尹秀香

（上汽通用五菱汽車股份有限公司， 山東 青島 266555）

0 引言

當(dāng)今汽車行業(yè)競爭日益激烈， 各大網(wǎng)絡(luò)媒體統(tǒng)計(jì)分析國內(nèi)各大汽車廠商銷售數(shù)據(jù)以及售后故障數(shù)據(jù)， 評估各大廠商在產(chǎn)品質(zhì)量控制方面的水平，涉及用戶滿意、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品等。除產(chǎn)品本身具備的滿足用戶的功能外，這些數(shù)據(jù)和信息往往也左右著用戶購車意愿。而對于汽車廠商，對售后產(chǎn)品質(zhì)量表現(xiàn)更是慎之又慎。在制造行業(yè)里，質(zhì)量是設(shè)計(jì)和制造形成的。在生產(chǎn)制造過程中，不僅需對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)，對制造過程也需要進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)。對于燃油汽車，在生產(chǎn)制造過程中，除關(guān)注市場售后質(zhì)量問題外，更加關(guān)注短公里失效模式。 所謂短公里失效，即產(chǎn)品剛剛從生產(chǎn)線上走下來，在進(jìn)行路試的過程中，發(fā)生故障。文中探討的汽油發(fā)動機(jī)前蓋異響問題，即是短公里失效問題。 針對短公里失效問題，在解決過程中，一般采用質(zhì)量工具中的七鉆方法，該方法涵蓋了工具、過程、零件、零件質(zhì)量、工藝、設(shè)計(jì)以及紅叉工具。

1 汽油發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡介

1.1 前蓋結(jié)構(gòu)簡介

汽油發(fā)動機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成， 其中兩大機(jī)構(gòu)是指曲軸連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)， 五大系統(tǒng)系是指燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和起動系統(tǒng)。本文中涉及的異響問題發(fā)生在曲軸連桿機(jī)構(gòu)上。 曲軸通過主軸頸和軸瓦安裝在缸體的曲軸孔上， 并通過連桿頸和軸瓦連接連桿帶動活塞，其前端（芯軸端）安裝半圓鍵連接曲軸鏈輪，曲軸鏈輪通過其扁方與前蓋的機(jī)油泵的內(nèi)轉(zhuǎn)子相接，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子形成的機(jī)油泵與前蓋自成一體，前蓋通過定位銷安裝在缸體的前端面上。曲軸鏈輪的齒與鏈條相接，鏈條另一端安裝在與凸輪軸相接的相位器上，形成正時(shí)。 如圖1、圖2 所示。

圖1 曲軸、曲軸鏈輪、缸體

圖2 前蓋、機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子

1.2 產(chǎn)品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和方法

對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和過程制造，針對曲軸、 缸體、 曲軸鏈輪、前蓋、軸瓦等零部件均有產(chǎn)品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和方法。

（1）曲軸：產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，曲軸有5 個(gè)主軸頸、4 個(gè)連桿頸、芯軸端、后油封。 對于主軸頸和連桿頸，分別有直徑、圓度、區(qū)域圓度、跳動、相位角的控制，在生產(chǎn)過程中，該些產(chǎn)品過程尺寸是通過抽檢的方式進(jìn)行監(jiān)控， 而最終的產(chǎn)品尺寸是通過100%測量的方式監(jiān)控，即每件產(chǎn)品的產(chǎn)品尺寸均需要進(jìn)行測量，保證其合格性；對于芯軸端，分別有直徑、跳動、鍵槽圓弧、寬度和深度的控制，該些產(chǎn)品尺寸是通過抽檢的方式進(jìn)行監(jiān)控。

（2）缸體：缸體是殼體類零件，承載著發(fā)動機(jī)的骨架作用。 在其前端面上，設(shè)計(jì)有前蓋的安裝定位銷孔，在其曲軸室里，設(shè)計(jì)有安裝曲軸的5 檔曲軸孔，前蓋是通過密封膠的形式緊密貼合在缸體的前端面上。對于定位銷孔、曲軸孔以及前端面，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品尺寸有直徑、位置度、圓度、同軸度、平面度、垂直度，該些尺寸的基準(zhǔn)均是曲軸孔，其通過抽檢的方式進(jìn)行監(jiān)控。

（3）曲軸鏈輪、前蓋、軸瓦：該3 種零件是對外采購，由供應(yīng)商通過抽檢的方式進(jìn)行監(jiān)控。 對于抽檢的監(jiān)控方式，在生產(chǎn)制造過程中，根據(jù)加工設(shè)備的能力，綜合過程的制造能力，制定抽檢的樣本量以及頻次，生成對應(yīng)的控制計(jì)劃，嚴(yán)格按照控制計(jì)劃監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)制造過程。文中的缸體、 曲軸的抽檢樣本量一般是30 件、60 件、120 件、240 件，頻次基本按照生產(chǎn)加工順序的首件、每30 件抽1件、每60 件抽1 件、每120 件抽1 件，每240 件抽1 件，被抽中的零件按照控制計(jì)劃進(jìn)行測量， 其測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總至數(shù)據(jù)庫中， 并由工程技術(shù)人員定期進(jìn)行分析和確認(rèn)狀態(tài)，以確保其狀態(tài)正常，或者是否發(fā)生變異。

2 發(fā)動機(jī)前蓋異響分析研究

2.1 發(fā)動機(jī)前蓋異響情況說明

發(fā)動機(jī)通過曲軸的芯軸端安裝外圍零件發(fā)電機(jī)、張緊器、皮帶。本文中的前蓋異響，是在整車路試時(shí)發(fā)現(xiàn)。通過調(diào)查，在不安裝這些外圍零件的情況下，是不產(chǎn)生異響的；在安裝這些外圍零件的情況下，產(chǎn)生異響，但通過調(diào)整皮帶的張緊力可弱化或消除異響。 如表1、表2 所示。

表1 發(fā)動機(jī)外圍零件-張緊器/皮帶/發(fā)電機(jī)調(diào)查過程

表2 發(fā)動機(jī)異響與皮帶張緊力對應(yīng)關(guān)系情況

針對異響的發(fā)動機(jī)拆解前蓋后發(fā)現(xiàn)：

（1）曲軸鏈輪：其扁方處有呈條形狀的磨損，其弧面處有呈方形的不同程度的磨損。如圖3 所示。因該問題同步在其它基地發(fā)生， 其拆解后的鏈輪亦有同樣的磨損狀態(tài)。 拆解正常發(fā)動機(jī)，該位置表面無磨損痕跡。

圖3 曲軸鏈輪扁方和弧面磨損

（2）前蓋機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子：其內(nèi)壁有著與鏈輪弧面相匹配的磨損。 如圖4 所示。 拆解正常發(fā)動機(jī)，其機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁無類似磨損痕跡。

圖4 機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子弧面處磨損

（3） 前蓋機(jī)油泵孔內(nèi)壁及泵殼： 有著不同程度的磨損。 如圖5 所示。

圖5 機(jī)油泵孔壁和殼壁磨損

（4）鏈輪弧面與機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子間隙：在鏈輪弧面和機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子之間塞入0.05/0.02mm 塞尺，沿皮帶張緊力方向推動曲軸芯軸端，塞尺無法拔出，即鏈輪弧面和內(nèi)轉(zhuǎn)子間在皮帶張緊力作用下已無間隙 （沿著鏈輪和水泵中心的方向是皮帶張緊力的作用方向）。 根據(jù)產(chǎn)品要求測算，該處的間隙約0.270～0.445mm。 如圖6 所示。

圖6 機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子與鏈輪弧面處間隙

故產(chǎn)生異響的失效機(jī)理是：在皮帶張緊力的作用下，鏈輪弧面與機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子發(fā)生撞擊式干涉導(dǎo)致鏈輪弧面、泵殼以及泵內(nèi)孔壁發(fā)生磨損，造成異響。

接下來通過分析曲軸、缸體、鏈輪、前蓋（機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子）之間的配合關(guān)系，查找撞擊式干涉產(chǎn)生的原因。 從產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析，定位銷的配合是過渡配合，曲軸主軸頸、連桿頸、軸瓦以及曲軸孔、連桿孔之間是間隙配合，鏈輪和機(jī)油泵內(nèi)外轉(zhuǎn)子間是間隙配合，鏈輪、半圓鍵和曲軸芯軸端是間隙配合。

2.2 前蓋異響故障樹分析

根據(jù)失效機(jī)理繪制故障樹，如圖7 所示。與前蓋異響的零件分為發(fā)動機(jī)本體零件和發(fā)動機(jī)外圍零件， 從前期的故障描述可以看出， 發(fā)動機(jī)外圍零件起著加劇異響的作用，非故障原因本身。 對于發(fā)動機(jī)本體零件，查看缸體和曲軸過程監(jiān)控的抽檢數(shù)據(jù)， 除缸體的定位銷孔的位置度超差外，其余產(chǎn)品尺寸均無異常。對于發(fā)動機(jī)前蓋和鏈輪，屬于外部采購零件，通過供應(yīng)商采集其過程監(jiān)控的抽檢數(shù)據(jù)，均未發(fā)現(xiàn)異常。 根據(jù)問題解決的七鉆工具，前三鉆的正確的工具、正確的工藝、正確的零件，均符合要求，第四鉆的零部件質(zhì)量， 排除缸體定位銷孔的位置度超差外，異響依然存在（其它基地存在的狀況），故通過第四鉆。對于第五鉆和第六鉆的工藝和設(shè)計(jì)，因該問題發(fā)生在成熟機(jī)型上，其工藝和設(shè)計(jì)均已通過了驗(yàn)證和確認(rèn)。故進(jìn)入第七鉆分析：紅叉工具分析。

圖7 發(fā)動機(jī)前蓋異響故障樹

2.3 前蓋異響紅叉工具運(yùn)用及分析

（1）根據(jù)故障樹分析，該問題上升到需運(yùn)用紅叉質(zhì)量工具。 對于紅叉質(zhì)量工具，首先建立策略圖，將發(fā)動機(jī)前蓋異響定義為GreenY。 對于異響，從概念上講是一個(gè)定性問題，對于定性問題無法用數(shù)據(jù)量化，為了能應(yīng)用更多的紅叉工具，故將發(fā)動機(jī)前蓋異響問題轉(zhuǎn)化為曲軸鏈輪弧面與機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子間的間隙問題，即將定性問題轉(zhuǎn)化為定量問題，可采用更多的定量的紅叉工具。首先通過Isplot 進(jìn)行測量系統(tǒng)分析，其D.R=18.4＞6，證明測量系統(tǒng)可再現(xiàn)。

（2）接下來需要區(qū)分間隙問題的來源，是因?yàn)檠b配過程產(chǎn)生的，還是零件間的配合產(chǎn)生的，紅叉工具中能夠明顯區(qū)分裝配過程和零件配合的工具當(dāng)屬元件查找。 元件查找階段一的作用，對BOB 件（最好的）和WOW 件（最壞的）分辨進(jìn)行重新裝配，其GreenY 不發(fā)生反轉(zhuǎn)，即BOB件不會變成WOW 件，WOW 件不會變成BOB 件，則通過元件查找階段一，即可明確區(qū)分GreenY 不是發(fā)生自裝配過程，而是發(fā)生在零件配合上。 故運(yùn)用紅叉工具中的元件查找方式進(jìn)行分析：取間隙最不均勻的1 臺發(fā)動機(jī)和間隙最均勻的1 臺發(fā)動機(jī)，分別進(jìn)行3 次重裝（在缸體上裝配鏈輪和前蓋），二者結(jié)果未發(fā)生變化，其GreenY（曲軸鏈輪弧面與機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子間的間隙）在間隙最不均勻和最均勻的兩臺發(fā)動機(jī)并未發(fā)生變化及反轉(zhuǎn)，故通過了元件查找階段一：紅叉（問題癥結(jié)）存在于缸體、鏈輪和前蓋本體，是零部件間配合問題，非裝配過程引起的問題。 如圖8 所示?？v坐標(biāo)軸是間隙，橫坐標(biāo)軸是裝配過程。

圖8 元件查找階段一

（3） 問題解決過程中， 紅叉工具是一個(gè)逐漸收斂的過程。元件查找階段一通過后， 意味著紅叉存在于零件本體上，那么紅叉到底存在哪個(gè)零件本體上呢？或者是哪幾個(gè)零件本體上呢？ 元件查找階段二的作用就是確認(rèn)紅叉是存在哪個(gè)零件本體或者哪幾個(gè)零件本體上。其方法是將BOB 件和WOW 件上的零部件分別按順序?qū)φ{(diào)，即BOB 件的零部件裝到WOW 件上，WOW 件上的零部件裝到BOB 件上， 分別測量裝配后的BOB 件和WOW 件的GreenY。 如果有多個(gè)零部件，那么可以組合對調(diào)裝配零件。 目的只有一個(gè)，即紅叉是隨著哪個(gè)零件或者哪幾個(gè)零件變化。 本案中針對這2 臺發(fā)動機(jī)（BOB 件和WOW件）進(jìn)行元件查找階段二分析：將鏈輪、前蓋進(jìn)行對調(diào)裝配到另一臺發(fā)動機(jī)上，在對調(diào)鏈輪和缸體的時(shí)候，二者結(jié)果發(fā)生了反轉(zhuǎn)，故通過了元件查找階段二：紅叉（問題癥結(jié)）存在于鏈輪和缸體本體。如圖9 所示?？v坐標(biāo)軸是間隙，橫坐標(biāo)軸是裝配過程和零件對調(diào)過程。

圖9 元件查找階段二

（4） 通過元件查找階段二后， 紅叉存在于多個(gè)零件時(shí)，即有兩個(gè)或大于兩個(gè)紅叉的時(shí)候，需要判斷哪個(gè)影響最大，即區(qū)別哪個(gè)零件是紅叉，哪個(gè)零件是粉叉？元件查找階段三的作用即是區(qū)別紅叉和粉叉，方法是通過全因子試驗(yàn)驗(yàn)證哪個(gè)影響最大。 本案中元件查找階段三：運(yùn)用Yate’s Method 計(jì)算出缸體本體是紅叉，鏈輪本體是粉叉，即缸體本體是主要原因，鏈輪本體是次要原因。 如圖10 所示。

圖10 元件查找階段三

（5）通過元件查找工具確認(rèn)紅叉和粉叉存在于某個(gè)零件上，那么紅叉和粉叉到底是零件上的哪個(gè)尺寸呢？此時(shí)需要運(yùn)用到紅叉工具中的配對對比或者分組對比。配對對比和分組對比的差別即是存在邏輯對的情況下選用配對對比。 什么是邏輯對呢？ 即在進(jìn)行測量系統(tǒng)分析時(shí)，可以清晰明確的選出5 個(gè)BOB 件和5 個(gè)WOW 件，這5 個(gè)BOB 件和5 個(gè)WOW 件被稱為邏輯對。 按照故障樹，將邏輯對的影響紅叉和粉叉的相關(guān)尺寸分別進(jìn)行測量，按照BOB→WOW→BOB 的順序排序，查看各尺寸的趨勢是否一致或相關(guān)。趨勢一致的則是紅叉或者粉叉。本案中挑選5 臺間隙最不均勻和5 臺間隙最均勻的發(fā)動機(jī)作為邏輯對進(jìn)行配對對比， 拆解后分別測量缸體和鏈輪的相關(guān)尺寸（按照故障樹進(jìn)行）。 發(fā)現(xiàn)缸體上安裝前蓋的定位銷孔的位置度和鏈輪的扁方平行度高度相關(guān)， 即其變化趨勢與間隙最均勻的發(fā)動機(jī)向間隙最不均勻的發(fā)動機(jī)的變化趨勢一致。 如圖11 所示。 故缸體的定位銷孔的位置度是紅叉，鏈輪的扁方平行度是粉叉。

圖11 缸體和鏈輪配對對比分析

（6）紅叉工具中，通過收斂分析確認(rèn)紅叉或粉叉后，需要用全析因的方法對其置信度進(jìn)行驗(yàn)證。 本案中通過全析因方法驗(yàn)證： 缸體安裝前蓋定位銷位置度和鏈輪扁方平行度以95%的置信度確認(rèn)為主要原因和次要原因。同時(shí)通過Full Factorial Plot 方法確定缸體定位銷孔位置度需小于0.15mm，同時(shí)鏈輪扁方平行度需小于0.03mm，才能保證鏈輪弧面與機(jī)油泵內(nèi)轉(zhuǎn)子間的間隙， 從而不發(fā)生撞擊式干涉產(chǎn)生異響。 如圖11 和圖12 所示。

圖12 全析因方法驗(yàn)證-缸體

圖13 全析因方法驗(yàn)證-鏈輪

圖14 Full Factorial Plot 方法

2.4 實(shí)際驗(yàn)證

通過追溯系統(tǒng)確認(rèn)發(fā)生異響的發(fā)動機(jī)， 其所匹配的缸體的加工時(shí)間段，以及匹配的鏈輪的生產(chǎn)批次，追溯該加工時(shí)間段內(nèi)缸體上前蓋定位銷孔位置度的控制計(jì)劃抽檢數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)90%的抽檢件的位置度超過了0.15mm。 而對應(yīng)鏈輪的扁方平行度，在產(chǎn)品圖紙上并未進(jìn)行要求，故生產(chǎn)過程中亦未進(jìn)行控制， 進(jìn)行抽測發(fā)現(xiàn)80%的零件的平行度超過了0.03mm， 因此發(fā)生了批量的前蓋異響問題。 將缸體定位銷孔位置度整改后， 異響故障比例下降83%，增加鏈輪扁方平行度控制后，異響故障消除。

縱觀整個(gè)問題解決過程，存在一個(gè)疑問，對于成熟的產(chǎn)品，在其生命周期超過兩年后發(fā)生了類似的問題，那么是哪里出現(xiàn)了變異呢？ 對鏈輪和前蓋兩種零件進(jìn)行了追溯， 發(fā)現(xiàn)鏈輪存在變更： 問題發(fā)生前更換了鏈輪的供應(yīng)商，第一家供應(yīng)商鏈輪的扁方的平行度控制在0.03mm 以內(nèi)，雖然產(chǎn)品圖紙上無此要求。 對于前蓋，一直有兩家供應(yīng)商按照配比供貨前蓋， 一家供應(yīng)商前蓋的內(nèi)外轉(zhuǎn)子的扁方寬度比另一家的供應(yīng)商前蓋的內(nèi)外轉(zhuǎn)子的扁方寬度控制的大于0.02mm，故在鏈輪供應(yīng)商發(fā)生變更后，前蓋異響問題開始出現(xiàn)，且大部分發(fā)生在一家前蓋上，另一家前蓋較少。 缸體上前蓋定位銷孔位置度的臨時(shí)變異加劇了異響發(fā)生的比例， 且占據(jù)了83%的比例。 對比其它基地，無缸體前蓋定位銷孔位置度的超差問題，其前蓋異響問題發(fā)生在市場售后，失效公里數(shù)在1 萬公里以內(nèi)，且故障比例較低，分布于不同的省份和地區(qū)，更換鏈輪后，市場售后再無前蓋異響故障。

3 結(jié)束語

通過采用紅叉質(zhì)量工具，調(diào)查分析研究發(fā)動機(jī)前蓋異響發(fā)生的根本原因。 在整個(gè)調(diào)查分析過程中，該工具起到了重大判定作用，即主要原因和次要原因，以及主要原因和次要原因的區(qū)別， 為快速采取抑制措施提供了依據(jù)，尤其是發(fā)生在整車范圍的短公里失效的重大批量質(zhì)量問題，問題解決及快速響應(yīng)凸顯的更為重要，也得到了從根源上解決問題的措施。 紅叉工具的運(yùn)用，實(shí)際上是收斂問題的過程，在應(yīng)用過程中，需要本著從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合問題調(diào)查分析過程的數(shù)據(jù)和信息， 尤其是時(shí)間跨度比較大的情況，靈活應(yīng)用工具，讓工具發(fā)揮其識別和判斷的作用，為問題定義、根本原因確定、以及長期措施的制定提供科學(xué)的依據(jù)，以快速有效的方法徹底根除問題。 本次紅叉質(zhì)量工具的應(yīng)用，為解決生產(chǎn)線零部件本體以及短公里失效存在的尺寸不合格等問題提供了有效的方法，為以后解決類似問題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 質(zhì)量工具的應(yīng)用，在產(chǎn)品質(zhì)量提升過程中起到了重要的作用，工程技術(shù)人員對質(zhì)量工具的掌握程度顯得尤為重要， 掌握質(zhì)量工具應(yīng)用的工程技術(shù)人員，在汽車行業(yè)里備受關(guān)注，是行業(yè)里的“香餑餑”。