浅谈SPC在紧固件扭矩监控工作中的实战运用

【摘要】SPC的质量控制方法运用统计学的原理和方法以控制图为工具对过程及其输出进行统计技术分析，当过程变差原因是普通原因，过程处于统计控制状态（受控状态），当过程变差是特殊原因，...

摘 要：如何控制大批量产品质量，满足产品质量更高的要求，SPC（统计过程控制）的质量控制方法已广泛运用于各个领域。文章针对汽车制造过程的总装配阶段扭矩监控，浅谈spc（统计过程控制）的质量控制方法的实战运用。

关键词：扭矩监控；SPC质量控制方法；实战运用

紧固件扭矩质量作为汽车制造总装配过程中重要的装配要求，如何控制好扭矩质量成为一个突出的问题，只依靠检测、简单记录数据，单纯判定合格与否的“片面数据分析”的质量控制方法，无法确定制程是否稳定，也不能准确地做出预测；采用统计过程控制，即应用SPC控制图对扭矩装配作业中的紧固件扭矩进行过程控制，质量得到有效保证。

文章通过实例介绍SPC在扭矩监控中的具体运用。

1 SPC（Statistical Process Control）控制原理及基本概念

SPC的质量控制方法运用统计学的原理和方法以控制图为工具对过程及其输出进行统计技术分析，当过程变差原因是普通原因，过程处于统计控制状态（受控状态），当过程变差是特殊原因，过程不处于统计控制状态（非受控状态），采取适当措施达到统计控制状态。并保持统计控制状态从而提高过程能力。

SPC的直接目标：区分变异的特殊原因和普通原因。

SPC的终极目标：持续改进过程，改进产品。

2 实战运用

2.1 选择控制图

（1）控制图的选择方法（图1）。

（2）确定选择X-R （均值和极差）图

2.2 测量工具的选择

（1）测量工具的选择原则（图2）：测量必须保证始终产生准确和精密的结果，测量工具的选择尤其重要。

（2）测量工具：一是表盘式的扭矩扳手：很大程度上会受到操作员用力情况的影响，出现错误的峰值和错误的值。二是转角功能的电子扭矩扳手：在测量扭矩值的时候配合螺栓的转动角度，能够很好的避免人为因素的影响，测量的准确度和重复性很高。

（3）测量工具选用：转角功能的电子扭矩扳手。

2.3 收集数据

以样本容量恒定的子组形式报告，并周性期的抽取子组。

（1）选择子组大小，频率和数据

一是子组大小：样本量据国标取5；二是子组频率：在适当的时间内收集足够的数据，这样子组才能反映潜在的变化，这些变化原因可能是换班/操作人员更换/材料批次不同等原因引起。对正在生产的产品进行监测的子组频率为每班2次；三是子组数：子组越多，变差越有机会出现。一般为25组。

（2）记录原始数据 （实例见表1）

2.4 计算参数

（1）计算每个子组的均值（■）和极差R 值（实例见表2）

对每个子组计算：

表3 D4、D3、A2参数表

2.5 绘制控制图

2.5.1 极差控制图（图3）

2.5.2 均值控制图（图4）

2.6 分析及改进

一是分析控制图：

分析控制图的目的在于识别过程变化或过程均值不恒定的证据。（即其中之一或两者均不受控）进而采取适当的措施。

注1：R图和X图应分别分析，但可进行比较，了解影响过程的特殊原因。

注2：因为子组极差或子组均值的能力都取决于零件间的变差，

因此，首先应分析R图。

从R图（极差控制图）上看，三个点超出控制限（图3），说明处于失控状态，查看原始数据，出现偏低的数值，低于规范值（监控范围值）下限（见表4），查找特殊原因。

导致出现变异（特殊原因）的原因是：

（1）供应商批次零件状态有差异，供应商冲头磨损导致安装孔边缘毛刺多且尖锐，与螺栓接触不平整，摩擦系数改变，导致扭矩衰减。

（2）支架焊点焊渣突出，与车身安装面，有一定的接触不平，也导致扭力衰减。

二是排除特殊原因后重新采集数据进行数据补充，重新计算，（计算过程略，方法同上）。

重新绘制控制图（处于统计控制状态的极差控制图和均值控制图，图5）：

2.7 计算过程能力指数（CPK）

在过程的极差和均值都处于统计控制状态，计算过程能力指数（CPK）值。

过程能力指数是一种表示制造过程水平高低的参数。

（1） 计算过程的标准偏差（σ）：

σ=■/d2=4.78/2.33=2.05

d2 是随样本容量变化的常数（见表5）

制程实际平均值：■=49.3，将■值提高接近规范中心值C，减少中心偏移量。

减少中心偏移量的措施：将扭力操作工具-扭力扳手的设定值由50N.m调整为53N.m，

（2）改善Cp值

让输出的数据量更稳定、变差小，才能提高Cp值。从工艺方法方面进行改进。联接件应均匀受压，分析支撑杆合件与车身连接特性、联接件形状、螺栓的分布情况，按一定顺序逐次拧紧紧固件。图中编号为拧紧的顺序，通过改善施加扭力的操作工艺，使输出的扭矩值更稳定，减少变异和偏差。（见图8）

（3）对CPK重新评估

采集数据、统计计算（略）；

采取改进措施后，Ca值达到10.6%，Cp值达到1.45，Cpk值达到1.30不仅处于统计控制状态，过程能力也达到了较好的水平。

3 结束语

在扭矩监控工作中运用SPC（统计过程控制）的质量控制方法，使用客观的数据，科学的计算方法来判定是否合格、制造过程是否稳定，为过程改进的决策提供科学的依据，使制造过程能力不断提高 ，更有助于提高和促进制造水平、质量水平。

参考文献

[1]苗东升.系统科学精要[M].北京：中国人民大学出版社，1998.

[2]孙静.接近零不合格过程的质量控制[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]中国汽车技术研究中心.统计过程控制教材[M].第2版（内部资料）.