SPC理論在白車身上的運用實踐

何雷祖

摘 要：對于一輛完整的汽車來說，白車身是重要組成部分，是車輛整體性能的載體。整車的各項子系統(tǒng)（例如儀表臺、內(nèi)外飾、動力、制動系統(tǒng)）都需要以白車身為依托進行安裝。在白車身的多項指標(biāo)中，白車身尺寸精度比重最大，影響最大，任何細微的偏差都有可能導(dǎo)致后工序的裝配異常，是車身密閉性能、舒適性能的重要體現(xiàn)。白車身的制造涉及沖壓、焊接兩大工藝，由上千件沖壓件、幾十套工裝夾具，上百套工藝制造而成。這些過程導(dǎo)致白車身尺寸偏差源很多，車身精度控制困難[1]。傳統(tǒng)公差監(jiān)控模式（目標(biāo)柱模式），以整車的三坐標(biāo)測量作為依據(jù)，以結(jié)果為導(dǎo)向反饋過程。無法提前發(fā)現(xiàn)異常問題，不能實現(xiàn)過程控制，容易造成資源浪費。運用SPC統(tǒng)計過程控制的方法，運用損失函數(shù)模型建立多次檢測數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，便于連續(xù)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性控制，集中目標(biāo)值，反饋并及時發(fā)現(xiàn)波動、偏差以及不穩(wěn)定點。

關(guān)鍵詞：SPC;白車身精度;質(zhì)量管理;控制圖

SPC（Statistical Process Control），即統(tǒng)計過程控制，是對現(xiàn)場依計劃收集的數(shù)據(jù)資料，如：成品特性、零件尺寸等，提供各種統(tǒng)計分析及管制圖的處理、分析、計算、圖標(biāo)及報表。在過程控制系統(tǒng)中提供績效報告，以達成預(yù)先防止，避免浪費的控制要求。

在SPC中，控制圖是一種用于分析過程狀態(tài)的常用工具。控制圖是20世紀(jì)20年代由貝爾實驗室沃爾物.休哈特最開始開發(fā)和應(yīng)用，控制圖可以在產(chǎn)品出現(xiàn)特殊原因變差時有效的引起注意，并能反應(yīng)出需采取系統(tǒng)或過程控制改進或消除的普通原因變差的范圍。SPC控制圖是對過程質(zhì)量加以測定、記錄從而進行控制管理的一種用科學(xué)方法設(shè)計的圖，是質(zhì)量控制的行之有效的手段，是SPC技術(shù)的核心工具。

1 白車身焊接精度

當(dāng)前汽車行業(yè)，主要以人工焊接完成分件焊接、機器人自動焊完成各個總成的合拼。車身焊接精度與產(chǎn)品前期工藝設(shè)計規(guī)劃息息相關(guān)，不同的CAP定位策略、焊接方式、焊接設(shè)備等都會對后期的車身精度造成影響。其次焊接夾具的定位銷直接決定焊接位置，焊接的過程變形也會對零件的位置度造成影響。綜合各項因素，主要從焊接夾具、工藝規(guī)劃、過程焊接變形三方面對車身焊接精度進行控制。

工藝規(guī)劃汽車產(chǎn)品在設(shè)計時應(yīng)該首要考慮車身關(guān)鍵控制孔位，因為關(guān)鍵控制孔位直接影響車身裝配精度，此外，還要考慮設(shè)計孔位基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)的一致性，因為統(tǒng)一基準(zhǔn)有利于車身焊接夾具設(shè)計、減少制造過程中的累積誤差[2，3]。

焊接夾具通過限制零件6個方向的自由度保證零部件在車身坐標(biāo)系中的正確位置，依靠定位銷、定位面和夾緊裝置共同作用。焊接夾具的設(shè)計要求較高的技術(shù)性。車型的結(jié)構(gòu)、車身薄板件的變形特點、車身容差分配等都有可能影響總成的定位精度，甚至可能在生產(chǎn)過程中發(fā)生撞槍、干涉等問題，試因此制過程中要對焊接夾具進行定位精度、焊接過程的可行性及零件沖壓成型質(zhì)量多方面進行逐一驗證[2，3]。

2 白車身SPC白車身精度管理構(gòu)建

2.1 控制項目選擇

工序定位特征孔精度直接反應(yīng)工藝平水，也是解決尺寸問題分析步驟中的首要分析項，因此有必要對其進行有效管控。前面板與包角板安裝點關(guān)聯(lián)尺寸為整車裝配主要風(fēng)險項，前面板與包角板安裝點集中在前圍及側(cè)圍上，前圍和側(cè)圍的工序定位特征孔位置度間接影響到前面板與包角板安裝點關(guān)聯(lián)尺寸。前圍外板、側(cè)圍的工序定位特征孔偏差間接關(guān)系到后工序（裝配）前面板與包角板之間的配合間隙面差，影響總裝直通率及顧客感官。

2.2 控制圖選擇

（1）所選點為前圍外板、側(cè)圍的工序定位特征孔，均為計量型數(shù)據(jù)（圖1）;

（2）測量儀器為關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)，受測量能力和成本影響，測量頻次為1臺/3次/周。因此采用X-MR（單值移動極差）圖進行控制。

2.3 流程實施

2.3.1 收集數(shù)據(jù)

白車身采用關(guān)節(jié)臂三坐標(biāo)進行測量，直接采用定位孔骨骼精度測量數(shù)據(jù)。

2.3.2 用Minitab分析數(shù)據(jù)

Minitab為當(dāng)前主流分析軟件，運用Minitab進行正態(tài)性檢驗、過程能力分析、控制圖制制作。

2.3.3 解釋統(tǒng)計控制（條件判定）

a、測量系統(tǒng)滿足要求 ?b、測量數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布 c、初始研究或改進后，CPK/PPK>1.0，且控制圖受控。三項條件均滿足之后，才能從分析用控制圖轉(zhuǎn)換成監(jiān)控用控制圖。

2.3.4 延長控制線以繼續(xù)控制

當(dāng)過程能力達到要求，且重新受控后，從質(zhì)量改進階段進入新的質(zhì)量控制區(qū)（圖2）。此時可用SPC控制圖進行監(jiān)控，所需要做的就是制定控制圖目視化看板，根據(jù)測量數(shù)據(jù)延長控制線以實現(xiàn)監(jiān)控提升質(zhì)量的目的。

3 白車身SPC白車身精度實例運用

3.1 Cpk/Ppk要因模型建立

從人、機、料、法、環(huán)5大因素出發(fā)對工序定位孔孔位置CPK/PPK進行提升分析（圖3）

3.1.1 夾具

在此案例中選擇工序定位孔位置度做為測量項目，定位銷的位置度直接決定孔的位置。因此夾具的各項因素成為影響最終結(jié)果的主要因素包括定位銷的位置度偏差、定位銷磨損、夾具使用過程中的重復(fù)性精度。

3.1.2 工藝規(guī)劃

產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)、定位焊點設(shè)置方式對位置度方向可忽略不計。

3.1.3 零件精度

正常量產(chǎn)過程中的沖壓件精度，模具的磨損十分緩慢，過程變差很小，零件尺寸很穩(wěn)定。沖焊件的精度偏差可以不計。焊接過程中定位孔剛度不足，在拼焊過程中易導(dǎo)致過程中變形偏差，建議采用強度更強的翻邊孔。

3.1.4 測量數(shù)據(jù)管理

從測量及數(shù)據(jù)收集方面分析，三坐標(biāo)測量系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)使用已較為成熟，測量系統(tǒng)若無測量設(shè)備異常一般不會對結(jié)果CPK造成太大的影響。正常情況下，數(shù)據(jù)的中值管理、公差經(jīng)過白車身試制、裝配等長期驗證，符合實物裝配。若非必要，此項應(yīng)作為最后的調(diào)整手段。

3.1.5 人員、環(huán)境

工序定位孔孔位置在此案例中，為自動化生產(chǎn)，正常生產(chǎn)過程中人員、環(huán)境變化影響較小非主要因素。

綜合以上6項因素的分析，最后判定正常量產(chǎn)情況下影響工序定位孔孔位置的CPK為以下3項：

①定位孔在預(yù)裝后合裝過程被頂變形;

②定位孔剛性不足

③定位銷位置度偏差

4 結(jié)論

本研究通過在白車身精度控制過程中導(dǎo)入質(zhì)量管理工具SPC進行控制，構(gòu)建了白車身精度管理平臺。并通過生產(chǎn)實際的應(yīng)用實例驗證了所構(gòu)建的白車身精度管理的優(yōu)越性，為白車身精度管理找出了一套新的管理方案。

針對白車身精度管理平臺的研究和應(yīng)用，在下一步的研究工作中主要應(yīng)在以下兩個方面進行工作：

（1）采用在線測量方式，縮短中間過程時間損耗，提升反應(yīng)速度;

（2）精度測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用屬于拓展應(yīng)用階段，公差監(jiān)控模式已經(jīng)運用成熟，但SPC監(jiān)控模式在白車身精度控制的運用，正處于摸索階段。我們正在努力建立完善的精度測量數(shù)據(jù)方式，將檢具、三坐標(biāo)、在線、離線等測量設(shè)備提供的數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的系統(tǒng)分析、對比處理，做到綜合應(yīng)用，可以形成設(shè)計閉環(huán)。

參考文獻：

[1]王國勇，高曉風(fēng)等. 車身尺寸檢測與精度控制方案. 中國汽車工程學(xué)會年會論文集， 2013，（10）：1055-1058.（書籍）.

[2]王娜，吳世強.尺寸管理與白車身裝配的精度控制[M].汽車工藝與材料，2010：（3）.（書籍）.

[3]胡建風(fēng). 汽車車身三坐標(biāo)測量與數(shù)據(jù)處理的研究[D]. 湖南：湖南大學(xué)，2011：5.（碩士、博士論文）.