机车车钩支架的六西格玛设计项目分析与设计优化阶段内容

摘要:在机车车钩支架的设计中，使用了六西格玛设计概念、工具和方法。借助这种系统化的方法，研究车钩支架的尺寸、结构、材料等控制因素与安装、使用环境等噪声因素之间的关系，通过优化控制因素来提高设计的稳健性，实现产品的可靠性。上周的六西格玛设计机车车钩支架项目介绍。本周分享六西格玛设计机车车钩支架项目分析阶段和设计优化阶段的内容。

六西格玛设计机车车钩支架项目阶段内容

在项目设计中，六西格玛设计应用的工具和方法主要包括:

(1)定义阶段的质量功能开发；

②测量阶段质量关键点的细分；

③分析阶段的皮尤矩阵、记分卡、设计失效模式和效果分析；

④设计和优化阶段的实验设计分析(Mini.ab)和水晶球；

⑤验证阶段记分卡(更新)、设计失效模式及效应分析(更新)、设计余量计算器等。

1./机车车钩支架kloc-1/工程质量要点

使用质量功能的QDF工具分析和确定项目的质量关键点，如表1所示。根据该表分析，静载荷应力和焊接应力是设计重点。

根据企业标准和EN12663-1 (2010)，质量关键点定义如下:

①车钩支架母材的静载应力应小于461.95 MPa

②车钩支架焊缝的疲劳应力应小于91。02兆帕；

③设计目标为六西格玛过程能力指数Zst>6。

2.六西格玛设计机车车钩支架关键点细分测量系统

(1)通过细分质量关键点，将影响因素细分为支架的厚度、宽度、长度(不变)、材料强度(不变)、焊缝高度和焊缝长度，如表2所示。

(2)利用有限元分析软件，模拟车钩支架的受力情况。为了确保模拟的准确性，在本项目中使用4节点壳单元进行建模，如图2所示。

3.六西格玛设计机车车钩支架项目分析阶段

3-1概念设计和选择

在满足使用功能的前提下，我们构建了四个概念设计，如图3所示。通过Pew矩阵(表3)，选择方案D为最佳设计方案。

3-2 六西格玛记分卡

根据设定的质量关键点，初步建立六西格玛设计计分卡，如表4所示。

3-3项目产品系统参数图

根据车钩支架的作用和控制因子与噪声因子的关系，建立系统参数图，如图4所示。

3-4故障模式和影响分析

表5列出了故障模式和影响分析，最高RPN是故障模式1和模式2。因此，在耦合器材料选定之后，其几何尺寸和焊接尺寸被定义为主要控制因素。

4 六西格玛设计机车车钩支架项目设计和优化阶段

4-1设计参数模型

车钩支架的设计参数模型如图7所示。t、H和L分别是支架厚度、高度和宽度。焊缝高度为Z，长度等于支撑高度为h .参数，l为常数，Z=0。75 x T(双面焊接)。

4-2实验设计和优化

根据前面的分析，确定支架静载强度和焊缝疲劳强度的两个主要影响因素为T(或Z)和h。

(1)对于质量关键点1，满足静载荷下的应力值。

①根据控制因素的厚度和高度，分别选取4个水平和s个水平，用有限元软件进行应力分析，结果列于表6。②通过回归分析，得出应力值与控制因子的函数关系:S1=121 O11-'73 294XT-3 552RXH。

③描述性统计Minitab软件分析，计算出的p为0。423>0.O5(原始假设概率值)。在95%剩余置信度的条件下，函数呈正态分布，从而证实了函数关系的有效性，如图6所示。

④根据应力低、重量轻、成本低原则，选择一组厚度T=8 mm、高度H = 264 mtn、静载应力396。5兆帕(< 461。95兆帕)。此时，根据公司内部设计标准，T和H的标准差为0。013和0。033，而水晶球软件计算的平均应力和标准差为420。4兆帕(60 979。13磅/平方英寸)和6。627兆帕(961。21磅/平方英寸)。

(2)对于质量关键点2，焊缝处的载荷满足应力值。

①根据控制因素的厚度和高度，分别选取三个水平和五个水平，用有限元软件进行应力分析，结果见表7。

②通过回归分析，得出压力与控制因素的函数关系:S2 = 41 382-18 763 x Z-3 556xh+108x h

Minitab软件描述性统计分析显示，计算的p为0。516>0.05(原来假设的概率值)。在95%剩余置信度的条件下，函数呈正态分布，从而证实了函数关系的有效性，如图7所示。

④根据低应力、轻量化、低成本的原则原则并考虑设计余量，选取一组厚度Z = 6 mm、高度H=264mm，焊缝最大疲劳应力为88 MPa (< 91。2 MPa)。此时，根据公司内部设计标准，z和n的标准差为0。013和0。033，而水晶球软件计算的平均应力和标准差为80。369兆帕(11 656。58磅/平方英寸)和1.575兆帕(254.84磅/平方英寸)。

好了，机车车钩支架的六西格玛设计项目分析阶段和设计优化阶段就分享到这里，机车车钩支架的六西格玛设计项目验证阶段下周四分享。

天行健咨询10多年来专注提供精益生产管理、精益设计、六西格玛、精益六西格玛、六西格玛设计（DFSS）、TRIZ研发管理等公开课培训、企业内训、项目辅导咨询服务！

企业内训：人数控制在30人以内，讲授、问答、案例研讨、讨论、游戏结合项目运作，财务收益承诺；

企业咨询：项目辅导+理论培训；具体详情可致电咨询！

公开课每月固定开课，开课城市：北京、深圳、上海，具体开课时间请致电咨询！