基于六西格瑪?shù)牟Ａт摿慵祟^纖維損傷技術(shù)及應(yīng)用

　　摘要：玻璃鋼材料零件進(jìn)行機(jī)械加工后,在零件端頭容易出現(xiàn)纖維損傷的情況。針對玻璃鋼零件端頭纖維損傷的問題,運(yùn)用六西格瑪管理方法,并利用事實(shí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)流程的改進(jìn)方法分析了玻璃鋼零件端頭纖維損傷的問題,找出了問題的主要原因,并對主要原因采取控制措施,從而達(dá)到了解決玻璃鋼零件端頭纖維損傷的目的,促進(jìn)了玻璃鋼零件質(zhì)量的持續(xù)提升。

　　本文源自工具技術(shù),2020,54(09):72-74.《工具技術(shù)》(月刊)創(chuàng)刊于1964年，是成都工具研究所主辦的切削與測量工程綜合性技術(shù)刊物，本刊已被國內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)定為中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計(jì)用刊、中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)入編期刊等，并多次榮獲四川省和機(jī)械工業(yè)部優(yōu)秀科技期刊獎。

　　1、引言

　　玻璃鋼材料因輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、熱性能良好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造行業(yè)。玻璃鋼作為一種玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,因具有質(zhì)量輕、硬度高、不導(dǎo)電、性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高和耐腐蝕等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造行業(yè)。

　　在現(xiàn)階段,我國玻璃鋼材料行業(yè)面臨一個新的大發(fā)展時期,如城市化進(jìn)程中的市政建設(shè)、新能源的利用、汽車工業(yè)的發(fā)展和大飛機(jī)項(xiàng)目等。

　　在現(xiàn)代加工中,需要不同結(jié)構(gòu)、不同形狀的零件來滿足裝配功能的需求,因此需要對玻璃鋼零件進(jìn)行機(jī)械加工。但玻璃鋼零件的機(jī)械加工中易出現(xiàn)端頭纖維損傷的問題,而有效解決玻璃鋼零件端頭纖維損傷是提升玻璃鋼零件質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文采用六西格瑪方法,以對玻璃鋼零件端頭纖維損傷的質(zhì)量改進(jìn)為例,對六西格瑪在現(xiàn)場技術(shù)問題中的應(yīng)用和實(shí)施進(jìn)行分析。

　　2、項(xiàng)目實(shí)施過程

　　2.1項(xiàng)目內(nèi)容

　　2018年8月至2019年2月,XX圖號的玻璃鋼零件共生產(chǎn)56件,端頭斜面出現(xiàn)纖維損傷的零件共計(jì)34件,不合格率高達(dá)60.7%。其中,纖維損傷區(qū)域長度超過20mm的零件共29件,占總不合格零件的85.3%,嚴(yán)重影響了零件交付,因而急需改進(jìn)。

　　將XX圖號的玻璃鋼零件端頭斜面纖維損傷區(qū)域長度超過20mm的DPMO從517771降低到103554(改善80%)設(shè)定為改善目標(biāo)。

　　以數(shù)據(jù)為項(xiàng)目基礎(chǔ),通過對出現(xiàn)纖維損傷區(qū)域的零件進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)損傷區(qū)域長度大于20mm的零件占總不合格零件的85.3%,從而確定了缺陷定義:零件纖維損傷區(qū)域長度大于20mm即為缺陷(見圖1)。

　　圖1缺陷定義

　　2.2原因分析

　　運(yùn)用因果圖法能快速分析得出玻璃鋼零件端頭斜面產(chǎn)生纖維損傷的根本原因,具有簡捷實(shí)用、深入直觀的特點(diǎn)。將影響問題的特性因素與特性值按相互關(guān)聯(lián)性進(jìn)行整理,并標(biāo)出重要因素,形成層次分明、條理清楚的因果圖(見圖2)。

　　由圖可以看出,影響玻璃鋼零件端頭斜面纖維損傷區(qū)域長度超過20mm的主要原因?yàn)閄1裝夾方式、X2粗加工余量、X3加工順序和X4保護(hù)方式,其中關(guān)鍵原因?yàn)閄2粗加工余量和X3加工順序。

　　圖2因果圖

　　2.3機(jī)理分析

　　機(jī)理分析是通過對系統(tǒng)內(nèi)部原因進(jìn)行分析研究,從而找出其發(fā)展變化規(guī)律的一種科學(xué)研究方法。

　　(1)粗加工余量機(jī)理分析

　　通過機(jī)理分析可論證X2粗加工余量是否為纖維損傷區(qū)域長度>20mm的關(guān)鍵因素。粗加工余量機(jī)理分析見圖3。

　　圖3粗加工余量機(jī)理分析

　　依據(jù)零件毛坯與工裝的關(guān)系量可得A=7,計(jì)算可得C1=A/sinθ=7/0.4=17.5,B1=A/tanθ=7/0.43=16.28。

　　以上計(jì)算表明:小斜面粗加工后余料的最小厚度為0,無法滿足余料下斷和未銑開出的連接強(qiáng)度要求,導(dǎo)致小斜面區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重振動,零件彈刀。

　　根據(jù)模型可得出:要使B>0,則需C=C1-(B1-B)cosθ,由此可計(jì)算出C>2.52。根據(jù)材料厚度及加工強(qiáng)度分析,為避免產(chǎn)生彈刀,經(jīng)過現(xiàn)場測試,4.3

　　(2)加工順序機(jī)理分析

　　通過加工順序機(jī)理分析可論證X3加工順序是否為纖維損傷區(qū)域長度>20mm的關(guān)鍵因素。加工順序機(jī)理分析見圖4。

　　由機(jī)理分析可知:X2粗加工余量、X3加工順序是影響纖維損傷區(qū)域長度>20mm的關(guān)鍵因素。

　　圖4加工順序機(jī)理分析

　　2.4項(xiàng)目改進(jìn)

　　通過對玻璃鋼零件的加工流程進(jìn)行梳理,發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)加工流程中存在的問題,進(jìn)一步完善加工流程。改進(jìn)前后的流程見圖5。

　　圖5改進(jìn)前后的流程

　　項(xiàng)目改進(jìn)過程中,大量采用了流程分析、測量系統(tǒng)分析、風(fēng)險分析和假設(shè)檢驗(yàn)等六西格瑪?shù)墓ぞ吆头椒?分析出粗加工余量、加工順序是關(guān)鍵因素。具體的項(xiàng)目改善點(diǎn)如下:

　　①優(yōu)化粗加工余量。改進(jìn)前,粗加工余量C=2mm,余量不足,損傷區(qū)域長度超大。從粗加工余量的擬合線圖可得,粗加工余量應(yīng)大于4.3mm。因粗加工余量太大易引起加工時刀具崩刃,經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn),粗加工余量應(yīng)小于5.8mm,粗加工余量應(yīng)控制在4.3～5.8mm為宜。將粗加工余量加大到4.3～5.8mm后,損傷區(qū)域長度尺寸顯著減小;

　　②優(yōu)化加工順序。改進(jìn)前,先加工其余部位再加工小斜面,加工順序不合格,導(dǎo)致?lián)p傷區(qū)域長度尺寸波動較大。通過更改加工順序,先加工端頭小斜面再加工其余部位,減小損傷區(qū)域長度尺寸,同時損傷區(qū)域長度的波動也得到明顯改善。

　　根據(jù)改進(jìn)要點(diǎn),在流程中“增加粗加工余量”、“更改加工順序”環(huán)節(jié)。完善項(xiàng)目后,對關(guān)鍵因素進(jìn)行控制才能保持改進(jìn)后的效果,為此,需形成規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作為工作準(zhǔn)則。將流程標(biāo)準(zhǔn)化能有效控制關(guān)鍵因素,項(xiàng)目的控制計(jì)劃見表1。從控制計(jì)劃改進(jìn)后的損傷區(qū)域長度尺寸I-MR控制圖可知:所有點(diǎn)都受控;隨著項(xiàng)目DM、A、IC階段的推進(jìn),損傷區(qū)域長度尺寸的波動減小;IC階段可控,均值接近目標(biāo)值。

　　表1流程控制計(jì)劃數(shù)據(jù)單

　　改進(jìn)并完善關(guān)鍵的X2粗加工余量和X3加工順序因素后,項(xiàng)目的改進(jìn)情況對比見圖6。由圖可知,項(xiàng)目的改進(jìn)控制階段完成情況較好。

　　圖6零件纖維損傷區(qū)域長度的時間序列

　　在項(xiàng)目改進(jìn)后進(jìn)一步收集數(shù)據(jù),項(xiàng)目的DPMO從517771降至9387,改善98.1%,完成預(yù)設(shè)目標(biāo)。

　　在對關(guān)鍵因素“粗加工余量”、“加工順序”進(jìn)行改進(jìn)后,應(yīng)事先評估改進(jìn)關(guān)鍵因素可能帶來的各種風(fēng)險。運(yùn)用FMEA風(fēng)險分析方法對項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險分析,分析結(jié)果見表2。由表可知,RPN<120,屬于低風(fēng)險。

　　2.5項(xiàng)目成果推廣

　　復(fù)合材料零件被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代制造企業(yè),因此該項(xiàng)目具有可推廣性。目前已在其余玻璃鋼材料零件出現(xiàn)纖維損傷的控制流程中進(jìn)行推廣,下一步可推廣至其他復(fù)合材料類型零件成型后出現(xiàn)斜面纖維損傷的控制流程。

　　3、結(jié)語

　　六西格瑪管理是一種高效的質(zhì)量改進(jìn)方法,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,將生產(chǎn)能力、缺陷和執(zhí)行力等均量化為數(shù)據(jù)。在實(shí)踐過程中需要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況不斷進(jìn)行相應(yīng)地改進(jìn),將理論與實(shí)際融會貫通,才能使這套高效的質(zhì)量改進(jìn)方法發(fā)揮出全部作用。

　　表2FMEA分析

　　六西格瑪管理方法還需在生產(chǎn)過程中持續(xù)實(shí)施,并將成果融入體系、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范之中,才能固化成果和穩(wěn)步提升實(shí)際的質(zhì)量水平。

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