DOE在汽車制造工藝中的應用

Summary：DOE在汽車研發、制造過程中都有應用，從產品質量提升到工藝最佳參數確定。本文闡述了DOE實驗步驟，結合實際案例介紹了指標、因子、水平的確定以及實驗開展和結果分析，說明以最優工藝參數組合支持現場生產的意義。Keys：DOE；汽車；工藝聯系方式/p>

E-MAIL：973895821@0前言在汽車制造工藝技術中，合理的產品參數和工藝參數，既能保證產品質量能力又能節約成本。因此，在工藝開發中，為了找到最優產品參數和工藝參數，工程師們需要開展大量實驗驗證。尤其是多種因素共同作用的情況下，實驗次數會更多。DOE實驗提供了一種試驗設計方法，能減少試驗次數，達到試驗目的。如涂裝噴漆過程中，噴涂吐出量、成型空氣、噴涂壓力等因素的綜合作用影響漆膜外觀和涂料利用率。為節約調試時間，需在試驗室中開展大量實驗，將適宜的參數復制到生產線上。這些都涉及到DOE實驗。下面介紹在汽車涂裝工藝中DOE試驗設計和開展。1DOE實驗簡介及流程DOE試驗是利用正交表開展多個因子試驗，也稱正交試驗法。它的特點是利用多個因素均衡搭配，減少試驗次數。通過對試驗結果開展極差分析法、方差分析法或回歸分析法等，指導工藝優化實現。正交試驗法流程如下：先確定試驗結果衡量指標，也就是要提升質量特征，描述試驗結果特征的量。確定試驗指標后，利用過程方法，識別影響試驗指標變量。這些變量很多，需結合專業知識及需要研究的因素來識別，這些需研究具體因素稱為因子。常見因子有溫度、時間、壓力等。最后要確定因子水平，水平就是在試驗中要進行具體比較的幾個狀態，目的是通過狀態的分級來考量因素對結果的影響趨勢。水平的選擇需建立在專業知識基礎之上，范圍不宜大，太大會失去某些影響結果趨勢判斷；范圍也宜太小，太小會增加試驗次數，成本增加。水平的排列不必嚴格按從小到大或從大到小順序，但一經選定了對應關系，在以后試驗中不允許隨意改變。確定了因子和水平后，可以對照正交表確定開展具體試驗方案，在試驗矩陣中每個因子的每個水平在試驗中出現的次數是相等，另外任意兩個因子之間各種水平的搭配出現的次數也是相同的。試驗方案確定后，按試驗條件開展試驗，對每個試驗結果進行記錄，然后對結果數據進行分析，可以分析出最佳工藝參數范圍、因子對結果影響程度，通過對最佳工藝參數組合的再現性實驗，再次證明實驗的有效性。然后結合成本等，選擇最優實驗參數范圍，提升質量的改善方向。2DOE開展的具體案例

汽車涂裝制造工藝是一個涉及大量工藝參數的過程，在噴漆過程中，眾多的工藝參數在不同的范圍內組合，得到不同膜厚不同外觀的漆膜。甚至結合涂料噴涂模型，對涂料利用率都能利用DOE試驗來進行。2.1噴涂上漆率的應用上漆率指有效沉積在漆膜表面的涂料成分與消耗的總涂料量比值。上漆率越高，應用成本越低，上漆率越高，說明飛濺到噴漆室的涂料越少，從而也減少了對這些涂料的處理以及減少對周邊設備的污染，同時也減少了對周邊設備清理。因此，提高上漆率是主機廠研究提升的一項指標。2.2指標確定將上漆率確定為指標，衡量公式為消耗涂料量與在有效面積上沉積的涂料比值。因為要對噴涂前后的涂料進行重量對比，此次設計試驗方法為在規定面積的試板上開展實驗。2.3因子確定利用因果圖識別影響上漆率的因素，上漆率的影響因素從人、機、料、法、環等方面均有涉及。結合現場可控因素和專業分析，確定此次實驗因子分別為：旋杯轉速、吐出量、成型空氣1、成型空氣2、電壓等5個因子。2.4因子水平確定依據工藝水平和設備可控范圍，確定因子采用三水平，同時考慮旋杯轉速對外觀的影響，旋杯轉速定為兩水平，因此對正交表進行比對，確定選擇L18(2?37)正交實驗開展。因子和因子水平如下圖：12345旋杯轉速吐出量SA1[NI/min]SA1[NI/min]電壓404532038042018023028050801206070802.5試驗方案確定及實驗結果依照L18(2?37)實驗方案，開展18組實驗，對旋杯轉速、吐出量、成型空氣1、成型空氣2和電壓等不同水平進行控制，利用相同的涂料進行試板噴涂，統計和計算上漆率。18組實驗結果見下表：編號12345結果旋杯轉速吐出量成型空氣1成型空氣2電壓上漆率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因子主次電壓＞吐出量＞SA2＞轉速＞SA1較優水平轉速40；吐出量380；成型空氣2采用80；電壓80；成型空氣1影響關系不大2.6實驗數據分析：通過對R值的排序可以推斷試驗因子對指標的影響程度主次，R值大的一列所排因子是影響指標的主要因子；R值小的列所排因子是次要因子。所以可以看出影響上漆率因子主次排序為：電壓＞吐出量＞SA2＞轉速＞SA1試驗較優水的平確定：本次實驗中上漆率指標越大越好，各個因子的較優水平為：轉速40；吐出量380；成型空氣2采用80；電壓80；成型空氣1影響關系不大。對比已開展的18組實驗中，較優水平正好對應的第5組實驗，實驗結果為0.844，也是這18組實驗中的最佳數。如果較優實驗不在已開展的18組實驗中，就需要對較優試驗開展再現性驗證。原則是對主要因子一定要按照有利于指標的要求取因子水平；而對一些次要因子，在保證指標前提下還應考慮生產的經濟性、加工難易、加工時間等綜合考慮，按照優質、高產、低耗的原則選取，這樣就可以得到更加結合生產實際要求的較優方案。然后對最優組合開展實驗，以驗證預期的指標是否能達成。

通過以上實驗，對某涂料噴涂參數進行確定，這些參數組合應用到實際生產過程中，達到最優效果，節約成本。3結束語科學應用實驗方法，合理選擇評價