基于SPC過程質量控制的定子生產異常研究

韋歡文 胡慧盈

一、前言

目前我國是全球范圍內電風扇年產量、年出口量最高的國家。美的集團（以下簡稱“美的”）作為中國知名的電子產品制造商，通過提升產品質量和知名度，牢牢占據行業領先地位。美的在產品投入生產初期，通過有效的監督和控制生產過程“關鍵/特殊工序”，發現并消除工序中存在的異常波動，快速實現產品質量的穩定，在激烈的競爭中搶占先機，贏得消費者的信賴和喜愛。

風扇中產生旋轉磁場的定子是評估風扇質量效益的關鍵核心部件。本文主要以定子產品生產過程關鍵/特殊工序為研究對象，采用SPC對產品質量數據進行統計分析[1]，發現關鍵/特殊工序存在的問題，尋找定子產品制造過程產生質量問題的根本原因，提出有效的解決措施和方案，以達到提高產品質量和合格率的目的，并進一步提出推動我國定子行業整體質量水平提升的建議。

二、定子生產過程質量控制現狀

定子是電動機或發電機中的靜態部件，其作用是產生磁場，并充當電動機的機械支持。定子的加工工藝流程如圖1所示。

圖1 定子加工工藝流程

根據美的定子制造加工工藝要求，其生產關鍵工序有4個，分別為落線預整、雙綁精整、全檢外形和性能檢測；特殊工序僅有1個，即為焊接。4個關鍵工序、1個特殊工序均為質量控制點。

（一）關鍵工序質量現狀分析

1．落線預整：指通過落線機依次將主副繞組和鐵芯連接為一個整體并插入槽紙后，使用預整機進行壓形的過程。落線預整過程中重點控制定子鐵芯規格及沖槽符合要求，有底槽；同時控制定子外形參數符合要求，每2小時對預整模具進行點檢。

2．雙綁精整：指通過雙綁機將定子半成品用棉線綁好并將多余棉線拉緊切割后，使用精整機進行精整壓形的過程。

3．全檢外形：指按照設計和工藝要求，用鋼釬對定子半成品進行外觀檢驗并修正不良的操作過程。全檢外形過程中重點控制定子的標識正確，外型、外觀、打結等符合要求。

4．性能檢測：指通過電機綜合測試儀，根據電機規格書和技術標準將機頭線線尾按檔位、顏色夾在檢測機的夾線板上，推動控制門進行測試，并根據測試界面對定子進行合格判斷的操作過程。

在定子制造加工過程中，落線預整和雙綁精整工序對產品質量產生嚴重影響的缺陷問題均為繞組斷線，而繞組斷線可通過全檢外形和性能檢測這兩個關鍵工序在后續工序中被檢測出來并進行返修，屬于可控的質量控制點；全檢外形工序出現的問題主要是員工操作成熟度呈現出來的，需要對員工進行重點管控，提高員工操作成熟度以檢測出前工序所出現的問題；性能檢測工序主要通過性能檢測機對定子進行性能類的檢測，如電阻、反嵌、磁旋、絕緣、交耐和匝間，若檢測出不良品會立即送至返修處進行維修，需要重點管控的也是操作人員的操作手法與成熟度的問題。以上這些均是可控的，可在生產過程中進行事前防范。

（二）特殊工序質量現狀分析

焊接屬于特殊工序，指通過焊接設備加熱，用松香和焊錫焊接纏繞好的機頭線線頭的過程。其中涉及以定子半成品、機頭線總成為母材，以松香和焊錫絲為焊料來進行的焊接工藝流程、操作步驟和注意事項等。

焊接在生產過程中產生的質量問題無法在后續的監控或測量中被檢測出來，而通常在產品使用或服務交付后才會顯現出來，故會導致產品質量差，同時造成重大的經濟損失。因此，本研究中重點對特殊焊接工序進行相關數據收集，并運用質量工具分析數據，找到焊接生產過程中出現的問題[2]。

1．焊接工序過程能力分析

使用系統隨機抽樣方法，在焊接設備生產穩定后按時間間隔分為早中晚各一次（即一天三次），從總體中隨機抽取一定數量的已焊接產品作為樣本的抽樣，當天所抽取的產品即為一組樣本。所抽取的20組樣本中合計焊接總點數40281處，焊接不良205處。通過20組樣本中每組的焊接總點數，得到每組樣本的具體焊接不良數，最后得出焊接不良比，如表1所示。

對收集的數據進行SPC分析。由于數據為計數型數據，使用P控制圖，如圖2所示。P控制圖用來確定在一段時間內提交的平均不合格品率，該均值的任何變化都會引起過程操作人員和管理者的注意。在圖2中所有子組點都落在使用控制限之內，點子的排列也是隨機的，并且也未呈現出可查明原因的任何跡象，則此過程處于統計控制狀態[3-4]，即處于受控狀態，是穩定的。

圖2 焊接工序焊接不良的控制圖

在評估過程的能力之前，需要確定它是否服從二項分布。從圖3右上角的“缺陷率”圖可以看出，子組大小不同時顯示的缺陷率，點子隨機分布在中心線周圍，則可以推斷數據服從二項分布；從左下角的“累積百分比缺陷”可知，缺陷百分比沿缺陷百分比均值穩定地分布。在圖3的“匯總統計”數據中，缺陷百分比為0.51%，即位于4.55＞p≥0.27的范圍內，對應的過程能力指數1.00≥Cp＞0.67，表示該工序過程能力不足，必須采取措施找到影響過程能力的主要因素，并對過程進行改進，提高過程能力，同時加強檢查。

圖3 焊接工序的過程能力報告圖

2．焊接工序質量問題分析

針對焊接工序主要缺陷焊接不良的原因，運用魚骨圖進行綜合分析，并得到部分末端因素，為后續焊接工序合格率改善工作奠定基礎，如圖4所示。

焊接總點數265272處，焊接不良935處。對焊接工序生產的不合格品進行不合格原因分析，缺陷數據如表2所示。

表2 焊接不良缺陷數據匯總表

在焊接不良缺陷的排列圖中，焊接未熔、焊錫流掛、線頭錫渣和焊接氣孔的累積百分比在0～80%的區間內，屬于A類因素，如圖5所示，其影響因素如表3所示。

表3 焊接不良缺陷分析表

圖5 焊接不良缺陷的排列

三、定子生產過程質量問題分析與改進

（一）焊接工序問題分析與改進

焊接涉及以定子半成品、機頭線總成為母材，以松香和焊錫絲為焊料來進行的焊接工藝流程、操作步驟和注意事項等。焊接工序的主要缺陷原因為焊接未熔、焊錫流掛、線頭錫渣和焊接氣孔，如表4所示。

表4 焊接工序缺陷分析表

針對焊接產品主要缺陷，組織工藝、質量分析，對焊接工序產品缺陷原因進行了PFMEA分析，如表5所示。風險順序數（RPN）為嚴重度S、頻度O和檢測度D三者的乘積，用于對失效模式進行等級劃分。焊接工序針對員工操作不熟練、不規范等問題導致焊接不良，應對其設置重點管控項，并要求員工嚴格按照重點管控項要求進行操作，機頭線纏繞好抽頭線長度≥60mm，接線正確，接線端對齊；將烙鐵進行預熱10min，烙鐵溫度需達到300℃～400℃；檢查定子接線是否符合圖紙要求；焊接端焊錫光滑、良好，焊接時不能有大頭、分叉、膠皮不能有松香等；使用3把烙鐵更替焊接，每4小時用熱電偶對烙鐵頭溫度進行點檢。

表5 焊接工序PFMEA分析表

（二）落線預整工序問題分析與改進

運用樹圖對造成落線預整工序出現繞組斷線缺陷的因素進行分析，如圖6所示，后續工序主要改善措施可以從如下幾個方面開展。

圖6 落線預整繞組斷線缺陷因素分布圖

針對落線預整工序的繞組斷線缺陷，改進措施為設置詳細的重點管控項，鐵芯規格、沖槽符合要求，有底槽；放鐵芯時正反面要區分開，統一面部朝下，鐵芯要放平、緊貼葉片；按要求對準模具套進導條，不能錯位，同時保證設備正常運轉；嚴格按照設備操作指引進行操作；預整前將散落的掉散線挑起避免壓傷銅線，檢查是否存在無槽線、無底槽、無槽蓋、掛模等落線不良，有則挑出，修復后進行預整；對落線模具每小時檢查一次，包括銅頭、導條、葉片，落線機模具是否有缺口、毛刺、劃痕、凸起等；定期對落線機保養以及TPM清理；預整過程中重點控制定子外形參數符合要求；機器上不允許擺放2個及以上待加工的定子半成品。

（三）雙綁精整工序問題分析與改進

運用樹圖對造成雙綁精整工序出現缺陷的因素進行分析，如圖7所示。針對雙綁精整工序出現的缺陷，改進措施為設置詳細的重點管控項，控制雙綁機運行速度，在保證設備正常運轉的前提下嚴格按照設備操作指引進行操作；線徑≥0.14mm時雙綁機運行速度不能超過580轉/分鐘，線徑≤0.13mm時雙綁機運行速度不能超過560轉/分鐘；模具調試符合產品要求；定子放置方向、定位正確（機頭線朝左放置），定子要放平；避免機頭線被綁住、綁傷等；棉線頭預留≤10mm，且定子內圓應無棉線頭；精整后定子內圓≥47mm、外圓≤72mm，保證精整后內外圓符合工藝標準要求；精整時機頭線一定要放置在導槽內；檢查定子的棉線松緊度是否適中，有無漏綁、偏底槽、偏槽蓋紙等不良現象，同時保證底部無散線、掉線等不良現象。

圖7 雙綁精整工序缺陷因素分布

（四）全檢外形工序問題分析與改進

針對全檢外形工序因員工操作不熟練或不規范等問題而出現的缺陷，改進措施為設置詳細的重點管控項，定子的外型要符合產品工藝標準；槽楔紙不能錯位、移位且基本保持對稱；釬要光滑，不能有毛刺，使用時不要挑斷線；保證定子內圓不能有任何雜物，無散線、掉線、斷線、繞組壓扁、繞組漆膜損傷現象。

（五）性能檢測工序問題分析與改進

性能檢測工序產品主要缺陷為匝間短路，導致其缺陷的原因是在性能檢測過程中由于制造工藝不良，對匝間的絕緣層有損壞，或是銅線上有硬塊、毛刺等，導致銅線的絕緣損壞。針對性能檢測工序出現的缺陷，改進措施為設置詳細的重點管控項，各項參數符合技術規格書要求；目測機頭線線尾沒有粘上錫渣，要求定子機頭線尾無雜物；目測銅線無硬塊、毛刺；檔位線夾線正確，且接觸良好；匝間測試電壓：220V～240V為1800V，100V～127V為1500V；耐壓測試電壓歷時1s：220V～240V為1800V，100V～127V為1500V。電阻值以技術標準值為準，電阻值上限為R+R*8%，下限為R＜R*8%。

四、結論

本研究以美的公司定子產品作為研究對象，對定子生產關鍵、特殊工序中出現的缺陷問題進行分析與研究，剖析了各個工序的質量現狀，分析確定影響定子質量的主要原因，提出有效的改進措施和解決方案。研究中提出的針對美的公司定子產品生產關鍵/特殊工序的改進建議可以有效提高產品的合格率和改進產品質量，這有利于美的公司降低返修成本，提高整體實力與市場競爭力，可為公司帶來較大的經濟效益。本研究僅對美的電風扇產品中定子質量進行分析，電風扇其余零部件暫未涉足，期望與業界同行共同研究、分析和改進，以提升國有品牌風扇質量水平和競爭力。