基于六西格瑪統(tǒng)計方法的白車身裝配穩(wěn)定性的研究

張皓源

北京奔馳汽車有限公司 北京 100176

汽車制造過程產(chǎn)生的問題解決方法有8D方法、PDCA方法和六西格瑪方法。8D及PDCA方法側(cè)重于流程的建立，而六西格瑪方法側(cè)重于定性定量地找到問題的根本原因，并且通過驗證的方式明確根本原因。現(xiàn)吸取這幾種方法中重要的思想，通過建立流程，定性定量地分析及驗證問題的根本原因。

研究流程的建立

現(xiàn)在以白車身自動裝配線左后門自動裝配工位穩(wěn)定性為研究對象，用Cpk作為衡量指標，建立項目研究流程，流程分為項目定義階段、項目分析階段、項目驗證階段及項目總結(jié)階段。問題定義階段借助于過程能力指數(shù)Cpk、濃度圖判定樣本數(shù)據(jù)的原始狀態(tài)。項目分析階段利用三相圖，流程圖的方法分析出數(shù)據(jù)的偏差來源，并針對根本原因，對問題進行優(yōu)化。項目驗證階段通過假設(shè)檢驗的臨界值法判定白車身裝配穩(wěn)定性是否有提升。具體如圖1所示。

圖1 項目研究流程

過程能力指數(shù)的建立

選取白車身自動裝配線后門工位為例，白車身自動裝配線的目的是將覆蓋件安裝到車身上并將車門與車門匹配的間隙數(shù)值、平順度數(shù)值安裝到公差范圍內(nèi)，通過自動裝配技術(shù)保證裝配的穩(wěn)定性。如圖2所示，白車身裝配線左后門裝配工位，車門裝配后，生產(chǎn)線統(tǒng)計裝配后的一次合格率作為質(zhì)量指標，通過濃度圖選取圖片綠色及黃色方框的間隙平順度指標作為評價裝配質(zhì)量，通過濃度圖劃分A2（車門裝配高度）、G3（裝配上間隙）和E5（裝配下平順）。隨機取樣5個班次，每個班次隨機取樣25個樣本，通過Cpk過程能力指數(shù)評估生產(chǎn)線穩(wěn)定性。

圖2 自動裝配工位現(xiàn)場實例及濃度圖

式中 USL——樣本取樣的數(shù)據(jù)上限；

LSL——樣本取樣的公差下限；

X——一組樣本的平均值；

X1，…Xn——隨機取樣的25組數(shù)據(jù)；

n——樣本數(shù)量。

根據(jù)此公式算出Cpk（A2）=0.53，Cpk（G3）=0.66，Cpk（E5）=0.62。現(xiàn)在根據(jù)這三個區(qū)域的Cpk狀態(tài)進行提升，見表1。

表1 裝配線現(xiàn)有Cpk狀態(tài)

問題分析及驗證

通過魚骨圖的方式對過程進行分析，對于過程穩(wěn)定性的分析包括人、機、料、法、環(huán)五個因素。這里研究的是自動生產(chǎn)系統(tǒng)，可以排除人工的影響，故主要從設(shè)備、材料、工藝方法及環(huán)境進行研究。

1.零件對過程能力指數(shù)的研究

Cpk反應(yīng)了生產(chǎn)線的制造能力，反映了制造過程的穩(wěn)定性，現(xiàn)在通過濃度圖方法進行分析。通過濃度圖把對應(yīng)區(qū)域的零部件的數(shù)據(jù)進行分析，對車門A2、E3、G5，側(cè)圍A1、E3、G5，對應(yīng)區(qū)域的質(zhì)量狀態(tài)進行分析，如圖3所示。借助于在線檢測系統(tǒng)大量的測量數(shù)據(jù)，采用隨機取樣5個班次，每個班次共選25個測量數(shù)據(jù)，同樣采用式（1）和式（2）算法進行評估。車門及側(cè)圍數(shù)據(jù)在公差內(nèi)的分布得知單件的狀態(tài)比較好，計算出各個側(cè)量點Cpk數(shù)值，見表2和表3 ，Cpk＞1.33，接近“0”缺陷水平，故對裝配系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有貢獻。

表2 車門Cpk狀態(tài)

表3 車身Cpk狀態(tài)

圖3 零件尺寸濃度圖

2.設(shè)備對過程能力指數(shù)的研究

排除了單件對生產(chǎn)線制造穩(wěn)定性的貢獻后，采用三相圖的方法繼續(xù)分析，三相圖分為三個階段。第一個階段驗證測量系統(tǒng)的準確性及穩(wěn)定性，選擇同一臺間隙平順度符合質(zhì)量要求的白車身，以及一臺間隙平順度質(zhì)量NOK、超出工藝設(shè)置的白車身，第一個階段利用自動裝配系統(tǒng)對這兩個車進行測量，重復(fù)25次，每一次數(shù)據(jù)一致，偏差小于0.1mm，數(shù)據(jù)沒有形成交叉，第一個階段通過。第二個階段，分別將兩個白車身的車門進行重復(fù)拆裝試驗，拆掉車門后，再一次安裝到白車身上，進行拆裝試驗后，發(fā)現(xiàn)第一臺質(zhì)量OK的白車身數(shù)據(jù)變?yōu)镹OK，與第二輛車數(shù)據(jù)交叉，將試驗重復(fù)8次，需要重復(fù)25次，但前幾次數(shù)據(jù)已經(jīng)交叉，造成第二個階段未通過。表示同一臺車、同一個車門，重復(fù)安裝后數(shù)據(jù)發(fā)送明顯差異，如圖4所示。通過第二個階段，可以判定自動裝配系統(tǒng)對裝配合格率有直接影響，故不進行下一個階段。并且繼續(xù)分析自動裝配系統(tǒng)如何影響裝配數(shù)據(jù)。

圖4 三相圖證明系統(tǒng)對裝配穩(wěn)定性有不利貢獻

2.設(shè)備對過程能力指數(shù)影響的分析及驗證

通過三相圖已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自動裝配系統(tǒng)對裝配穩(wěn)定性有影響，三相圖中系統(tǒng)將質(zhì)量OK的白車身經(jīng)過重復(fù)安裝車門后，裝配的結(jié)果變成了NOK，接著通過流程圖的方法分解自動系統(tǒng)裝配各個環(huán)節(jié)，將左右側(cè)后門進行對比，發(fā)現(xiàn)左右側(cè)存在差距，右側(cè)后門的Cpk均大于1.33，在第一個流程傳感器檢測環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)傳感器位置發(fā)生偏差，傳感器優(yōu)化（見圖5）后，裝配合格率得到明顯提升。根據(jù)假設(shè)檢驗臨界值法進行驗證，原始假設(shè)Ho：σ1=2，備擇假設(shè)Ha：σ1≠σ2。現(xiàn)取樣X、Y各25個樣本，具體數(shù)據(jù)見表4，現(xiàn)在圖2中右側(cè)濃度圖A2車門裝配高度為例，取樣X為優(yōu)化傳感器通之前車門高度數(shù)據(jù)，得到σ1≠σ2，車門高度Cpk從0.66提升到1.37，故車門裝配高度穩(wěn)定性得到提升。并且通過計算，車門上間隙及下平順沒有提升，故繼續(xù)分析。

表4 傳感器數(shù)據(jù)優(yōu)化數(shù)據(jù)

圖5 左右后門流程中傳感器的優(yōu)化

通過流程圖繼續(xù)分析發(fā)現(xiàn)（見圖6），在第四步安裝位，左右后門工序存在明顯。通過隨機取樣，計算出右側(cè)的各測量點Cpk＞1.33，一次交付合格率＞95%，所以將右側(cè)作為基準對比左側(cè)，發(fā)現(xiàn)在安裝位，左右側(cè)的零件之間的匹配間隙存在明顯差異，右后門上下鉸鏈與側(cè)圍匹配間隙均勻，上下鉸鏈與側(cè)圍間隙通過塞尺測量均為1.4mm，而左側(cè)上鉸鏈間隙為2.9mm，下鉸鏈間隙為2.0mm，不僅間隙不均勻，且間隙較大，通過選擇機器人安裝角度C及Y方向，實現(xiàn)匹配上下鉸鏈間隙1.4mm。優(yōu)化后通過根據(jù)假設(shè)檢驗臨界值法進行驗證，原始假設(shè)Ho：σ1=2，備擇假設(shè)Ha：σ1≠σ2，現(xiàn)取樣X、Y各25個樣本，用假設(shè)檢驗的方法驗證車門高度、上間隙及下平順，σ1≠σ2，拒絕原始假設(shè)，車門裝配上間隙Cpk從0.66提升到1.43，上間隙Cpk0.62提升到1.21。穩(wěn)定性得到明顯提升。

圖6 左右后門流程中鉸鏈與車身匹配問題優(yōu)化

現(xiàn)將左后門裝配穩(wěn)定性Cpk作為縱坐標，采取措施作為橫坐標，如圖7所示。發(fā)現(xiàn)傳感器優(yōu)化使裝配高度Cpk從0.53提升到1.37，而車門上間隙及下平順沒有明顯變化，通過優(yōu)化鉸鏈與車身匹配縫隙優(yōu)化裝配上間隙，裝配下平順Cpk分別從0.66優(yōu)化到1.43，0.62優(yōu)化到1.21。

圖7 穩(wěn)定性優(yōu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計

結(jié)語

對白車身裝配穩(wěn)定性的研究，并建立問題研究流程，現(xiàn)借助六西格瑪統(tǒng)計方法中過程能力指數(shù)Cpk、濃度圖、三相圖及流程圖，對問題進行定性分析，發(fā)現(xiàn)傳感器優(yōu)化使裝配高度Cpk從0.53提升到1.37。通過優(yōu)化鉸鏈與車身匹配縫隙優(yōu)化裝配上間隙，裝配下平順Cpk分別從0.66優(yōu)化到1.43，0.62優(yōu)化到1.21。并根據(jù)假設(shè)檢驗的臨界值法，進行定量分析，找到了影響制造穩(wěn)定性的根本原因，對制造過程起到流程化解決實際問題的意義。