一种削减产品制造过程中质量波动的方法与流程

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一种削减产品制造过程中质量波动的方法与流程
本发明是一种削减产品制造过程中质量波动的方法,属于质量与可靠性工程领域。
背景技术
:“波动(Variation)”丰富了人们的生活,给万物带来了无限生机和活力,波动、变异和更新推动着自然界和人类社会持续向前发展。然而,在产品制造过程中,“波动是客观现实和无法回避的工业事实(Juran等)”、“波动是质量的大敌(波音公司Barker等)”。武器装备质量与性能稳定性取决于制造过程总体波动水平的高低,特别是型号研制方案固化后,制造过程质量的一致性、稳定性和受控性,成为决定型号实物质量的根本因素,因此,制造过程质量管理的任务就是要最大限度地控制和削减制造过程的质量波动。复杂产品波动管理适用于以离散式加工装配制造为主要特点的装备生产制造行业,特别多品种、小批量的武器装备研制向批产转移制造过程的质量管理。最近20多年来,以提高航空装备制造过程稳定性需求为牵引,以波动控制和削减技术的集成应用为手段,开展对影响航空装备实物质量的各种关键特性波动源的系统分析,研究制定针对性的复杂产品波动削减计划并采取相应的工程措施有效地削减和控制质量波动,已经成为国际航空工业领域质量管理的热点问题,由此引发了有关波动管理的大量应用研究,例如:(1)美国空军发布“R&M2000波动削减大纲”,明确提出了航空武器装备实施波动削减的4项关键任务:一是减小围绕目标值的波动以提高可靠性,降低成本;二是使设计与生产的性能趋向目标值,而不是趋向公差界限值;三是提高生产和维修工艺,以生产质量稳定、缺陷少的产品;四是可靠的产品必须且应当满足顾客要求,无波动地完成设计功能。(2)洛克希德·马丁公司在F-22战机上实施波动削减大纲,通过各种波动削减技术工具的集成应用,为F-22战机找出2561个产品关键特性,通过对678个过程和“零件族”特点的分析,相应地开发了126个波动削减指南。F-22波动削减大纲和系列波动削减指南的实施,修正了适合制造过程的关键特性的要求,降低了产品成本,缩短了产品交付时间,降低了返修、返工率,F-22整机的过程能力指数Cpk达到1.2,合格率达到99.9%。(3)波音公司在波音777飞机上实施波动控制计划。波音公司针对波音777飞机质量管理要求,制定了相应的波动削减计划和波动控制目标,以期实现在装配方式、硬件工具、软件工具、主要装配步骤、装配时间、过程能力、垫片数量等关键业绩指标与波音747飞机相比有显著改进。此外,为了系统性地控制航空装备制造过程中的质量波动,波音公司制定了有关波动控制的质量管理标准《先进质量体系(AQS)》。(4)诺斯罗普·格鲁门公司在F/A-18系列战机上实施过程波动削减系统,以改进和控制制造过程中的质量波动。通过PVR系统,公司跟踪过程,而不是零件。PVR系统的建立与运行有效了削减了F/A-18系列战机制造过程中的质量波动,确保研制目标的实现。(5)国际航空航天质量组织(IAQG)发布了AS9103《关键特性的波动管理》标准,明确规定了关键特性的波动管理要求,要求对制造过程进行全面的评定,以便通过对关键特性的波动进行充分策划和有效管理,推动对制造过程的系统改进。上述洛克希德·马丁、波音等国外著名航空公司通过在装备制造过程中推广实施波动管理,着力提升航空装备实物质量与可靠性水平的实践,以及美国军方、美国国防部和国际航空航天组织通过贯彻有关的政策、文件和标准,推动有关承包商在武器装备制造过程中大力推广实施波动控制的做法,代表了国际航空工业质量管理的新发展。技术实现要素:本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种削减产品制造过程中质量波动的方法,该方法以产品波动管理研究与实践为总体思路,以产品制造过程中关键特性的稳定性和受控性为切入点,开展产品制造过程波动源分析,逐步建立健全产品波动数据库,准确揭示典型加工过程的波动,削减最终影响型号实物质量、可靠性与性能稳定性的因素,促进形成波动辩识、测评和控制机制,准确揭示典型加工过程的波动,开发适合波动管理的步骤及评估系统,修正适合制造过程的关键特性的需要,削减最终影响复杂产品实物质量、可靠性与性能稳定性的因素,克服由小批量试制转入批生产阶段波动过大导致的质量问题,满足用户要求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:该种削减产品制造过程中质量波动的方法,其特征在于:该方法的步骤如下:步骤一、波动识别1.1识别关键特性,所述关键特性是指根据顾客要求、产品性能、功能结构、装配性、使用寿命、可制造性的要求,以及失效模式与影响分析、过程能力分析、公差设计技术确定的材料、零件、产品及制造过程的特性,关键特性的波动对产品的装配、性能、使用寿命及可制造性产生影响;材料、零件、产品的关键特性的层级依次上升,制造过程的关键特性的层级是由工序的前后顺序依次上升;通过因果分析识别所有的关键特性,识别每个关键特性的波动源,得到波动源清单;编制关键特性中制造过程关键特性的质量控制计划,该质量控制计划包括测量及测量系统分析、工艺规范、控制方法及工具、抽样方案及过程能力评估结果;1.2确定波动度量指标体系,建立关键特性的波动度量指标体系,该指标体系包括:基于概率统计的波动度量指标,包括标准差、过程能力指数、西格玛水平;基于质量工程的波动度量指标,包括损失函数和信噪比;基于产品实物质量检验的波动度量指标,包括不合格品率、缺陷率、首次合格率、流通合格率、每百万机会缺陷率;1.3构建关键特性的波动模型,建立关键特性之间以及关键特性与关键参数之间的关系,该波动模型的作用为:1)利用下一层级的关键特性波动评价上一层级的关键特性波动;2)平衡各层级关键特性波动的优化效果;3)关键特性波动的预测;4)指导关键特性波动的优化;1.4评价关键特性的波动水平,依据所确定的关键特性、评价指标体系以及波动模型,调查和计算关键特性的质量波动水平,为关键特性波动诊断提供依据;如果采用过程能力指数作为波动的度量指标,首先应利用控制图判明过程是否处于统计控制状态,如过程不稳定,应调查原因并采取措施;将不同产品相似的关键特性组合在同一控制图上时,这些特性应具有相似的波动性。步骤二、关键特性的波动诊断2.1选择关键特性,根据关键特性的波动水平选择需诊断的关键特性;2.2用测量系统分析的方法对步骤2.1选择的关键特性进行诊断;2.3依据步骤2.2的诊断结果,对相应的关键特性的波动进行诊断,利用统计过程诊断、试验设计、数据挖掘技术、解释结构模型、智能诊断技术、回归分析、方差分析波动诊断技术,查找波动源,形成关键特性的波动源清单;步骤三、优化关键特性的波动,针对步骤2.3中查找到的关键特性的波动源,采用稳健性设计、试验设计、响应曲面技术、流程优化、工装、工具、夹具优化技术,开展波动削减,确定最佳的关键特性的参数水平,并通过工程应用评价该削减的优化效果;步骤四、关键特性的波动控制采用统计过程控制、防差错设计、标准化、表格化操作、精细化管理的波动控制技术对优化后的关键特性的参数水平进行控制,并实现关键特性的波动的闭环控制。本发明技术方案的优点是:(1)建立了质量波动度量指标体系和波动削减流程,覆盖了从波动度量、识别、诊断、优化、控制到最终效果评估的波动管理过程的全要素。(2)将波动削减流程和质量工具方法嵌入了产品设计制造流程并对接企业MES系统,实现了波动管理、统计分析及在线监控。(3)提供了一种复杂产品制造过程波动削减的解决方案,对于以离散式加工装配制造为主要特征的复杂产品制造飞机制造企业探索研制向批产转移质量控制工作机制,提升质量管理和实物质量水平提供工具和方法支撑,具有大面积推广的价值。附图说明图1是产品波动削减方法示意图图2是30框结构图图3是上、下缘条未刮削接头示意图图4是产品特性传递图图5是过程能力分析具体实施方式下面结合具体工程应用案例介绍本发明技术方案的实施过程。产品基本情况30框是机身最主要的加强框,是机身中段受载最严重的一个框,由左右侧框及下部横梁组成,如图2所示。如图1所示,该种削减产品制造过程中质量波动的方法的步骤如下:步骤一、波动识别1.1识别关键特性1.1.1确定单元件关键特性30框的关键特性是指30框的横梁承载能力,识别出的关键特性包括横梁组成件的装配性,零件XXX-0330-3-1/-2、环形框的功能结构和应力性能,连接螺栓的装配性能。通过分析,确定30框单位元件关键特性如表1所示。表1框横梁组合件单位元件关键特性表1.1.2确定关键过程及主要控制内容为实现单元件特性要求,工艺部门根据加工难度及装配难度确定了单元件制造和装配关键过程及其主要控制内容如表2所示。表2装配关键过程及其主要控制内容1.2确定波动度量指标体系30框的关键特性的波动度量指标包括基于产品实物质量检验的波动度量指标和基于概率统计的波动度量指标西格玛水平。基于产品实物质量检验的波动度量指标为平面度、贴合度要求100%满足要求,基于概率统计的波动度量指标为壁厚尺寸不低于2.5。1.3评价关键特性的波动水平对30框横梁装配完成后的平面度和贴合度进行分析。1.3.1平面度:取不同部位,测量螺栓孔两倍的直径范围内贴合情况即100%贴合(表3)。表3测量螺栓孔两倍的直径范围内贴合情况1.3.2壁厚(工程要求:上缘条10+0.5-0.2;下缘条100-0.15,工艺余量为0.5),对上缘条A处和B处上缘条壁厚如表4。表4上缘条A处和B处上缘条壁厚计算过程能力:工程要求加上工艺余量作为上下规范限,其西格玛水平为3.03。通过数据分析间隙和贴合度均非常好的满足工程要求,壁厚西格玛水平加工艺余量为公差的西格玛水平较高,但以工程要求为公差的西格玛水平很低。步骤二、关键特性的波动诊断2.1选择关键特性,根据关键特性的波动水平选择需诊断的关键特性;从上边过程能力计算可以看出,产品在制造过程中工艺余量的多少严重影响其产品质量水平,而且给装配过程带来很大工作量,虽然装配交付情况为间隙和贴合度均非常好的满足工程要求,但通过现场调查发现,达到该要求的前题条件是操作工人必须通过大量的刮削才能保证贴合及间隙,刮削过程中反复拆卸零件(30框横梁十几道工序,总装配工时171小时,但修合、定位安装这一道工序需要两人工人,且工时为37小时,但工人实际工作时一般都需要70~80小时反复刮削,且刮削后还不满足工程控制厚度要求,既耽误生产周期,又容易造成螺栓长度经常更改,严重影响产品的按期交付。通过分析选择需要改进的关键特性为产品装配时刮削量及产品制造时壁厚尺寸(即工艺余量的控制)。2.2用测量系统分析的方法对关键特性进行诊断;壁厚测评系统分析结果显示,测量系统的重复性、再现性、量具R&R、分辨力等指标均满足要求。2.3依据步骤2.2的诊断结果,对相应的关键特性的波动进行诊断,利解释结构模型波动诊断技术,查找波动源;30框横梁装配过程分析:主起接头与缘条的贴合面均为变斜面,工人加工上、下缘条时,只选择最厚处C点或D点尺寸和最薄处A点或B点尺寸(图3),进行流线过渡加工,加工时只保证壁厚尺寸不小于图纸要求的最小尺寸,不考虑控制图纸要求壁厚最大尺寸,上缘条上、下公差相差0.7mm,下缘条上、下公差相差0.15mm,同时对此面的平面度图纸没有做出要求,是造成此问题的最大原因。产品特性传递图(图4)决定30框横梁装配贴合度及贴合间隙好坏的决定因素是主起接头的平整度和对接孔同轴度;30框横梁上、下缘条贴合面的平整度直线度、壁厚尺寸;30框横梁腹板贴合面的平整度、平面度、壁厚尺寸。从图4中可以看出,需协调完成的工作有图号为XX-0330-10-1/-2,产品为30框主起接头、图号为XX-0330-13-1/-2、XX-0330-14-1/-2,产品为30框横梁上缘条、图号为XX-0330-0-3,产品名称为30框横梁腹板。根据工艺路线,确定出相关单位有313厂、215厂、部件装配厂及工装设计处。步骤三、优化关键特性的波动,针对步骤2.3中查找到的关键特性的波动源,采用工装、工具、夹具优化技术,开展波动削减,确定最佳的关键特性的参数水平,并通过工程应用评价该削减的优化效果;部件厂装配时主起轴安装孔位置与主起轴需协调一致;中央翼安装环形框连接孔时需保证环形框连接孔位置满足环形框安装要求;主起轴安装孔与环形框连接孔之间的相对位置需满足要求。30框装配夹具按样板以及量规进行制造和安装。其中样板用来保证30框的外形(包括飞机蒙皮外形和横梁的高低位置);量轨用来保证主起轴安装孔与环形框连接孔之间的相对位置,根据上述分析,制定了波动改进方案如下表5所示。表530框横梁装配波动管理改进方案通过改进,首先对上、下缘条未刮削接头处厚度进行了测量,工程要求为313厂工艺人员根据装配技术协调单,增加0.2mm工艺余量,则工程要求变为对其改进后数据进行收集如表6所示,并对其过程能力进行分析如图5所示表6改进后的上、下缘条壁厚度尺寸上缘条A处10.1010.1110.0910.1310.0610.1110.09下缘条B处10.0910.1210.1410.0710.1210.1510.08从以上表格可以看,产品制造过程能力发生变化不大。但对部装操作工人刮削时间进行调查发现,因为余量的减少,大减少了刮削时间,原来需要两工人70~80小时完成的工作,现在需12小时就能完成。保证了按期交付产品。步骤四、关键特性的波动控制采用标准化、表格化操作方法将减少了的工艺余量,固化到工艺文件之中。当前第1页1 2 3 
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