简述汽车前轮外倾角工序能力指数提升方法论文_解超

摘要：本文针对汽车在生产制造过程中所发生的外倾角工序保证能力不足的问题进行阐述；通过从零件精度管理、标准制定、设备及辅助工装夹具导入等方向入手，再结合生产中的实际案例，为解决实际情况中的此类问题提供思考方向和方法借鉴。

关键词：汽车；外倾角；工序能力指数

1.引言

汽车车轮外倾角数值是用来衡量车辆性能的重要参数之一，对车辆行驶时的安全性有着重要的影响，外倾角不合格的车辆在长期行驶中将会出现轮胎单边磨损、偏磨、波状磨损等非正常磨损，还会引起跑偏、转向异常、车感漂浮等问题。因此在设计阶段便会依据实际需求，对外倾角数值进行严格的规定。

本文以整车厂在制造生产中提高前轮外倾角工序能力指数的实例为基础，运用戴明环（PDCA）的问题解析推进方法，层层剖析生产中影响外倾角工序能力指数的有关因素并提供解决思路与方向。

2汽车外倾角介绍

外倾角指的是车轮所处平面与垂直参考平面之间所存在的夹角，其数值可取正值也可取负值；当车轮平面相对垂直平面向车身内侧偏移，轮胎呈现“八”字形时，外倾角取负值，也叫作负外倾，当车轮平面相对垂直平面向车身外侧偏移，轮胎呈现“V”字形时，外倾角取正值，也叫作正外倾（如图1所示）。

图1 汽车外倾角

在实际应用中，汽车（乘用车）的前轮外倾角数值通常设定为负值，用于减少转向力以及保证汽车行驶中的侧偏性能，防止车轮甩脱。此外，外倾角的数值并不是唯一确定的，而是存在一个公差范围，依据已有的研究数据，通常取公差为±30＇。通常在车辆出厂下线之前，整车厂会对车辆进行四轮定位检测，对不合格车辆进行返修，防止不合格车辆流入市场。

3工序能力指数介绍

工序能力指数也称作过程能力指数，是指工序能力满足产品设计要求的程度，即工序在一定时间内，处于稳定状态下的实际生产能力，是包含了人、机、物、法、环等五个基本质量影响因素在内的综合评定指标。

通常我们以Cp、Cpk值来衡量工序能力的好坏，Cp是指工序满足设计要求的能力，其计算公式如下：

Cp = T/（6*σ）

Cpk是指过程统计量的平均值与设计标准发生偏移的大小，常用上限偏差减去平均值和平均值减去下限偏差值中的较小的一个，再除以3倍σ的值来表示。

Cpk = MIN（Tu-μ，μ-TI）/ 3σ

工序能力指数数值的大小代表了不同等级的生产能力，其与实际生产能力的关系如表1所示：

表1 工序能力指数与生产能力对应关系

4前轮外倾角工序能力指数提升思路及方法

欲提升一个生产工序的工序能力指数值，需要充分了解影响该工序生产稳定性的所有要素，包括不良产生机理、生产良品条件具备性、异常处理能力等。下文将结合实际生产中外倾角不合格问题的解决来进行阐述。

影响外倾角数值的因素非常多，整体可概括为设计因素、零件因素、装配因素三大类，其中零件因素和装配因素主要表现为精度问题，具体见表2。

表2 外倾角数值影响因素

在某款车的量产初期，通过周期内的数据监控显示，左前轮外倾角数值偏离中值（-20´）较为明显，如图2所示（红线）；经过理论计算，其工序能力指数值Cpk = 0.54，工序保证能力严重不足，极不符合生产要求，需要立即制定整改措施，否则将有可能出现大量不良车辆。

图2 某车型外倾角数据

4.1设计因素验证

影响外倾角的尺寸链较长，如图3所示，涉及的零部件多，包括车身、减振器、转向节、下摆臂、副车架。整个链条中任一环节出现异常都可能导致问题的产生，因此我们首先要考虑的就是设计本身是否科学合理。

图3 外倾角尺寸链

利用电脑3DCS建模工具对表3中的项目根据理论公差进行尺寸链设计校核，得到如图4所示的校核结果，从结果可以看出，零部件的尺寸设计及公差分配是科学合理的；如在校核中发现不合理的地方，应当立即联络有关设计部门进行问题确认和对策制定。

表3 尺寸链校核项目

图4 尺寸链设计校核结果

4.2零件因素验证

显然地，各相关零部件的加工精度会直接影响到外倾角数值的大小，零部件加工品质及其一致性的把控对于问题的解决也至关重要。基于先前采集的数据，我们可以归纳出一些规律：左前轮外倾角实绩平均值为0.33´，较理论中值-20´出现了偏移现象，不良率5.08%。

在一般的品质问题解析中，当我们怀疑某个零部件存在问题时，最普遍的验证方法有“换装法”、“标定法”和“测量法”。

所谓“换装法”也称作“ABA验证法”，即将目标零部件在不良车及合格车之间进行调换装配，一般顺序为：不良车→合格车→不良车；为了控制变量，除目标零部件之外，其余条件均保持不变。通过一系列的换装验证，我们最终将目光锁定在减振器总成上，表4所示为减振器总成的换装结果，可以看出，目标零部件（减振器总成）装配到实验对象上，均导致不良后果，初步判定目标零部件（减振器总成）加工品质不符合设计要求；为了佐证判定结果，我们同样对合格的减振器总成进行了换装验证。

表4 换装验证结果

通过换装法能够快速缩小排查范围，确定问题解析的方向，但对于一些装拆容易导致损坏的零部件，比如装饰亮条、部分饰板等，该方法适用性便会大打折扣。“标定法”一般是指将零部件安装到标准检具，通过对比装配后的状态和设计基准之间的差异来判定零部件是否满足设计要求；该方法对检具的精度要求较高，且与换装法一样，都只能定性地衡量零部件的品质情况。

为了进一步把握目标零部件（减振器总成）的品质情况，利用三坐标测量仪对零件进行测量，结果如图5所示，某项指标不符合设计基准。这也是问题解析中常用的“测量法”，直接将实测数据与设计基准进行对比，定量地把握零部件品质情况。

图5 减振器总成测量结果

在确认目标零部件（减振器总成）加工精度不符合设计基准后，应立即联络供应商对问题进行确认、解析并制定整改对策，确保零部件供应品质。

以上以减振器总成为例，阐述了解析零部件品质情况的主要思路和方法，在外倾角问题的分析中，该方法同样适用于其他的有关零部件。

4.3装配因素验证

一个问题的发生往往不是受单一要素影响的，在规范了零部件品质管理之后，仍然有外倾角不合格的情况出现，确认各零件品质均符合设计基准后，再结合现场不良返修的调整手法，我们将目光聚焦到装配所带来的影响。

对外倾角数值影响最大的两个关键装配点分别是减振器总成与转向节连接和前副车架与车身连接；下面以减振器总成与转向节连接为例进行阐述。

图6 减振器总成螺栓连接及其数学模型

如图6所示，减振器总成与转向节连接方式为螺栓连接，螺栓与零件之间存在间隙，该间隙对减振器总成装配角度的影响可以利用简单的三角函数关系进行解释：理想圆心连线O1O2与极限圆心连线O1´O2´构成三角形O1´O2´O2，令间隙为a，极限装配状态较设计状态偏移夹角为θ，由正切函数定义可得：

代入数据后计算可得，，即装配因素对减振器总成安装角度最大可影响，进而间接地影响到外倾角数值大小。

为了保证减振器总成的安装角度，导入拧紧保证设备见图7。通过定位块来精准控制减振器总成与转向节总成安装夹角的大小，还可通过设备参数调整来满足同平台不同车型的设计要求，实现柔性化生产。

图7 外倾角拧紧设备

导入设备需耗费大量的人力、物力及财力，同时也需要较长的时间周期，在这个过渡阶段，可以通过导入图8所示的简易辅助工装来对应减振器安装角度的保证问题，与拧紧设备相比，辅助工装的使用更加便利、机动性更强、对原有工艺编排带来的变化也较小，但保证精度低于拧紧设备，在进行工序能力评价时，相关评分也略低。

图8 外倾角简易辅助工装

4.3其他因素

除上文中提到的设计、零件、装配的影响之外，保证生产品质还有一项重要的工作——变化点管理。

变化点管理是个宽泛的概念，囊括了人、机、物、法、环等多个方面，具体可表现为作业人员的更替、机器设备的耗损、零部件品质的波动、作业手法的不一致、甚至是作业环境温度的变化等。

做好变化点管理可以从两个方面入手：一是建立相关体制流程，将工作开展规范化；二是输出有关体系文件，将工作要求标准化；还要做好监察工作，确保整改对策的贯彻落实，实现工作流的闭环管理。

4.4 效果确认

依据戴明环（PDCA）工作方法的指导思想，在做出了以上的整改对策并确保实施后，对实施效果进行确认。通过对1个月的前轮外倾角数据进行采集与分析得到图9所示结果：外倾角实测平均值为-21´，工序能力指数值Cpk = 1.30，较对策前提升140.7%，工序保证能力大幅提升，不良率由5.08%削减为0.002%，满足该车型生产要求。

图9 前轮外倾角数值分析结果

最后，为了保持生产品质的一致性及稳定性，对上文提到的所做对策进行逐一标准化，输出和完善了《外倾角专项零件品质管理基准》、《外倾角拧紧设备/辅助工装操作培训资料》、《作业要素标准书》、《变化点管理规程》等十余份标准文件，用于指导现场生产。

5结语

汽车前轮外倾角不合格涉及设计、零部件、装配、变化点管理等多个层面，属于比较困难的复合型问题，对于其工序能力指数的提升还涉及到有关体制、流程、体系、规程文件等管理层面的完善。因此本文结合戴明环（PDCA）工作方法，以汽车前轮外倾角工序能力指数提升为例，较为详细地阐述了面对这类疑难问题的一般解决思路与方法，希望能对此类问题的分析处理提供一定的借鉴参考。

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论文作者:解超

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/13

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