基于ISIGHT的汽車面板注塑工藝的穩健設計與優化

魏笑笑

（西安郵電大學經濟與管理學院，陜西　西安　710121）

工程技術

基于ISIGHT的汽車面板注塑工藝的穩健設計與優化

魏笑笑

（西安郵電大學經濟與管理學院，陜西西安710121）

利用ISIGHT集成軟件平臺，以某汽車企業產品為例，分析其可以控制的因素對產品質量特性輸出的影響，通過對可控因素輸入的設計調整，使產品質量特性輸出接近于設定目標，產品質量達到穩健設計要求。

產品質量；穩健設計；可控變量

引言

產品質量是企業存亡的關鍵，其中一個核心的技術就是穩健設計技術。穩健設計技術是由日本的田口玄一博士在20世紀70年代提出的，博士認為控制產品質量最有效的方法就是控制設計，從而把質量管理提前到設計階段［1］。設計是產品在開發階段的首要任務，是影響產品質量最關鍵的環節。據統計資料表明，開發階段的質量問題占到了整個過程的一半以上。因此，只有質量控制從傳統生產制造轉變為產品設計開發，才能夠提高產品的質量和穩健性［2］。

國內外實踐充分表明，穩健性產品技術適用于許多行業，并且值得推廣應用。它一方面提高了產品的質量，另一方面有效地降低了生產成本。與發達國家相比，我國制造企業存在許多問題，成本居高不下，產品質量參差不齊，生產效率低下，科技創新不足。因此，穩健性技術的發展對我國產品質量方面具有重大的意義。本課題研究的意義在于利用穩健設計的方法與理論，利用ISIGHT集成軟件平臺找到最優的可控因素組合使產品對外界的干擾抵制最強，使產品質量特性輸出接近于設定目標，從而使產品質量達到穩健設計要求。

1　穩健設計在產品質量改善的應用分析

穩健性產品設計是一種在低成本情況下提高產品開發設計質量的重要新技術。與國內產品開發中采用傳統的方法相比，在技術上是一個飛躍，它的基本原理就是通過優化可控因素的組合來使產品或過程的質量特性對外界因素的影響降低，使產品干擾抵制力最強，以此來使產品質量達到最優、生產成本達到最低（見表1所示）。

表1　穩健設計典型方法

田口博士為了定量描述產品質量損失，提出了“質量損失函數”的概念，將“信噪比”（輸入信號強度與噪聲強度之比）這個概念引入到正交試驗設計中，用它來模擬噪聲因素對質量特性的影響［3］。在田口穩健設計中，產品質量是由質量特性偏離目標值的程度來決定，通常分為望目特性、望大特性、望小特性（見下頁表2所示）。

表2　靜態特性評價指標

參數設計是田口穩健設計的重要內容，它的工具是前述的正交試驗設計和信噪比［4］。參數設計的工作步驟可按圖1的框圖進行。

圖1　田口參數設計流程圖

2　模型建立

ISIGHT是一個基于參數的多學科優化平臺，可以幫助設計人員對多個設計方案進行評估和研究，從而大大縮短產品的設計周期，顯著地提高產品質量和可靠性，相較于其他軟件優越性明顯。本文以汽車零部件生產制造商生產汽車面板為例，采用穩健設計技術來改善汽車面板質量問題。

該汽車面板采用模具注塑法工藝生產，待注塑并冷卻后，存在大量零件收縮的質量問題如圖2所示（實線部分表示鑄型腔尺寸，虛線表示零件尺寸）所謂零件收縮，是指零件達到周圍環境溫度后的尺寸與鑄模型腔尺寸之間的差異。該質量特性參數受許多工藝參數和環境變量的影響。

經過技術人員的測試，該注塑工序受下列因素的影響：不同的供應商、冷卻時間、融化溫度、螺桿轉速、填充時間、填充壓力、噴嘴直徑、模子壁的溫度、小球尺寸的內在變異、小球的研磨度?？梢詫⑸鲜龉に噮颠M行分類，根據田口參數設計基本思想，可以得到如下的分類，如圖3所示：

圖2　汽車面板輪廓

圖3　構建p圖

從圖中可知共8個因子，其中第1個因子2個水平；后7個因子3個水平，則全部可能實驗組合4，374，如此之多實驗，一為實驗資源不容許，二是實驗時間不允許，所以有必要借助實驗設計進行分析。

3　基于ISIGHT的仿真分析

以ISIGHT為平臺，集成一個計算器軟件，進行因子的最優組合計算，使收縮率在一個合理范圍之內。優化集成平臺如圖4所示：

圖4　優化集成平臺

設置各個因子已知數據和水平，創建內表和外表，內外表建立起來，接下來就應按照實驗組合對各因素水平的配合進行實驗，實驗的組合共有18× 4=72個，結果如下頁表3所示。

表3　實驗的組合

根據望目特性中信噪比計算公式得到計算結果（見表4）。同時也可以得到其均值響應表和S/N響應表，分別如下頁表5和表6所示。

表4　信噪比計算結果

表5　均值響應表

表6　S/N響應表

最后根據S/N值和均值響應確定因子設置。尋找那些因子對應的均值delta排序較大，S/N排序較?。贿x擇最優設置以滿足目標：均值越接近于目標值越好。在余下的因子中，尋找較高S/N排序的因子。對于那些具有較低均值delta排序和較低S/N排序的因子，所作選擇也許比較容易實現健壯。

由第1步可以得到推薦的設置結果為：B-2，H-2，F-2；由第2步可以得到推薦的設置結果為：D-1，F-1，A-1，E-3，G-1；由第3步可以得到推薦的設置結果為：C-2。通過計算可以得到如下結果：S/N=28.711，Mean=0.441 667，此結果的均值響應偏離較大，考慮到E因素所選水平的均值偏離較大，故將E由水平3調整為水平1，得到新的結果為：S/N=24.984，Mean=0.407 5，新的設置改善較為明顯，通過這樣的分析，就可以最終將可控因子的水平組合確定下來，即：

A-1，B-2，C-2，D-1，E-1，F-2，G-1，H-2

該案例利用穩健設計方法進行試驗，然后重新輸入經過改善后的結果進行驗證試驗，從而有效地改善該制造企業目前的生產過程，提高了汽車面板的質量，使面板的收縮率控制在合理范圍內，提高了企業的生產能力。

4　結語

本文從介紹穩健設計的理論和方法入手，以某企業為例說明了穩健設計在企業中的控制流程并做出了改善，基于ISIGHT平臺進行驗證試驗證明了穩健設計的改善效果。穩健設計方法是一種在產品設計階段調節可控因素來提高產品質量的方法［5］，本文研究的是通過單一目標的設計方法和靜態特性的穩健設計來提高產品質量，然而多目標和動態特性的研究顯得更為復雜，可以在下一步更深層次地研究。

［1］賴宇陽.ISIGHT參數優化理論與實例詳解［M］.北京:北京航空航天出版社，2012.

［2］蘆新春，孔慧敏.基于ISIGH的螺旋輸送機6σ質量優化設計［J］.中國農機化學報，2015（1）:67-70.

［3］陳建江，鐘毅芳，肖人彬.基于正交試驗的穩健優化設計方法及其工程應用［J］.中國機械工程，2004（4）:283-286.

［4］孫靖民.機械優化設計［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［5］陳立周.穩健設計［M］.北京:機械工業出版社，2000.

（編輯：賈娟）

Robust Design Optim ization of Injection Molding Process of Qutomobiles Panel Based on ISIGHT Platform

Wei Xiaoxiao
（School of Econom ics and Management，Xi'an University of Posts and Telecommunications，Xi'an Shaanxi710121）

On the basis of the ISIGHT integrated software platform，this paper analyzes the controllable factors input effects on the quality of the products output characteristics.With an automobile enterprise products as an example，this paper adjusts the design of controllable input factors，and makes the product quality characteristics output close to goal setting，and so the quality of the products reach robust design requirements.

the quality of the product；robustdesign；controllable factor

U463

A

2095-0748（2016）11-0016-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.07

2016-04-29

西安市科學技術計劃項目（編號：CX1255（2）），西安郵電大學青年基金項目（編號：104-0484），論文獲得西安郵電大學西郵新星團隊資助（SupportedbyNew StarTeamof Xi'an University of Posts&Telecommunications）

魏笑笑（1979-），女，湖南益陽人，副教授，博士研究生，主要研究方向為信息資源管理、信息系統。