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复材胶接件无损检测抽样检验技术应用可行性研究

作者:张翠玉 杨小民 张利珠 发布日期:2019/01/09

摘要: 本文基于近年来机加零件抽样检验技术研究和应用后取得的效果,尝试在复材金属胶接件FPQ获得顾客鉴定后推广应用抽样检验技术,旨在降低大型检测设备无损检测的检测成本。本文通过顾客技术规范和抽样检验技术应用条件的科学分析和评估,初步策划了复材胶接件抽样检验方案,为进一步应用复材胶接件抽样检验技术提出建议。

关键词: 抽样检验;检验可靠性IRR;FPQ ;AOQL

 

1   抽样检验技术应用的背景

随着全球经济一体化时代的到来,相同质量和进度要求下制造业的承耐力水平是顾客考量组织运营能力的关键指标之一,特别是微利时代,成本管理和控制水平显得尤为重要。目前,在国外转包项目速率提升的同时,顾客对供方降成本方面的要求也日益迫切。如何在保证产品质量和进度的前提下,采用基于风险的思维,创新管理模式,挖掘管理潜能,提升管理效益,增强顾客满意度,降低质量成本,是国外转包项目质量管理过程中持续改进必须思考的议题之一。进入2018年以来,公司为了解放生产力,降低运营成本,大力倡导创新文化,培育创新项目。作为一个质量管理者,为了响应公司号召,对岗位业务运行过程中存在的瓶颈问题,通过研究从而缓解或解决问题,责无旁贷。

近年来,笔者基于对顾客规范以及国际宇航系列抽样检验技术系列标准的研究,结合公司现有项目的质量运行实际,已尝试在某成熟项目机加零件CMM测量工序上应用了抽样检验技术方法,零件测量数量减少到原来的十分之一,缓解了检测压力,取得了一定的经济效益。实践经验表明,只要严格掌控抽样检验技术应用的过程条件,合理规避风险,可以保证交付顾客的数以万计的零件质量持续稳定,无质量逃逸现象发生。据统计,已经实施的抽样检验项目每年可为公司节约检测费用约千万元人民币。

今年,波音737某项目生产批量逐月处于爬坡阶段,生产批量稳中有升,预计年内要从现在的8架份增加到月产20架的水平。随着月产量的增加,需无损检测的复材胶接件零件数量凸增,导致检测人员和设备等资源紧张。公司目前无损检测设备是独子设备,设备基本上24小时或节假日持续运行,未来的技术改造尚需要周期。面对目前的检测任务和压力,要快速保质地完成检测任务,为项目交付提供支持,复材胶接件无损检测抽样检验技术应用研究被提上议事日程。本文重点讨论复材胶接件无损检测抽样检验技术应用的可行性。

2 复材胶接件抽样检验技术应用的基本条件评估

要想在复材胶接件上应用抽样检验技术方法,必须严格按照程序进行评估,包括技术规范要求、零件质量稳定性情况、产量和投产模式等,包括顾客对抽样检验应用的管理态度等,从而确定是否可以进行抽样检验。具体评估如下。

2.1 技术和管理依据

为了在复材胶接件无损检测工序实施抽样检验技术,笔者研究了顾客复材胶接件制造规范BAC5514中的质量控制条款,从而确定顾客规范是否允许抽样检验。对于复材胶接件的无损检测,规范给予了明确的降低样本量要求。规范指出,FPQ鉴定获得顾客批准后,供方可以按照BSS7286规范实施抽样检验技术。规范要求,抽样检验应用前,编制的抽样检验技术程序需提交顾客审批。

 复材胶接件无损检测抽样检验技术应用依据的获取,掌握了抽样检验技术应用的技术和管理的理论依据,迈出了复材件抽样检验技术应用的第一步。而复材胶接件无损检测能否进行抽样检验,按照现行的D1-8007文件,则取决于复材胶接件批生产实物质量的稳定性程度,因此,批生产实物质量的稳定性程度调查是下一个需要评估的内容,至关重要。

2.2 FPQ鉴定为复材胶接件无损检测抽样检验技术应用打下了基础。

众所周知,产品质量是设计和制造出来的,合格的产品必须经过科学的结构和工艺设计,规范的操作,严格控制过程参数,才可能输出合格的产品。为了验证过程的正确性与否,通过科学检测,对比,判断,从而获得可靠的检测结果,复材胶接件制造也不例外。

FPQFirst Process Qualification)是项目研制期间,对首次加工的复材件结构参数、制造规范和检测方法等要素进行验证的一个标志性工艺鉴定。对于复材胶接件制造过程,FPQ鉴定批准先行一步。只有严格按照规范要求控制人员的技能和资格,按照寿命要求控制原材料的有效性,设置规范要求控制的加工环境,包括鉴定合格的设备、固化温度、压力等参数,才可能生产出合格的产品,顺利通过顾客的FPQ鉴定。

经查实,文中讨论的项目工艺在1997年已经获得FPQ鉴定批准,FPQ鉴定为复材胶接件无损检测抽样检验技术应用打下了基础。

2.3 批生产实物质量的稳定性调查

复材胶接件无损检测质量稳定性调查是实施抽样检验技术前必须完成的重要工作之一。只有过程连续输出质量合格的零件,才可能随机抽取一个能够代表批质量水平的样本。

  本文讨论的复材胶接件制造过程主要包括,蜂窝芯清洗、干燥、表处、喷底胶、工装表面清理、胶膜制备和铺贴、制袋和气密检查、启模和检查表面,最后一道工序是超声波无损检测 。调查后得知,项目涉及拟定抽样检验的有8个图号,零件结构形状相似,加工方法和参数一样,属于同族类组件,FPQ获批后,工艺参数也已经固化到制造指令当中。

从生产现场了解到,实施复材胶接制造工序的操作人员都是经过培训的上岗资质的员工,操作技能娴熟,队伍稳定,完全可以按照指令和规范进行操作,制造的零件质量满足规范和图纸要求,质量持续稳定。用于固化复材胶接件的工装已经按照顾客文件进行鉴定,鉴定后纳入顾客文件保存记录。粘接金属板干净,质量合格;蜂窝芯材料满足图纸要求;所需要的胶膜材料储存温度在受控范围内,处于寿命期状态。胶接现场环境封闭,空气经过过滤,清洁度满足要求,空气压差正常,胶接时使用的空气质量满足要求。检测设备在效验期内,检测人员具备检测资格,可以熟练操作检测设备,检测结果真实可靠。综合以上对影响复材胶接件各项制造因素的跟踪评估,可以看出复材胶接件制造过程已经固化,影响制造的5M1E因素基本稳定,工序波动小,输出的产品质量稳定可靠,处于受控状态。

按照BAC5514中复材胶接件的质量控制要求,应对制造过程和完工产品涉及的原材料的有效期、工艺参数、底胶厚度、胶梗和分层等特性进行检查和控制,并形成记录。复材胶接件内部的空腔、分层和气泡需要采用超声设备进行无损检测,并形成检测记录。

2年来,经过对同结构同工艺复材族类零件无损检测结果进行跟踪调查,发现复材胶接件输出质量累计一次提交合格,无内部缺陷,质量持续稳定。这种质量状况符合顾客规范中抽样检验技术应用的基本条件。如何选取方案,实施抽样检验技术,还需要求进一步讨论。

2.3复材胶接件无损检测抽样检验技术应用方案设计

2.3.1 检验可靠性IRR调查

    为了获得复材胶接件无损检测抽样检验技术方案,笔者研究了顾客指定的统计过程控制规范。规范对实施抽样检验的零件、特性和过程检验可靠性要求分门别类,下表是各种零件、工序或特性进入抽样检验前,初始检验可靠性的参考水平。

检验可靠性最小值表

零件,工序或特性

重要

一般

机加件(一般特性)

97

92

钣金制造

92

90

标准件接收检验

97

97

无损检验(当允许时)

99

99

喷漆、阿洛丁、电镀、阳极化

92

90

紧固件孔

98

92

复材件(当允许时)检查

98

95

电器绕接

98

98

印刷电路板

97

97

印刷电路板组件的清洁度试验

98

98

电缆型模

98

98

印刷电路板组件的符合性

99

99

连接器组件

99

99

  从上面列表可以看出,顾客允许无损检测在条件成熟时,运用适当的抽样检验技术方法,检验可靠性值选取99%。那么,如何选取抽样检验方案,下文需要继续讨论。

2.3.2 复材胶接件无损检测工程特性水平分析

按照规范来说,工程特性可分为三个水平,包括关键(Critical),重要(Major)和一般(Minor)三个水平。C扫描主要解决的问题是对胶接组件内部的空腔、分层和气泡等内部缺陷的检测,图纸或规范对此特性没有标注类别,因此按照一般(Minor)水平进行处理。

2.3.3复材胶接件无损检测累计一次提交合格率与检验可靠性值IRR

检验可靠性值IRR是指工程特性进行抽样前一次提交合格率可以达到的水平。因此,进入抽样检验前,必须对工程特性输出产品的一次提交合格率进行统计,并对比其符合性程度。

 据统计,累计测量的N项复材胶接件进行了连续M架的扫描检测,扫描结果表明M件复材胶接件内部胶接质量合格,一次提交合格率FYP持续达到100%。按照上面2.2条款的列表,满足复材无损检验99%的检验可靠性要求,具备抽样检验技术应用的基本条件。抽样检验技术应用方案除考虑IRR之外,批量的大小和投产模式也是选择抽样检验方案的指标之一。     

2.3.4  复材胶接件投产批量和模式

基于前期持续稳定的复材件输出和交付,顾客对复材件产品质量持有足够的信心,因此项目产量目前连续爬坡阶段,最终可能达到月产均衡22架的水平。投产模式属于按月均衡进行,生产过程5M1 E相对稳定。拟定抽样检验的N项复材胶接组件也不例外,处于同样生产模式。这种投产批量和模式符合波音规范连续抽样检验模式,可按照族类零件累计数量,自行设计一个抽样检验方案。

2.3.5  比对技术规范,初步确定抽样检验方案。

基于以上的系列分析,笔者查阅了BSS7286《指定工程特性的统计过程控制》标准, 选择利用IRR和AOQL水平,结合批生产胶接件一次提交合格率、投产模式和班次数量,参考有限制运行的连续抽样检验模式和列表,初步选取IRR=99%,AOQL=0.074%,族类合格零件累计值可选用i=343,从而确定检验频率f 。也可以选取无限制运行的方案。

除此之外,按照连续抽样检验要求,必须针对产品运行过程中的质量波动情况,设置合适的转移规则,规则需对不合格样本进行处理,对同批产品追回进行100%检测,只有设置转移规则,才可以保护顾客利益,有效防止供方质量逃逸风险。

2.3.6  编制抽样检验程序文件,提交顾客批准

方案确定后,需要编制抽样检验程序文件。程序文件必须对涉及抽样检验的胶接件质量特性水平、所使用设备的有效性和精度、测量人员的资格、样本选取的方法以及样本不合格后的处理,包括质量记录的保存以及可追溯性等内容,进行详细规定,确保操作者理解抽样检验方法和抽样检验实施的风险。抽样检验程序编制完成后,须提交顾客批准后投入使用。

    为了确保样本能够代表批的水平,预防抽样检验过程中的质量逃逸风险,抽样检验程序投入使用后,必须加强抽样检过程的现场指导和监控,从而保证抽样检验的实施效果。

3. 结论和预期效果

 通过以上基于风险的思维,对复材胶接件无损检测抽样检验技术应用的理论依据和应用条件的讨论,可以初步得出的结论是,在持续稳定的生产条件下,复材胶接件无损检测工序可以应用抽样检验技术减少检测频率。年初,笔者与波音顾客代表沟通了关于拟定在复材胶接件无损检测工序实施抽样检验方法事宜,波音代表同意公司在此工序开展抽样检验技术应用,关于抽样检验方案,基本达成一致意见。

 据了解,目前大型超声检测设备测量成本颇高,无损检测复材胶接件的市场参考价格为单位平方米4500元,价格昂贵。如果在项目上能够按照抽样检验模式开始检测,就可以减少检测数量,如果采用1/2抽样检验频率,设备检测成本至少可以下降50%。具体节约费用按照实际情况测算。

由此可见,基于规范的工艺过程,在成熟稳定的批生产复材胶接件无损检测工序上,尝试应用抽样检验技术,可实现提高设备利用率,节约设备资源,缓解检测压力,化解检测数量巨大与交付急需的突出矛盾,降低复材胶接件检测成本,提高劳动生产率,提升质量管理水平的最初目标,同时为增强企业承耐力和市场竞争力也具有积极的意义。

随着航空业的飞速发展,复合材料在飞机制造的应用更为广泛,复材胶接件无损检测抽样检验技术的应用和推广值得期待。

笔者孤陋寡闻,才学疏浅,加上对统计技术知识理解的局限性,文中不当之处在所难免,敬请各位尊敬的读者理解并予以批评指正,作者在此深表感谢!

参考文献

[1]  D1-8007 《供应商统计抽样批准指南》,H版,第6页。

[2]  BSS7286 《特定工程特性的统计工艺控制》,B版,第28页,38页。

[3]  BAC5514 《结构胶粘剂的通用胶接要求》,AP版,30页。


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