基于持續改善的進氣歧管裝配流程質量改進研究

周南南*，鄧愛玲，倪佳莉，唐麗，王博

(青島科技大學，山東青島，266061)

基于持續改善的進氣歧管裝配流程質量改進研究

周南南*，鄧愛玲，倪佳莉，唐麗，王博

(青島科技大學，山東青島，266061)

塑料進氣歧管以其質輕價廉、性能優異等優點正在逐步替代金屬進氣歧管,其性能在今后的發展中必須不斷提高以適應越來越苛刻的發動機工作環境。本文擬對某企業生產進氣歧管的流水線進行質量改進。通過繪制次品原因的柱狀圖以及利用相關系數矩陣分析，得到熱插和冷插是影響進氣歧管質量的主要原因，對次品主要原因從5M1E角度分析，得出人這一要素占比重大，用持續改善、雙手操作及動素分析、人機聯合操作等質量方法和理論對問題進行改善，最后通過p控制圖對改善效果進行驗證。其研究思路對其他同類制造型行業具有一定借鑒價值。

標準作業；質量改善；持續改善；進氣歧管

引言

發動機是汽車的心臟，是汽車動力的源泉。發動機進氣系統最重要的部件之一--進氣歧管，決定著發動機的進氣效率和各缸的充氣均勻性，對整機性能有非常大的影響。目前全球轎車用汽油機75%都采用塑料進氣歧管。但是，塑料進氣歧管在設計、制造和性能上要求非常高、非常苛刻。

本文主要分析某企業進氣歧管不合格的原因，對其可能出現質量問題的生產環節進行詳細觀測與調研，利用所測數據對其影響質量問題的因素進行全面分析，找出影響質量的關鍵因素并對其進行改善；針對導致質量問題的關鍵因素利用持續改善理論對其進行改善，分析其出現質量問題的具體生產過程，建立標準作業，對其生產進行有效改善，并利用人機聯合操作進行改善，提高人和機器的利用率，減少無效動作，平衡雙手操作，從而達到提高效率和產品質量的目的。

1 研究內容概述

1.1 研究背景

制造業是技術創新的基本源泉，是一國經濟增長的原動力，如果沒有一個強大而極具創新性的制造業體系，任何一個經濟體都不可能實現繁榮發展。隨著我國經濟的發展，制造產品的質量問題一直都是行業內焦點。汽車行業作為我國制造業的重要組成部分，長期以來受廣大民眾關注。

發動機是汽車的心臟，是汽車動力的源泉，發動機的好壞直接影響著汽車的性能。發動機進氣系統最重要的部件之一--進氣歧管，決定著發動機的進氣效率和各缸的充氣均勻性，對整機性能有非常大的影響。傳統的進氣歧管是以鑄鐵或鑄鋁材料為主的，制件存在表面粗糙、充氣阻力大、質量重等明顯的缺點。為了達到減輕質量、降低油耗、提高汽車發動機性能和降低排放等要求，塑料進氣歧管應運而生。目前全球轎車用汽油機75%都采用塑料進氣歧管。但是，塑料進氣歧管在設計、制造和性能上要求非常高、非常苛刻。

國內塑料進氣歧管的研發起步較晚，在生產和研發方面尚屬空白，在其領域的市場占有率還不到2%，主要依靠進口國外先進的技術。我國主要生產塑料進氣歧管的制造型企業中，質量問題屢見不鮮，遭到客戶投訴的案例也不曾少見。產品的質量問題一直受到企業的高度關注，如何生產出高質量產品，成了企業發展存亡的關鍵。因此，本小組專門針對企業進氣歧管的質量問題進行調研，發現并找出關鍵質量問題，對其生產環節進行控制與改善。本文是一項具有一定難度和挑戰且有一定的價值與實際意義的研究。

1.2 研究目的

（1）本文主要研究目的是分析并找出企業不合格產品的原因，對其可能出現質量問題的生產環節進行詳細觀測與調研，利用所測數據對其影響質量問題的因素進行全面分析，找出影響質量的關鍵因素并對其進行改善。

（2）本文針對發現質量問題的關鍵因素利用持續改善理論對其進行改善，分析其出現質量問題的具體生產過程，建立標準作業，對其生產進行有效改善，并利用人機聯合操作進行改善，提高人和機器的利用率，減少無效動作，平衡雙手操作，從而達到提高效率和產品質量的目的。

1.3 研究意義

（1）此研究是分析并找出企業存在的質量問題，利用與質量有關的方法和理論對其進行研究，并做出改善后的標準操作方案，對其質量問題進行合理有效改善，從而提高其生產的質量與效率。因此，此研究對改善企業的產品質量是十分有意義的。

（2）此研究不僅可以提高生產進氣歧管企業的質量，同時其研究思路和方法對其他同類型生產線的質量改善擁有借鑒意義，進而推動我國制造型企業更好更快的發展。

（3）通過去該企業實際調研，了解了企業的實際生產情況、發展概況與實際生產流程；在實際生產過程中企業是如何將書本上的方法理論具體運用到企業的實際生產過程中的；知道企業的工作環境及崗位，對我們個人來說，是一次難得的寶貴機會，受益匪淺。

1.4 本文的創新點

（1）本文針對某汽車配件其企業實際情況，采取持續改善、雙手操作及動素分析、人機聯合操作等質量方法和理論，對其裝配生產流水線進行改善。此將研究理論結合企業現實，研究具有針對性和實用性。

（2）本文將IE的標準作業、雙手操作及人機聯合操作實際應用于企業的生產改善，提高其生產質量與效率，對于企業裝配環節流水線的優化及質量的改善具有一定指導作用。

2 質量標準及進氣歧管生產流程現狀

2.1 企業質量標準

該企業在產品質量控制方面是嚴格遵守 ISO/TS 16949：2000和ISO9000的文件標準，其總體結構如圖1所示：

圖1 ISO/TS16949:2002總體構成圖

公司根據ISO/TS16949的基本框架，制定出相應的質量控制方案。對于過程質量的控制，該企業主要是采用的是 PDCA循環的方法。當出現質量問題時，該企業首先通過人、機、料、法、環五個方面來分析是哪里出了問題，再用因果圖、排列圖等工具分析生產過程所出現的問題，找到出現質量的關鍵因素，根據影響因素，制定出相應的管理措施與解決辦法，提出質量改進預案，然后計劃和預期所能達到的控制效果，具體的操作流程如下圖2所示：

圖2 流程操作圖

在圖2的流程操作圖中，最主要的步驟就是區域負責人和班組長制定控制措施，這也是在出現質量問題后該企業所采取的最為關鍵的步驟。該企業對于每一道工序實行“自檢、互檢、專檢”的方式。該企業設有裝配車間內部檢驗人員平均每兩個小時巡檢一次。

2.2 進氣歧管生產流程現狀

2.2.1 工藝流程圖

圖3是該企業的進氣管生產線的簡單工藝流程圖：

注塑環節主要是由機器來完成，注塑半成品經人工檢驗后由周轉箱運往焊接環節；焊接過程用機器人手臂進行焊接，既節省時間，又保證了準確性；裝配環節是由人和機器共同加工完成的，是由焊接環節流出的半成品經除塵、初檢氣密性、冷插、熱插、組裝執行器、支架等工位構成，裝配完成后的產品經終檢后包裝入庫，提供給客戶。經現場調研知，裝配過程是人參與最多、環節最復雜的，有人參與的環節是最易出現質量問題的環節，因此，本文著重對塑料進氣歧管生產的裝配環節進行研究。

圖3 工藝流程圖

2.2.2 裝配仿真圖

為了更形象直觀的研究其裝配環節，本文利用witness軟件對裝配環節進行仿真，得到裝配仿真圖4：

圖4 裝配仿真圖

由圖4可以看出：裝配產線總共需要6個人，由焊接環節產生的半成品流轉到貨架緩存區，摩擦焊、除塵機、初檢氣密性設備使半成品完成檢驗進入冷插機進行金屬鋼套的冷插；冷插結束后進入熱插工序，熱插機有三臺，分別對應熱插節氣門體螺母、支架安裝螺母、燃油軌安裝螺母，其中對冷插熱插機都要有相應的要求，即鋼套和螺母的安插位置、高度、壓裝力都要恰到好處，否則，會對最終成品產生影響；熱插完成后安裝執行器組件和壓蓋裝配；接下來裝配鈑金支架、節氣門密封圈和缸蓋密封圈，小部件組裝完成后有機器對成品進行最后的氣密性檢驗。

2.2.3 裝配工藝現存問題

經調查知，裝配工藝現存問題主要體現在：

（1）該企業進氣歧管C15產線在工作時間上實行兩班倒方針，分為裝配甲班和裝配乙班，每班工作十二個小時進行交接班。工作時間過長，易使員工工作疲勞，降低效率和生產質量。

（2）該企業生產的進氣歧管是為汽車裝配商提供配件，由于近來市場對汽車的需求加大，使得該企業生產的汽車配件訂單量也大大提高，在銷售量猛增的同時，該企業也收到不少汽車裝配商的反饋與投訴。

（3）企業已經實現機械化和半自動化，雖節省了人力、物力，但在市場需求量猛增的情況下，本文建議其向自動化、智能化、信息化方向發展。

本文主要根據該企業出現的質量問題，找出原有裝配過程中質量控制方法的不足，制定出相應的符合該企業的過程質量控制的方案。

3 進氣歧管質量問題研究

3.1 裝配過程質量影響因素分析

調查了解到該企業共有C13和C15產線兩條產線，本文選取該企業的C15產線所生產的進氣歧管進行研究。該公司的C15產線每天生產500件產品，每月按照30天計算共生產15000件產品。隨機選取2016年4月份到10月的生產數據進行研究，按照月份計算出每月的次品數和次品率以及累計次品率，見表1：

表1 次品原因和次品數

通過表1繪制次品數和累計次品率柱狀圖，結果見圖5:

圖5 次品數和累計次品率

圖中可以看出4月份到10月的次品數和累計次品率都在逐漸上升，7月份的次品數達到了最大130件，因此該公司在C15的生產線上有嚴重的質量問題。

通過深入的了解該企業的C15產線，了解到該企業的質量問題99%以上都出現在工藝流程方面，次品出現的原因主要有缺料、劃碰壓傷、冷熱插壞、斷裂和泄露這5個方面，然后通過分析處理調查到的次品數據，做出造成次品的原因的柱狀圖，見圖6：

圖6 次品原因柱狀圖

圖6中，橫坐標表示月份，縱坐標表是導致次品出現的原因次數，通過圖2可以看出次品原因出現次數以大到小的排序為冷熱插壞、泄露、斷裂、劃碰壓傷和缺料，因此冷熱插可能是導致產品生產不合格的主要原因。

3.2 利用相關系數矩陣表分析次品原因

本文中與次品數有關的因素有 5個，分別是冷熱插壞、泄露、斷裂、劃碰壓傷和缺料。由于不知道它們之間的相關關系，因此建立相關系數矩陣分析它們之間的相關關系。利用EXCEL對表1中的數據進行相關分析，可以得到它們之間的相關系數矩陣為：

從相關系數矩陣中可以看出：冷熱插的相關性高于泄露的相關性，因此認為冷熱插是導致次品的主要因素。

4 進氣歧管冷熱插問題原因分析

4.1 5M1E法分析原因

5M1E是指人、機、料、法、環、測，它是現場管理的六大要素，是全面質量管理理論中六個影響產品質量的主要因素的簡稱。由于這五個因素的英文名稱的第一個字母是M和E，所以常簡稱為5M1E,6要素只要有一個發生改變就必須重新計算。

基于5M1E的6要素利用魚骨圖對冷熱插工序出現的問題進行分析，找到冷熱插出現問題的主要影響原因。

圖7 基于5M1E要素的魚骨圖

圖7中，基于5M1E要素對冷熱插出現問題的原因進行系統的總結分析。針對機、料、藝、環，該企業已制定相應標準。

4.2 基于作業動作分析人的因素

4.2.1 冷插動作分析

在長達十二個小時的工作時間下，工人不免會身心疲憊，力不從心，易發生漏插、冷插件高度高于塑料表面、冷插件表面有擠飛及冷插件壓入后開裂等問題。在工作過程中，沒有給工人規定動作標準，工人把鋼套放置在機器上時，會放偏、放空、放置不到位等，致使機器在工作加工時出現漏插、插爆等問題。

4.2.2 熱插動作分析

該過程存在定位、夾緊、調整等作業偏差，定位、夾緊、調整都需要人參與其中，人的動作是否規范可導致成型產品質量偏差。

在進氣歧管熱插加工過程中，三臺熱插機分別需要安裝6,5,4個螺母，只要保證螺母足夠，熱插機#2可自動安裝螺母，但熱插機#1、#3則需要人手動安裝螺母供機器工作時用，人在取放螺母時，雙手操作還是單手操作，同時操作還是有延遲動作都會對產品質量有影響。

夾具和螺母之間、螺母和安裝孔位之間的穩定性直接影響熱插的精度，當人把螺母放置在安裝空位上時，由于人的動作不標準，使螺母不能垂直于安裝空位進入，機器在運作時會因位置不正確而出現熱插螺母表面低于塑料表面或突出法蘭面，會使不該加熱部位被迫加熱，導致材料變型，影響外觀和使用質量。

5 進氣歧管冷熱插質量改善的方案與措施

5.1 熱插工藝的標準作業改善

5.1.1 雙手操作分析改善

為了提高產品的質量和操作效率，減少作業的消耗時間，本文采用雙手動作分析和人機操作分析對工序進行改善，使得雙手動作平衡，減少操作人員放錯頻率，以提高產品的質量和效率。

在現場觀察和記錄，對熱插工序進行操作分析，改善前的具體作業步驟和雙手操作分析見表2。

表2 改善前熱插的雙手操作圖

伸手至熱插機a處 等待取下熱插機a上的進氣歧管 等待移至熱茶機b處 等待安裝到熱機機b1上 等待等待 伸手至熱插機b上等待 抓取進氣歧管等待 移至熱插機b2等待 安裝到熱插機b2上等待 按下按鈕等待 等待伸手至熱插機b 等待抓取進氣歧管 等待移至到熱插機c 等待安裝到熱插機c上 等待安裝左側2個螺釘 安裝右側2個螺釘等待 按下按鈕

由表2可以看出，左手完成21個動作，右手完成21個動作，作業人員在安裝熱插的過程中存在多余、無效的動作，通過作業改善設計，使左右手同時工作，改善后熱插的動作因素分析見表3：

表3 改善后熱插的雙手操作圖

由表3知，左手完成10個動作，右手完成11個動作。經過改善，左右手的動作減少了，生產效率提高了，動作標準化了，還提高了產品的質量，使得熱插的加工精度由原來的82.76%，提高到了88.46%。

5.1.2 人機聯合操作分析改善

經調查了解到熱插工序中，一個人需要對應多臺熱插機，而人和機器的配合顯得至關重要，因此本文進行了人機操作分析，改進前熱插的人機操作分析見表4：

表4 改善前熱插的人機操作分析

熱插機1 4.3min 2.2min 2.1min 51.2%熱插機2 4.3min 2.2min 2.1min 51.2%熱插機3 4.3min 1.8min 2.5min 41.9%

由上表可以看出，人和機器的利用率都是比較低的，人和機器沒有很好地進行配合，以致于造成浪費，說明沒有合理的運用持續改善的方法對機器和人的操作進行聯合分析。通過我們的改善，達到了人機聯合操作的效果，改進后熱插的人機操作分析見表5：

表5 改善后熱插的人機操作分析

通過上表可以看出，機器的利用率得到了顯著提高，人的利用率下降了，由于人的不可控因素較多，而機器是可控的，所以在生產的過程中盡可能的讓機器進行加工，提高自動化的水平，通過機器作業的標準化，減少了產品出現質量問題的因素，有效地提高了產品的質量。

5.2 冷插工藝的動素分析改善

冷插工序主要由3部分組成，分別是取鋼套、放鋼套、安裝進氣歧管、安鋼套。考慮到提高產品的質量，減少無效的動作，本文采用動素分析對工序進行了改進，使得動作更有效，提高產品的質量。

通過在現場觀察和記錄，對冷插工序進行動素分析，改善前的具體作業步驟見表6:

表6 冷插工序的動素分析圖

7 移至3#鋼套放置處 TE UD 空閑延遲8 拿起一個3#鋼套 G UD 空閑延遲9 移至胸前 TL UD 空閑延遲10 檢查 I H 手持3#鋼套11 移至B工作臺 TL UD 空閑延遲12 預置3#鋼套 PP UD 空閑延遲13 移至B工作臺 TL TL 移至B工作臺14 拿起兩個1# G G 拿起兩個2#和一個3#15 移至C相應位置 TL TL 移至C相應位置16 將1#對準位置 P P 將2#、3#對準位置17 放下目的物 RL RL 放下目的物

從表中可以了解到，雙手動素總計17個動作。其中左手的第1類動素為15個，第2類動素為2個，沒有第3類動素；右手的第1類動素為10個，第2類動素為1個，第3類動素為6個。通過以上數據發現：

左右手第1類動素的數量有差距，雙手第1類動素不平衡，造成動作的有效性差，影響工作效率和工作質量。

右手第3類動作較多，有6個，在動素總量中所占比重達到35.3%，造成動作的浪費，須加以改善。

本文讓工作者在拿起 3#鋼套時，雙手動作一致，使工作者身體協調，一可以讓工作者舒適的工作，二可以平衡左右手，可提高工作效率和準確率，因此，改善后的雙手動作分類為：

表7 改善后動素分析表

從表中可以看出，改善后，左右手動素僅僅相差一個，雙手動作基本平衡，減少了動作出錯的可能性，提高了動作的有效性，保證了產品的質量，右手第3類動作也明顯減少，使動作變得更加高效，減少了不必要的動作浪費，降低了成本，且通過動作的持續改善，不斷地提高和改善產品的質量。

5.3 改善后P控制圖的的質量控制

5.3.1 P控制圖的繪制

改善進氣歧管裝配線存在的問題，提出質量控制點的概念。在熱插工藝基礎上構建熱插裝配工藝控制圖模型，對模型進行分析，對已找出質量屬性和關鍵控制點再次構建質量相關性模型，最后對關鍵質量屬性進行實時的監控，進而保證產品的質量。

熱插的裝配需要多道工序才能夠完成，而且在考慮裝配的同時還要考慮到生產效率，因此采用質量控制圖進行質量的控制。考慮到進氣歧管是個整體，而且質量分為合格品和不合格品，因此采用計數控制圖中的P(不合格品率)控制圖。

從測量的數據中隨機抽取30個數據進行處理分析，首先計算平均不合格品率:

然后根據中心線和控制界線繪制控制圖，得到控制圖見下圖：

圖8 P控制圖

圖8中,橫坐標表示生產日期。由圖5.1知，在23日這天冷熱插出現了失控的現象。綜合來看，整體達到了質量改善的目的。

5.3.2 P控制圖的分析

P控制圖的目的是為了找出過程中不在同一水平運行的證據，即質量失去控制，并采取相應的措施。數據點中存在超出控制限的點，或者存在超出隨機情況下可能出現的明顯趨勢或圖形，這就表明存在變差的特殊原因。

超出任一控制限就證明在那點不穩定。超出控制限上的點通常表明存在下列的一個或多個情況：控制限或描點錯誤；質量性能惡化，在當時那點或作為一種趨勢的一部分；評價系統已改變。低于控制限下的點通常表明存在下列一個或多個情況：控制限或描點錯誤；質量性能已改進；測量系統已改變。

在控制限之內的圖形或趨勢，所有的點都在控制限之內，說明在出現這個圖形或趨勢的時期內過程失控或性能水平變化。這種情況會提前給出有磁狀態的警告，如不糾正，這種狀態將造成點超出控制限。

通過圖5.1的P控制圖可以看出，改善后冷熱插的質量控制在了一定的范圍內，由此可以得出進氣歧管的質量得到了改善。

6 結束語

本文以進氣歧管裝配流程的質量為選題背景，分析企業生產流程存在的質量問題，利用相關系數矩陣對所測的數據進行分析，得出裝配環節的冷熱插工序最容易出現質量問題，因此對影響質量的關鍵工序進行深入研究，發現冷熱插機出現的質量問題為冷熱插機插入零件高低不一、傾斜導致的插孔破裂等，這些質量問題主要是人的動作不標準、不穩定以及左右手動作不平衡導致的，然后利用持續改善的雙手操作和人機聯合對其進行分析改善，最后通過動素分析減少工人的無效動作，平衡雙手動素來提高質量。本文的研究成果對同類型企業在質量改善方面提供一定的借鑒價值。

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Research on Quality Improvement of Intake Manifold Assembly Process Based on Continuous Improvement

ZHOU Nannan*,DENG Ailing,NI Jiali,TANG Li,WANG Bo
(Qingdao University of Science and Technology,Shandong Qingdao,266061,China)

Plastic intake manifolds are gradually replacing metal intake manifolds with their advantages such as low cost and excellent performance.Their performance must be improved in the future to meet the increasingly demanding engine working environment.This paper intends to improve the quality of a pipeline for the production of intake manifolds.By drawing the histogram of the defective product and using the correlation coefficient matrix analysis,the hot plug and the cold plug are the main reasons that affect the quality of the intake manifold.The main reason for the defective product is from the 5M1E angle analysis,Large,continuous improvement,hands operation and paroxysysis,man-machine joint operation and other quality methods and theories to improve the problem,and finally through the p control chart to improve the effect of verification.Its research ideas for other similar manufacturing industry has a certain reference value.

standard operation; quality improvement; continuous improvement; intake manifold

TG74

A

1672-9129(2017)04-0080-08

周南南,鄧愛玲,倪佳莉,等.基于持續改善的進氣歧管裝配流程質量改進研究[J].數碼設計,2017,6(4):80-87.

Cite：ZHOU Nannan,DENG Ailing,NI Jiali,et al.Research on Quality Improvement of Intake Manifold Assembly Process Based on Continuous Improvement[J].Peak Data Science,2017,6(4):80-87.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.021

2017-01-13；

2017-02-15。

周南南，青島科技大學教師，女，安徽，統計學博士，研究方向：國民經濟核算，管理科學與工程。E-mail:304946811@qq.com