汽車用擠壓鋁合金零部件開發(fā)質(zhì)量先期策劃

摘 要：伴隨汽車輕量化推進，鋁代鋼在汽車上運用更加廣泛，擠壓鋁合金汽車結(jié)構(gòu)件如前后防撞梁、門檻梁、電池托板、副車架等早已實現(xiàn)了大規(guī)模運用。而擠壓鋁合金的企業(yè)進入汽車行業(yè)的時間并不長，對汽車行業(yè)的項目開發(fā)管理也是在摸索中前進，如何在快速的項目開發(fā)中將APQP的要求與本企業(yè)流程緊密結(jié)合，文章研究產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃在擠壓鋁合金企業(yè)中的應(yīng)用。對擠壓鋁合金企業(yè)構(gòu)建汽車項目開發(fā)具有借鑒和參考價值。

關(guān)鍵詞：擠壓鋁合金 特殊特性 過程失效模式及后果分析（PFMEA） 汽車零部件

0 引言

根據(jù)國家發(fā)展改革委公布數(shù)據(jù)：2023年全年新能源汽車產(chǎn)銷量分別達到958.7萬輛和949.5萬輛，同比分別增長35.8%和37.9%[1]。伴隨著我國新能源汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，高強度擠壓鋁合金型材用于汽車結(jié)構(gòu)件，如前后防撞梁、門檻梁、電池托板、副車架等在汽車輕量化的要求下已大批量應(yīng)用，然而由于擠壓鋁合金企業(yè)進入汽車行業(yè)時間短，對汽車行業(yè)項目管理和開發(fā)體系要求接觸較少，企業(yè)缺乏汽車項目開發(fā)的經(jīng)驗，開發(fā)過程中對項目策劃、風(fēng)險分析及預(yù)控、過程階段性工作質(zhì)量評審、初期質(zhì)量爬坡、質(zhì)量問題整改等都與主機廠期望存在差距[2]，面對開發(fā)周期短，試錯機會少，如何確保新產(chǎn)品開發(fā)項目的質(zhì)量、進度和成本受控，以及達成“第一次就把事情作對”的期望，已經(jīng)成為擠壓鋁合金企業(yè)面臨的重要課題。

1 落實APQP要求與本企業(yè)業(yè)務(wù)流程結(jié)合

汽車零部件企業(yè)開發(fā)管理廣泛使用的產(chǎn)品先期質(zhì)量策劃（APQP）是一種結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的方法，用來確保產(chǎn)品開發(fā)過程和結(jié)果使顧客滿意所需的步驟，劃分為5個階段，明確了每個階段的工作任務(wù)，每個階段都安排了工作完成情況的評審，因其結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化的特點使得質(zhì)量策劃更加具象化和指導(dǎo)性更強[3]。汽車零部件產(chǎn)品的開發(fā)和制造，應(yīng)在APQP的體系指引下，結(jié)合企業(yè)自身特點和資源、組織機構(gòu)，形成企業(yè)特有的新品開發(fā)流程，可確保開發(fā)過程在最佳路徑下進行。推行質(zhì)量先期策劃目的是在項目策劃時嵌入質(zhì)量管理方法和工具，識別、分析相關(guān)制造風(fēng)險，采取對應(yīng)的風(fēng)險預(yù)控和其他降低風(fēng)險的措施，以及過程管理，降低質(zhì)量成本，提升開發(fā)管理效率。

由于人員能力和體系建設(shè)與汽車供應(yīng)鏈要求存在偏差[2]，因此企業(yè)汽車項目必須結(jié)合APQP的普遍要求與企業(yè)現(xiàn)組織架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程重新整合、調(diào)整。由于APQP是一種開放的工具，機械地照搬其他企業(yè)做法或形而上學(xué)的套用，沒有深刻理解背后的驅(qū)動邏輯，缺少體系建設(shè)和保障機制，并不能使企業(yè)長期受益。

2 公司明確推行開發(fā)管理項目制，配套完善項目管理相關(guān)規(guī)則

企業(yè)傳統(tǒng)開發(fā)管理容易出現(xiàn)各部門推諉扯皮，責(zé)任不清，開發(fā)周期長，初期質(zhì)量問題繁多等現(xiàn)象。由于汽車整車開發(fā)項目通過發(fā)包零部件開發(fā)項目的模式實施[4]，為順利推進汽車項目負(fù)責(zé)制，企業(yè)需要著重解決好以下幾個方面：

2.1 界定項目組人員職責(zé)、爭議解決方式、項目運行評價等，逐步完善相關(guān)制度

汽車零部件的開發(fā)，公司指定項目經(jīng)理，在項目經(jīng)理的領(lǐng)導(dǎo)下成立橫向職能小組（CFT），在項目目標(biāo)的指引下進行工作策劃，完成工作分解結(jié)構(gòu)（WBS），制定開發(fā)大計劃，計劃審批后并依計劃推進。根據(jù)多篇文獻的調(diào)查結(jié)果[5-6]，汽車零部件企業(yè)有項目質(zhì)量管理體系和員工項目質(zhì)量管理意識、組織架構(gòu)不適宜、缺少培訓(xùn)等諸多問題。由于項目制運行與原有產(chǎn)品開發(fā)體系存在一定沖突，因此企業(yè)必須研究采用項目制開發(fā)需要優(yōu)化的制度、流程等，在實踐中不斷修正完善。

2.2 定義先期質(zhì)量策劃的階段性關(guān)鍵質(zhì)量閥設(shè)置和評審?fù)ㄟ^條件，確保階段工作交付質(zhì)量

針對項目5個階段，設(shè)置關(guān)鍵階段性質(zhì)量閥檢查項點（見表1），明確質(zhì)量閥的檢查通過規(guī)則，項目小組評審后，先期質(zhì)量工程師應(yīng)對開閥狀態(tài)做最后的評審。當(dāng)關(guān)鍵任務(wù)狀態(tài)未達到通過或未達到帶有條件通過，不得進入后續(xù)階段開發(fā)活動。倒逼階段工作關(guān)鍵任務(wù)完成工作質(zhì)量，減少項目偏離目標(biāo)或費用不受控風(fēng)險。

2.3 區(qū)分A點或二軌開發(fā)

在項目起始階段明確開發(fā)的性質(zhì)是A點開發(fā)還是二軌開發(fā)很重要。一是體現(xiàn)在開發(fā)技術(shù)支持上差異性，二軌開發(fā)可以借鑒A點開發(fā)產(chǎn)品驗證方法、資源，裝配關(guān)系經(jīng)過了驗證，基本沒有設(shè)計變更，可在主機廠設(shè)計、質(zhì)量管理支持下，可以提前規(guī)避A點產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)的質(zhì)量問題。二是體現(xiàn)在項目風(fēng)險評估，二軌開發(fā)較大程度上規(guī)避了項目中途夭折風(fēng)險，產(chǎn)品需求量比較清晰。

2.4 高層領(lǐng)導(dǎo)參與項目評審，作出管理決策；明確公司戰(zhàn)略方向，戰(zhàn)略客戶

企業(yè)通常多個項目并行，存在資源爭奪等現(xiàn)象，因此適當(dāng)?shù)闹芷诮M織公司高層參與所有項目進展評審，有利于公司聚焦資源在關(guān)鍵項目，瞄準(zhǔn)未來公司盈利的支撐，側(cè)重資源投入，及時裁決項目管理事項，對項目已出現(xiàn)和潛在風(fēng)險進行預(yù)判、指示，已出現(xiàn)較大問題作出管理決策。

3 把握項目過程各階段工作重點和關(guān)鍵

在企業(yè)資源有限情況下，通過先期質(zhì)量策劃，必須保證特殊特性受控，項目追求質(zhì)量、成本、進度、安全等多方面因素的最佳統(tǒng)一。擠壓鋁合金企業(yè)的汽車項目管理，也是遵循項目一次性活動的性質(zhì)，主要適用局部反饋控制方法[7]，運用先期質(zhì)量策劃將工作進行分解和控制，將產(chǎn)品質(zhì)量保證、風(fēng)險預(yù)防控制措施分解到開發(fā)的各階段和階段具體工作，落實關(guān)鍵工作任務(wù)結(jié)果滿足要求情況實施評審、驗證、確認(rèn)，能及時發(fā)現(xiàn)項目缺陷和潛在風(fēng)險。通過階段性工作完成評審，不僅是總結(jié)，也是一種風(fēng)險預(yù)警手段。

3.1 項目的計劃和確立項目階段重點

企業(yè)收到主機廠項目定點通知后，組建開發(fā)項目團隊，項目啟動會通常是項目重要的里程碑。雙方團隊就產(chǎn)品開發(fā)具體事務(wù)性溝通，再次確認(rèn)項目相關(guān)要求，具體對供應(yīng)范圍、開發(fā)周期要求、產(chǎn)能預(yù)測、開發(fā)過程的重點與難點、產(chǎn)品驗證要求與費用分?jǐn)偂Ｓ脵z具需求和免費樣件需求、包裝方案的設(shè)計準(zhǔn)則、數(shù)據(jù)交換要求、開發(fā)相關(guān)的規(guī)范表格以及雙方的責(zé)任和對接窗口等達成一致，對產(chǎn)品制造過程相關(guān)形位尺寸公差適用等級、制造可行性優(yōu)化等深入探討，并形成會議紀(jì)要會簽確認(rèn)作為后續(xù)工作的指引和基線，未能達成一致的事項進入開口問題清單臺賬[8]，隨后主機廠開發(fā)團隊?wèi)?yīng)審核、批準(zhǔn)供應(yīng)商提交的產(chǎn)品開發(fā)計劃（項目甘特圖），若后續(xù)計劃發(fā)生變更，需要重新獲得主機廠的書面認(rèn)可。

通常在完成與客戶項目啟動會對接后一周內(nèi)，項目經(jīng)理主持完成內(nèi)部項目啟動會，進行總體策劃，明確所需資源，已識別出的開發(fā)的難點和重點、主要風(fēng)險點，輸出詳細(xì)的含有工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）、人員分工和時間要求APQP計劃，主要包括供應(yīng)商開發(fā)計劃，模具與檢具制造與驗收計劃、試生產(chǎn)與測試驗證、送樣計劃，項目文件開發(fā)計劃，包裝方案設(shè)計等，并在會議充分討論進一步修正后，通過公司審批發(fā)布，作為內(nèi)部推進項目的標(biāo)準(zhǔn)。

這一階段關(guān)鍵工作包括確保項目信息輸入正確、完整；項目各項目標(biāo)擬定合理。雙方預(yù)測開發(fā)驗證費用分配責(zé)任，并書面明確相關(guān)意見。項目計劃（項目甘特圖）排布合理，完全考慮了工廠內(nèi)項目并行可行性和向后邏輯關(guān)系，避免出現(xiàn)前松后趕情況。

3.2 產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段重點

圖紙是一切生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量保證的基礎(chǔ)，如果圖紙標(biāo)準(zhǔn)制定模糊、不規(guī)范，會影響到整個項目的質(zhì)量實施和管理[9]。產(chǎn)品設(shè)計階段雙方完成產(chǎn)品的3D模型和2D圖面細(xì)節(jié)確認(rèn)，以及3D與2D的對應(yīng)符合，輸出雙方簽字認(rèn)可的2D圖紙（注意版次）、BOM表，產(chǎn)品試驗大綱和驗證計劃（DVP），產(chǎn)品檢驗基準(zhǔn)書等產(chǎn)品接收的準(zhǔn)則，這些準(zhǔn)則和定義必須是準(zhǔn)確、完整、互不沖突的，特別是引用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是清晰可獲取的。供應(yīng)商應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)評審產(chǎn)品的產(chǎn)品接收準(zhǔn)則（特別是產(chǎn)品形位尺寸公差合理性，充分考慮擠壓過程自變異以及淬火、時效的內(nèi)應(yīng)力引起的變形，使量產(chǎn)具有可行性）和試驗大綱，任何異議和優(yōu)化建議應(yīng)及時得到澄清、書面確認(rèn)，保留必要的溝通記錄。當(dāng)發(fā)生設(shè)計變更必須確保3D模型、2D圖紙版本、BOM表等更新替換。

3.3 過程設(shè)計和開發(fā)階段重點

圍繞產(chǎn)品特殊特性的識別、特殊特性過程能力滿足，進行過程的設(shè)計和開發(fā)，同時注意特殊特性的識別要全面[10]。

擠壓模具是保證擠壓產(chǎn)品形位和尺寸，保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量的基本工具。擠壓模具設(shè)計不良容易導(dǎo)致擠出的型材出現(xiàn)拉裂、波浪、扭擰、彎曲和焊合不良等缺陷，嚴(yán)重時不能成型[11]。因此模具方案的設(shè)計、評審非常重要。在模具方案的設(shè)計和評審，不僅要參考類似產(chǎn)品斷面的經(jīng)驗，還用借助相關(guān)軟件分析預(yù)測擠壓缺陷，優(yōu)化模具設(shè)計的質(zhì)量和效率［12-13]，最后集中眾人智慧，努力將可能出現(xiàn)的偏差和缺陷在模具設(shè)計時予以規(guī)避，減少試模次數(shù)，規(guī)避模具報廢。

工藝參數(shù)對擠壓過程影響[14]以及熱處理工藝對產(chǎn)品性能具有決定性的，也是特殊特性。為控制擠壓變形可能調(diào)整橫截面的出模方向；為減少淬火應(yīng)力變形引起形位公差超差，需要配合調(diào)整淬火劑噴頭角度、降溫速率等。

在工序策劃中落實預(yù)防勝于檢查的理念，落實相應(yīng)的預(yù)防、探測措施和防錯設(shè)計。比如CNC的工藝評審可減少批量制造過程中制造偏差，特別在工步轉(zhuǎn)化，加工基準(zhǔn)、設(shè)計基準(zhǔn)、檢驗基準(zhǔn)的統(tǒng)一。工藝評審不僅需要評審加工步驟，還要評審工裝夾具定位的準(zhǔn)確可靠，方便裝夾取放放置到位，還要考慮人機工程，同步考慮制造過程的操作防錯[16]、自動探測辯錯、報警，可以設(shè)計專用防錯工裝、盛具等；對一些存有較高風(fēng)險CNC加工工步，考慮快速檢具配置和在線100%檢查，能及時發(fā)現(xiàn)制造偏差。擠壓和機加工需要謹(jǐn)慎評審檢具設(shè)計方案，檢具的檢測便捷性；檢測結(jié)果可快速識別；檢具應(yīng)具有識別工序潛在不良品能力。成品檢具的方案，應(yīng)獲得主機廠的認(rèn)可。另外檢具應(yīng)該在首次試模前完成預(yù)驗收，以便對產(chǎn)品的符合性作出判斷。

PFMEA分析基于過程初始過程流程圖、初始特殊特性清單和隱藏因素分析（HFA）[15]，過往內(nèi)部相似產(chǎn)品經(jīng)驗和客戶端的輸入（如SOR、項目啟動會、過往項目經(jīng)驗教訓(xùn)等），必須在試模和試制前開發(fā)完成，應(yīng)真正落實橫向職能團隊開發(fā)和評審、降低風(fēng)險的活動。比如某型電池托板采用多個型腔組件攪拌摩擦焊（FSW）形成電池承載主體，總成形位公差需要合理分配到組件形狀公差和焊接變形，而擠壓型材形位公差則需要進一步分解到模具控制和工藝控制。PFMEA的分析結(jié)果，應(yīng)完整反映到控制計劃等支持現(xiàn)場控制的文件和規(guī)范中[16]。

各階段的控制計劃應(yīng)在考量制造相關(guān)風(fēng)險與有效監(jiān)測產(chǎn)品狀態(tài)的基礎(chǔ)上，覆蓋進貨、過程、性能檢測、最終檢驗、委外質(zhì)量控制和年度型式試驗。

鑒于供應(yīng)商能力保證對保證向主機廠提供穩(wěn)定的產(chǎn)品有重要意義[2]，除了鑄棒供應(yīng)商，機加工和焊接、FDS等部分深加工工序可能采取委外完成，供應(yīng)商的開發(fā)也極為重要，比如熱熔焊接過程的熔深一致性控制，焊接應(yīng)力變形控制，自動化和防錯漏探測能力；門檻梁熱融自攻絲技術(shù)（FDS）的連接一致性[9]，都需要引入開發(fā)、質(zhì)保能力和生產(chǎn)能力驗證強大供應(yīng)商。供應(yīng)商的開發(fā)應(yīng)形成詳細(xì)開發(fā)計劃，開發(fā)計劃滿足項目整體時間要求，供應(yīng)商開發(fā)狀態(tài)的管理納入項目評審、跟蹤范圍。

策劃產(chǎn)品批次的可追溯機制，確保批次關(guān)鍵信息準(zhǔn)確移植到單支產(chǎn)品，實現(xiàn)批次追溯能力和意圖。

成品包裝方案設(shè)計滿足客戶要求，滿足運輸、周轉(zhuǎn)對物料的防護，具有高性價比和耐用性，得到客戶審批。

3.4 產(chǎn)品和過程的驗證階段重點

試生產(chǎn)前檢查模具、專用工裝、專用檢具、夾具以及對應(yīng)過程防錯技術(shù)完成情況是否滿足試制要求。生產(chǎn)控制計劃應(yīng)在首次樣件制造后評審、更新。其他的過程控制文件和終檢接收準(zhǔn)則文件應(yīng)適時更新。

由于鋁合金高溫擠壓特性，每次上機試模并不一定有合格樣品產(chǎn)出，因此項目經(jīng)理應(yīng)組織項目團隊對每次試模、試產(chǎn)產(chǎn)出品進行分析，展開尺寸測量、性能驗證、外觀檢查，完成工藝優(yōu)化和固化，修整模具等，展開加工和外協(xié)深加工等各工序控制，必要時完成OTS樣件的封樣，當(dāng)主機廠有需求時，完成OTS尺寸、外觀樣件認(rèn)可。試模和機加工、深加工等試產(chǎn)的產(chǎn)品評價項目應(yīng)完整，盡可能量化相關(guān)數(shù)據(jù)（比如精密測量取代通止等屬性測量），評估的樣本量和樣本代表性應(yīng)作評審，避免反復(fù)和遺漏。在試產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品和控制問題，列入開口問題清單管理。

樣件的試驗和測試依照DVP計劃展開，發(fā)現(xiàn)的異常應(yīng)組織評審和分析，列入開口問題清單管理。

展開和完成供應(yīng)商的開發(fā)狀態(tài)認(rèn)可，供應(yīng)商的開發(fā)準(zhǔn)備完成狀態(tài)直接影響擠壓企業(yè)向主機廠交付的狀態(tài)和交付效率。項目評審時應(yīng)報告和評審供應(yīng)商開發(fā)狀態(tài)，當(dāng)不滿足預(yù)期時，應(yīng)重新評審?fù)七M計劃和反應(yīng)計劃。

圍繞特殊特性的能力測定，能力測定結(jié)果作為開展過程能力薄弱環(huán)節(jié)的分析和改善輸入。

3.5 反饋、評估和糾正措施階段重點

OTS樣件或經(jīng)過與客戶溝通后樣件送到主機廠評價和驗證，發(fā)現(xiàn)相關(guān)質(zhì)量問題應(yīng)歸入開口問題清單管理。項目經(jīng)理組織項目組成員分析開口清單中問題原因，可以參照8D/5why的問題解決思維進行管理，驗證查找真因，制定措施進行關(guān)閉，驗證措施有效性和效率，完成措施相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化固定，而不僅是PFMEA和CP的修正。定期評審未關(guān)閉項的狀態(tài)，暫時不能關(guān)閉的事項有控制手段和關(guān)閉推進計劃，控制的狀態(tài)必須滿足顧客階段性需求，必要時獲得客戶的批準(zhǔn)。

準(zhǔn)備PPAP文件包，相關(guān)策劃和驗證結(jié)果進行整理。開發(fā)過程還要做好變更管理[17]，防范變更管理不善帶來的成本激增、產(chǎn)品報廢、模具大修等現(xiàn)象。

針對項目量產(chǎn)初期，質(zhì)量波動因素繁多，人員培訓(xùn)和操作熟練存在適應(yīng)過程，風(fēng)險暴露不充分等潛在威脅，項目組應(yīng)制定質(zhì)量爬坡計劃（通常確定過程能力不達標(biāo)的關(guān)鍵特性、內(nèi)部開發(fā)小組指定的特性或客戶指定的特性），實施全檢或有效的控制手段。

4 項目開發(fā)經(jīng)驗與總結(jié)，系統(tǒng)提升開發(fā)能力

在量產(chǎn)斷面上作改型開發(fā)或外形類似產(chǎn)品的汽車項目開發(fā)，如風(fēng)險可控，可不適用完整的先期質(zhì)量策劃，根據(jù)實際情況做出刪減，包括質(zhì)量閥評審，但必須確保特殊特性過程能力得到滿足。

經(jīng)歷多個汽車項目開發(fā)管理后，企業(yè)組織項目開發(fā)經(jīng)驗分析會，可以從平衡計分卡和SMART原則結(jié)合，也可以從管理多維度檢討先期質(zhì)量策劃的完善程度，應(yīng)評審、修訂企業(yè)的APQP程序和項目管理相關(guān)制度，使成熟的經(jīng)驗和相關(guān)教訓(xùn)得到總結(jié)，應(yīng)用到后序項目中。

本文對擠壓鋁合金汽車項目先期質(zhì)量策劃運用了過程方法和風(fēng)險思維，先期質(zhì)量策劃符合APQP方法論，識別了過程關(guān)鍵管控要點和方法，保證了項目可控性和交付質(zhì)量。本文對擠壓鋁合金汽車項目先期質(zhì)量策劃實踐進行了梳理，對其它汽車零部件先期質(zhì)量策劃也有借鑒意義。

基金項目：2023年重慶市九龍坡區(qū)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目（項目編號：CESCO20244B001）資助。

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