基于ISIGHT的汽车面板注塑工艺的稳健设计与优化

魏笑笑

（西安邮电大学经济与管理学院，陕西　西安　710121）

工程技术

基于ISIGHT的汽车面板注塑工艺的稳健设计与优化

魏笑笑

（西安邮电大学经济与管理学院，陕西西安710121）

利用ISIGHT集成软件平台，以某汽车企业产品为例，分析其可以控制的因素对产品质量特性输出的影响，通过对可控因素输入的设计调整，使产品质量特性输出接近于设定目标，产品质量达到稳健设计要求。

产品质量；稳健设计；可控变量

引言

产品质量是企业存亡的关键，其中一个核心的技术就是稳健设计技术。稳健设计技术是由日本的田口玄一博士在20世纪70年代提出的，博士认为控制产品质量最有效的方法就是控制设计，从而把质量管理提前到设计阶段［1］。设计是产品在开发阶段的首要任务，是影响产品质量最关键的环节。据统计资料表明，开发阶段的质量问题占到了整个过程的一半以上。因此，只有质量控制从传统生产制造转变为产品设计开发，才能够提高产品的质量和稳健性［2］。

国内外实践充分表明，稳健性产品技术适用于许多行业，并且值得推广应用。它一方面提高了产品的质量，另一方面有效地降低了生产成本。与发达国家相比，我国制造企业存在许多问题，成本居高不下，产品质量参差不齐，生产效率低下，科技创新不足。因此，稳健性技术的发展对我国产品质量方面具有重大的意义。本课题研究的意义在于利用稳健设计的方法与理论，利用ISIGHT集成软件平台找到最优的可控因素组合使产品对外界的干扰抵制最强，使产品质量特性输出接近于设定目标，从而使产品质量达到稳健设计要求。

1　稳健设计在产品质量改善的应用分析

稳健性产品设计是一种在低成本情况下提高产品开发设计质量的重要新技术。与国内产品开发中采用传统的方法相比，在技术上是一个飞跃，它的基本原理就是通过优化可控因素的组合来使产品或过程的质量特性对外界因素的影响降低，使产品干扰抵制力最强，以此来使产品质量达到最优、生产成本达到最低（见表1所示）。

表1　稳健设计典型方法

田口博士为了定量描述产品质量损失，提出了“质量损失函数”的概念，将“信噪比”（输入信号强度与噪声强度之比）这个概念引入到正交试验设计中，用它来模拟噪声因素对质量特性的影响［3］。在田口稳健设计中，产品质量是由质量特性偏离目标值的程度来决定，通常分为望目特性、望大特性、望小特性（见下页表2所示）。

表2　静态特性评价指标

参数设计是田口稳健设计的重要内容，它的工具是前述的正交试验设计和信噪比［4］。参数设计的工作步骤可按图1的框图进行。

图1　田口参数设计流程图

2　模型建立

ISIGHT是一个基于参数的多学科优化平台，可以帮助设计人员对多个设计方案进行评估和研究，从而大大缩短产品的设计周期，显著地提高产品质量和可靠性，相较于其他软件优越性明显。本文以汽车零部件生产制造商生产汽车面板为例，采用稳健设计技术来改善汽车面板质量问题。

该汽车面板采用模具注塑法工艺生产，待注塑并冷却后，存在大量零件收缩的质量问题如图2所示（实线部分表示铸型腔尺寸，虚线表示零件尺寸）所谓零件收缩，是指零件达到周围环境温度后的尺寸与铸模型腔尺寸之间的差异。该质量特性参数受许多工艺参数和环境变量的影响。

经过技术人员的测试，该注塑工序受下列因素的影响：不同的供应商、冷却时间、融化温度、螺杆转速、填充时间、填充压力、喷嘴直径、模子壁的温度、小球尺寸的内在变异、小球的研磨度。可以将上述工艺参数进行分类，根据田口参数设计基本思想，可以得到如下的分类，如图3所示：

图2　汽车面板轮廓

图3　构建p图

从图中可知共8个因子，其中第1个因子2个水平；后7个因子3个水平，则全部可能实验组合4，374，如此之多实验，一为实验资源不容许，二是实验时间不允许，所以有必要借助实验设计进行分析。

3　基于ISIGHT的仿真分析

以ISIGHT为平台，集成一个计算器软件，进行因子的最优组合计算，使收缩率在一个合理范围之内。优化集成平台如图4所示：

图4　优化集成平台

设置各个因子已知数据和水平，创建内表和外表，内外表建立起来，接下来就应按照实验组合对各因素水平的配合进行实验，实验的组合共有18× 4=72个，结果如下页表3所示。

表3　实验的组合

根据望目特性中信噪比计算公式得到计算结果（见表4）。同时也可以得到其均值响应表和S/N响应表，分别如下页表5和表6所示。

表4　信噪比计算结果

表5　均值响应表

表6　S/N响应表

最后根据S/N值和均值响应确定因子设置。寻找那些因子对应的均值delta排序较大，S/N排序较小；选择最优设置以满足目标：均值越接近于目标值越好。在余下的因子中，寻找较高S/N排序的因子。对于那些具有较低均值delta排序和较低S/N排序的因子，所作选择也许比较容易实现健壮。

由第1步可以得到推荐的设置结果为：B-2，H-2，F-2；由第2步可以得到推荐的设置结果为：D-1，F-1，A-1，E-3，G-1；由第3步可以得到推荐的设置结果为：C-2。通过计算可以得到如下结果：S/N=28.711，Mean=0.441 667，此结果的均值响应偏离较大，考虑到E因素所选水平的均值偏离较大，故将E由水平3调整为水平1，得到新的结果为：S/N=24.984，Mean=0.407 5，新的设置改善较为明显，通过这样的分析，就可以最终将可控因子的水平组合确定下来，即：

A-1，B-2，C-2，D-1，E-1，F-2，G-1，H-2

该案例利用稳健设计方法进行试验，然后重新输入经过改善后的结果进行验证试验，从而有效地改善该制造企业目前的生产过程，提高了汽车面板的质量，使面板的收缩率控制在合理范围内，提高了企业的生产能力。

4　结语

本文从介绍稳健设计的理论和方法入手，以某企业为例说明了稳健设计在企业中的控制流程并做出了改善，基于ISIGHT平台进行验证试验证明了稳健设计的改善效果。稳健设计方法是一种在产品设计阶段调节可控因素来提高产品质量的方法［5］，本文研究的是通过单一目标的设计方法和静态特性的稳健设计来提高产品质量，然而多目标和动态特性的研究显得更为复杂，可以在下一步更深层次地研究。

［1］赖宇阳.ISIGHT参数优化理论与实例详解［M］.北京:北京航空航天出版社，2012.

［2］芦新春，孔慧敏.基于ISIGH的螺旋输送机6σ质量优化设计［J］.中国农机化学报，2015（1）:67-70.

［3］陈建江，钟毅芳，肖人彬.基于正交试验的稳健优化设计方法及其工程应用［J］.中国机械工程，2004（4）:283-286.

［4］孙靖民.机械优化设计［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［5］陈立周.稳健设计［M］.北京:机械工业出版社，2000.

（编辑：贾娟）

Robust Design Optim ization of Injection Molding Process of Qutomobiles Panel Based on ISIGHT Platform

Wei Xiaoxiao
（School of Econom ics and Management，Xi'an University of Posts and Telecommunications，Xi'an Shaanxi710121）

On the basis of the ISIGHT integrated software platform，this paper analyzes the controllable factors input effects on the quality of the products output characteristics.With an automobile enterprise products as an example，this paper adjusts the design of controllable input factors，and makes the product quality characteristics output close to goal setting，and so the quality of the products reach robust design requirements.

the quality of the product；robustdesign；controllable factor

U463

A

2095-0748（2016）11-0016-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.11.07

2016-04-29

西安市科学技术计划项目（编号：CX1255（2）），西安邮电大学青年基金项目（编号：104-0484），论文获得西安邮电大学西邮新星团队资助（SupportedbyNew StarTeamof Xi'an University of Posts&Telecommunications）

魏笑笑（1979-），女，湖南益阳人，副教授，博士研究生，主要研究方向为信息资源管理、信息系统。