基于6σ的封嚴(yán)板尖端分層控制的研究與應(yīng)用

胡航兵，劉 文

（航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

近年來，先進(jìn)復(fù)合材料的研發(fā)發(fā)展迅速，由于其模量、強(qiáng)度、抗腐蝕、耐疲勞等性能方面的優(yōu)異表現(xiàn)，直接迎合了航空、航天和國防等尖端技術(shù)領(lǐng)域的需求[1]。新一代戰(zhàn)斗機(jī)主承力結(jié)構(gòu)較多采用了復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)，對(duì)飛機(jī)平臺(tái)的減重、減阻和實(shí)現(xiàn)多功能有較大的貢獻(xiàn)[2]。

復(fù)合材料具有密度小、強(qiáng)度高、比模量大的特點(diǎn)，但其抗沖擊強(qiáng)度弱。封嚴(yán)板作為某型機(jī)復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)，具有薄壁、復(fù)雜外形、存在閉角（凸緣面和腹板面形成角度＜90°）的特點(diǎn)。其制造采用手工鋪疊、熱壓罐成型工藝，脫模困難，易受到外力沖擊造成分層。團(tuán)隊(duì)成員以現(xiàn)場(chǎng)零件為研究對(duì)象，通過應(yīng)用6σ方法對(duì)零件分層，從工藝流程、方法、工裝工具改進(jìn)等方面進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)收集、測(cè)量系統(tǒng)分析，尋找影響尖端分層的主要原因，針對(duì)主要原因制定改進(jìn)措施并進(jìn)行可行性分析，提出避免封嚴(yán)板尖端分層故障后續(xù)研究方向與研究目標(biāo)，降低尖端分層故障的DPMO（Defects Per Million Opportunities，百萬機(jī)會(huì)的缺陷數(shù)）。

目前，封嚴(yán)板在手工鋪疊、熱壓罐成型工藝、脫模過程中容易受到外力影響，造成零件分層，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品交付和公司印象，顧客抱怨，要求盡快改進(jìn)。為滿足顧客要求，基于6σ方法，解決封嚴(yán)板尖端分層的質(zhì)量問題，提高零件合格率[3]。

1 項(xiàng)目簡介

1.1 組建團(tuán)隊(duì)

針對(duì)封嚴(yán)板尖端分層故障的數(shù)據(jù)分析情況，找到關(guān)鍵影響，確定了課題名稱，成立由工藝人員、生產(chǎn)工長、工人及質(zhì)量控制人員組建的專項(xiàng)改進(jìn)團(tuán)隊(duì)。

1.2 項(xiàng)目意義

質(zhì)量攻關(guān)團(tuán)隊(duì)對(duì)2020年9月—2021年3月某型機(jī)封嚴(yán)板零件投產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)共投產(chǎn)54件，其中23件零件尖端分層，出現(xiàn)故障，合格率為57.4%，造成大量的產(chǎn)品報(bào)廢或返工，導(dǎo)致成本增加，對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的準(zhǔn)時(shí)交付造成嚴(yán)重影響。項(xiàng)目組成立專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行專項(xiàng)改進(jìn)活動(dòng)，計(jì)劃將封嚴(yán)板零件尖端分層故障數(shù)的DPMO從426 000降低為85 200，改善80%。

項(xiàng)目缺陷定義（圖1）：當(dāng)零件完成脫模后，檢驗(yàn)人員使用UMS-GO超聲波檢測(cè)儀對(duì)零件尖端50 mm區(qū)域進(jìn)行檢查，當(dāng)檢測(cè)儀出現(xiàn)異常波形且振幅超過標(biāo)準(zhǔn)閘門時(shí)，判定為出現(xiàn)封嚴(yán)板尖端分層故障。

圖1 缺陷定義

2 故障分析

針對(duì)封嚴(yán)板零件尖端分層故障，團(tuán)隊(duì)成員開展了現(xiàn)狀調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查的情況，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”六大因素入手，分析影響封嚴(yán)板零件尖端分層的因素，繪制影響合格率的因果圖（圖2）。通過采用因果圖分析法確定可能影響封嚴(yán)板零件尖端分層的關(guān)鍵因素：X1脫模工具、X21零件移動(dòng)距離、X31脫模材料，針對(duì)以上3條影響因素開展數(shù)據(jù)收集，制定數(shù)據(jù)收集計(jì)劃表。

圖2 因果圖分析

經(jīng)過對(duì)收集的歷史數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)X1脫模工具、X21移動(dòng)距離的P＜0.05，表明脫模工具，零件移動(dòng)距離對(duì)造成缺陷的影響有顯著不同，所以關(guān)系成立；X31脫模材料的P＞0.05，它對(duì)缺陷狀況沒有顯著不同，所以關(guān)系不成立。根據(jù)優(yōu)勢(shì)比對(duì)發(fā)現(xiàn)：對(duì)封嚴(yán)板尖端分層產(chǎn)生影響最大的是移動(dòng)距離，其次是脫模工具，從而找到了影響Y的關(guān)鍵Xs（關(guān)鍵因素）。

3 測(cè)量系統(tǒng)

針對(duì)關(guān)鍵因素X21零件移動(dòng)距離的測(cè)量方法及過程，團(tuán)隊(duì)開展了測(cè)量系統(tǒng)分析，通過包含交互作用的雙因子方差分析法得出：量具Gage R&R=14.75%<30%，可區(qū)分類別數(shù)NDC=9≥4，測(cè)量系統(tǒng)可用，數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 測(cè)量系統(tǒng)分析

4 機(jī)理分析

通過數(shù)據(jù)分析，得到造成封嚴(yán)板零件尖端分層故障的主要原因：脫模工具、零件移動(dòng)距離是影響Y的關(guān)鍵Xs。以下從機(jī)理層面分析Xs對(duì)Y的影響。

4.1 脫模工具對(duì)尖端分層的影響

脫模時(shí)零件尖端應(yīng)力集中，工具對(duì)零件尖端沖擊可能導(dǎo)致零件分層；起子使用角度不易控制，產(chǎn)生沖擊的機(jī)會(huì)大，應(yīng)力也大；楔子角度固定，產(chǎn)生沖擊的機(jī)會(huì)小，沖擊力也小，如圖4所示。

圖4 脫模工具對(duì)尖端分層的影響

4.2 移動(dòng)距離對(duì)尖端分層的影響

取零件時(shí)，若零件移動(dòng)距離不夠，取零件的沖擊力在零件尖端應(yīng)力集中，導(dǎo)致零件分層，如圖5所示。

圖5 移動(dòng)距離對(duì)尖端分層的影響

通過機(jī)理分析可以看出，脫模工具和零件移動(dòng)距離分別是導(dǎo)致尖端分層的原因，與基于數(shù)據(jù)的原因分析結(jié)論相同，因此，脫模工具和零件移動(dòng)距離控制是影響封嚴(yán)板零件尖端分層故障的主要原因。

5 優(yōu)化改進(jìn)

項(xiàng)目組成員對(duì)封嚴(yán)板在手工鋪疊、熱壓罐成型工藝、脫模過程加工流程進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：在脫模松邊時(shí)，工人可選取起子和楔子作為松邊工具，導(dǎo)致尖端質(zhì)量不穩(wěn)定，應(yīng)采用楔子作為松邊工具；在取出零件時(shí)，因移動(dòng)距離不夠?qū)е录舛水a(chǎn)生分層，因此取出零件時(shí)，必須保證零件向前移動(dòng)距離不小于20 mm，再取出零件，改進(jìn)前后流程如圖6所示。

5.1 確定控制方案

針對(duì)前期確定的關(guān)鍵因素脫模工具和零件移動(dòng)距離的改進(jìn)措施編制工藝文件，明確采用楔子進(jìn)行脫模，編制脫模標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)書，明確零件脫模流程；返修工裝，在工裝零件刻線前20 mm處返制限位線，流程優(yōu)化及控制方法見表1。

表1 流程優(yōu)化及控制方法

5.2 項(xiàng)目控制計(jì)劃

根據(jù)改善要點(diǎn)，在流程中增加粗加工余量、定位面檢查的環(huán)節(jié)，對(duì)關(guān)鍵因素進(jìn)行控制，項(xiàng)目的控制計(jì)劃見表2。

表2 流程控制計(jì)劃數(shù)據(jù)單

6 改進(jìn)效果

封嚴(yán)板零件脫模流程關(guān)鍵因素脫模工具、零件移動(dòng)距離改進(jìn)后，對(duì)項(xiàng)目改進(jìn)各階段的情況及數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目改進(jìn)效果較好，對(duì)比情況如圖7所示：改進(jìn)后實(shí)際將尖端板分層的DPMO降至25 000，改善94.2%。

圖7 尖端故障Y的時(shí)間序列圖

7 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在使用楔子、取出零件時(shí)控制移動(dòng)距離后，項(xiàng)目改進(jìn)小組對(duì)改進(jìn)方案可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)采用FMEA方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（圖8），經(jīng)分析得出RPN＜120，屬于低風(fēng)險(xiǎn)。因此本課題在技術(shù)原理和工藝條件方面具有可行性，課題的實(shí)施過程無風(fēng)險(xiǎn)，可以達(dá)到預(yù)期成果，無需進(jìn)一步制定風(fēng)險(xiǎn)管控方案。

圖8 FMEA分析

8 結(jié)束語

通過對(duì)封嚴(yán)板尖端分層控制的研究與應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)成員對(duì)封嚴(yán)板尖端分層控制過程及工藝技術(shù)方面有了更深入的了解，取得了封嚴(yán)板尖端分層故障控制的有效突破，找到了造成封嚴(yán)板尖端分層故障的主要原因，有針對(duì)性地制定改進(jìn)措施，有效提高了該零件的一次合格率，使零件整體的質(zhì)量得到了提升并為后續(xù)封嚴(yán)板尖端分層故障控制6σ質(zhì)量工具的推廣應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。