SPC在提升扭矩拧紧过程稳定性方面的应用

林勇 周永达 姜磊 曹书茂

上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司 重庆市 401120

1 引言

汽车作为当前人群最主要的代步工具，总保有量逐年增加，但是随着人们生活品质的日益提高，消费者对车辆的要求已经不仅仅在于价格低，外观好看，同时也更多会注重汽车本身的品质控制、安全性能等，因此对各大车企提出了更高的要求，车企只有在这些方面同样下足功夫，将这些看不见的地方也做好，才能在竞争激烈的市场占据主导，获得市场和消费者的认可。

扭矩控制可以说是整车质量控制中最重要的内容，SPC在总装车间的应用主要在扭矩能力和趋势异常判异方面，所知一辆整车有上百个关键扭矩点位，涉及有三四百颗螺栓螺母，其中90%的关键点位都在总装车间进行装配控制，这些点位如果出现过程扭矩不稳定，就可能在使用过程中出现紧固失效的情况，不仅会影响产品性能，严重情况甚至可能危及驾乘人员的安全，造成严重的质量安全事故，因此如何运用SPC分析关键扭矩的稳定性并采取措施改进提升，是总装车间在扭矩控制方面非常重要的工作。

2 SPC介绍

2.1 SPC实施过程

SPC作为制造行业中常用的五大质量分析工具之一，在过程能力计算分析及稳态判定等方面都有着广泛应用。统计过程控制是为了贯彻预防原则，应用统计技术对过程各阶段评估和监控，建立并保持过程处于可接受的并且稳定的水平从而保证产品与服务符合规定的要求的一种质量管理技术[1]。其中的过程是指将输入转化为输出的一组彼此相互关联和相互作用的活动过程。常用的控制模型是带反馈的过程控制模型，见下图1，其中人、机、料、法、环是整个过程的输入，工作方式或资源就是过程，产品或服务是过程的输出，过程和输出又在不断反馈和影响着输入，形成一个动态循环。

图1 具有反馈的控制模型

2.2 SPC控制图

控制图是在SPC实施过程中需要使用到的用于体现数据变化趋势和数据判异基准的工具，常用的控制图分为计量型控制图和计数型控制图。计量型包含：均值极差图，均值 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 差图，中位数极差图和单值移动极差图；计数型控制图包含：p图(不合格品率图)，np图(不合格品数图)，c图(不合格数图)和u图(单位产品不合格数图)[2]。所有控制图都是基于控制限生成的，其中u为CL（中心线）、u+3σ和u-3σ分别为UCL（控制上限）和LCL（控制下限），再将CL到UCL（LCL）按标准差σ的间隔平均划分为C区、B区、A区（如图2）。

图2 控制限图

根据控制图，结合判异准则可以确认系统是否稳定，再查找不稳定原因，制定措施进行解决改善。

3 SPC的具体应用

结合总装车间对关键扭矩的质量控制，以提升某车型转向中间轴螺栓扭矩稳定性为例，讲述SPC工具在提升扭矩拧紧过程稳定性方面的应用。

3.1 现状调查

总装车间在日常扭矩QCOS检测过程中发现，某车型的转向中间轴螺栓静态扭矩有明显波动超差的情况，该点为关键点位，如果出现扭矩超差，可能存在螺栓扭矩衰减松动或者螺栓功能失效，导致产品质量缺陷和安全事故，且调用近期抽检的静态扭矩数据计算CPK为0.9（见图3），小于要求的CPK≥1.33，因此需要及时进行数据分析，运用SPC提升该车型转向中间轴螺栓拧紧过程扭矩的稳定性。

图3 转向中间轴螺栓过程能力

3.2 控制图类型选择

由于转向中间轴螺栓扭矩大小值属于计量型数据，子组容量n≥10，根据控制图选择标准（图4），应选择均值——极差图（X--R）作为转向中间轴螺栓扭矩值的控制图。

图4 控制图选择标准

3.3 抽样方法选择

抽样方法有随机抽样、分层抽样、系统抽样、整群抽样四种[3]，转向中间轴螺栓扭矩值数据总体足够大，且容易按次序整理数据，根据抽样方法选择标准（表1）选择系统抽样。

表1 抽样方法选择标准

3.4 数据收集计算

收集最近一段时间的数据进行分析，抽检频率：5组/天。采集125个数据，子组容量为5，数量为25组。相关数据见下表2：

表2 扭矩抽检数据（单位Nm）

根据以上公式，计算可得

查控制图参数表3，在子组大小n=5的情况下，计算均值极差图的控制限。

表3 控制限参数表

组数第13组第14组第15组第16组第17组第18组第19组第20组第21组第22组第23组第24组第25组测量1 51.36 57.68 58.36 62.82 61.22 54.24 59.36 53.79 57.21 63.82 53.79 57.21 63.82测量2 58.27 54.26 57.7 57.66 50.64 57.53 60.28 57.35 53.76 57.66 57.35 53.76 57.66测量3 60.53 62.05 56.32 63.8 58.26 59.19 53.76 59.08 59.86 63.8 59.08 59.86 63.8测量4 56.16 59.82 64.68 57.82 58.2 51.48 58.24 61.84 61.46 57.82 61.84 61.46 57.82测量5 52.86 55.46 61.1 58.64 56.21 53.73 52.3 57.46 56.38 59.64 57.46 56.38 59.64均值Xi 55.836 57.854 59.632 60.148 56.906 55.234 56.788 57.904 57.734 60.548 57.904 57.734 60.548极差Ri 9.17 7.79 8.36 6.14 10.58 7.71 7.98 8.05 7.7 6.16 8.05 7.7 6.16

3.5 绘制分析控制图

根据收集的数据计算的控制限，绘制转向中间轴扭矩控制图5。

3.6 控制图判异

根据控制图的判异准则[4]——过程异常的8种模式对上述图5的控制图进行判异。

图5 转向中间轴扭矩控制图

准则一：1个点落在A区以外准则二：连续9个点落在中心线同一侧准则三：连续6个点递增或递减准则四：连续14个点中相邻点交替上下准则五：连续3个点中有2个点落在中心同一侧的B区以外准则六：连续5个点中有4个点落在中心线同一侧C区以外准则七：连续15个点落在中心线两侧的C区以内准则八：连续8个点落在中心线两侧且无一在C区内

结合上表的8种判异准则，转向中间轴扭矩控制图存在以下两点异常：

（1)均值X控制图中有2个点超出控制限A区；（2)均值X控制图中连续6个点递增。

3.7 原因分析

使用鱼骨图对问题的根本原因进行分析，从人、机、料、法、环五个方面开展根本原因分析。

人：员工培训不到位（非要因）

机：工具能力不足（非要因）

料：（1）转向机小齿轮尺寸不合格（非要因）；（2）螺栓涂胶不合要求（要因）。法：电枪程序设置不合理（非要因）。

3.8 措施制定实施

根据上述分析找出的要因，制定了如下措施。

（1）临时措施：现场挑选符合涂胶要求的螺栓进行装配。（2）长期措施：反馈供应商进行整改，严格按照工艺要求 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 螺栓涂胶量。

跟踪确保以上两条整改措施均已有效实施，满足相关要求。

3.9 SPC项目成效

在措施实施后，重新收集125组转向中间轴螺栓的静态扭矩（表4），并进行均值极差及过程能力分析。

表4 扭矩抽检数据（单位Nm）

根据重新收集的数据计算的控制限，绘制转向中间轴扭矩控制图6。

图6 转向中间轴扭矩控制图

由转向中间轴螺栓检测扭矩的过程能力图7可知，在通过螺栓涂胶量的整改规范，措施实施后：根据判异准则无异常，过程能力CP=1.65，CPK=1.53，均 满 足＞1.33的要求，因此过程能力指数满足技术要求，过程稳定，实现了攻关项目制定的目标。

图7 转向中间轴螺栓过程能力

4 结语

由上述可知，SPC工具在制造业的质量控制方面应用是十分广泛的，不仅仅在于对关键扭矩稳定性的提升，而且在尺寸控制、漆膜厚度、间隙段差等方面都可以通过SPC工具来进行监控分析和提升改进。SPC的应用应该贯穿整个制造过程，不是等事后对问题的解决，更多应该是对过程的控制，避免产生有问题的结果，起到提前预防缺陷的作用。只有对生产过程的数据进行分析才能事先发现问题，从而改进预防，SPC就是基于事实数据说话，极大保障了制造业产品质量，也只有好的产品才能保障消费者的合法权益和自身安全。

-全文完-