基于DMAIC方法的汽車外飾油泥模型加工表面質(zhì)量提升

摘 要：油泥模型是汽車造型設(shè)計(jì)研發(fā)階段中的重要組成部分，在造型正向開發(fā)過程中，需要數(shù)控加工的工藝將造型A面數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在油泥模型表面，用于實(shí)體模型直觀評(píng)審。模型表面加工的質(zhì)量會(huì)影響后續(xù)的工藝，比如去刀路清面，噴漆等工藝，進(jìn)而影響最終的展示效果甚至評(píng)審結(jié)果。使用六西格瑪改進(jìn)的DMAIC方法，可以科學(xué)地確定加工表面質(zhì)量的目標(biāo)值，識(shí)別出關(guān)鍵影響因素，分析根本原因，制定措施提升表面質(zhì)量，目前已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中實(shí)施和驗(yàn)證，效果超出預(yù)期值。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計(jì) 六西格瑪改進(jìn) DMAIC 油泥模型加工 表面質(zhì)量

汽車造型開發(fā)一般包括創(chuàng)意設(shè)計(jì)，數(shù)字模型，油泥模型，色彩設(shè)計(jì)四個(gè)模塊。造型設(shè)計(jì)開發(fā)過程又分為正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)[1]。正向設(shè)計(jì)是指采用計(jì)算機(jī)輔助對(duì)創(chuàng)意用進(jìn)行三維轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字模型通過數(shù)控加工的工藝呈現(xiàn)在模型表面用于評(píng)審的過程。逆向設(shè)計(jì)是指采用手工塑型的方式進(jìn)行創(chuàng)意表達(dá)，當(dāng)模型狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)意圖以后，將實(shí)體模型掃描形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)貼合點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)字模型重構(gòu)的過程。現(xiàn)代汽車工業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，同時(shí)縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低了開發(fā)成本[2]，因此正向設(shè)計(jì)在現(xiàn)在汽車開發(fā)中運(yùn)用越來越多。正向設(shè)計(jì)過程中需要在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)將數(shù)字模型多次加工實(shí)體模型進(jìn)行驗(yàn)證，確保造型在實(shí)體空間中效果可靠。

汽車市場競爭激烈，促使各大主機(jī)廠加快產(chǎn)品迭代來搶占市場[3]。從立項(xiàng)到外觀數(shù)據(jù)鎖定大約占了整車開發(fā)周期的四分之一。模型設(shè)計(jì)制作貫穿于造型開發(fā)。2019年前后，本人留意到汽車油泥模型加工質(zhì)量不穩(wěn)定，且沒有交付標(biāo)準(zhǔn)。汽車外飾各大面加工缺陷面積較大時(shí)，會(huì)占用油泥模型師的創(chuàng)作與設(shè)計(jì)時(shí)間，影響模型開發(fā)效率[4]。因此，本文將運(yùn)用DMAIC方法[5]來優(yōu)化油泥表面加工質(zhì)量，從而提升造型工作效率和質(zhì)量。DMAIC方法主要包括五個(gè)步驟：定義（Define），測量（Measure），分析（Analyze），改進(jìn)（Improve），控制（Control）。

1 定義階段（D）

汽車加工表面質(zhì)量主要由加工缺陷面積和總面積比值決定的，首先需要明確缺陷的定義，然后是測量的方法，最后需要定義好計(jì)算的規(guī)則。

1.1 加工缺陷

根據(jù)油泥加工表面缺陷的表征，將加工缺陷分為裂層、裂縫、氣孔、崩裂、斷差5種。

1.1.1 裂層

存在兩層相差0.5mm左右的小臺(tái)階表面，類似于舊時(shí)的墻皮脫落。可以看到脫落后底面為加工前底面。裂層往往一大片一大片的出現(xiàn)，修復(fù)難度大。如圖1。

1.1.2 裂縫

模型表面線性的紋路，按壓下去呈現(xiàn)凹陷。

1.1.3 氣孔

單獨(dú)或成片的小洞，大多數(shù)時(shí)候按壓會(huì)塌陷。也有片狀密集氣孔，這種情況修補(bǔ)難度較大，如果后期用于噴漆時(shí)，需要徹底修補(bǔ)，否則漆面會(huì)大量鼓包。

1.1.4 崩裂

模型某些區(qū)域油泥成塊狀缺失，往往在模型尖銳的邊界出現(xiàn)。

1.1.5 段差

存在兩個(gè)面銜接處出現(xiàn)大于1mm的臺(tái)階，非常少見，出現(xiàn)這種情況建議重新加工。

1.1.6 暗泡

加工完成時(shí)肉眼難以發(fā)現(xiàn)，加工結(jié)束后手工清面過程中逐漸顯現(xiàn)出來的氣孔，噴漆工藝前需要耐心去除。

1.2 缺陷率P的計(jì)算規(guī)則定義

式中，SQ是單個(gè)缺陷的近似面積，Sz是整個(gè)加工總體的近似面積。用加工表面所有類型的缺陷近似面積的總和比上加工總體的面積，得到p值，它的范圍是0到1。p值越小，加工質(zhì)量越高。

1.3 客戶需求定義。

油泥模型加工的直接客戶為下游區(qū)域油泥模型師；間接客戶是設(shè)計(jì)師以及參與評(píng)審的公司領(lǐng)導(dǎo)。一定存在某個(gè)p值范圍能夠讓直接客戶的滿意。因此需要對(duì)加工完成的任務(wù)進(jìn)行滿意度調(diào)查。滿意度評(píng)價(jià)等級(jí)：非常不滿意為1分，不滿意為2分，一般滿意為3分，滿意為4分，非常滿意為5分。首先對(duì)近期總計(jì)13次加工任務(wù)跟蹤和多人打分，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析工具根據(jù)滿意度和缺陷比值p進(jìn)行擬合。根據(jù)擬合曲線，滿意程度=4.618-30.16P，如果令滿意程度=4.618-30.16P≥4（4分為滿意），那么，P≤2.1%。如果令滿意程度=4.618-30.16P≥3（3分為一般滿意），那么，P≤4%。

1.4 柏拉圖分析

通過對(duì)以往任務(wù)數(shù)據(jù)的收集和分析，用柏拉圖排序，如圖2所示，不同類型的缺陷對(duì)P值影響有大有小。由于本公司為多品牌油泥使用策略，分別是A和B品牌，每次任務(wù)有且只能使用同種品牌的油泥。其中橙色為A油泥，藍(lán)色為A的回收油泥，標(biāo)記為A2，灰色為B油泥。按照8020原則可以看出發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)缺陷來源都是裂縫和裂層，在裂縫缺陷率中，A2和B油泥缺陷占了裂縫總?cè)毕莸?4%，因此發(fā)現(xiàn)使用A2和B油泥時(shí)裂縫的缺陷比值更高。

1.5 項(xiàng)目研究范圍

從柏拉圖分析中得出，裂縫和裂層是加工表面缺陷的要因。裂層產(chǎn)生的原因與施工工藝相關(guān)，而裂縫與油泥的品種緊密相關(guān)。因此確定研究范圍：油泥加工工藝以及A2、B油泥的性能。

2 測量、分析及改進(jìn)階段（MAI）

本節(jié)就研究范圍逐步展開，對(duì)每個(gè)研究對(duì)象進(jìn)行測量分析并制定改進(jìn)方案。

2.1 測量系統(tǒng)分析

為了測量的可靠性，分別對(duì)2個(gè)任務(wù)的P值進(jìn)行3人3次測量。并對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果分析：P值測量工具方差分量合計(jì)貢獻(xiàn)率0.35 %lt;9%，標(biāo)準(zhǔn)差合計(jì)變量5.92%lt;30%，類別數(shù)=23（要求≥5），測量系統(tǒng)可以接受，總體來說測量準(zhǔn)確度可以滿足測量需求。

2.2 加工流程

如圖3左側(cè)為油泥加工基本流程。從流程可以發(fā)現(xiàn)在加工過程中會(huì)發(fā)生多次中途補(bǔ)泥的情況。首先，由于敷泥不到位，距離A面截面還差一段距離，通常小于3mm，此時(shí)如果直接敷泥會(huì)出現(xiàn)大面積裂層這種缺陷。其次由于油泥在冷卻后黏性下降，補(bǔ)泥時(shí)，先前敷的油泥已經(jīng)硬化，如果此時(shí)直接將熱泥敷上去，則黏合不好，容易出現(xiàn)裂紋甚至崩裂。

因此建議加工過程中有以下2條優(yōu)化建議：a、敷泥后立刻開啟檢查程序，如有缺漏立刻補(bǔ)泥。此時(shí)油泥還是溫?zé)釥顟B(tài)，黏合良好。如果油泥冷卻還可以用熱風(fēng)槍進(jìn)行烘烤，提升本體溫度后再補(bǔ)泥。b、加工后如果發(fā)現(xiàn)缺漏，建議過切缺漏部分，同時(shí)與冷卻的本體搭接時(shí)建議用烤槍稍作加熱，也可避免出現(xiàn)裂縫。對(duì)加工流程細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，就可以大幅提升加工質(zhì)量，P（包括裂縫）均值從8%降至4%左右。

2.3 油泥回收流程

從測量數(shù)據(jù)來看，回收油泥發(fā)生的裂縫最多，因此重點(diǎn)提升回收油泥性能也非常重要。優(yōu)化前回收油泥松散的狀態(tài)，加熱后油泥直接散開成幾塊。

從回收流程中如圖4，發(fā)現(xiàn)問題并用5WHY的分析方法，可以得到以下5個(gè)提升點(diǎn)：（1）無回收批次管理，回收次數(shù)太多，組分揮發(fā)嚴(yán)重，回收油泥性能不佳；（2）回收機(jī)出泥運(yùn)行速度過快，導(dǎo)致抽真空不完全；（3）回收油泥表面質(zhì)量不佳時(shí)，需要重新投料回收；（4）回收?qǐng)鏊K，經(jīng)常和代木打磨的粉末混合，需要改善環(huán)境；（5）雜質(zhì)未完全挑出，需要一邊投料一邊挑出雜質(zhì)。

對(duì)回收流程進(jìn)行優(yōu)化，我們專門制定了《油泥回收機(jī)設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書》，同時(shí)對(duì)操作人員定期進(jìn)行培訓(xùn)。最終X車型中期改款數(shù)據(jù)驗(yàn)證項(xiàng)目幾次加工P值（工藝已改進(jìn)，無裂層缺陷）結(jié)果都在3%左右，效果總體達(dá)到一般滿意。

2.4 油泥性能

油泥的主要成分包括石蠟、硫黃、凡士林、少量顏料、潤滑劑、填充劑（如滑石粉等）[6]，在使用前用烤箱進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到63攝氏度左右油泥變軟，有一定可塑性，待到溫度冷卻至常溫，通常指25攝氏度，油泥變得相對(duì)較硬可以進(jìn)行表面光順處理。經(jīng)過與模型師溝通，發(fā)現(xiàn)B油泥在敷泥時(shí)候較硬，不利于敷泥。油泥小球掉落實(shí)驗(yàn)利用鐵球從同樣高度落下相同厚度的溫?zé)嵊湍嗌狭粝碌挠≯E的直徑評(píng)估油泥的硬度，油泥是剛剛從烤箱拿出來的。直徑越小，硬度越大。橙色是B油泥，藍(lán)色是A油泥。B油泥出爐后隨時(shí)間推移，變硬的速度更快，根據(jù)多人測試，大于5.4mm是最合適的使用柔軟度，A油泥拿出烤箱可以比較舒適的使用12分鐘，而HY只能使用7分鐘。因此同時(shí)從烤箱拿出的不同種類的油泥，A油泥可以比B使用時(shí)間多出71%。

因此，我們將產(chǎn)品性能告知B油泥供應(yīng)商，要求優(yōu)化產(chǎn)品軟化性能。最終產(chǎn)品可用時(shí)長提升到了10分鐘。項(xiàng)目2個(gè)大側(cè)面P值（工藝已改進(jìn)，無裂層缺陷）均有顯著優(yōu)化，效果很好。

3 控制階段（C）

采用RASIC工具，通過責(zé)任矩陣圖，按照交付物來定義各負(fù)責(zé)人的職責(zé)和分工，從而確保后續(xù)能夠保持優(yōu)質(zhì)的加工質(zhì)量。

4 總結(jié)

本課題采用了DMAIC方法來提升模型加工質(zhì)量， 最終P值由平均6%降為平均1%。為下游工序提供了良好的基礎(chǔ)，節(jié)約了時(shí)間，提升了最終交付質(zhì)量，間接提升了財(cái)務(wù)收益。

目前雖然提升了表面加工質(zhì)量，還是存在更多提升空間，比如油泥模型噴漆質(zhì)量提升，油泥模型輕量化，油泥模型實(shí)踐拓展等課題。采用DMAIC方法用于分析提升油泥加工質(zhì)量問題是首次嘗試，可以推而廣之，舉一反三，讓產(chǎn)品在模型階段得到更充分的驗(yàn)證，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[4]蔡橋，胡衛(wèi)兵，寧曉東，等.改善汽車油泥模型加工質(zhì)量的研究[C]//中國汽車工程學(xué)會(huì)（China Society of Automotive Engineers）.2023中國汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集（5）.機(jī)械工業(yè)出版社（CHINA MACHINE PRESS），2023：5.

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[6]黃國林.汽車油泥模型設(shè)計(jì)與制作[R].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015．