DOE在汽車制造工藝中的應(yīng)用

Summary：DOE在汽車研發(fā)、制造過程中都有應(yīng)用，從產(chǎn)品質(zhì)量提升到工藝最佳參數(shù)確定。本文闡述了DOE實(shí)驗(yàn)步驟，結(jié)合實(shí)際案例介紹了指標(biāo)、因子、水平的確定以及實(shí)驗(yàn)開展和結(jié)果分析，說明以最優(yōu)工藝參數(shù)組合支持現(xiàn)場生產(chǎn)的意義。Keys：DOE；汽車；工藝聯(lián)系方式/p>

E-MAIL：973895821@0前言在汽車制造工藝技術(shù)中，合理的產(chǎn)品參數(shù)和工藝參數(shù)，既能保證產(chǎn)品質(zhì)量能力又能節(jié)約成本。因此，在工藝開發(fā)中，為了找到最優(yōu)產(chǎn)品參數(shù)和工藝參數(shù)，工程師們需要開展大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。尤其是多種因素共同作用的情況下，實(shí)驗(yàn)次數(shù)會(huì)更多。DOE實(shí)驗(yàn)提供了一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，能減少試驗(yàn)次數(shù)，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹Ｈ缤垦b噴漆過程中，噴涂吐出量、成型空氣、噴涂壓力等因素的綜合作用影響漆膜外觀和涂料利用率。為節(jié)約調(diào)試時(shí)間，需在試驗(yàn)室中開展大量實(shí)驗(yàn)，將適宜的參數(shù)復(fù)制到生產(chǎn)線上。這些都涉及到DOE實(shí)驗(yàn)。下面介紹在汽車涂裝工藝中DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)和開展。1DOE實(shí)驗(yàn)簡介及流程DOE試驗(yàn)是利用正交表開展多個(gè)因子試驗(yàn)，也稱正交試驗(yàn)法。它的特點(diǎn)是利用多個(gè)因素均衡搭配，減少試驗(yàn)次數(shù)。通過對試驗(yàn)結(jié)果開展極差分析法、方差分析法或回歸分析法等，指導(dǎo)工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。正交試驗(yàn)法流程如下：先確定試驗(yàn)結(jié)果衡量指標(biāo)，也就是要提升質(zhì)量特征，描述試驗(yàn)結(jié)果特征的量。確定試驗(yàn)指標(biāo)后，利用過程方法，識別影響試驗(yàn)指標(biāo)變量。這些變量很多，需結(jié)合專業(yè)知識及需要研究的因素來識別，這些需研究具體因素稱為因子。常見因子有溫度、時(shí)間、壓力等。最后要確定因子水平，水平就是在試驗(yàn)中要進(jìn)行具體比較的幾個(gè)狀態(tài)，目的是通過狀態(tài)的分級來考量因素對結(jié)果的影響趨勢。水平的選擇需建立在專業(yè)知識基礎(chǔ)之上，范圍不宜大，太大會(huì)失去某些影響結(jié)果趨勢判斷；范圍也宜太小，太小會(huì)增加試驗(yàn)次數(shù)，成本增加。水平的排列不必嚴(yán)格按從小到大或從大到小順序，但一經(jīng)選定了對應(yīng)關(guān)系，在以后試驗(yàn)中不允許隨意改變。確定了因子和水平后，可以對照正交表確定開展具體試驗(yàn)方案，在試驗(yàn)矩陣中每個(gè)因子的每個(gè)水平在試驗(yàn)中出現(xiàn)的次數(shù)是相等，另外任意兩個(gè)因子之間各種水平的搭配出現(xiàn)的次數(shù)也是相同的。試驗(yàn)方案確定后，按試驗(yàn)條件開展試驗(yàn)，對每個(gè)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄，然后對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以分析出最佳工藝參數(shù)范圍、因子對結(jié)果影響程度，通過對最佳工藝參數(shù)組合的再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，再次證明實(shí)驗(yàn)的有效性。然后結(jié)合成本等，選擇最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍，提升質(zhì)量的改善方向。2DOE開展的具體案例

汽車涂裝制造工藝是一個(gè)涉及大量工藝參數(shù)的過程，在噴漆過程中，眾多的工藝參數(shù)在不同的范圍內(nèi)組合，得到不同膜厚不同外觀的漆膜。甚至結(jié)合涂料噴涂模型，對涂料利用率都能利用DOE試驗(yàn)來進(jìn)行。2.1噴涂上漆率的應(yīng)用上漆率指有效沉積在漆膜表面的涂料成分與消耗的總涂料量比值。上漆率越高，應(yīng)用成本越低，上漆率越高，說明飛濺到噴漆室的涂料越少，從而也減少了對這些涂料的處理以及減少對周邊設(shè)備的污染，同時(shí)也減少了對周邊設(shè)備清理。因此，提高上漆率是主機(jī)廠研究提升的一項(xiàng)指標(biāo)。2.2指標(biāo)確定將上漆率確定為指標(biāo)，衡量公式為消耗涂料量與在有效面積上沉積的涂料比值。因?yàn)橐獙娡壳昂蟮耐苛线M(jìn)行重量對比，此次設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法為在規(guī)定面積的試板上開展實(shí)驗(yàn)。2.3因子確定利用因果圖識別影響上漆率的因素，上漆率的影響因素從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面均有涉及。結(jié)合現(xiàn)場可控因素和專業(yè)分析，確定此次實(shí)驗(yàn)因子分別為：旋杯轉(zhuǎn)速、吐出量、成型空氣1、成型空氣2、電壓等5個(gè)因子。2.4因子水平確定依據(jù)工藝水平和設(shè)備可控范圍，確定因子采用三水平，同時(shí)考慮旋杯轉(zhuǎn)速對外觀的影響，旋杯轉(zhuǎn)速定為兩水平，因此對正交表進(jìn)行比對，確定選擇L18(2?37)正交實(shí)驗(yàn)開展。因子和因子水平如下圖：12345旋杯轉(zhuǎn)速吐出量SA1[NI/min]SA1[NI/min]電壓404532038042018023028050801206070802.5試驗(yàn)方案確定及實(shí)驗(yàn)結(jié)果依照L18(2?37)實(shí)驗(yàn)方案，開展18組實(shí)驗(yàn)，對旋杯轉(zhuǎn)速、吐出量、成型空氣1、成型空氣2和電壓等不同水平進(jìn)行控制，利用相同的涂料進(jìn)行試板噴涂，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算上漆率。18組實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表：編號12345結(jié)果旋杯轉(zhuǎn)速吐出量成型空氣1成型空氣2電壓上漆率404532038042018032028050801206070801●●●●●0.7712●●●●●0.8113●●●●●0.8024●●●●●0.7955●●●●●0.8446●●●●●0.7777●●●●●0.7638●●●●●0.7829●●●●●0.80710●●●●●0.81011●●●●●0.76712●●●●●0.80113●●●●●0.81314●●●●●0.77615●●●●●0.79416●●●●●0.77317●●●●●0.78118●●●●●0.752R0.0230.0060.0110.042T=14.22因子主次電壓＞吐出量＞SA2＞轉(zhuǎn)速＞SA1較優(yōu)水平轉(zhuǎn)速40；吐出量380；成型空氣2采用80；電壓80；成型空氣1影響關(guān)系不大2.6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：通過對R值的排序可以推斷試驗(yàn)因子對指標(biāo)的影響程度主次，R值大的一列所排因子是影響指標(biāo)的主要因子；R值小的列所排因子是次要因子。所以可以看出影響上漆率因子主次排序?yàn)椋弘妷海就鲁隽浚維A2＞轉(zhuǎn)速＞SA1試驗(yàn)較優(yōu)水的平確定：本次實(shí)驗(yàn)中上漆率指標(biāo)越大越好，各個(gè)因子的較優(yōu)水平為：轉(zhuǎn)速40；吐出量380；成型空氣2采用80；電壓80；成型空氣1影響關(guān)系不大。對比已開展的18組實(shí)驗(yàn)中，較優(yōu)水平正好對應(yīng)的第5組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為0.844，也是這18組實(shí)驗(yàn)中的最佳數(shù)。如果較優(yōu)實(shí)驗(yàn)不在已開展的18組實(shí)驗(yàn)中，就需要對較優(yōu)試驗(yàn)開展再現(xiàn)性驗(yàn)證。原則是對主要因子一定要按照有利于指標(biāo)的要求取因子水平；而對一些次要因子，在保證指標(biāo)前提下還應(yīng)考慮生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、加工難易、加工時(shí)間等綜合考慮，按照優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的原則選取，這樣就可以得到更加結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際要求的較優(yōu)方案。然后對最優(yōu)組合開展實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證預(yù)期的指標(biāo)是否能達(dá)成。

通過以上實(shí)驗(yàn)，對某涂料噴涂參數(shù)進(jìn)行確定，這些參數(shù)組合應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中，達(dá)到最優(yōu)效果，節(jié)約成本。3結(jié)束語科學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方法，合理選擇評價(jià)