功能建造6(沙济伦博士讲义分享).ppt

功能建造的观念和方法 FUNCTIONALBUILD 为什么要有功能建造 如果使用功能建造观念 功能建造造成的问题 Event BasedFunctionalBuild AnIntegratedApproachtoBodyDevelopmentExecutiveReport Auto SteelPartnershipProgramBodySystemsAnalysisProjectTeam2000TownCenter Suite320Southfield MI48075 11232000 Auto SteelPartnership AKSteelCorporationBethlehemSteelCorporationDaimlerChryslerCorporationDofascoInc FordMotorCompanyGeneralMotorsCorporationIspatInlandInc LTVSteelCompanyNationalSteelCorporationRougeSteelCompanyStelcoInc U S SteelGroup aUnitofUSXCorporationWCISteel Inc WeirtonSteelCorporation Teammembership J Aube GeneralMotorsCorporationH Bell GeneralMotorsCorporationC Butche GeneralMotorsCorporationG Crisp DaimlerChryslerCorporationT Diewald Auto SteelPartnershipK Goff Jr FordMotorCompanyT Gonzales NationalSteelCorporationR Haan GeneralMotorsCorporationS Johnson DaimlerChryslerCorporationF Keith FordMotorCompanyT Mancewicz GeneralMotorsCorporationJ Naysmith RonartIndustriesJ Noel Auto SteelPartnershipP Peterson USXR Pierson GeneralMotorsCorporationR Rekolt DaimlerChryslerCorporationM Rumel Auto SteelPartnershipM Schmidt AtlasToolandDie 功能建造 基本概念 用功能建造来替代单纯的按设计标准制造关注和其他零件匹配以及以后装配的可行性将设计标准作为目标而不是绝对的要求假如某个零件按设计的整改很困难 涉及太多的模具整改 不妨看看与其匹配的零件是否会容易改能否在装配时做点文章这个尺寸是否真的很关键你可能发现与其改次零件 不如改设计来得容易和便宜也就是说 是为产品的功能 不是为设计本身 MajorStagesofBodyDevelopmentandValidation 功能建造 一个整体过程认可方法 功能建造代表了一个基本概念的转换 从传统的按步就班的顺序认可方法的脱离 传统方法就是 完全按照设计要求来认可冲压和模具的能力每个零部件通过审核后 认可分装配过程 最后认可整个白车身这种顺序认可基于一个老的观念 即如果每个零件尺寸都对了 最终产品就没有问题了当功能建造方法使用时 相对于传统方法 制造商可以实现时间和财力上的节省 节省来自于去除了没有必要的工艺整改 功能建造将注意了集中于车辆的最终目标 而并非原先的工艺标准 SequentialManufacturingValidation 冲压过程的认可 车身开发的挑战 采用功能建造方法的汽车制造商主要是为了对付以下三个挑战 无法按设计标准完成零件制造测量非刚性件的限制零件尺寸和装配件尺寸之间弱关连 平均值对于的设计值的偏离 这是一个常见的现象 冲压变形的回弹及其他 从模具生产商到车身制造商之间会有一个平均值的跳动 冲压机的差异 模具商没有把握一定能消除此差异 波动误差的根源 侧围组件的冲压件 平均值的分布 平均值的偏差的分布按零件分类 公司A 平均值的偏差的分布按生产厂商 公司产品均值偏离 所有的厂商都有平均值偏差问题厂商之间有差异差异的来源复杂 似乎与模具设计无关与形状复杂有关与测量系统的限制 容差设定 修理方式有关 公司A和B制造的是复杂而大的侧围 公司E到G在检具使用比较多的夹紧装置 公司F对于模具来源要求严格 对于冲压件的整修非常重视 e g 0 3mm 从模具厂到生产厂平均值的变化 从模具厂到生产厂所引起的尺寸平均值改变 要改变钣金件的尺寸通常要改模具 这样的改动可能要反复几次 所以这是非常昂贵和费时的 模具商认为这样的改动会影响模具的可靠性 因为焊接和修磨可以造成工具的失败 即使经过改动 平均值的改动也并非就一定能如愿 功能建造向制造商提供了一个方法来管理平均值偏离的问题 他们可以选择 修改模具 或者让偏差存在下去 在装配时使组件符合设计要求和功能要求 维持两次试压之间的尺寸平均值 要改变钣金件的尺寸通常要改模具 这样的改动可能要反复几次 所以这是非常昂贵和费时的 模具商认为这样的改动会影响模具的可靠性 因为焊接和修磨可以造成工具的失败 即使经过改动 平均值的改动也并非就一定能如愿 功能建造向制造商提供了一个方法来管理平均值偏离的问题 他们可以选择 修改模具 或者让偏差存在下去 在装配时使组件符合设计要求和功能要求 表2显示25 到30 的尺寸变动了0 5毫米或更多 公司F显示在试压结束时有全面的改善 虽然他们去除了大部分平均值的移动 他们仍旧有15 的尺寸有0 5毫米的平均值移动 测量系统的挑战 平均值的偏离通常因为是对于冷成形时金属流动不容易预测尔造成的 另外一个不太引人注意的是在测量大型的复杂形状的钣金件的困难造成的 对于刚体 3 2 1定位原则就够用了 有了此六个限制 一个零件就定位了 然而大型的非刚体 限制就必须增加 才有稳定性和唯一性 我们关注额外另加的定位器是因为它们会直接影响被测量的表面 换句话讲 定位器的位置可能影响平均值的偏离 此效果可以用定位与过定位两种方式的对照来看 图八有十个测点 用两套不同的夹紧方式 一套是9个夹点定位 另一套是17个夹点过定位 侧围肯定和夹紧方法 平均值和波动误差与夹紧方法 功能建造的新观念 观察冲压件的平均值偏差 特别是非刚性件的尺寸 就会发现测量值是受到夹具及加紧方式的影响的 这项发现建议如果按测量结果来修正冲压件并非一定就能保证它们在装配时有正确的尺寸 因为制造商不太可能在装配时用与测量检具完全相同的压紧方式 平均值的偏离就成为不可避免了 功能建造方法就会着重于那些真正影响装配的平均值偏里 而并非每个测量值都关注 功能建造相信并非所有观察到的偏离都是准确的 并且都与冲压过程有关联 零件尺寸装配前后的关联 冲压和装配的尺寸关系 另外一个车身制造的典型问题就是冲压件与装配组件之间缺乏尺寸关联 刚性结构例如发动机的制造可以假设两个零件的匹配就是两个尺寸的叠加 因此 组件的平均值和方差两个零件平均值和方差的线性叠加 例如 方差可加性原理建议组件的方差会大于零件的方差 根据可加性原理 制造商们就希图按零件的设计值来制造零件并将方差尽量减少 这些厂商进一步假定 他们可以根据零件测量来预计装配结果 即零件和组件在尺寸上是紧密关联的 VSA就是根据此假定而诞生的 对于非刚性件而言 这些假定并非总是成立的 零件可能在焊接过程中变形 有些个零件会在装配时受到定位工装的影响 此影响可能与测量时工装的影响不一致 或者更强烈 非刚性件在装配时向刚性件靠拢 因此 非刚性件的尺寸用来预测组件尺寸效果很差 在我的服从装配里 这个问题阐述的非常清楚 表4提供了一份侧围零件和相应组件之间的尺寸关系 这些数据有两个关键发现 一是同一测量点上装配前后常常有个移动 将近一半的尺寸 装配前后伴随有4到5个标准方差的移动 而标准方差的典型值是0 1 0 2mm 其次 几乎没有发现任何冲压与装配后的值之间的关联 AssemblyRobustnesstoStamping公司C 公司C 以上这些结果显示制造商不能期望简单的通过减少冲压尺寸误差来减少组件尺寸误差 以公司C为例 因为他们的误差在装配时显著增加 在前窗区域 第二套钣金展示了大量的平均值位移 其结果是组件的误差显著了变大了 在中柱区域 高冲压误差组显示了与低冲压误差组类似行为 主要的区别在于高误差组并非是批量之间的平均值位移引起的 因此 低的装配误差似乎是由于控制了批量之间的位移 以及控制装配过程 另外 解决了批量之间的位移 过程的六个方差就控制在1 1 5mm 6x0 25 1 5 范围内了 因此 减少冲压的误差低于这些水平 不像会自动减少装配误差 MeanDeviations Stamping to assembly 表六 表六检查了平均值在从冲压到装配的表现 看其在不同冲压件类型之间的差异一个有价值的发现是 虽然公司D的侧围外表面件有明显的平均值偏差 他们有效的补偿了此偏差 使组件尺寸接近设计值 有一个说法是此公司的结构件的平均值不错 所以整体组件的尺寸不错 我当然是支持这样的所法的 我的服从装配理念就一直主张要重点放在刚性强的件上 同时 他们的装配工艺过程管理得不错 使尺寸变化最小化 相反 公司G的侧围内外板尺寸都做得不错 但是装配后组件的尺寸却不怎么样 相对的差了点 这项发现说明 组件的尺寸明显是装配工装有关系 而并非只是冲压件尺寸影响的结果公司E 在测量时采用过定位方式 冲压件和组合件的平均值有最高的符合率 即使如此还是有三分之一的尺寸在装配过程中移动了0 5毫米以上 虽然移动1毫米以上的不多 这些结果显示从装配来补偿冲压偏差的重要性 表六 零件和组合件之间缺乏关联有多种解释 现罗列几项 钣金件焊接时有变形冲压和焊装时定位方式有所改变非刚性件向刚度大的屈服 以及测量不准零件和组合件之间缺乏关联在使用Cpk的制造商中间造成了严重的分歧 模具制造商们在模具厂和生产地都努力为Cpk而奋斗 估计模具整修费用占据20到30 模具制造总费用 以上结果似乎表明这样的整修对于最终尺寸结果没有多少影响 有一家厂商在投产时发现70 的误差与装配工装有关 因此 假如投产日期是定了 推迟投产而埋头苦干零件的尺寸似乎有点本末倒置 忽略了造成最终尺寸的主要原因 通过实验 大多制造商都认识到 他们可以造出合格的车身 并非一定要有所有的零件都有合格的Cpk 他们最终都改变容差来批准Cpk不合格的零件 在极端的例子里 一个厂商甚至于停止整改 等待时间压力的来到 所以就能修改容差要求 以下部分探讨 由于反复出现的冲压尺寸寻求过程中的困扰 滋生了有效使用Cpk作为主要标准的现象 CpversusCpkConformanceatTryout TheCpk Game TheCpk Game 一般而言 最有效的使用Cpk是在以下条件下 移动平均值的手段存在容差叠加可以预计一个能可靠测量冲压件的系统考虑以下面对汽车行业的问题 1 大量零件 主要是非刚性件 即使不符合Cpk的要求 其实对于组合件尺寸影响很小2 许多零件符合了Cp 但是不符合Cpk 因此 许多稳定的过程被调整 结果反而加入波动误差3 整改模具绝对会增加成本是时间耗费4 即使有了昂贵的整改 制造商还是要改动容差来通过Cpk的要求 是否值得整改就是疑问5 许多冲压件最后在磨具厂通过了Cpk要求 到了制造商还得整改 因为冲压机不同了 CommonDimensionalProblem PassCp FailCpk 功能建造的由来 功能建造存在有年头了 一个主要的品估方法 人称 螺钉车 大概在60年代早期就出现了 号称 拧紧和划线 就是搞钣金匹配的 制造商们将钣金件用螺钉拧合 来检查干涉 一个日本制造商将此方法衍生到模具整改 此制造商就此消除了没有必要的整改 减少了时间 VariousFunctionalBuildImplementationStrategies 功能建造的例子 看来功能建造最适用的情况是 两个非刚性件对接 或者一个是非刚性件 另一个是刚性件 一般而言 如果钣金厚度低于1 5毫米的才能算是非刚性件 当然 即使一个很软的件也可能有硬的区域 例如后门框出靠近后轮罩处 一个1 5毫米的小零件可能挺硬 1 5毫米只是用来粗粗划分而以 ParallelAssemblyofaNon rigidSurfacetoaRigidReinforcement CaseExample1 Non rigidtoRigid WindshieldtoBodySide ExampleofPossibleEffectofStampingMeanShiftonAssembly CaseExample 2 Non rigidtoNon rigid BodySideOutertoInner FunctionalBuildImplementationIssues Typeofpart Partsubmittalandapprovalcriteria Sub assemblyevaluationcriteria andOrganizationalrequirements PartCategorizationforDimensionalEvaluation 件的种类 非刚性件通常有较大的平均值偏离 但是在装配时也更倾向于变形 尤其是与刚性件结合时 我们将件分为三类 简单而刚性强标准主外表面件 工装整修的模式 工装整修的模式 图16建议 制造商看来没有必要整修那些模具 如果它们的偏差小于X1 如果偏差大于X2 在装配时做补偿和调整也许就不够了 模具的调整就有必要了 调整应该在螺钉样车之前 X1到X2之间代表了功能建造区域 在此区域 模具整修的费用有可能大于在装配时做补偿的费用费用的大小与零件的复杂程度及刚度有关 看表10 制造商可以定义50 到150 的容差 这样 对于容差为 1mm 也就是0 5到1 5 容差是 0 7mm 灰色区就是0 35mm到1 05mm 平均值分布和零件被接受 平均值分布和零件被接受 制造上也应该从统计的角度来考虑 例如假如在灰色区域的值越多 零件被接受的可能性就越小假如一个零件有十个测量值 所有的值都在灰色区里 看来它会被拒绝 但是如果只有一个在灰色区里 其他都小于0 3 此零件多数会被接受图17建议 假如制造商可以制造80 的平均值在容差范围里 而最大的偏差在灰色区里 零件看来会被接受 试验生产中被测量的钣金件 PPAP ProductionPartApprovalProcess1 要求测量至少100个件 试验件至少300 只有一个