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作者:吳尚杰(2001-08-22);推薦:徐業良(2001-08-27)

鋁合金輪圈開發流程簡介與展望

1. 前言

隨著科技的進步,現今之各項產品,無不以輕、薄、短、小為發展趨勢。汽車業界之開發亦然,其各項零件都在尋求各種可替代之材質,如鋁合金引擎的誕生、車內配件的塑膠化等,無不在強度可達到需求的條件下,改採他種材料替代,達成輕量化及降低成本的目的。鋁合金輪圈便因為具有重量輕、散熱效率佳、真圓度佳、及外觀多變、選擇性多等有利條件下誕生。

元富鋁業為一專業鋁合金輪圈製造公司,並於民國八十七年通過QS-9000ISO-9001認證,其鋁合金輪圈開發流程便架構於QS-9000之規範下,共分為設計輸入(Design Input)、設計輸出(Design Output)、設計審查(Design Review)、設計驗證(Design Verification)及設計確認(Design Validation)等五大階段,各階段中又細分輸入及輸出文件,藉以保存各項開發文件作為類似產品之開發依據。

元富鋁業於民國八十七年起,即委由元智大學進行輪圈最佳化結構分析,近年來已獲得相當成功的結果,元富公司更已將該結構分析正式導入產品開發程序中,以下內容除了簡介各開發階段之流程外,並將以實際案例介紹在CAE導入後所帶給元富公司的效益及未來發展方向。

2. 元富現行開發流程

2.1 設計輸入(Design Input)階段流程

1是設計輸入階段流程圖。首先由業務單位針對客戶或市場需求訂定行銷策略,進行市場調查,以作為設計開發之參考,並與客戶達成開發協議簽訂合約,填具產品開發需求表。研發單位針對由業務單位提供之客戶需求或訪談紀錄等,設計產品尺寸(如圖2)及外觀圖(如圖3)供客戶選擇。待客戶確定開發時,即由研發單位召開APQPAdvanced Product Quality Plan)協調會。APQP協調會之主要內容為進行可行性評估、制訂品質規劃時程表、研討相關重保及管制條件之訂定等。

1. 設計輸入階段流程圖

2. 產品尺寸設計圖

3. 產品外觀圖

2.2 設計輸出(Design Output)階段流程

4是設計輸出階段流程圖。產品開發案經由APQP協調會後,由業務單位將會議決議內容及研發單位繪製之確認圖交由客戶作細部確認,必要時需製作實體模型。待客戶完全並簽名確認後,立即進行開發展開階段。如圖4所示,此階段之主要工作為制定零配件進度管制計劃表、夾治量檢具進度管制計劃表、工、模具進度管制計劃表及材質性能測試進度管制計劃表。同時此階段中並需制定生產線佈置圖、製造流程圖、設計失效模式與效應分析(DFMEA)表與原型QC工程表等。最後所有參與開發製程研討人員共同簽署可行性承諾表,確保其開發可行性。

4. 設計輸出階段流程圖

2.3 設計審查(Design Review)階段流程

設計審查之目的在於檢視該開發件是否依循既定之管制計劃進行。該階段由專案開發人員依品質規劃時程表中所列各時程逐一確認,若進行順利,則於表上簽名確認。若有時程延誤,則需立即召開對策會議,修定時程表並與客戶達成修訂協議。

2.4 設計驗證(Design Verification)階段流程

5是設計驗證階段流程圖。研發單位於接到可行性承諾表後即進行原型樣品試作,該階段可細分為鑄造、加工及測試三大製程項目。

試鑄造時需詳細紀錄試作條件,並作材質成份分析及鑄件尺寸量測檢查。試加工時需進行詳細的尺寸量測並記錄之,並填具測試聯絡單將尺寸檢驗合格之試作品交由品保單位進行性能測試。品保單位依據測試聯絡單所列項目執行並出具測試結果報告(如圖6)。若測試結果不合格時,由研發單位依據測試結果開會研討修改對策並記錄於改善聯絡單中(如圖7),必要時需出具修改圖(如圖8)供客戶簽名確認,並進行再次試作及測試,直到所有測試項目皆通過為止。若測試結果合格時,由研發單位彙整各項試作資料,並制定PFMEA、量試QC工程表、SOP、製造流程圖、生產線佈置計劃、包裝規格、開發檢討及調撥點檢表、模具履歷卡、產品資料表、製程標準表、成型作業條件參考表等文件交由生產單位進行小批量試(300pcs)

生產單位依據研發單位所提供之製程標準及作業參數進行量試。並依據量試狀況作成量測系統分析(Measurement System Analysis)、量試∕首批量產狀況確認表、尺寸檢查報告、統計製程管制(Statistical Process Control)、性能測試報告、PFMEA(量產)、量產QC工程表∕SOP、產品品質規劃簽署報告書、包裝規格評價表等資料。量試階段中若產生任何問題足以影響產品品質時,由研發單位開會研討改善對策解決。

量試階段完成後,研發單位負責收集客戶所需之PPAP(Production Parts Approval Process)文件,交由客戶作量產簽名確認後,即進入量產階段。

5. 設計驗證階段流程圖

6. 產品測試結果報告

7. 改善聯絡單

8. 修改簡圖

2.5 設計確認(Design Validation) 階段流程

該階段之目的在於以未參與開發程序者之觀點,確認該產品是否完全符合客戶之開發需求,因此由業務單位負責不定期召開新產品發表會,邀集通路商及各單位代表進行確認,並依據會議內容作成紀錄。

3. 現行加入CAE後之開發流程

9為元富公司將CAE加入開發程序後之流程圖,在繪製試作確認圖之後,必須要經由CAE預測測試結果,方能送審。以下以元富公司已開發之15吋產品為例,介紹CAE在開發階段所扮演的角色及所帶給元富之助益。本開發件共歷經5次試作及實際測試,測試結果如圖10,其中第一至第四次測試的修改方案,皆是憑藉工程師的經驗來擬定修改對策,但可由結果發現,測試狀況並未因此而獲得改善,反而可能因為方向錯誤而使得NG狀況更加嚴重。



 

1

2

3

4

5

測試日期

89/09/05

89/10/16

89/10/16

89/11/04

89/11/28

測試轉數(萬)

3.57

6.06

4.67

7.78

10

測試結果

NG(圖11

NG(圖12

NG(圖13

NG

OK(圖16

NG部位說明

正面裂至窗口共10

正面裂至窗口共14

正面裂至窗口共17

正面裂至窗口共12

 

改善狀況

設變背面肋骨加工車薄3mm,窗口外放5mm

設變背面肋骨加工車薄

設變逃料孔及安裝面

有限元素分析(圖14)建議修改(圖15

 

9. 加入CAE後之開發流程圖

10. 元富公司15吋產品測試結果表

11. 第一次測試NG結果報告

12. 第二次測試NG結果報告

13. 第三次測試NG結果報告

14. CAE分析結果報告

15. CAE分析建議修改方案

16. 第五次測試OK結果報告

4. 結論

由以上的真實案例,可以發現CAE的確帶給元富相當大的助益,在未經CAE預測前,共經過四次測試失敗的經驗,歷時近二個月,且該四次修改方案皆是由工程師憑藉經驗所共同研討的結果。由數據顯示,第一次至第二次修改時不僅方向錯誤造成裂痕數增加且重量增加,模具更因已設變而無法改回原狀,因此若僅憑工程師的經驗,往往容易因誤判而無法對症下藥,造成一次又一次的試作及成本的浪費,同時,在講求速度的開發市場上,早已失去競爭優勢。在第四次測試失敗後,藉由CAE的輔助找到最佳解決方法,不僅節省了大量的試作成本,更縮短了產品的開發期,增加產品的競爭力。

在實際的模擬過程中發現,當第一次模擬結果NG時,工程師會針對模擬結果修改模型後再進行第二、第三次分析,因此,並非一次即可尋得最佳解決方案,往往需要模擬三至五次方能尋得最佳修改對策,因此每一次模擬的修改方案將是最重要且最值得收集的經驗及資料。而今後元富公司的做法將留下每一次模擬的相關方案,以作為日後修改的智庫。同時依據實際成品的測試報告,作為資料修正的依據,期望能在未來產品開發過程中發揮最大的效益。