统计技术在汽车制造业中的应用

1统计技术在汽车制造业中的应用引言大家都知悉“统计过程控制”是一项很重要的过程控制技术。但是，在以往的年代里，始终没有获得足够的重视。在SPC的发展史上曾经有过几次飞跃：SPC源于二十世纪二十年代，以美国休哈特博士发明控制图为标志。自创立以来,即在工业和服务等行业得到推广应用，二战中美国将其制定为战时质量管理标准，当时对保证军工产品的质量和及时交付起到了积极作用。自五十年代以来SPC在日本工业界的大量推广应用，对日本产品质量的崛起起到了至关重要的作用。八十年代以后，世界许多大公司纷纷在自己内部积极推广应用SPC，而且对供应商也提出了相应要求。在ISO9001以及ISO/TS16949中也提出了在生产控制中应用SPC方法的要求。二十一世纪初统计过程控制导入新的计算理念和网络技术，以及统计过程控制工作的规范化和标准化。也就是在2003年至2005年期间，从统计计算理念、数据处理和结论的评定方面又出现了一次重大的飞跃。德国大众提出VW-10130机器能力测试和VW-10131过程能力测试两项标准草案，并于2005年2月正式颁布了这两项标准。北美通用与德国Q-DAS公司的合作，于2004年7月编写了测量系统分析工作规定和2005年11月编写了SPC的工作规定。更为重要的是德国大众和北美通用分别在动力总成的生产过程中实施了网络化的统计过程控制。目前，上海大众发动机新厂、上海通用动力总成生产线以及上汽乘用车公司发动机工厂也都落实了类似的统计过程控制。先后实施测量系统分析、生产设备的质量验收和批量生产的统计过程控制。本文将分别阐述这三种工作方法在汽车工业中的实际应用。生产设备的质量验收1.概述生产设备的质量验收涉及机器能力和生产设备初始过程能力的测试，适用于批量生产机械加工的，在下述情况必须进行设备的质量验收：z新的机器和设备投入使用前；z设备大修之后；z设备有大的结构变更；z工厂内部的设备搬迁。2预验收和终验收工作流程8或24小时空运行设备热状态影响试验预加工1-5件零件装夹运送操作加工设备准备就绪验证过程监控质量验收预验收（供应商）终验收（客户生产地）连续加工50件分组5×10连续加工200件抽样100件分组5×20更换刀具应用统计软件分析检查“超出规定”的值检查“超出控制”的过程特殊规定？质量验收准则关键控制特性？过程接受过程不接受过程改进过程改进PP＞2.0PPK＞1.67过程不接受PP＞1.67PPK＞1.33是否否否是是32.设备预验收2.1.准备工作供货商必须参与设备验收规划。无论设备验收在供货商那里或在公司生产地进行，都不影响验收的具体规定。但如下的前提条件必须首先确认：z必要的零件数量z确认的检验规划z确定特性值的类型z验收计划的时间进度z是否特殊规定z设备验收的任务和职责z缺陷预防措施的证实材料z取样规定2.2.必要的零件数量供货商有义务满足实施本准则所必需的零件数量，包括排除故障、机器热状态影响试验、刀具更换分析和能力测试等所必需的零件数量。2.3.加工设备的准备2.3.1.持续空运行8或24小时在进行设备预验收前必须检查设备的机械和控制系统的可靠性，在设备预验收的全过程不允许出现机械和控制系统的故障。将设备调整到必要的节拍，每2小时记录设备的工作参数，如遇设备干扰，必须按设备干扰的性质确定空运行时间复零或继续进行，每次干扰都必须记录备案。2.3.2.设备热状态影响试验设备处于完全的装夹状态，同时切断电源至少8小时，以模拟设备交接班的状态。在设备冷起动状态下加工至少5件零件，所加工的零件特性值都必须满足规定的要求，但特性值数据不计入预验收机器能力测试的统计分析。2.3.3.零件装夹运送操作为了避免最终用户零件装夹和运送的故障而进行的一项专项检查。2.3.4.预加工试验在进行机器能力测试前，先进行1-5件零件的预加工试验。尽管所加工的零件的特性值不计入预验收机器能力测试的统计分析，但是必须满足如下的要求：z在25%公差带范围内（双向公差）z在62.5%公差带范围内（单向公差）z在42.5%公差带范围内（刀具磨损趋势）详见图2.3.4.1预加工验收图4图2.3.4.11/5件预加工验收图2.4零件加工在设备预验收前，供货商必须给出如下确认：z满足预验收的准备工作z设备已经过持续运行z1-5件试加工记录在案z热状态影响试验完成z设备工作温度保持不变z设备已调整到规定的工作参数可以进行设备预验收机器能力测试的零件加工。2.5.取样规定z在机器能力测试时，必须确保同一批次的毛坯件、同一供货商和同一种材料。z机器或设备必须始终在相同的条件下运行。z作为评定的特征值的预加工质量必须符合要求的加工规程。z加工零件（取样范围）的数量一般应该为50件。如果这个取样范围从经济上和技术上的原因很难实现的话，也允许一个小的取样范围。但是有效的取样范围（即无异常点）至少20件，而且极限值按规定调整（见表2.5.1）。z零件必须连续加工，并且标记相应的加工顺序号，每个零件必须测试所有规定的5特性值。z机器能力的测试仅允许在热机状态下进行，而且定义每种应用状态的“热机”。z被检验的零件必须在机器要求的批量条件下加工，即带节拍时间和批量加工机器调整的参数值。z为了确保机器能力测试的起步，必须作出相应的专用的规定，例如，刀具必须进入运行，以及刀具寿命的终止不能在机器能力测试的过程内。z在机器能力测试时，不允许更换刀具、手工调整刀具，或者其他机器参数的变化。而带有测量监控的刀具自动修正视为例外。z在机器能力测试时出现机器干扰，这将影响测试的特性值。所有必须重新开始机器能力测试。z测量方法必须在机器能力测试前，供货商与公司的验收者双方商定确认。z在一台机器上加工不同的零件（不同零件号，例如钢制轴/铸造轴），除此之外还有不同的特性值，所有这些零件都必须分别进行机器能力测试。neCm≥Cmk≥202.281.93252.191.85302.131.79352.081.75402.051.72452.021.69502.001.67表2.5.1有效取样范围20≤ne＜50的能力指数2.6.验收要求按照零件功能要求，质量特性值可分为如下三种类型：z关键零件（KeyProductCharacteristics=KPC）z重要零件（ProductQualityCharacteristics=PQC）z标准零件（StandardProductCharacteristics）设备在交货前必须进行机器能力测试，以证明设备所加工的零件能满足规定的质量要求。设备验收的要求：z所有特性值必须落在规定的极限公差范围内z在质量控制图中没有超出规定的控制极限z机器能力指数必须大于或等于表2.6.1中要求的最小值z定性量具的数据：特性值必须落在规定的公差百分比范围内6特性值类型最小值Pp最小值Ppk定性量具的公差百分比（%）关键零件（KPC）2.001.67不存在重要零件（PQC）2.001.6775%标准零件1.671.33100%表2.6.1机器能力指数验收要求3．设备终验收在设备终验收时，几乎重复在供货商那里所进行的验收工作，包括按照表2.6.1的验收要求，但是也有如下细微的变更。3.1.设备空运转24小时3.2.取样规定z从连续生产的200件或更多的零件中取样20次，每次取样5件，详见推荐的取样方案表3.2.1；z如果可用作取样的零件数不足200件，那么可以取样10次，每次取样5件，推荐的取样方案表3.2.2；z如果可用作取样的零件数仅有最小的取样数50件，那么就按照预验收的取样要求。取样零件序号取样零件序号15--911105--109215--1912115--119325--2913125--129435--3914135--139545--4915145--149655--5916155--159765--6917165--169875--7918175--179985--8919185--1891095--9920195--199表3.2.1推荐的20次取样方案7取样零件序号取样零件序号15--96110—114230--347125—129345--498140—144470--749165—169585--8910190—194表3.2.2推荐的10次取样方案3.3.并列加工中心的验收3.3.1.第一台设备的验收依据必须按照第2.1进行设备的准备工作，加工50件零件（如果有两个装夹位置，每装夹位置加工25件零件），同时要满足表2.6.1的验收要求。3.3.2.其它设备的验收依据z方法-1：如同第一台设备的验收，加工50件零件（如果有两个装夹位置，每装夹位置加工25件零件），进行能力测试，满足表2.6.1的验收要求；z方法-2：先加工5件零件，将5件零件测量数据纳入第一台设备的能力测试。如果能力指数满足表2.6.1的验收要求，那么没有必要继续进行。否则就必须做完整的能力测试。4.评定方法4.1.计算方法按照DIN55319:2002或ISO/DIS21747:2007不同分布模型的计算方法见表4.1.1：由表4.1.1得出，所有的过程模型计算方法A1A2BC1C2C3C4DM11xM12xM13xM14xxM2xxxM3xxxxxxxxM4xxxxxxxxM5xxxxM6xxxx表4.1.1各种分布模型的计算方法过程模型都可按照M3或M4进行计算，但是这里不推荐极差法而是推荐方法M4。M384.2.按照Q-DAS推荐的评定方法公司采用的统计分析软件是qs-STATME6，对应的评定方法见图4.2.1：H1H0F-检验H1正态稳定性稳定性稳定性休哈特控制图皮尔松控制图扩展休哈特分布模型分布模型P/CP/CT否否是是H0Tqs-STATME6图4.2.1按照Q-DAS评定方法4.3.示例4.3.1.示例-1双向公差特性值的机器能力测试，例如盘的高度（mm），取样n=50，计算方法M4，单值控制图：9分布模型和计算结果：正态分布4.3.2.示例-2单向上极限公差的机器能力测试，例如粗糙度Rz（μm），取样n=50，计算方法M4，单值控制图：分布模型和计算结果：10约翰逊分布此例计算机器能力没有意义，不给出机器能力指数！4.3.3.示例-3双向公差特性值的机器能力测试，例如壳体长度（mm），取样n=50，计算方法M4，单值控制图：分布模型和计算结果：约翰逊分布115.附录：缩写符号na由取样方差确定总体样本方差的常数ANOVA方差分析法mC潜在机器能力mkC机器能力指数pC潜在长期过程能力pkC长期过程能力指数0H原始假设1H备择假设μ总体样本均值ˆμ总体样本均值估算值n取样范围OEG上控制极限OGW上极限pP潜在初始过程能力pkP初始过程能力R极差s取样标准差2s取样方差s取样标准差均值σ总体样本标准差2σ总体样本方差ˆσ总体样本标准差估算值T公差12pT潜在过程能力指数（不稳定）pkT过程能力指数（不稳定）UEG下控制极限UGW下极限值x取样均值x取样均值的均值6.参考资料[1]DINISO21747Maerz2007StatistischeVerfahren-,Prozessleistungs-undProzessfaehigkeitskenn-GroessenfuerkontinuierlicheQualitaetsmerkmale(ISO21747:2006;TextDeutsch,Englisch)[2]Maschinen-undProzessfaehigkeit3.Auflage,01.07.2004QualitaetssicherunginderBOSCH-GruppeHeft9TechnischeStatistik[3]StatistischeVerfahrenzurMaschinen-undProzessqualifikation5.aktualisierteAuflageQ-DASWeinheim,Maerz2005[4]VW10130Februar2005Maschinenfaehigkeitsuntersuchungfuermessb