六西格玛DMAIC模型在变速器噪声中的应用课程设计论文.docx
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六西格玛DMAIC模型在变速器噪声中的应用课程设计论文
六西格玛DMAIC模型在降低变速器噪音中的应用
工业工程课程设计论文
摘要
格特拉克IB5变速器一直是从国外进口的，曾应用在很多汽车型号上，以性能稳健博得消费者好评的一款手动变速器，但自从格特拉克（江西）传动系统有限公司引进IB5生产线，并把IB5更名为B5A，进行全面国产化后，B5A变速器的质量问题不断被曝光。
本课题以型号为B5A变速器为切入点，通过顾客需求表展开，了解顾客之声（VOC），并针对顾客反映次数最多的变速器异响问题进行研究，把送到售后维修点的B5A变速器进行拆解分析，发现变速器因拉手刹时制动器发生明显异响，通过帕累托图分析发现，制动毂内圆内径超差和制动毂内圆（刹车面）失圆是影响制动器异响质量的主要因素，并进一步将其转化为关键质量特性——制动毂内圆内径尺寸，通过计算其过程能力指数
发现质量水平远远达不到6
水平。
项目组通过建立6sigmaDMAIC（Define，Measure，Analyze，Improve，Contro1）业绩改进模型，对搜集的数据用Minitab软件进行分析，并利用鱼骨图、潜在失效模式（FMEA）分析造成制动毂内圆尺寸缺陷的严重度最高的起因——车床的参数（进给量、背吃刀量、切削速度）设置不当，从而提出了一套具体的改进方案，包括SPC过程能力控制，DOE正交实验来择出最优车床的参数（进给量、背吃刀量、切削速度），最后通过实施，SPC指数接近6
水平，格特拉克变速器厂提高了汽车变速器的过程能力，改善了噪声过大的质量问题，提高了顾客满意度。
关键词:
格特拉克；B5A；制动毂；Minitab；DMAIC
ABSTRACT
GetragIB5transmissionhasbeenimportedfromabroad,hasusedinmanycarmodels,inordertowinconsumerpraiserobustperformanceofamanualtransmission,butsinceGETRAG（Jiangxi）TransmissionCo.,Ltd.introducedIB5productionline,andTheIB5renamedB5A,afteracomprehensivelocalization,B5Atransmissionqualityproblemscontinuetobeexposed.InthispapermodelB5Atransmissionasanentrypointtablebycustomerdemandtostarttounderstandthevoiceofthecustomer（VOC）,andconductresearchforthecustomertoreflectthehighestnumberofabnormalsoundtransmissionproblemstothepointofsalemaintenanceofthetransmissionB5AbedemolishedSolutionsforanalysisandfoundthattransmissionoccurredduetobrakehandleinstantlyobviousabnormalsound,throughParetodiagramanalysisfoundthattheinnerdiameteroftheinnercirclewithinthelargerbrakehubandbrakedrumcircle（brakeside）outofroundisaffectingthequalityofthemainbrakeabnormalsoundfactor,andfurtherconvertedintokeyqualitycharacteristics-aninnerdiameteroftheinnercirclebrakehub,bycalculatingtheprocesscapabilityindexfoundthatthequalitylevelfarbelowthe6level.ProjectGroup（Define,Measure,Analyze,Improve,Contro1）performanceimprovementbyestablishing6sigmaDMAICmodelofthecollecteddatawereanalyzedbyMinitabsoftware,andusefishbonediagram,potentialfailuremodes（FEMA）analysisresultinginthebrakedrumcircletheseverityofthedefectsizehighestcause-Latheparameters（feedratebackofcut,cuttingspeed）causedbyimpropersettings,whichproposedasetofconcreteimprovementprograms,includingtheabilitytoprocesscontrolSPC,DOEorthogonalexperimentstochoosetheoptimalsolution,andfinallythroughtheimplementation,SPCindexcloseto6levels,Getragtransmissionplanttoimprovetheprocesscapabilityofautomotivetransmission,improvethequalityofexcessivenoiseandimprovecustomersatisfaction.
Keywords:
Getrag;B5A；Brakehub；Minitab;DMAIC
第一章绪论
1.1课题研究背景
汽车制造业是我国国民经济发展的支柱产业，随着汽车的普及，人们对汽车的认识越来越深，对汽车的使用性能也提出了越来越高的要求。
随着社会的快速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可或缺的交通工具之一。
汽车在给人们的出行带来方便的同时，也对人类的生存环境造成了一定程度的破坏。
汽车行驶时产生的噪音便是其中之一。
据统计，在全部环境噪声的构成中，机动车产生的噪声占据了3/4。
人类已经意识到了问题的严峻性，各个国家根据自身国情，颁布了一系列法律法规来对机动车噪声进行定量限制。
在2000年，我国颁布了一项针对汽车噪声的强制性标准，该标准代号为GB1495．202。
我国的噪声污染治理工作任重道远。
通常，一辆汽车由成千上个零部件组成。
汽车噪声由各零部件产生的噪声共同组成的。
而变速器的噪声便是汽车噪声的一个重要组成部分。
变速器是汽车传动系最重要的总成部件之一，它在汽车的行驶过程中发挥着重要的作用。
通过操作变速器，可以改变汽车行驶的速度和汽车驱动轮上的扭矩，可以实现汽车的倒车行驶和中断动力的传递。
本文拟以格特拉克B5A变速器为研究对象，对其出现大量客户抱怨的问题进行分析研究。
如何降低B5A变速器出现最严重的问题——噪音，便成为格特拉克变速器企业首要考虑的问题之一。
1.1.1国外研究现状
在变速器振动噪声领域，国外起步相对较早。
1967年，H.optiz发表了一篇关于直齿轮和斜齿轮的动力学表现的文章，在文中，作者对导致齿轮振动噪声的各种可能因素作了归类研究，指出齿轮的振动和噪声是传动功率和传动误差及齿轮精度的函数,并给出了一些有参考价值的分析曲线。
1974年，Greeves.C.S．用试验的方法研究了齿轮系统的噪声，他在消音室的中间放置了一个测试箱体，该箱体装有水力轴承，然后以一对斜齿齿轮为研究对象，进行试验，通过对实验数据的分析，获得了齿轮系统的噪声和一些因素的近似函数关系，这些因素包括齿轮的材料属性和齿轮的制造误差。
1984年，日本学者梅泽清彦针从变速器总成的振动特性、三维建模和计算机仿真三个方面着手，对变速器进行了系统的分析，并取得了一定的成果。
1.1.2国内研究现状
变速器振动噪声问题是国内外汽车行业无法回避的一个重要课题。
目前，国内在此领域尚处于起步阶段。
1999年，王新晴等对变速器的常见振动故障做了归类研究，提出了变速器失效的分界标准，在变速器故障现象特征的获取与自动化诊断方面提出了一套新的技术方法。
同年，李惠彬等通过在变速器箱体轴承外圈上粘贴应变片，对箱体受到的动态的激励开展了试验和分析研究，结果表明，影响箱体动态激励力的主要因素是来自齿轮的误差。
2000年，李润方等以斜齿轮系统为研究对象，建立了其耦合振动模型，采用实验研究和仿真分析相结合的方法，对其进行了研究，为齿轮系统的动态特性设计提供了理论依据。
2001年，薛延华和炅新跃从振动控制理论的角度，采用有限元思想，分析了变速器箱体和齿轮的结构参数对其动态特性的影响，认为改善变速器总成的振动特性可用通过修改相关结构的参数来实现。
2004年，李小华以变速器的齿轮的设计为切入点，对导致变速器齿轮噪声的常见因素进行了归类并指出了相应的控制措施。
在2006年，梁杰和王登峰从频域角度出发，采用频谱分析和相干分析技术，对变速器振动和噪声信号进行了测试，结果表明，变速器的噪声与齿轮的加工和安装误差等有着很大的相关性。
1.2课题研究对象
格特拉克（江西）传动系统有限公司是德国格特拉克（GETRAG）集团与江铃汽车集团本着强强联合，共同打造全球最优秀的传动技术产品与服务提供商，于2006年9月在江西南昌成立的中德合资企业。
格特拉克集团创建于1935年，目前主要生产轿车和轻型车用变速器，是全球最大的汽车变速器制造和供应商之一，现为福特汽车公司、通用汽车公司、宝马汽车公司、奔驰汽车公司、大众汽车公司等世界诸多知名的汽车公司提供产品和服务，并与各大汽车公司保持着良好的合作关系。
1.3课题主要研究内容
通过对回收的B5A故障变速器进行实验并拆解分析，找到产生噪音的异常部件，通过对制造数据和传递误差计算结果的分析，进一步优化机床切削参数，达到改善关键部件的质量可靠性，以降低变速器噪音的目的。
在整个课题的调查和分析中，主要完成以下几方面的工作：
●对回收的故障变速器进行缺陷统计，并通过QFD把客户的抱怨转化为关键质量特性；
●对B5A变速器的加工工艺流程进行分析，测量关键质量特性的参数，并计算出当前的过程能力水平；
●开展头脑风暴会议确定影响关键质量特性的因子，并画出鱼骨图，再对关键质量特性进行潜在失效模式分析（FMEA），以确定哪个环节的事先风险数最大，即可能造成的缺陷率较高；
●运用试验设计（DOE）来了解关键质量特性（905T制动毂尺寸）和变量（X）之间的关系，确定优化关键质量特性所需的关键X的水平；
●对实施过程进行控制，包括过程改进成果文件化、建立过程控制计划、持续的过程测量。
1.4课题研究意义
最近存在客户抱怨B5A变速器异响问题，该变速器总售后服务费用大约在28万元（35台×8000元）。
所以企业急需改进变速器质量，使顾客投诉降低到5次以内，这样不仅直接节约24万元的售后费用，而且能提高顾客满意度，降低索赔，挽救公司声誉。
1.5该课题的创新之处
以格特拉克B5A变速器为切入点，针对顾客反映次数最多的异响问题进行研究，了解顾客的需求，并把送到售后维修点的B5A变速器进行拆解分析，发现变速器因拉手刹时制动器发生明显异响，并对其进行统计分析，经过进一步实验发现，制动毂内圆内径偏大和制动毂内圆（刹车面）失圆是影响制动器异响质量的主要因素，并将其转化为关键质量特性——制动毂内圆内径尺寸。
通过建立6sigmaDMAIC（Define，Measure，Analyze，Improve，Contro1）业绩改进模型，并利用Minitab软件对质量数据进行分析，提出了一套具体的改进方案，包括SPC过程能力控制，DOE正交实验来择出最优解决方案以提高解决问题的能力。
最后通过实施，格特拉克（江西）厂提高了汽车变速器的过程能力，改善了噪声过大的质量问题，提高了顾客满意度。
第二章六西格玛的发展及应用
2.1六西格玛的简介
六西格玛管理是一套客户驱动的追求卓越绩效和持续改进的业务流程改进方法体系。
它以产品、流程持续改进为基本策略，通过理念、文化和方法体系的系统集成，最大限度地消除缺陷和消除无增值作业，降低成本，为客户创造完美的价值，以追求卓越绩效和客户完全满意，综合提高企业的竞争力和盈利水平。
六西格玛的质量管理策略由摩托罗拉公司于1987年创立。
通用电气公司从1996年起将六西格玛作为其首要的管理战略，成功地将六西格玛从一种质量管理方法演变成为高度有效的企业流程设计、改造和优化的方法体系。
此后，六西格玛方法应用日趋广泛，成为世界上众多追求管理卓越性的跨国企业的战略举措和管理哲学。
六西格玛管理思想包括六西格玛改进和六西格玛设计，前者是实施六西格玛项目的最主要方法。
六西格玛改进（DMAIC）是在PDCA（计划、执行、检查、处理）循环理论的基础上形成的、具有六西格玛特色的质量改进方法。
它通过界定（D）六西格玛项目以及对现行系统的测量（M）和统计分析（A），进而采取有效的改进（I）措施和控制（C）手段，以保证所改进的项目达到六西格玛的绩效水平，即在体系或流程的关键性价值点上，使一百万次机会中出现的缺陷不超过3.4个。
2.2DMAIC的应用
DMAlC是一种应用于六西格玛管理中以改变组织现有体系的模式，也是一种突破业绩十分有效地方法，DMAIC有五个阶段：
定义D（Difine）、测量M（Measure）、分析A（Analyze）、改进I（Improve）和控制C（Contr01）。
通过DMAIC五步法可以将流程、测量、数据、信息和知识等科学方法这些要素组织起来，使过程改进更加有效。
DMAIC是各个阶段为（见图2-1）：
图2-1DMAIC过程流程图
D阶段：
定义阶段包括确定顾客的关键需求并识别需改进的产品或过程，将改进项目界定在合理范围内。
M阶段：
测量阶段包括通过对现有过程测量，包括对每个关键质量特性（CTQ）进行可操作性定义、研究确定对每个CTQ进行测量程序的有效性以及为每个CTQ建立基准过程能力。
A阶段：
分析阶段包括用流程图确定每个关键特性的可追溯变量（
）。
可追溯变量是影响关键质量特性的因素。
对CTQ进行量化表述为
其中，CTQ=DMAIC模式中定义阶段确定的和分析阶段阐明的对顾客来说重要的关键质量特性；
=假设对CTQ有影响的可追溯的第i个变量（
）
I阶段：
改进阶段包括采用正交试验设计来理解关键质量特性（CTQ）和变量（X）之间的关系，确定优化关键质量特性所需的关键X的水平，制定行动计划来规范关键X的水平进而优化关键质量特性，以及进行系统修订的试验测试。
C阶段：
控制阶段包括对X的潜在风险管理和防错，成功过程修订的标准化，控制关键的X，记录每个控制计划并将修订过程移交给体系所有者。
其中，风险管理是制定一个计划使得周期时间变化增大的风险达到最小。
防错法是在建立一个报告制作过程中使得产生错误的概率很小的方法（或系统），过程包括输入数据到递交报告的整个过程，使改进后的过程程序化并通过有效的检测方法保持过程改进成果。
2.3DMAIC在该课题的可行性
DMAIC是六西格玛管理中流程改善的重要工具。
六西格玛管理不仅是理念，同时也是一套业绩突破的方法。
它将理念变为行动，将目标变为现实。
用于对现有流程的改进，包括制造过程、服务过程以及工作过程等等，本文的改进对象是汽车变速箱，变速箱是由多个零部件组装而成，其中的流程之复杂，潜在的缺陷之大，是非常需要DMAIC来进行分析改善的，而且DMAIC在汽车发动机的改进上已经取得了很大突破，可见，DMAIC在该课题是非常契合的。
第三章定义阶段
定义阶段包括确定顾客的关键需求并识别需改进的产品或过程，将改进项目界定在合理范围内。
3.1课题选定
3.1.1格特拉克B5A变速箱介绍
产品总是生产出来服务于顾客的，田口玄一博士认为产品的质量就是满足顾客的程度，顾客的要求才决定了一个产品或一项服务的质量标准，定义阶段包括制定项目计划（合理）、理解供应商—输入—系统—输出—顾客之间的关系（也称为SIPOC）、分析VOC的数据以确定对顾客来说重要的关键质量特性和确定项目目标。
所以，倾听顾客的声音是企业应该摆在第一位的。
格特拉克B5A手动变速箱的性能指标偏低，不能满足顾客要求，且受到的客户投诉也比较多，代表车型有C307-经典福克斯；C346-新福克斯；B515-翼博；B299MCA-嘉年华，据悉，该款变速箱的前身为IB5进口变速箱，因项目落地，在引入了欧洲原装生产线后，IB5变速箱实现国产化，摇身一变为B5A手动变速箱，正是因为国产化后存在的诸多生产因素，B5A变速器存在严重的质量问题，格特拉克（江西）传动有限公司将面临着一大笔赔偿及维修费，声誉受损等严重的问题，解决问题刻不容缓。
3.1.2项目目标
通过本项目团队的对该型变速器进行分析，测量。
找出存在的原因并改进该变速器的性能和质量，而且能提高顾客满意度，降低索赔以减少公司的后期损失。
什么是客户之声（Voice of the Customer，VOC）？
它是一系列工具、方法、技术，允许六西格玛改进小组系统地收集和分析客户需求，以及客户如何重视那些需求。
客户需求分为基础需求、性能需求、兴趣需求。
根据VOC，顾客需求为：
成本、性能、安全，但是比较笼统，通过客户需求展开表，可以将笼统的需求展开成具体的、细致的客户要求，见表3-1。
表3-1顾客需求展开表
第一层
第二层
第三层
换档准确
档位转换顺畅
档位行程适当
档位分布合理
档位清晰
没有卡顿
一次就能换到档
性价比高
成本不贵
原料采购费用低
维修费用低
性能可靠
使用寿命长
故障少
很安全
不会爆炸
适应酷热环境
适应严寒环境
稳定
抖动轻微
噪声低
根据客户需求展开，项目小组要通过改进方案，使B5A变速器符合档位行程适当、档位分布合理、没有卡顿、原料采购费用低、维修费用低、使用寿命长、适应严酷环境、抖动轻微、噪声低等具体要求。
3.2客户关键需求
首先，对于一个产品或者服务来说，可能有几十个甚至成百上千个方面。
我们要将注意力集中于那些对顾客来说重要的方面。
从顾客需求出发，格特拉克变速器企业的顾客为：
一级客户为各种品牌轿车的组装厂，二级客户为买车的消费者。
变速器又为轿车的重要功能件，售后顾客反应B5A变速器存在严重质量问题，对回收的缺陷变速器统计数据如下：
换挡困难，2次；换挡杆抖动，3次；变速器异响，噪声大，35次；漏油，3次等。
从图3-1中就可看出最严重的问题是变速器异响，噪声大。
图3-1B5A变速箱质量问题统计直方图
经进一步试验发现，变速器因拉手刹时制动器发生明显异响，对其进行拆解，发现产生原因有：
制动毂失圆和尺寸超差、轴承间隙过大、摩擦垫片等，并对其进行统计累计，见表3-2，且应用Minitab软件生成缺陷类型排列图3-2。
表3-2缺陷类型累加表
序号
项目
频数/台
累计频数/台
累计百分比/%
1
制动毂内圆内径尺寸超差
15
15
42.9
2
制动毂内圆（刹车面）失圆
13
28
80
3
承轴间隙过大
3
31
88.57
4
摩擦垫片材料组成不均匀
2
33
94.29
5
其他
2
35
100
图3-2表示，属于A类缺陷的是制动毂内圆内径尺寸超差、制动毂内圆（刹车面）失圆，分别占缺陷产品的42.9%和37.1%；属于B类缺陷的是承轴间隙过大和摩擦垫片材料组成不均匀，分别占缺陷产品的8.57和5.72%，其他缺陷占5.71%。
图3-2缺陷类型排列图
可见制动毂内圆内径偏大和制动毂内圆（刹车面）失圆是影响B5A变速器异响的主要因素（累计80％左右）。
3.3改进对象—制动毂
下图3-3为B5A变速器的示意图：
图3-3B5A变速器
制动毂的作用：
刹车时，活塞对两对半月型的刹车蹄片施加压力，使其贴紧鼓室内壁，从而产生摩擦来停止车轮的旋转。
制动毂（见下图3-4）的材质一般为HT200-300（即灰铸铁），基体组织主要为珠光体以及少量的铁素体、渗碳体，石墨的主要为A级，形态为长片状，长度等级为4-6级，起到散热、增加摩擦性能、减低刹车噪音的作用。
图3-4制动毂
3.4改进机会
B5A型号的变速器对比同等级的其他变速器故障概率高，最大相差8％，特别是变速器的噪音明显比其他变速器要容易产生，且异响大。
该型号变速箱回收维修导致损失达千万元之多。
初步分析，项目组完全有能力解决B5A变速器异响的问题。
3.5改进目标
改进后使该型号的变速器可靠性大大提升，比同等级变速器故障率低至10%，且变速器异响达到可控状态，合格率达到6
水平。
3.6项目范围（SIPOC）
通过以上分析，关键特性为制动毂，定义该项目范围起始于原料供应至制造车间至成品制动毂入库为止，其SIOPC表如下：
表3-3供应部门（S）SIPOC工作表
项目
制动毂生产线
输入（I）
人员、设备、物料、操作标准、环境、测量
流程（P）
夹持外径，内径端面粗加工→夹持内径，外径端面粗、精加工→
夹持外径，内径端面精加工→夹持内径，内径端面精加工→夹持中心孔，钻孔
输出（O）
905T制动毂
客户（C）
变速箱装配车间
第四章测量阶段
测量阶段包括通过对现有过程测量，包括对每个关键质量特性（CTQ）进行可操作性定义、研究确定对每个CTQ进行测量程序的有效性以及为每个CTQ建立基准过程能力。
4.1制动毂的加工工艺流程
项目小组通过搜集车间工艺文件（见表4-1），用VISO软件绘制出905T制动毂加工程序图（图4-1）。
表4-1905T制动毂的工艺流程
工序号
加工工艺
1
粗材
2
夹持外径，内径端面粗加工
3
夹持内径，外径端面粗、精加工
4
夹持外径，内径端面精加工
5
夹持内径，内径端面精加工
6
夹持中心孔，钻孔
图4-1905T制动毂的工艺流程
对于该制动毂内圆内径，异响可控所接受的参数为
mm
4.2测量系统分析（MSA分析）：
测量系统是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合；用来获得测量结果的整个过程。
在搜集数据进行分析之前，首先要进行测量系统分析（简称MSA分析），验证测量系统的可靠性，即测量系统必须具有良好的准确性和精确性。
在ISO/TS16949标准中,提供了一种测量系统分析方法（MeasurementSystemsAnalysis）,简称MSA,是该标准的五大手册之一，经过MSA分析，该测量系统的重复性和再现性没有问题。
4.3收集数据进行分析
升级会员 