譚宇

（延鋒偉世通汽車(chē)電子有限公司，上海 201600）

1 概述

隨著汽車(chē)電子的不斷發(fā)展，車(chē)載儀表作為最重要的人機(jī)交互界面已變得越來(lái)越重要，而傳統(tǒng)的儀表在材料選擇時(shí)因出于對(duì)成本的考慮，采用了一些高灰份或抗劃傷能力較低的材料，這是導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)儀表外觀不良的重要因素，如何通過(guò)對(duì)裝配設(shè)計(jì)的優(yōu)化、低成本材料的改性及工藝過(guò)程的控制，達(dá)到減少或避免儀表在組裝過(guò)程中產(chǎn)生的材料異物碎屑，是各大汽車(chē)配套廠商想要解決的問(wèn)題。

1.1 車(chē)載儀表介紹

汽車(chē)儀表由各種儀表、指示器，特別是駕駛員用警示燈報(bào)警器等組成，為駕駛員提供所需的汽車(chē)運(yùn)行參數(shù)信息。不同汽車(chē)儀表板的儀表不盡相同，但一般汽車(chē)的常規(guī)儀表有車(chē)速里程表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等?，F(xiàn)代汽車(chē)上，大部分儀表顯示的依據(jù)來(lái)自傳感器，通過(guò)傳感裝置采集車(chē)輛行駛信息由車(chē)身CAN網(wǎng)絡(luò)傳送到儀表端，通過(guò)儀表界面顯示表述出來(lái)。儀表中最顯眼的是車(chē)速里程表和轉(zhuǎn)速表，它表示汽車(chē)的時(shí)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位是km/h和KRPM（千轉(zhuǎn)每分鐘）。所以，車(chē)載儀表是行駛過(guò)程中最常關(guān)注的部件，外觀的表現(xiàn)決定客戶(hù)滿意度。

1.2 課題研究背景

近年來(lái)，車(chē)載電子行業(yè)集成化和大屏化是趨勢(shì)，新能源汽車(chē)在崛起。大部分車(chē)載電子一級(jí)配套商中的增長(zhǎng)點(diǎn)以?xún)x表和顯示類(lèi)產(chǎn)品為主（研究數(shù)據(jù)來(lái)源于延鋒偉世通，以下類(lèi)同）。量產(chǎn)儀表項(xiàng)目中，通常有6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)設(shè)計(jì)。其中，傳統(tǒng)牛頓平臺(tái)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品最多，占69%.所有儀表的質(zhì)量問(wèn)題中，異物現(xiàn)象最多，占51%，如圖1所示。

圖1 2017-01—2017-03儀表質(zhì)量不良的pareto圖

異物問(wèn)題已經(jīng)成為困擾儀表類(lèi)產(chǎn)品質(zhì)量的頑疾，異物外觀不良僅2016年儀表PDI（產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)，下同）檢測(cè)費(fèi)+額外運(yùn)費(fèi)+返工費(fèi)就造成122萬(wàn)元的損失，而年度總耗時(shí)人頭費(fèi)也給公司帶來(lái)17.66萬(wàn)元/年的支出。

在2016年客戶(hù)因異物問(wèn)題退貨16起，公司儀表異物不良率，PDI（出貨前終檢）為4.46%，內(nèi)部拒出占10.96%.而公司的平均碎屑異物問(wèn)題僅為0.21%，儀表異物問(wèn)題表現(xiàn)突出，如圖2所示。

圖2 不良品柱圖

2 異物問(wèn)題分析

對(duì)于當(dāng)前異物產(chǎn)生的現(xiàn)像，通過(guò)對(duì)異物的成分進(jìn)行分析找出異物來(lái)源，并對(duì)異物產(chǎn)生的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)理分析，最后找出了根本原因。

2.1 異物成分構(gòu)成分析

在發(fā)生外觀異物不良的產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)分析中發(fā)現(xiàn)，白色碎屑、透明細(xì)點(diǎn)、細(xì)長(zhǎng)纖維及可見(jiàn)灰塵是構(gòu)成異物的重要因素，而這些異物構(gòu)成中，白色碎屑占了70%，透明纖維占了15%，細(xì)長(zhǎng)纖維為8%，可見(jiàn)灰塵為7%.成分分析發(fā)現(xiàn)，白色碎屑和透明細(xì)點(diǎn)均來(lái)自于儀表本身的產(chǎn)品的組成部件，因此，解決材料本身產(chǎn)生的異物問(wèn)題是本課題研究的重點(diǎn)，如圖3和圖4所示。

圖4 異物現(xiàn)象柏拉圖

2.2 產(chǎn)生異物的原理分析

通過(guò)對(duì)儀表構(gòu)成、生產(chǎn)及物流IPO-過(guò)程流程圖全過(guò)程組裝進(jìn)行分析，共找到35個(gè)潛在影響因素，再通過(guò)FMEA工具對(duì)其進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，裝配設(shè)計(jì)、材料選型和工藝設(shè)定方面的因素是產(chǎn)生異物最主要的原因，具體如圖5和圖6所示。

圖5 IPO過(guò)程流程圖

圖6 FMEA分析

2.2.1 產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品異物的影響

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)存在3方面的缺陷，即導(dǎo)光支架卡扣和PCB（印刷電路板）裝配時(shí)，PCB下壓過(guò)程會(huì)將導(dǎo)光支架的卡扣刮傷，把本體材料刮下來(lái)，形成碎屑，如圖7所示；導(dǎo)光支架和導(dǎo)光片裝配處存在4 mm以上間隙，導(dǎo)致本體材料碎屑及外界粉塵進(jìn)入時(shí)直接通過(guò)該通道進(jìn)入儀表A面（外觀面），造成外觀不良；該設(shè)計(jì)因光學(xué)的要求，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)存在迷宮式布局，這樣易造成掉入的異物不容易吹出來(lái)，在組裝成成品后，因運(yùn)輸?shù)恼駝?dòng)，又會(huì)出現(xiàn)在A（外觀面）面上，造成質(zhì)量不良，如圖8所示。

圖7 異物主要來(lái)源

圖8 異物路徑

圖9 PP系材質(zhì)成分分析

2.2.2 材料選型對(duì)產(chǎn)品異物的影響

常用儀表的材質(zhì)為ABS、PPT40、PPT30等塑膠材料，ABS系列材料在易加工性、尺寸穩(wěn)定、以及機(jī)械強(qiáng)度、抗劃傷能力方面均優(yōu)于PP-TΧ（聚丙烯改性料）系列材質(zhì)，但ABS的價(jià)格要高出PP-TΧ很多，目前市面采購(gòu)價(jià)方面，ABS要高出PP-TΧ每千克10元，因此，一般中低端車(chē)型大多選用PP-TΧ系列作為導(dǎo)光支架材料。而PP-TΧ系列材料，因表面抗劃傷能力和彈性模量的不足，在遇到卡扣裝配或者一些過(guò)盈裝的情況就會(huì)出現(xiàn)材料碎屑的產(chǎn)生。所以，對(duì)PP材料改性是重點(diǎn)研究方向，如圖9所示。

為了確定PPΧ的配方對(duì)碎屑的影響程度，我們進(jìn)行了DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）分析，發(fā)現(xiàn)滑石粉和潤(rùn)滑劑含量是影響材料碎屑的主要原因，而耦聯(lián)劑和增韌劑對(duì)異物的貢獻(xiàn)不明顯。通過(guò)曲面DOE的分析，如圖10所示，找到了配方優(yōu)化方案。

2.2.3 生產(chǎn)過(guò)程對(duì)產(chǎn)品異物的影響

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝全過(guò)程的排查發(fā)現(xiàn)，成品導(dǎo)光支架與PCB（電路板）組裝工位以及前框玻璃與主體支架裝配是引起材料異物的最直接因素，而這些因素又與注塑參數(shù)、裝配工藝有較大關(guān)聯(lián)，因此，優(yōu)化管控生產(chǎn)過(guò)程也有利于材料異物的控制。經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)生異物工位的PFMEA分析，找到了風(fēng)險(xiǎn)影響點(diǎn)，如圖11所示。

3 解決方案

根據(jù)以上分析結(jié)果產(chǎn)生異物問(wèn)題，制訂了3個(gè)解決方案：①對(duì)主要的裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；②對(duì)產(chǎn)生異物的材料進(jìn)行改性改良；③對(duì)產(chǎn)生異物的工位進(jìn)行控制。

3.1 對(duì)裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)引起裝配碎屑的裝配卡扣和PCB裝配尺寸進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)卡扣與PCB的接觸長(zhǎng)度以及卡扣本身的回彈變形度進(jìn)行分析，對(duì)卡扣局部尺寸進(jìn)行優(yōu)化。另外，對(duì)密閉性較差的結(jié)構(gòu)間隙進(jìn)行了調(diào)整或密封，避免異物進(jìn)入A面，如圖12所示。

圖13 配方響應(yīng)曲面分析

3.2 對(duì)PP-TX材料進(jìn)行改性配方優(yōu)化處理

根據(jù)主機(jī)廠客戶(hù)對(duì)塑膠材料的物性要求，結(jié)合前面DOE（試驗(yàn)設(shè)計(jì)）分析結(jié)果，通過(guò)潤(rùn)滑劑、滑石粉、PP含量的調(diào)整，并對(duì)光學(xué)、尺寸收縮進(jìn)行分析，最后輸出最佳改性PP配方材料，如圖13所示。

3.3 對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化/控制

根據(jù)IPO生產(chǎn)流程圖的分析發(fā)現(xiàn)，注塑工藝和成品組裝工藝是產(chǎn)生材料異物的原因，因此，在更改模具的情況下，又對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了進(jìn)一步模流分析，找到了最佳注塑工藝參數(shù)，如圖14所示。同時(shí)，針對(duì)裝配過(guò)程，對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)生異物的工位進(jìn)行清潔，對(duì)迷宮結(jié)構(gòu)吸附的異物采用靜電離子潔凈的手段進(jìn)行了控制，見(jiàn)圖15.

圖14 模流分析優(yōu)化

圖15 靜電離子出塵

4.1 設(shè)計(jì)改善效果確認(rèn)

改善前裝配卡扣與PCB的刮擦掉屑率為88%，設(shè)計(jì)更改過(guò)后，裝配刮擦掉屑下降至51%，見(jiàn)表1.

表1 位置不良率前后對(duì)比

4.2 材料改善效果確認(rèn)

改善前裝配卡扣與PCB（印刷電路板）的刮擦掉屑率為88%，材料更改過(guò)后，裝配裝配刮擦掉屑率為31%.

4.3 過(guò)程工藝控制效果確認(rèn)

通過(guò)對(duì)注塑工藝調(diào)整，靜電吸附工藝的加入和制程SOP（作業(yè)指導(dǎo)書(shū)）的重新調(diào)整，成品外觀異物IQC（質(zhì)檢）不良率由1.95%下降至1.19%，提升0.76%，具體如表2所示。

表2 靜電吸附不良對(duì)比

4 改善過(guò)后的總體效果確認(rèn)

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)更改、材料配方改性以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程調(diào)整，最后的異物成品不良率PDI（出貨終檢）由4.46%（2016）下降至0.32%，改善效果有了大幅度提升，達(dá)到行業(yè)最好水平，如圖16所示。

圖16 效果改善圖

5 結(jié)束語(yǔ)

以上是對(duì)延鋒偉世通儀表材料異物的研究改善情況研究，儀表異物問(wèn)題是由多方面的原因引起的，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

設(shè)計(jì)時(shí)，如果在不影響功能的情況下，裝配設(shè)計(jì)盡量避免過(guò)盈裝配設(shè)計(jì)，比如彈性卡扣、精準(zhǔn)定位柱/塊等，這樣會(huì)對(duì)塑膠材料造成刮傷，產(chǎn)生碎屑。

如果在成本因素影響不大的情況下，建議采用一些表面抗劃傷的材料或采用螺絲裝配設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，避免異物通道間隙過(guò)大，一般裝配間隙控制在0.2 mm之內(nèi)，異物問(wèn)題會(huì)有較大改善，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)注意；如果不是功能需求，盡量避免出現(xiàn)迷宮式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，異物一旦進(jìn)入，生產(chǎn)工位無(wú)法有效進(jìn)行清潔，在后面的運(yùn)輸過(guò)程中，異物又會(huì)進(jìn)入A面；工藝參數(shù)的調(diào)整也能對(duì)廢邊產(chǎn)生抑制，注塑參數(shù)、離子風(fēng)機(jī)吸附等措施也會(huì)對(duì)異物問(wèn)題得到有效管控。

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