基于持续改善的进气歧管装配流程质量改进研究

周南南*，邓爱玲，倪佳莉，唐丽，王博

(青岛科技大学，山东青岛，266061)

基于持续改善的进气歧管装配流程质量改进研究

周南南*，邓爱玲，倪佳莉，唐丽，王博

(青岛科技大学，山东青岛，266061)

塑料进气歧管以其质轻价廉、性能优异等优点正在逐步替代金属进气歧管,其性能在今后的发展中必须不断提高以适应越来越苛刻的发动机工作环境。本文拟对某企业生产进气歧管的流水线进行质量改进。通过绘制次品原因的柱状图以及利用相关系数矩阵分析，得到热插和冷插是影响进气歧管质量的主要原因，对次品主要原因从5M1E角度分析，得出人这一要素占比重大，用持续改善、双手操作及动素分析、人机联合操作等质量方法和理论对问题进行改善，最后通过p控制图对改善效果进行验证。其研究思路对其他同类制造型行业具有一定借鉴价值。

标准作业；质量改善；持续改善；进气歧管

引言

发动机是汽车的心脏，是汽车动力的源泉。发动机进气系统最重要的部件之一--进气歧管，决定着发动机的进气效率和各缸的充气均匀性，对整机性能有非常大的影响。目前全球轿车用汽油机75%都采用塑料进气歧管。但是，塑料进气歧管在设计、制造和性能上要求非常高、非常苛刻。

本文主要分析某企业进气歧管不合格的原因，对其可能出现质量问题的生产环节进行详细观测与调研，利用所测数据对其影响质量问题的因素进行全面分析，找出影响质量的关键因素并对其进行改善；针对导致质量问题的关键因素利用持续改善理论对其进行改善，分析其出现质量问题的具体生产过程，建立标准作业，对其生产进行有效改善，并利用人机联合操作进行改善，提高人和机器的利用率，减少无效动作，平衡双手操作，从而达到提高效率和产品质量的目的。

1 研究内容概述

1.1 研究背景

制造业是技术创新的基本源泉，是一国经济增长的原动力，如果没有一个强大而极具创新性的制造业体系，任何一个经济体都不可能实现繁荣发展。随着我国经济的发展，制造产品的质量问题一直都是行业内焦点。汽车行业作为我国制造业的重要组成部分，长期以来受广大民众关注。

发动机是汽车的心脏，是汽车动力的源泉，发动机的好坏直接影响着汽车的性能。发动机进气系统最重要的部件之一--进气歧管，决定着发动机的进气效率和各缸的充气均匀性，对整机性能有非常大的影响。传统的进气歧管是以铸铁或铸铝材料为主的，制件存在表面粗糙、充气阻力大、质量重等明显的缺点。为了达到减轻质量、降低油耗、提高汽车发动机性能和降低排放等要求，塑料进气歧管应运而生。目前全球轿车用汽油机75%都采用塑料进气歧管。但是，塑料进气歧管在设计、制造和性能上要求非常高、非常苛刻。

国内塑料进气歧管的研发起步较晚，在生产和研发方面尚属空白，在其领域的市场占有率还不到2%，主要依靠进口国外先进的技术。我国主要生产塑料进气歧管的制造型企业中，质量问题屡见不鲜，遭到客户投诉的案例也不曾少见。产品的质量问题一直受到企业的高度关注，如何生产出高质量产品，成了企业发展存亡的关键。因此，本小组专门针对企业进气歧管的质量问题进行调研，发现并找出关键质量问题，对其生产环节进行控制与改善。本文是一项具有一定难度和挑战且有一定的价值与实际意义的研究。

1.2 研究目的

（1）本文主要研究目的是分析并找出企业不合格产品的原因，对其可能出现质量问题的生产环节进行详细观测与调研，利用所测数据对其影响质量问题的因素进行全面分析，找出影响质量的关键因素并对其进行改善。

（2）本文针对发现质量问题的关键因素利用持续改善理论对其进行改善，分析其出现质量问题的具体生产过程，建立标准作业，对其生产进行有效改善，并利用人机联合操作进行改善，提高人和机器的利用率，减少无效动作，平衡双手操作，从而达到提高效率和产品质量的目的。

1.3 研究意义

（1）此研究是分析并找出企业存在的质量问题，利用与质量有关的方法和理论对其进行研究，并做出改善后的标准操作方案，对其质量问题进行合理有效改善，从而提高其生产的质量与效率。因此，此研究对改善企业的产品质量是十分有意义的。

（2）此研究不仅可以提高生产进气歧管企业的质量，同时其研究思路和方法对其他同类型生产线的质量改善拥有借鉴意义，进而推动我国制造型企业更好更快的发展。

（3）通过去该企业实际调研，了解了企业的实际生产情况、发展概况与实际生产流程；在实际生产过程中企业是如何将书本上的方法理论具体运用到企业的实际生产过程中的；知道企业的工作环境及岗位，对我们个人来说，是一次难得的宝贵机会，受益匪浅。

1.4 本文的创新点

（1）本文针对某汽车配件其企业实际情况，采取持续改善、双手操作及动素分析、人机联合操作等质量方法和理论，对其装配生产流水线进行改善。此将研究理论结合企业现实，研究具有针对性和实用性。

（2）本文将IE的标准作业、双手操作及人机联合操作实际应用于企业的生产改善，提高其生产质量与效率，对于企业装配环节流水线的优化及质量的改善具有一定指导作用。

2 质量标准及进气歧管生产流程现状

2.1 企业质量标准

该企业在产品质量控制方面是严格遵守 ISO/TS 16949：2000和ISO9000的文件标准，其总体结构如图1所示：

图1 ISO/TS16949:2002总体构成图

公司根据ISO/TS16949的基本框架，制定出相应的质量控制方案。对于过程质量的控制，该企业主要是采用的是 PDCA循环的方法。当出现质量问题时，该企业首先通过人、机、料、法、环五个方面来分析是哪里出了问题，再用因果图、排列图等工具分析生产过程所出现的问题，找到出现质量的关键因素，根据影响因素，制定出相应的管理措施与解决办法，提出质量改进预案，然后计划和预期所能达到的控制效果，具体的操作流程如下图2所示：

图2 流程操作图

在图2的流程操作图中，最主要的步骤就是区域负责人和班组长制定控制措施，这也是在出现质量问题后该企业所采取的最为关键的步骤。该企业对于每一道工序实行“自检、互检、专检”的方式。该企业设有装配车间内部检验人员平均每两个小时巡检一次。

2.2 进气歧管生产流程现状

2.2.1 工艺流程图

图3是该企业的进气管生产线的简单工艺流程图：

注塑环节主要是由机器来完成，注塑半成品经人工检验后由周转箱运往焊接环节；焊接过程用机器人手臂进行焊接，既节省时间，又保证了准确性；装配环节是由人和机器共同加工完成的，是由焊接环节流出的半成品经除尘、初检气密性、冷插、热插、组装执行器、支架等工位构成，装配完成后的产品经终检后包装入库，提供给客户。经现场调研知，装配过程是人参与最多、环节最复杂的，有人参与的环节是最易出现质量问题的环节，因此，本文着重对塑料进气歧管生产的装配环节进行研究。

图3 工艺流程图

2.2.2 装配仿真图

为了更形象直观的研究其装配环节，本文利用witness软件对装配环节进行仿真，得到装配仿真图4：

图4 装配仿真图

由图4可以看出：装配产线总共需要6个人，由焊接环节产生的半成品流转到货架缓存区，摩擦焊、除尘机、初检气密性设备使半成品完成检验进入冷插机进行金属钢套的冷插；冷插结束后进入热插工序，热插机有三台，分别对应热插节气门体螺母、支架安装螺母、燃油轨安装螺母，其中对冷插热插机都要有相应的要求，即钢套和螺母的安插位置、高度、压装力都要恰到好处，否则，会对最终成品产生影响；热插完成后安装执行器组件和压盖装配；接下来装配钣金支架、节气门密封圈和缸盖密封圈，小部件组装完成后有机器对成品进行最后的气密性检验。

2.2.3 装配工艺现存问题

经调查知，装配工艺现存问题主要体现在：

（1）该企业进气歧管C15产线在工作时间上实行两班倒方针，分为装配甲班和装配乙班，每班工作十二个小时进行交接班。工作时间过长，易使员工工作疲劳，降低效率和生产质量。

（2）该企业生产的进气歧管是为汽车装配商提供配件，由于近来市场对汽车的需求加大，使得该企业生产的汽车配件订单量也大大提高，在销售量猛增的同时，该企业也收到不少汽车装配商的反馈与投诉。

（3）企业已经实现机械化和半自动化，虽节省了人力、物力，但在市场需求量猛增的情况下，本文建议其向自动化、智能化、信息化方向发展。

本文主要根据该企业出现的质量问题，找出原有装配过程中质量控制方法的不足，制定出相应的符合该企业的过程质量控制的方案。

3 进气歧管质量问题研究

3.1 装配过程质量影响因素分析

调查了解到该企业共有C13和C15产线两条产线，本文选取该企业的C15产线所生产的进气歧管进行研究。该公司的C15产线每天生产500件产品，每月按照30天计算共生产15000件产品。随机选取2016年4月份到10月的生产数据进行研究，按照月份计算出每月的次品数和次品率以及累计次品率，见表1：

表1 次品原因和次品数

通过表1绘制次品数和累计次品率柱状图，结果见图5:

图5 次品数和累计次品率

图中可以看出4月份到10月的次品数和累计次品率都在逐渐上升，7月份的次品数达到了最大130件，因此该公司在C15的生产线上有严重的质量问题。

通过深入的了解该企业的C15产线，了解到该企业的质量问题99%以上都出现在工艺流程方面，次品出现的原因主要有缺料、划碰压伤、冷热插坏、断裂和泄露这5个方面，然后通过分析处理调查到的次品数据，做出造成次品的原因的柱状图，见图6：

图6 次品原因柱状图

图6中，横坐标表示月份，纵坐标表是导致次品出现的原因次数，通过图2可以看出次品原因出现次数以大到小的排序为冷热插坏、泄露、断裂、划碰压伤和缺料，因此冷热插可能是导致产品生产不合格的主要原因。

3.2 利用相关系数矩阵表分析次品原因

本文中与次品数有关的因素有 5个，分别是冷热插坏、泄露、断裂、划碰压伤和缺料。由于不知道它们之间的相关关系，因此建立相关系数矩阵分析它们之间的相关关系。利用EXCEL对表1中的数据进行相关分析，可以得到它们之间的相关系数矩阵为：

从相关系数矩阵中可以看出：冷热插的相关性高于泄露的相关性，因此认为冷热插是导致次品的主要因素。

4 进气歧管冷热插问题原因分析

4.1 5M1E法分析原因

5M1E是指人、机、料、法、环、测，它是现场管理的六大要素，是全面质量管理理论中六个影响产品质量的主要因素的简称。由于这五个因素的英文名称的第一个字母是M和E，所以常简称为5M1E,6要素只要有一个发生改变就必须重新计算。

基于5M1E的6要素利用鱼骨图对冷热插工序出现的问题进行分析，找到冷热插出现问题的主要影响原因。

图7 基于5M1E要素的鱼骨图

图7中，基于5M1E要素对冷热插出现问题的原因进行系统的总结分析。针对机、料、艺、环，该企业已制定相应标准。

4.2 基于作业动作分析人的因素

4.2.1 冷插动作分析

在长达十二个小时的工作时间下，工人不免会身心疲惫，力不从心，易发生漏插、冷插件高度高于塑料表面、冷插件表面有挤飞及冷插件压入后开裂等问题。在工作过程中，没有给工人规定动作标准，工人把钢套放置在机器上时，会放偏、放空、放置不到位等，致使机器在工作加工时出现漏插、插爆等问题。

4.2.2 热插动作分析

该过程存在定位、夹紧、调整等作业偏差，定位、夹紧、调整都需要人参与其中，人的动作是否规范可导致成型产品质量偏差。

在进气歧管热插加工过程中，三台热插机分别需要安装6,5,4个螺母，只要保证螺母足够，热插机#2可自动安装螺母，但热插机#1、#3则需要人手动安装螺母供机器工作时用，人在取放螺母时，双手操作还是单手操作，同时操作还是有延迟动作都会对产品质量有影响。

夹具和螺母之间、螺母和安装孔位之间的稳定性直接影响热插的精度，当人把螺母放置在安装空位上时，由于人的动作不标准，使螺母不能垂直于安装空位进入，机器在运作时会因位置不正确而出现热插螺母表面低于塑料表面或突出法兰面，会使不该加热部位被迫加热，导致材料变型，影响外观和使用质量。

5 进气歧管冷热插质量改善的方案与措施

5.1 热插工艺的标准作业改善

5.1.1 双手操作分析改善

为了提高产品的质量和操作效率，减少作业的消耗时间，本文采用双手动作分析和人机操作分析对工序进行改善，使得双手动作平衡，减少操作人员放错频率，以提高产品的质量和效率。

在现场观察和记录，对热插工序进行操作分析，改善前的具体作业步骤和双手操作分析见表2。

表2 改善前热插的双手操作图

伸手至热插机a处 等待取下热插机a上的进气歧管 等待移至热茶机b处 等待安装到热机机b1上 等待等待 伸手至热插机b上等待 抓取进气歧管等待 移至热插机b2等待 安装到热插机b2上等待 按下按钮等待 等待伸手至热插机b 等待抓取进气歧管 等待移至到热插机c 等待安装到热插机c上 等待安装左侧2个螺钉 安装右侧2个螺钉等待 按下按钮

由表2可以看出，左手完成21个动作，右手完成21个动作，作业人员在安装热插的过程中存在多余、无效的动作，通过作业改善设计，使左右手同时工作，改善后热插的动作因素分析见表3：

表3 改善后热插的双手操作图

由表3知，左手完成10个动作，右手完成11个动作。经过改善，左右手的动作减少了，生产效率提高了，动作标准化了，还提高了产品的质量，使得热插的加工精度由原来的82.76%，提高到了88.46%。

5.1.2 人机联合操作分析改善

经调查了解到热插工序中，一个人需要对应多台热插机，而人和机器的配合显得至关重要，因此本文进行了人机操作分析，改进前热插的人机操作分析见表4：

表4 改善前热插的人机操作分析

热插机1 4.3min 2.2min 2.1min 51.2%热插机2 4.3min 2.2min 2.1min 51.2%热插机3 4.3min 1.8min 2.5min 41.9%

由上表可以看出，人和机器的利用率都是比较低的，人和机器没有很好地进行配合，以致于造成浪费，说明没有合理的运用持续改善的方法对机器和人的操作进行联合分析。通过我们的改善，达到了人机联合操作的效果，改进后热插的人机操作分析见表5：

表5 改善后热插的人机操作分析

通过上表可以看出，机器的利用率得到了显著提高，人的利用率下降了，由于人的不可控因素较多，而机器是可控的，所以在生产的过程中尽可能的让机器进行加工，提高自动化的水平，通过机器作业的标准化，减少了产品出现质量问题的因素，有效地提高了产品的质量。

5.2 冷插工艺的动素分析改善

冷插工序主要由3部分组成，分别是取钢套、放钢套、安装进气歧管、安钢套。考虑到提高产品的质量，减少无效的动作，本文采用动素分析对工序进行了改进，使得动作更有效，提高产品的质量。

通过在现场观察和记录，对冷插工序进行动素分析，改善前的具体作业步骤见表6:

表6 冷插工序的动素分析图

7 移至3#钢套放置处 TE UD 空闲延迟8 拿起一个3#钢套 G UD 空闲延迟9 移至胸前 TL UD 空闲延迟10 检查 I H 手持3#钢套11 移至B工作台 TL UD 空闲延迟12 预置3#钢套 PP UD 空闲延迟13 移至B工作台 TL TL 移至B工作台14 拿起两个1# G G 拿起两个2#和一个3#15 移至C相应位置 TL TL 移至C相应位置16 将1#对准位置 P P 将2#、3#对准位置17 放下目的物 RL RL 放下目的物

从表中可以了解到，双手动素总计17个动作。其中左手的第1类动素为15个，第2类动素为2个，没有第3类动素；右手的第1类动素为10个，第2类动素为1个，第3类动素为6个。通过以上数据发现：

左右手第1类动素的数量有差距，双手第1类动素不平衡，造成动作的有效性差，影响工作效率和工作质量。

右手第3类动作较多，有6个，在动素总量中所占比重达到35.3%，造成动作的浪费，须加以改善。

本文让工作者在拿起 3#钢套时，双手动作一致，使工作者身体协调，一可以让工作者舒适的工作，二可以平衡左右手，可提高工作效率和准确率，因此，改善后的双手动作分类为：

表7 改善后动素分析表

从表中可以看出，改善后，左右手动素仅仅相差一个，双手动作基本平衡，减少了动作出错的可能性，提高了动作的有效性，保证了产品的质量，右手第3类动作也明显减少，使动作变得更加高效，减少了不必要的动作浪费，降低了成本，且通过动作的持续改善，不断地提高和改善产品的质量。

5.3 改善后P控制图的的质量控制

5.3.1 P控制图的绘制

改善进气歧管装配线存在的问题，提出质量控制点的概念。在热插工艺基础上构建热插装配工艺控制图模型，对模型进行分析，对已找出质量属性和关键控制点再次构建质量相关性模型，最后对关键质量属性进行实时的监控，进而保证产品的质量。

热插的装配需要多道工序才能够完成，而且在考虑装配的同时还要考虑到生产效率，因此采用质量控制图进行质量的控制。考虑到进气歧管是个整体，而且质量分为合格品和不合格品，因此采用计数控制图中的P(不合格品率)控制图。

从测量的数据中随机抽取30个数据进行处理分析，首先计算平均不合格品率:

然后根据中心线和控制界线绘制控制图，得到控制图见下图：

图8 P控制图

图8中,横坐标表示生产日期。由图5.1知，在23日这天冷热插出现了失控的现象。综合来看，整体达到了质量改善的目的。

5.3.2 P控制图的分析

P控制图的目的是为了找出过程中不在同一水平运行的证据，即质量失去控制，并采取相应的措施。数据点中存在超出控制限的点，或者存在超出随机情况下可能出现的明显趋势或图形，这就表明存在变差的特殊原因。

超出任一控制限就证明在那点不稳定。超出控制限上的点通常表明存在下列的一个或多个情况：控制限或描点错误；质量性能恶化，在当时那点或作为一种趋势的一部分；评价系统已改变。低于控制限下的点通常表明存在下列一个或多个情况：控制限或描点错误；质量性能已改进；测量系统已改变。

在控制限之内的图形或趋势，所有的点都在控制限之内，说明在出现这个图形或趋势的时期内过程失控或性能水平变化。这种情况会提前给出有磁状态的警告，如不纠正，这种状态将造成点超出控制限。

通过图5.1的P控制图可以看出，改善后冷热插的质量控制在了一定的范围内，由此可以得出进气歧管的质量得到了改善。

6 结束语

本文以进气歧管装配流程的质量为选题背景，分析企业生产流程存在的质量问题，利用相关系数矩阵对所测的数据进行分析，得出装配环节的冷热插工序最容易出现质量问题，因此对影响质量的关键工序进行深入研究，发现冷热插机出现的质量问题为冷热插机插入零件高低不一、倾斜导致的插孔破裂等，这些质量问题主要是人的动作不标准、不稳定以及左右手动作不平衡导致的，然后利用持续改善的双手操作和人机联合对其进行分析改善，最后通过动素分析减少工人的无效动作，平衡双手动素来提高质量。本文的研究成果对同类型企业在质量改善方面提供一定的借鉴价值。

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Research on Quality Improvement of Intake Manifold Assembly Process Based on Continuous Improvement

ZHOU Nannan*,DENG Ailing,NI Jiali,TANG Li,WANG Bo
(Qingdao University of Science and Technology,Shandong Qingdao,266061,China)

Plastic intake manifolds are gradually replacing metal intake manifolds with their advantages such as low cost and excellent performance.Their performance must be improved in the future to meet the increasingly demanding engine working environment.This paper intends to improve the quality of a pipeline for the production of intake manifolds.By drawing the histogram of the defective product and using the correlation coefficient matrix analysis,the hot plug and the cold plug are the main reasons that affect the quality of the intake manifold.The main reason for the defective product is from the 5M1E angle analysis,Large,continuous improvement,hands operation and paroxysysis,man-machine joint operation and other quality methods and theories to improve the problem,and finally through the p control chart to improve the effect of verification.Its research ideas for other similar manufacturing industry has a certain reference value.

standard operation; quality improvement; continuous improvement; intake manifold

TG74

A

1672-9129(2017)04-0080-08

周南南,邓爱玲,倪佳莉,等.基于持续改善的进气歧管装配流程质量改进研究[J].数码设计,2017,6(4):80-87.

Cite：ZHOU Nannan,DENG Ailing,NI Jiali,et al.Research on Quality Improvement of Intake Manifold Assembly Process Based on Continuous Improvement[J].Peak Data Science,2017,6(4):80-87.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.021

2017-01-13；

2017-02-15。

周南南，青岛科技大学教师，女，安徽，统计学博士，研究方向：国民经济核算，管理科学与工程。E-mail:304946811@qq.com