PERA.Quality 在汽车行业的应用

项目背景

中国南方某汽车公司一直努力完成具有自主知识产权的某型号汽车研制项目 , 然而自动档变速箱的许多核心技术一直掌握在国外公司手中。尤其是关键部件扭矩转换器的焊接技术,一直是难以攻克的难题。

扭矩转换器是一种液体耦合器,它能让引擎和变速箱各自独立旋转。如果汽车在等红灯发动机怠速,引擎的转速很低,它输入扭矩转换器的扭力就很小,只要轻踩煞车就可以让汽车保持静止,可见它在自动档变速箱中起到非常重要的作用。

抱歉!图片加载失败。（有限元培训学习，请到1CAE.com学习中心)

扭矩转换器示意图

面临的挑战

传统的等离子焊接工艺会带来大量的扭矩器内部溅射物堆积,影响内部流体的液力传递,从而降低变矩的效率和精度。因此对于该企业的研发团队来说面临以下几个方面的技术挑战:

( 1 )焊接关键因素的确定和水平选择:找到影响焊接过程溅射物堆积的关键因素是进行建模、实验和优化分析的前提条件。与此同时,对确定的参数设置合理的水平,对于最后的实验数据的代表性有很大影响。

( 2 )确定各因素之间的交互影响关系:由于等离子体流速和电流之间、电流与焊接时间之间等都存在着交互作用的影响,必须把交互作用作为实验分析的因素之一,来进行方案的设计。

( 3 )优先方案的确定和验证:通过试验的数据分析确定一个最佳的优选方案,这个方案必须通过损失函数来量化评价改进后的方案所带来的价值。

质量设计平台的应用

通过应用 PERA.Q 质量设计平台的质量功能展开( QFD )、正交试验设计( DOE )、 稳健性设计( RobustDesign ) 等技术,可以从容应对以上 3 方面的技术挑战。

质量功能展开( QFD ): QFD 系统通过多层次的策划、分析和评估,把顾客对产品的需求转化为对产品的设计要求、零部件特性、工艺要求、生产要求等指标,它的基本原理就是用 “ 质量屋 ” ( Quality House )的形式,量化分析顾客需求与工程措施间的关系度,经数据分析处理后找出对满足顾客需求贡献最大的工程措施和设计路径,从而指导设计人员抓住主要矛盾,开展稳健性设计,有效保障设计质量。

首先利用质量功能展开技术( QFD )对该工序的质量特性进行了分析,对影响焊接质量的等离子体流速、焊嘴距离、电流、焊接时间、焊炬角度等多个因素建立质量屋分析视图,通过权重、相关性和重要性的评价,确定了关键的因素。对关键因素通过预备实验,确定了每个因素两个水平的实验方案,保证其尽可能的经济合理。

正交试验设计( DOE ): DOE 系统 帮助用户定义产品因素及水平,根据因素及组合特征安排试验方案。系统内置几十种正交表,根据因素水平,快速形成设计实验方案。对试验结果进行极差分析,画出因素效应趋势图,从而得出最佳条件。系统支持方差分析,判断因素的影响显著性。

把 A 、 C 和 C 、 D 两个因素的交互作用作为第 6 和第 7 个因素,一起参与实验方案设计,并通过后面的正交实验设计( DOE )分析出了交互作用影响的显著性。

抱歉!图片加载失败。（有限元培训学习，请到1CAE.com学习中心)

焊接工艺参数水平设计

稳健性设计( RobustDesign ): RobustDesign 系统可应用于产品设计、工艺设计和技术开发阶段,从而可提高产品的稳定性与设计质量,降低成本,缩短研制开发周期。系统主要包含正交试验设计、参数设计、信噪比计算和方差分析。

该企业致力于通过以上关键技术实现以下目标:在不增加成本的情况下,保证产品(扭矩转换器)的性能和工序(焊接工艺)对干扰因素不敏感,并驱使产品性能指标向目标值靠拢。

在确定了五个关键工艺参数的基础上,应用稳健性参数设计技术 ( RobustDesign ) ,对焊接工艺进行了优化,并提出了满足优化模型的设计方案。

抱歉!图片加载失败。（有限元培训学习，请到1CAE.com学习中心)

实验方案设计

采用信噪比( SN )来评估因素水平组合对波动的影响,画出因素效应趋势图,从而确定每个因素的显著性和优化操作条件。通过对焊接直径质量损失函数的建立,推算出了改进前后的增益。从而进一步明确了改进方案的有效性。

抱歉!图片加载失败。（有限元培训学习，请到1CAE.com学习中心)

因素 SN 比趋势分析

应用效果

应用 PERA. Quality 质量设计平台对扭矩转换器等离子焊接工艺参数进行分析,能够很快给出最合理的实验方案,并通过建模和实验数据分析,确定每个参数水平对性能的影响程度,进而找到影响焊接质量的关键因素,最终敲定改进工艺质量的优选方案。

扭矩转换器焊接工艺质量优化设计在提高质量的同时,降低了生产的成本,按照年产量 10 万件计算,此项优选方案每年为该企业带来效益达到近 200 多万元。从而对提高该企业产品的市场竞争力奠定了坚实的基础。

抱歉!图片加载失败。（有限元培训学习，请到1CAE.com学习中心)

最优设计方案及显著性分析

结束语

国内大多数企业往往都是在产品工艺和制造的后期才通过各种技术和管理手段检验产品质量是否符合要求,反而对产品研发设计的质量缺乏足够的重视。其实,研发设计是产品质量标准形成最为关键的阶段。设计一旦完成,产品固有质量也就随之确定,做好产品研发设计阶段的质量管理,对企业来说至关重要。

通过 扭矩转换器焊接工艺质量优化设计的案例分析 , PERA. Quality 质量设计体系对企业的 价值体现在于:

• 提高设计质量水平

引入经典的质量设计和可靠性分析工具,以及质量设计方法,帮助设计师提高设计能力,提高产品设计质量;

• 明晰设计目标,进行重点保证

通过综合质量展开确定各设计阶段的关键需求、关键技术路径和关键质量特性,集中优势资源重点进行质量保证,增强顾客满意;

• 降低产品固有成本

质量设计是在考虑经济性和保证产品最终使用性能的前提下,通过设计方案的价值替换和参数的优化组合,用更简化的产品结构、工艺方法以及低质量要求的元器件,设计出高性能的整机。