(zhuǎn)角。

(3)轉(zhuǎn)角準確度的計算公式為：=,其中為實測轉(zhuǎn)角，為設(shè)計轉(zhuǎn)角。

根據(jù)廠內(nèi)車輛轉(zhuǎn)角準確度的設(shè)計要求，將轉(zhuǎn)角準確度低于80%定義為轉(zhuǎn)角不準確。

文中選取某55XX(四橋轉(zhuǎn)向)特種汽車對其后橋轉(zhuǎn)角進行測量。車輛滿載狀態(tài)下，選取轉(zhuǎn)向過程中方向盤中位(設(shè)計轉(zhuǎn)角0°)至左轉(zhuǎn)極限(設(shè)計轉(zhuǎn)角15.3°) 過程中的10個轉(zhuǎn)角進行實際測量，經(jīng)計算，實測轉(zhuǎn)角的平均轉(zhuǎn)角準確度為83.56%。

文中通過改進轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)角準確度提升至98%以上，后續(xù)通過優(yōu)化轉(zhuǎn)角設(shè)計值，從而達到準確度100%的終極目標。

1.2 數(shù)據(jù)測量與分析

1.2.1 測量系統(tǒng)一致性評價

文中主要解決特種汽車轉(zhuǎn)向準確度的問題，其測量數(shù)據(jù)為計量型離散數(shù)據(jù)。隨機選取12個樣本、編號、記錄其質(zhì)量狀態(tài)，再由3名整車檢驗員重復(fù)檢測兩次，然后與車輛實際狀態(tài)對比，統(tǒng)計其一致性。

對測量結(jié)果與零件真實屬性進行比較分析，一致性為91.67%，超過90%，該測量系統(tǒng)符合評價標準。

2014年，為深化轉(zhuǎn)型升級，公司在東莞橋頭鎮(zhèn)建設(shè)了力嘉環(huán)保包裝印刷產(chǎn)業(yè)園，該項目于2014年被東莞市委、市政府列入重大項目，項目分兩期開發(fā)建設(shè)，一期園區(qū)占地面積160畝，投資規(guī)模達6.8億元，已成功打造10萬平方米的自動化環(huán)保生產(chǎn)基地，目前已吸引超30家印刷包裝上下游企業(yè)入駐。此外，公司還精心打造了包裝印刷博物館、蘋果樹創(chuàng)客空間、包裝設(shè)計展廳、多功能會議廳、嘉湖觀休閑區(qū)等包裝印刷公共配套，并陸續(xù)把園區(qū)的配套設(shè)施共享給行業(yè)協(xié)會，實現(xiàn)資源共享。

1.2.2 數(shù)據(jù)收集及分析

測量階段的數(shù)據(jù)收集計劃主要有兩個指標：

(1)轉(zhuǎn)角不準確數(shù)量:每月重型越野汽車落地車輛的轉(zhuǎn)角不準確車輛的數(shù)量。

(2)各轉(zhuǎn)向方式車輛的落地數(shù)量:每月重型越野汽車落地車輛中，各種轉(zhuǎn)向橋車輛所占的比例。

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的基本要求，將以上兩個數(shù)據(jù)收集時間區(qū)間設(shè)置為2015年1月至2016年12月。

根據(jù)車輛24個樣本(2015年1月至2016年12月)收集到的過程現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，進行過程受控(穩(wěn)定性)分析。數(shù)據(jù)的控制圖如圖1所示，數(shù)據(jù)的過程能力分析如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)的P控制圖

圖2 數(shù)據(jù)的過程能力分析

比率計算公式為：

式中：為本月轉(zhuǎn)角不準確車輛數(shù)量;為產(chǎn)品總量。

控制界限、計算公式為：

圖3為24個月(2015年1月至2016年12月)的重型越野汽車落地四橋轉(zhuǎn)向車輛數(shù)量的柏拉圖。由圖可以看出，2016年8—10月四橋轉(zhuǎn)向車輛所占比率較高。因此，考慮轉(zhuǎn)向橋的數(shù)量是否與轉(zhuǎn)角準確度呈正相關(guān)。

圖3 四橋轉(zhuǎn)向車輛數(shù)量的柏拉圖

1.3 影響因素分析

利用FMEA對影響轉(zhuǎn)角準確度的11個因素進行分析，由不同的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)各因素對轉(zhuǎn)向準確度的影響權(quán)重進行打分(是事件發(fā)生的頻率、嚴重程度和檢測等級三者乘積，被稱為風險系數(shù)或風險順序數(shù)，其數(shù)值愈大潛在問題愈嚴重)，進而對相關(guān)末端因素進行篩選評價。

潛在缺陷模式的柏拉圖如圖4所示。

圖4 潛在缺陷模式的柏拉圖

通過分析找出影響轉(zhuǎn)角準確度的主要因子，主要影響轉(zhuǎn)角準確度的因素見表1。

表1 關(guān)鍵因子統(tǒng)計表

對進行不同設(shè)計余量(2°～3°，0.5°～2°)的轉(zhuǎn)角準確度數(shù)據(jù)進行雙樣本假設(shè)檢驗，由圖5可以看出，不同設(shè)計余量的轉(zhuǎn)角準確度具有顯著差異。

圖5 設(shè)計不合理的假設(shè)檢驗分析

1.4 改善措施

結(jié)合項目目標、功能指標以及分析得到的關(guān)鍵因子，制定對策并進行分析。根據(jù)效果及實現(xiàn)難度進行打分，通過柏拉圖的分析，確認將電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)確定為具體實施的方案，對策分析見表2。

表2 對策分析

該車型采用5橋底盤，I、II、IV、V橋轉(zhuǎn)向，55XXA特種汽車現(xiàn)拉桿布置如圖6所示。共有轉(zhuǎn)向縱拉桿6根、轉(zhuǎn)向直拉桿4根。這種結(jié)構(gòu)桿系復(fù)雜，由于轉(zhuǎn)向拉桿需要從I橋一直布置到V橋，為避讓車輛其他部件，設(shè)計出多根異形拉桿，對拉桿的強度產(chǎn)生影響；由于轉(zhuǎn)向拉桿傳遞效率的限制，V橋轉(zhuǎn)向準確率偏低，輪胎容易出現(xiàn)異常磨損。

圖6 55XXA特種汽車現(xiàn)拉桿布置

計劃前兩橋采用液壓助力、機械傳動式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，拆掉前兩橋連接后兩橋的轉(zhuǎn)向拉桿，將后兩橋改用電控比例閥液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

當車輛低速行駛時，車輛后橋轉(zhuǎn)向以保證車輛具有較小的轉(zhuǎn)彎半徑，以獲得較高的通過性；高速行駛時，通過控制器控制液壓閥組等方式保證后橋鎖止對正行駛，確保行車安全。改進后的IV、V橋桿系布置如圖7所示。

圖7 改進后的IV、V橋桿系布置

改進完成后對改進型特種汽車的各項性能進行測試，測試結(jié)果見表3。由表可知，改進后的車輛完全可以滿足車輛設(shè)計要求。

改進后車輛后橋轉(zhuǎn)角與改進前轉(zhuǎn)角數(shù)值相對比，平均轉(zhuǎn)角準確度由83.56%提升至96.53%，目標達成。試驗完成后，對改進車型各項性能達標情況進行了統(tǒng)計梳理，并順利通過出廠評審。

表3 改進型特種汽車的各項性能測試結(jié)果

1.5 控制方案

為了保證方案的有效性，采取了以下鞏固措施：

(1)在某試驗車上進行了20 000 km試驗驗證，驗證效果良好。

(2)部分試驗工程車輛進行了此類型轉(zhuǎn)向設(shè)計，多種系列車輛上已進行了裝車驗證，目前驗證效果良好。

(3)將已通過驗證的設(shè)計方案與廠家簽訂技術(shù)協(xié)議，并成功申請專利。

(4)后續(xù)將針對后橋轉(zhuǎn)角誤差問題進行有限元分析，增加有力的數(shù)據(jù)驗證。

2 結(jié)論

文中針對多橋轉(zhuǎn)向汽車后橋轉(zhuǎn)角準確率低的問題進行分析，確定六西格瑪實施目標后，按照DMAIC的技術(shù)路線推進，并進行了定義、測量、分析、改善、控制等階段的具體工作，有效提高了多橋轉(zhuǎn)向特種汽車的轉(zhuǎn)角準確度。最后將六西格瑪知識和工具運用到項目中，初步達到了利用六西格瑪理念分析處理問題、提高質(zhì)量性能、獲取更高收益的目的。