DOE在汽车制造工艺中的应用

DOE在汽车制造工艺中的应用

Summary：DOE在汽车研发、制造过程中都有应用，从产品质量提升到工艺最佳参数确定。本文阐述了DOE实验步骤，结合实际案例介绍了指标、因子、水平的确定以及实验开展和结果分析，说明以最优工艺参数组合支持现场生产的意义。Keys：DOE；汽车；工艺联系方式/p>

E-MAIL：973895821@0前言在汽车制造工艺技术中，合理的产品参数和工艺参数，既能保证产品质量能力又能节约成本。因此，在工艺开发中，为了找到最优产品参数和工艺参数，工程师们需要开展大量实验验证。尤其是多种因素共同作用的情况下，实验次数会更多。DOE实验提供了一种试验设计方法，能减少试验次数，达到试验目的。如涂装喷漆过程中，喷涂吐出量、成型空气、喷涂压力等因素的综合作用影响漆膜外观和涂料利用率。为节约调试时间，需在试验室中开展大量实验，将适宜的参数复制到生产线上。这些都涉及到DOE实验。下面介绍在汽车涂装工艺中DOE试验设计和开展。1DOE实验简介及流程DOE试验是利用正交表开展多个因子试验，也称正交试验法。它的特点是利用多个因素均衡搭配，减少试验次数。通过对试验结果开展极差分析法、方差分析法或回归分析法等，指导工艺优化实现。正交试验法流程如下：先确定试验结果衡量指标，也就是要提升质量特征，描述试验结果特征的量。确定试验指标后，利用过程方法，识别影响试验指标变量。这些变量很多，需结合专业知识及需要研究的因素来识别，这些需研究具体因素称为因子。常见因子有温度、时间、压力等。最后要确定因子水平，水平就是在试验中要进行具体比较的几个状态，目的是通过状态的分级来考量因素对结果的影响趋势。水平的选择需建立在专业知识基础之上，范围不宜大，太大会失去某些影响结果趋势判断；范围也宜太小，太小会增加试验次数，成本增加。水平的排列不必严格按从小到大或从大到小顺序，但一经选定了对应关系，在以后试验中不允许随意改变。确定了因子和水平后，可以对照正交表确定开展具体试验方案，在试验矩阵中每个因子的每个水平在试验中出现的次数是相等，另外任意两个因子之间各种水平的搭配出现的次数也是相同的。试验方案确定后，按试验条件开展试验，对每个试验结果进行记录，然后对结果数据进行分析，可以分析出最佳工艺参数范围、因子对结果影响程度，通过对最佳工艺参数组合的再现性实验，再次证明实验的有效性。然后结合成本等，选择最优实验参数范围，提升质量的改善方向。2DOE开展的具体案例

汽车涂装制造工艺是一个涉及大量工艺参数的过程，在喷漆过程中，众多的工艺参数在不同的范围内组合，得到不同膜厚不同外观的漆膜。甚至结合涂料喷涂模型，对涂料利用率都能利用DOE试验来进行。2.1喷涂上漆率的应用上漆率指有效沉积在漆膜表面的涂料成分与消耗的总涂料量比值。上漆率越高，应用成本越低，上漆率越高，说明飞溅到喷漆室的涂料越少，从而也减少了对这些涂料的处理以及减少对周边设备的污染，同时也减少了对周边设备清理。因此，提高上漆率是主机厂研究提升的一项指标。2.2指标确定将上漆率确定为指标，衡量公式为消耗涂料量与在有效面积上沉积的涂料比值。因为要对喷涂前后的涂料进行重量对比，此次设计试验方法为在规定面积的试板上开展实验。2.3因子确定利用因果图识别影响上漆率的因素，上漆率的影响因素从人、机、料、法、环等方面均有涉及。结合现场可控因素和专业分析，确定此次实验因子分别为：旋杯转速、吐出量、成型空气1、成型空气2、电压等5个因子。2.4因子水平确定依据工艺水平和设备可控范围，确定因子采用三水平，同时考虑旋杯转速对外观的影响，旋杯转速定为两水平，因此对正交表进行比对，确定选择L18(2✖37)正交实验开展。因子和因子水平如下图：12345旋杯转速吐出量SA1[NI/min]SA1[NI/min]电压404532038042018023028050801206070802.5试验方案确定及实验结果依照L18(2✖37)实验方案，开展18组实验，对旋杯转速、吐出量、成型空气1、成型空气2和电压等不同水平进行控制，利用相同的涂料进行试板喷涂，统计和计算上漆率。18组实验结果见下表：编号12345结果旋杯转速吐出量成型空气1成型空气2电压上漆率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因子主次电压＞吐出量＞SA2＞转速＞SA1较优水平转速40；吐出量380；成型空气2采用80；电压80；成型空气1影响关系不大2.6实验数据分析：通过对R值的排序可以推断试验因子对指标的影响程度主次，R值大的一列所排因子是影响指标的主要因子；R值小的列所排因子是次要因子。所以可以看出影响上漆率因子主次排序为：电压＞吐出量＞SA2＞转速＞SA1试验较优水的平确定：本次实验中上漆率指标越大越好，各个因子的较优水平为：转速40；吐出量380；成型空气2采用80；电压80；成型空气1影响关系不大。对比已开展的18组实验中，较优水平正好对应的第5组实验，实验结果为0.844，也是这18组实验中的最佳数。如果较优实验不在已开展的18组实验中，就需要对较优试验开展再现性验证。原则是对主要因子一定要按照有利于指标的要求取因子水平；而对一些次要因子，在保证指标前提下还应考虑生产的经济性、加工难易、加工时间等综合考虑，按照优质、高产、低耗的原则选取，这样就可以得到更加结合生产实际要求的较优方案。然后对最优组合开展实验，以验证预期的指标是否能达成。

通过以上实验，对某涂料喷涂参数进行确定，这些参数组合应用到实际生产过程中，达到最优效果，节约成本。3结束语科学应用实验方法，合理选择评价