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持续质量改进在空调热交换器生产车间的应用（一）题目和要求空调制冷能力一年不如一年，原因有很多，排除安装和保养不当，制冷剂泄露为主要原因之一：有数十个焊接点的热交换器存在漏点往往是制冷剂泄露的最主要原因。从顾客的角度来说，热交换器的散热性能好当然是很重要的，但可靠性高，不能泄露制冷剂也非常关键。制冷剂泄露导致空调制冷／热效果低于使用初期的效果，会大大降低顾客对企业的信心。通过市场调查及维修记录分析，可以看出热交换器泄露的主因在于焊口缺陷；而从历史数据来看，在该企业空调产品的焊接质量缺陷中，自动焊接工序造成的缺陷约占70％左右。经过粗略的质量成本核算，该企业每年由于热交换器泄露导致的直接经济损失就达到1000万元，如果将由此带来的外部损失成本记入在内，如顾客的流失、企业信誉的下降，企业损失势必更高。因此，提高热交换器的产品可靠性对空调整机的“长效”至关重要。找到了质量改进的方向后，生产部成立热交换器生产车间质量改进小组对热交换器的生产过程质量进行调查和研究。首先确定热交换器生产过程质量改进的流程图，如图5所示：1图5热交换器生产过程质量改进流程图1．确定关键工序生产过程中的各个工序，尤其是关键工序，对产品质量的影响重大，尤其对下道工序有较大影响的工序更是至关重要，因此，在查找主要泄漏问题之前，先要了解热交换器的生产流程。图6为热交换器的生产流程示意图。主要原材料为铜管和铝箔，一部分铜管经过弯长u管设备，与冲床冲过的铝箔组装在一起再经过涨管机使得长u管的外壁同铝箔充分接触以便提高热交换率；另一部分铜管经过弯半圆管设备成为半圆管，经过清洗，并套上焊环，然后将其按一定顺序插在涨管后的长u管管口，经过自动焊接绘制热交换器确定关键工序绘制X-bar-R图半段生产过程是否处于统计受控状态查找原因，解决问题直至关键工序恢复统计受控状态对各工序生产的半成品进行随机抽样检查样本数据的正态性计算各工序的过程能力指数过程能力足够吗对能录低下的工序进行改进，提高其过程能力对自动焊接工序进行试验设计，优化参数否不足够2设备，热交换器部件基本完成了。随后将经过包括人工在内的多个检漏工序，最终作为合格品送往总装配车间进行整机装配。图6热交换器生产流程图图7热交换器焊口示意图2.定性分析产品的质量有50％以上在产品设计阶段已经被决定了，因此在质量改进之前了解产品设计原理，对查找慢性质量缺陷的原因，改进过程的质量非常重要。热交换器的基本构造是用半圆管连接多个长u管，形成曲折的回路，以便于制冷剂有充分的时间和面积与套在弯半圆管清洗套环插半圆管弯长U管穿片冲片胀管自动焊接卤检喷雾器目测装配补焊补焊3长u管上的铝箔进行热量交换。半圆管与喇叭口的配合间隙是影响焊口质量的主要因素，如图7所示，长u管口被略微涨大形成喇叭口，在弯好的半圆管上套上焊环(熔点低于半圆管和长u管)，再插入喇叭口，送入自动焊接机，焊环融化后可以均匀地分布在半圆管外壁和长U管内壁的间隙中。因此在设计上要保证半圆管和长u管的间隙配合不能太松，也不能太紧。太松会造成焊漏，充制冷剂时必然会出现大量泄露，在批量生产情况下造成不小的经济损失；太紧则焊环融化后堆积在喇叭口上，看似焊好了，实际没有将两管连接在一起，形成虚焊，在空调运行一段时间后必然会出现问题。目前，工艺上通过控制半圆管中心距和喇叭口中心距来控制配合间隙。半圆管的中心距和喇叭口的中心距技术要求为(30．8±0．2)mm，但半圆管与喇叭口的配合间隙仅为0．2mm(9．72mm-9．52mm)，那么在理论上，当半圆管的中心距为上限31mm，而喇叭口的中心距为下限30．6mm时半圆管刚好能插入喇叭口。在实际加工时，半圆管的中心距和喇叭口中心距部分超出了公差上下限，使得半圆管不能顺利插人喇叭口而要依靠其他工具敲人。此时，半圆管与喇叭口其中一边的配合间隙为0，另一边的配合间隙为0．2mm，容易导致焊堵、焊漏、虚焊等焊接缺陷，部分虚焊情况甚至经过一段时间使用后才产生泄漏，这就是空调不能保持“长效”的主要原因。因此尽管热交换器焊接口的工艺设计是可行的，但也需要加工过程有足够的过程能力来保证，控制中心距以保证它不超出公差上下限。热交换器车间的自动焊工序是反映焊接质量最客观的一环，因此在这个工序进行成品质量调查采样，对各类焊口质量缺陷及发生频率作出统计，如表5。表5焊口缺陷统计表缺陷类型虚焊夹渣过烧焊料不饱和其他样本数量563510653．定量分析应用统计过程控制查找出现不合格品较多的工序。首先对各个关键工序进行过程能力分析，对过程能力严重不足的工序进行改进，对过程能力尚可的工序用控制图进行监控，以保证工序质量处于稳定状态。首先确定关键工序，图2显示的生产流程中有阴影的6个工序都会不同程度地影响焊口质量：半圆管的中心距是否符合标准决定半圆管与喇叭口间隙配合适当与否，缺陷类型以虚焊居多；焊口清洗不干净，喇叭口在胀管工序中破裂，以及自动焊接工序的火焰温度、焊枪距离配合都会造成各种焊口缺陷或影响焊接质量。其中自动焊接工序是实现焊接的最关键的工序，但其焊接质量水平在很大程度上取决于半圆管与喇叭口间隙配合是否得当。因此，在对自动焊接工序进行分析和改进之前，先要分析和4改进半圆管弯制工序、套环工序及胀管工序的过程能力。(注：插半圆管工序为人工操作)鉴于弯管工序、套环工序和胀管工序对自动焊接工序的质量将产生十分关键的影响，因此质量小组决定先分别调查柜机厂热交换器车间及热交换器车间各半圆管弯管机、套环机及胀管机的工序过程能力。在进行工序过程能力测算之前，质量小组首先绘制X–bar-R分析用控制图，并用去掉异常点的方法调整分析用控制图，根据分析用控制图得到控制用控制图。确定工序处于稳定受控状态后，对各台机器的产品进行随机抽样，并计算各机器的过程能力指数CP和CPK.以热交换器一车间2号弯管机为例，随机抽取2号机生产的88个半圆管，测量其中心距，确定半圆管生产工序处于稳定受控状态，然后检验样本数据的正态性。经过计算，该机的Cp=1．117，Cpk=0．581，这说明其过程能力尚可，但是过程分布中心与公差中心有偏差。半圆管的中心距均值向公差中心右方偏移，即偏大，不能满足规格要求，潜在缺陷的比例非常大。调查结果如表6和表7所示。表6热交换器一车间弯半圆管、套环、胀管工序过程能力情况4．解决方案热交换器出现大量潜在焊接质量缺陷，从表面上看似乎是自动焊接工序的原因，如果直接应用试验设计来调整焊接设备参数并不能达到理想目标。因为如果生产过程不稳定，存在系统误差，则不能找到最优的参数组合，所以首先应使用基础质量工具鉴定热交换器的生产过程是否处于统计上的稳定状态，消除系统误差。经过应用统计工具发现，该生产流程本身不必要进行大幅度改进，但个别工序的过程能力过于低下，导致最终的自动焊接工序产生大量潜在质量缺陷，因此需要首先提高这些工序的过程能力，待整个生产过程稳定后再对自动焊接工序作进一步改善。具体改进方案：5．换热器生产过程的进一步质量改进在对自动焊接工序有重要影响的各个工序进行分析和改进后，质量小组已经完成了一个PDCA循环，但这并不代表造成热交换器焊接质量低的原因已经得到了彻底解序号工序过程能力备注CplCpuCpkCp1弯半圆管1号-0.071.26-0.070.6对应1号弯半圆管工序对应2号弯半圆管工序2号0.121.070.120.62套环1号0.061.430.060.752号0.061.410.060.743胀管1号0.971.150.971.062号1.011.101.011.063号0.821.020.821.925决。质量大师戴明提出PDCA概念的目的也是要强调质量改进是一个保持基本目标不变的、持续不断的过程。因此在对弯管、套环和胀管工序进行质量改进后，除了需要不断运用统计质量控制工具，如控制图等来保持现有成果，及时发现问题，还要进一步对自动焊接工序立项，作单独的质量改进项目。因为在降低了由配合间隙不当造成的虚焊可能性之后，焊口缺陷仍然存在较高比例的虚焊和过烧问题(参见图4)，这主要由自动焊接工序决定。作为完成焊接功能的关键工序，由于其工艺复杂，影响因素众多，因此对自动焊接工序的改进还需要使用更高一级、更加复杂的统计工具——试验设计J。但是，值得注意的是，如果不对整个热交换器生产流程进行统计过程控制而直接进行自动焊接工序的试验设计，则会由于系统误差导致试验结果不尽如人意。因此在进行试验设计之前，首先需要保证该工序质量稳定，工序波动范围尽可能地小；在建立自动焊接工序控制用控制图后，再对工艺参数进行优化。这将是一个长期的过程，需要质量小组作长期的努力。表7热交换器二车间弯半圆管、套环、胀管工序过程能力情况（二）设计过程1.根据表6，对产品质量补充定性分析热交换器车间的自动焊工序是反映焊接质量最客观的一环,因此在这个工序进行成品质量调查采样，对各类焊口质量缺陷及发生频率作出统计图（），从下图可以看出,目前热交换器焊口质量缺陷最严重的问题为虚焊和夹渣,这两种缺陷占总缺陷的82%,需要集中力量解决这两个方面的问题。从前面的焊口原理分析可以看出,半圆管和喇叭口的配合间隙不当是导致虚焊的主要原因。序号工序过程能力CplCpuCpkCp1弯半圆管1号1.4590.8820.8821.172号1.6540.5810.5181.1172套环1号1.2550.9760.9761.1162号3号1.7211.340.9331.1770.9331.1771.3271.2593胀管1号0.5140.4960.971.062号0.5290.4890.4890.5093号0.580.6550.580.6176计数56351065百分比50.031.38.95.44.5累积%50.081.390.295.5100.0C5其他焊料不饱和过烧夹渣虚焊120100806040200100806040200计数百分比ParetoChartof焊口缺陷类型图8焊口缺陷排列图2.根据表6和表7的相关数据进行改进分别对弯管机工序、套环工序、胀管工序补充改进方案。具体改进方案如下：①弯管机工序。从得到的数据来看,柜机厂热交换器车间半圆管弯管机的过程能力明显不足,同时弯制后的半圆管中心距普遍偏小,这说明半圆弯模中心距的设计尺寸偏小,建议重新制作半圆管弯模。热交换器车间的弯管机过程能力也不足,且尺寸偏大,说明是由于弯模长期使用后磨损造成的考虑到半圆管经套环机整形后能校正中心距偏差,暂不考虑重新制作半圆管弯模。②套环工序。经由柜机厂弯管机生产的半圆管在对应的套环设备上经过清洗,套环后,其中心距仍然普遍偏小,即套环机整形后不足以彻底矫正半圆管中心距偏差,因此必须提高半圆管弯制工序的过程能力。热交换器车间的套环机过程能力基本可以满足需求。③胀管工序。两个车间的胀管过程能力都不理想,尤其热交换器车间更为不足,三台机器使用的年限已久,设备稳定性差,应该进行维修,对不良涨球进行更换。