P圖在汽車工程中的應(yīng)用

1、P圖在汽車工程中的應(yīng)用應(yīng)用準(zhǔn)則，方針和最佳實(shí)踐作者：RalfFritzsche翻譯:孫文祎注1:從該鏈接的ppt42頁(yè)起，有一個(gè)從功能餌邊界圖-p圖-FMEA的完整設(shè)計(jì)流程，我覺(jué)得比這篇翻譯的文章要好理解一些。P圖能方便于設(shè)計(jì)FMEA，兩者的作用是一致的，我理解是P圖是比FMEA更具體，更便于設(shè)計(jì)。以后在做PFMEA的過(guò)程中，可以考慮走功能圖-邊界圖-p圖-FMEA的流程。可靠性分析技術(shù)（FMEA）.pptx在汽車行業(yè)中P圖用于描述工程系統(tǒng)或進(jìn)程。應(yīng)用工程師需要確定能使系統(tǒng)獲得期望輸出的物理輸入，以及由于能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的、客戶認(rèn)定的不期望的輸出。此外，應(yīng)該辨認(rèn)那些可能會(huì)干擾或削弱期望輸出或可用來(lái)

2、改善輸出的參數(shù)。從理論上講，這似乎很容易做到，但實(shí)際應(yīng)用中常常被誤解，因?yàn)橛袀€(gè)體解釋的余地。該福特文章試圖通過(guò)提供定義來(lái)明確區(qū)分。1引言P圖應(yīng)被更廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的健壯性和可靠性領(lǐng)域。所以首先介紹一下這些術(shù)語(yǔ)。在質(zhì)量方面的健壯性是指某產(chǎn)品或工藝的功能不會(huì)受到參數(shù)變化的影響。工程上的挑戰(zhàn)是如何使得系統(tǒng)在有噪音影響的情況下其理想功能變化不大。更高的目標(biāo)是使系統(tǒng)在名義目標(biāo)附近執(zhí)行理想功能，同時(shí)副作用最小。從而最大限度地減少對(duì)理想的功能（提高健壯性）變化的收益必須兼顧成本。健壯性可以被描述為系統(tǒng)所執(zhí)行的功能與對(duì)它的需求功能之間的距離。能力與需求之間的這種分離是健壯性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，也可以描述為與故障模式的距

3、離。健壯性并不一定意味著設(shè)計(jì)是昂貴的、過(guò)重或過(guò)設(shè)計(jì)的。當(dāng)系統(tǒng)有一個(gè)大的響應(yīng)差異，即系統(tǒng)對(duì)于某種差異源（噪聲）的影響十分敏感時(shí)，該系統(tǒng)也稱為非穩(wěn)健的。信噪比（田口使用的SAN比例）是一種已知的對(duì)健壯性的衡量，它用來(lái)定義設(shè)計(jì)的最優(yōu)參數(shù)設(shè)定?？煽啃钥梢员欢x為一個(gè)系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間，里程數(shù)或周期內(nèi)，在噪聲存在的情況下完成預(yù)定功能的概率。它還要考慮客戶期望系統(tǒng)達(dá)到或超過(guò)預(yù)期的功能，并且在系統(tǒng)或車輛指定的壽命內(nèi)能夠滿足規(guī)定的功能，如對(duì)于主系統(tǒng)的變速箱或發(fā)動(dòng)機(jī)要求的十年或150,000英里。對(duì)于像剎車片、雨刷、火花塞或輪胎等易磨損部件應(yīng)用更短的時(shí)間或里程。至關(guān)重要的是，此系統(tǒng)與客戶相關(guān)的使用情況必須是已知的

4、，并要融合到設(shè)計(jì)之中?？煽啃院饬恐等缦拢?制造過(guò)程的MTBF-機(jī)器的MTTF-每千輛汽車的修理數(shù)量-一個(gè)滾子軸承的B10壽命。2產(chǎn)品描述在創(chuàng)建P圖（圖1）之前，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該首先用邊界圖（圖2）描述系統(tǒng)。這對(duì)于描述哪些部件屬于IdealRespons(3)理想響應(yīng)個(gè)唸異#1:：?:?：-：:I隨時(shí)間變化#2-*.=-.八-外#4該系統(tǒng)和它們之間的連接關(guān)系、甚至是各部件在系統(tǒng)邊界外它們與系統(tǒng)之間的相互作用不可缺少的。通過(guò)定義系統(tǒng)邊界，工程的范圍和責(zé)任會(huì)被明確劃分。顧客使用#3Fiyire1：SirucwreofaperBmeterdiagram因此，P圖應(yīng)該由設(shè)計(jì)者、客戶發(fā)布工程師和供應(yīng)商發(fā)布工程師組

5、成的團(tuán)隊(duì)來(lái)共同構(gòu)建。他們系統(tǒng)間柞用機(jī)杯矗”=.-._c.u.u._._nIL11E,IILI卜.UlU.J-.1J1-1.1.1.TjJl.IIJrI隔邂江巴J旳;&弓良空口)朋三刁建:FigureT:StructureofapBrsmstr-diagraniInherentLosse(s):；：；:.：；：；：_；：_；：；：:Undered3idsEffect（時(shí)ProductIProcess遐診:城謎瀝J：養(yǎng)固有損耗-1,.J.副作用jJ4=、*.yJ.W.L*.UJ-J.r-n.24控制因子輸入信號(hào)產(chǎn)品甩程Aia1IIfXi-Ji:品窩:：4妙；：I氛:恣來(lái)甫、Z24.%WJ.-.y.

6、fControlFactoryInputSignalfs）：竊密；:誇g；g：.：hlaiu茫込漆翩迂藤蕊養(yǎng)農(nóng)蕊莎宓薦隠ILV1|QLj-1LJ41cQ，mri、=2w、7*2=m、w、2;z=w、*2z.w.l+*.R.、2、t&cFraHtBrake0禪事FrufitHubFrntPriIwCrfipcrHfisritioratFronlCrassMsmbw雜bi-日ra譎就FrotiiKsnucWeFrontOushlriSlid；B-DundryW4Boundary3|BwPiini1.,JAW._JAa.W-P-IJBoundary2J-J:：”謬FzdntLower每Qcntrol

7、ArmLcwbtSallNutFronting!：；:址Boundary1:i員、質(zhì)量人員、制造和測(cè)試人員的支持團(tuán)體，可在有請(qǐng)求時(shí)幫助團(tuán)隊(duì)15Boundary防熱赳動(dòng)盤(pán)-前制動(dòng)片IA；：*=；FrcrilPasiliw卻PnoriACpmsMemtMirFigure2：Baundary-diagramrivrTrivrT前-前制動(dòng)-前轉(zhuǎn)向p!.比1口砂1遷母前下控制Figure2;Baundary-diagram2.1輸入信號(hào)輸入可能來(lái)自多個(gè)方面，例如客戶沖動(dòng)、周圍的系統(tǒng)或環(huán)境等，它們可能直接導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)。這些輸入應(yīng)該由測(cè)量范圍和尺度（變化數(shù)據(jù)）來(lái)指定，描述完成系統(tǒng)功能所需的能量來(lái)源。如果想

8、實(shí)現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)移功能，這些信號(hào)是輸入變量X），應(yīng)該轉(zhuǎn)化為理想的響啦Y）,見(jiàn)圖3。輸入信號(hào)不應(yīng)該是描述性的屬性數(shù)據(jù)，如“好或壞”、“通過(guò)或失效”，或二進(jìn)制數(shù)據(jù)（0或1），因?yàn)榕c功能描述相關(guān)的變化的能量不可能是這些值。下面是一些輸入信號(hào)的特征舉例：變速桿行程（mm）速度（m/s）加速度（in/s2）手動(dòng)或踩踏力（N）輸入的扭矩（Nm）電壓（V）工作角度（）輸入功率（kW）流體壓力（N/mm2）轉(zhuǎn)速（rpm）動(dòng)能（J）溫度（C）2.2理想響應(yīng)理想響應(yīng)可描述為各種輸入信號(hào)在能量轉(zhuǎn)移下，系統(tǒng)主要的滿足設(shè)計(jì)意圖的功能輸出。它可以描述為轉(zhuǎn)移功能函數(shù)的有用的功能結(jié)果。另外，它也可以是一個(gè)系統(tǒng)或質(zhì)量目標(biāo)。在現(xiàn)實(shí)世界

9、中，能量轉(zhuǎn)移和與之伴隨的響應(yīng)會(huì)或多或少地受干擾噪聲因素的影響。對(duì)每一個(gè)響應(yīng)應(yīng)該用一個(gè)帶國(guó)際單位的可測(cè)量的范圍表示。由于能量轉(zhuǎn)移，大部分單位會(huì)從原始的度量單位轉(zhuǎn)換（例如用N表示的輸入信號(hào)和用Nm描述的響應(yīng)信號(hào)）。一個(gè)理想的響應(yīng)應(yīng)該包含系統(tǒng)在傳遞它的理想響應(yīng)或任何屬性數(shù)據(jù)時(shí)不可避免的效率損失。下面是汽車行業(yè)一些理想響應(yīng)的舉例：開(kāi)合力（N）輸出扭矩（Nm）軸角離合器踏板行程（mm）加速或減速的加速度（m/s2）電壓（V）發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW）轉(zhuǎn)速（rpm）從最佳實(shí)踐角度，避免使用以下的表達(dá)來(lái)描述理想響應(yīng)：故障、不良率、無(wú)效屈服通過(guò)或失效可靠性2.3固有損失達(dá)芬奇是已知的首位表明沒(méi)有永動(dòng)機(jī)的科學(xué)家，自他去

10、世后沒(méi)有人可以否認(rèn)該點(diǎn)，見(jiàn)圖4。所以作為一個(gè)符合邏輯的結(jié)論，很明顯一個(gè)閉環(huán)的汽車系統(tǒng)必須伴隨效率和能量的損失。工程師的一個(gè)主要任務(wù)就是減少這種損失，但是，損失不能被完全避免。因此，在p圖中應(yīng)該考慮這些無(wú)用但正常的系統(tǒng)輸出，將它們作為能量轉(zhuǎn)移的固有損失。典型地例子是廢氣、摩擦、熱、振動(dòng)和排放。A)A)B輸入信號(hào)100殆.產(chǎn)品理想響應(yīng)訕開(kāi)能量B2.4不期望的副作用該類包含所有從工程觀點(diǎn)和客戶角度所不期望的系統(tǒng)輸出。客戶抱怨可能來(lái)自于人類感官的五個(gè)方面，包括觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、視覺(jué)和味覺(jué)。如果關(guān)于前四個(gè)方面的任何一個(gè)超出了客戶的接受極限（例如系統(tǒng)工作但操作很吃力），客戶就會(huì)抱怨。換句話說(shuō)，系統(tǒng)可能運(yùn)作

11、良好，但有一些副作用。例如空調(diào)可以給車輛內(nèi)部降溫，但會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味。導(dǎo)致這些副作用的潛在因素可能來(lái)自周遭的噪聲干擾，它會(huì)使系統(tǒng)薄弱。這些缺陷必須能檢測(cè)出或加以解決，或者至少通過(guò)對(duì)控制因素的最佳調(diào)整將其減少到一個(gè)較低水平。不期望的副作用應(yīng)該在相應(yīng)的潛在功能故障模式的D-FMEA-列中作為潛在影響列出。不期望的副作用不應(yīng)該與D-FMEA中確定的故障模式相混淆，因?yàn)樗械腇MEA故障模式都與功能描述相關(guān)，從而兩者有相同的物理單位，而副作用用不同的SI單位。典型的不期望的副作用如泄漏、過(guò)熱、空轉(zhuǎn)不平滑、不尋常的噪音、風(fēng)噪聲、吱嘎聲、難以操作、漏水、剎車噪音或難聞的氣味?？刂埔蛩卦谙到y(tǒng)邊界內(nèi)的可由責(zé)任

12、工程團(tuán)隊(duì)修改的設(shè)計(jì)參數(shù)可以作為控制因素。它們是設(shè)計(jì)項(xiàng)目，能直接影響系統(tǒng)輸出，能按等級(jí)劃分為離散的或連續(xù)的值W。這些因素可以被調(diào)整，使它對(duì)成本、資源和技術(shù)影響的最小化。這些因素是可調(diào)的，工程師可以利用它們來(lái)提高系統(tǒng)的健壯性。通常情況下，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生最優(yōu)的控制因素水平。控制因素也可以看作潛在的設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)檢查D-FMEA中的潛在原因。統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，過(guò)程結(jié)束測(cè)試和開(kāi)發(fā)階段的設(shè)計(jì)測(cè)試不應(yīng)該被視為控制因素。控制因素的典型例子有：-軸的直徑，單位mm表面涂層厚度，PM形狀和形狀公差彈性極限或屈服點(diǎn)螺紋幾何尺寸剛度N/mm密度kg/dm3；g/cm3鋼的硬度，HV,HR,液體的粘度，Ns/m2噪聲干擾因素

13、不可避免的接口、條件和使用都會(huì)擾動(dòng)或影響系統(tǒng)的理想功能，它們稱為噪聲干擾因素。噪聲干擾因素反映了在真實(shí)世界中產(chǎn)品的不理想的使用。在更高的層次上，它們被劃分為內(nèi)在的（能力、強(qiáng)度）和外部的（需求、應(yīng)力）噪聲干擾。內(nèi)部的噪聲干擾表現(xiàn)為生產(chǎn)上的個(gè)體不同和時(shí)間上的時(shí)時(shí)不同。外部噪聲干擾是客戶使用、外部環(huán)境或系統(tǒng)間的相互作用。責(zé)任工程師必須知悉這些相關(guān)的干擾因素因?yàn)樗鼈兛赡軐?duì)設(shè)計(jì)有很大的影響。通常因?yàn)樘嘿F、太復(fù)雜或其它不可能的情況，控制它們非常不容易。然而，它們是產(chǎn)生副作用的最主要的來(lái)源。對(duì)于一個(gè)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的高效的測(cè)試，噪聲干擾因素必須要加以評(píng)估，并優(yōu)先考慮，且指定使用范圍和物理場(chǎng)SI單位，這樣以來(lái)，可以

14、建立一個(gè)在此范圍內(nèi)的能反映的噪聲大小和系統(tǒng)的響應(yīng)的測(cè)試。個(gè)體差異個(gè)體差異是在批量生產(chǎn)中由干擾噪聲導(dǎo)致的不可避免的系統(tǒng)差異。很明顯，它不是工程圖或技術(shù)說(shuō)明中的公差變化。部件和制造過(guò)程的差異影響最終產(chǎn)品外場(chǎng)的性能。然而，設(shè)計(jì)工程師不能控制任何的產(chǎn)品差異。只有過(guò)程/制造工程師可以試圖通過(guò)優(yōu)化過(guò)程參數(shù)將過(guò)程差異減少到一個(gè)可接受的界限。要選擇進(jìn)行測(cè)試的合理零件，推薦在最好情況和最壞情況下（尾部測(cè)試）選擇明確的公差。值得一提的是個(gè)體差異不考慮在給定的工程說(shuō)明界限外的任何部件。即所謂的不適用部件。下面是個(gè)體差異的例子：產(chǎn)品使用的原材料的差異硬化過(guò)程中的差異過(guò)程參數(shù)的差異，如液壓機(jī)組件在電流、電壓或電阻上的差

15、異隨時(shí)間或英里數(shù)的變化隨時(shí)間或英里數(shù)的變化是設(shè)備組件或材料正常的退化，可以導(dǎo)致性能極限或最壞情況下系統(tǒng)功能的損失。該類噪聲干擾的例子如：腐蝕、疲勞、磨損、物理的退化，如有機(jī)/無(wú)機(jī)老化、隨著時(shí)間/里程/工作周期的推移材料雜質(zhì)的形成，如在發(fā)動(dòng)機(jī)油或在生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)品如洗滌槽、磷酸滴等、揮發(fā)性物質(zhì)隨著時(shí)間推移的損失，如汽車儀表板的增塑劑或低分子量聚合物組分，熵的無(wú)序影響，如音頻或錄音錄像磁帶磁性的損失，橡膠零件的膠老化或密封老化，聚合物由于紫外線輻射分解或橡膠鋼件粘接力的損失。客戶使用和占空比客戶使用和占空比考慮客戶在產(chǎn)品使用壽命期內(nèi)對(duì)產(chǎn)品所做的任何事情。它考慮對(duì)系統(tǒng)的任何可預(yù)見(jiàn)的誤用。但是，用戶

16、使用和占空比不考慮真正的濫用（例如：向發(fā)動(dòng)機(jī)加水而不是加油）。客戶的使用情況和占空比的實(shí)例如下：使用不同公司的燃料有不同的駕駛者駕駛不同發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑或冷卻劑-不遵守維修周期-高壓清洗清潔材料的使用不正確的胎壓-市場(chǎng)配件的使用情況-防滑鏈或輔助啟動(dòng)裝置的使用-汽車用拖車或鐵路運(yùn)輸-配件包（如自行車架，滑雪箱）的使用2.6.4環(huán)境環(huán)境預(yù)定義了所有可預(yù)見(jiàn)的系統(tǒng)必須考慮的工作和操作條件。外部環(huán)境的典型例子有：-水和雪-碎片，泥-鹽路-污垢和灰塵-在寒冷和炎熱的氣候下的環(huán)境溫度-石塊沖擊-海拔高度和坡度-空氣濕度-陽(yáng)光、臭氧、紫外線光-鳥(niǎo)糞-在擋風(fēng)玻璃或車頭大燈的昆蟲(chóng)-像松樹(shù)貂等動(dòng)物。2.6.5系統(tǒng)間相

17、互作用系統(tǒng)間的交互作用考慮汽車內(nèi)任何已知的系統(tǒng)與受其影響的周遭系統(tǒng)，如圖2。相互作用可以由直接接觸或連接產(chǎn)生，或由接近或包周邊配件等產(chǎn)生。它們還可以從周邊系統(tǒng)的副作用的產(chǎn)生。系統(tǒng)間相互作用的典型例子是熱、底盤(pán)或發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、懸掛的聯(lián)接、運(yùn)動(dòng)和力、滾子的限制力、轉(zhuǎn)向系的聯(lián)接、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力、電氣干擾、電源對(duì)電氣系統(tǒng)的電壓以及電磁干擾。3與其它質(zhì)量管理工具的聯(lián)系從作者的觀點(diǎn)看，P圖有幾種可能性可以作為正確的質(zhì)量工具以支持工程工作。它們可用于下列的主要應(yīng)用，見(jiàn)圖5：FigiinKApplicationpossibilitiesofPdiagramsFigureApplicationpossiteilit

18、iesofp-diagrams在健壯性和可靠性研究中選取的健壯性更好的設(shè)計(jì)。在此，P圖提供了現(xiàn)有的控制因素，可用于系統(tǒng)調(diào)整以優(yōu)化功能輸出，即使有干擾因素的存在。更進(jìn)一步的質(zhì)量工具如健壯性清單，可靠性驗(yàn)證矩陣等，在這篇文章不涉及這些工具。作為支持設(shè)計(jì)FMEA工作的補(bǔ)充文件。由于定義的控制因素可能是潛在的故障觸發(fā)機(jī)制，它可以導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。噪聲干擾因素可能導(dǎo)致缺陷或崩潰，而失效是由于抵抗干擾的穩(wěn)定性差造成的，而不是由干擾因素本身造成的（如一個(gè)單元可能會(huì)因?yàn)樗臒岱€(wěn)定性差而失效）。如果使用與FMEA方法（QS-9000）相關(guān)的功能，在潛在原因列中可以發(fā)現(xiàn)使用控制因素和抵抗噪聲的健壯性。重要的是對(duì)

19、控制因素的值和規(guī)格的嚴(yán)格審查。如果在開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用六西格瑪流程設(shè)計(jì)，它是一個(gè)描述系統(tǒng)必不可少的要素，它用數(shù)學(xué)傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)。這些數(shù)學(xué)方程描述輸入信號(hào)（X）向理想的響應(yīng)（Y）的轉(zhuǎn)移。p圖在開(kāi)始定義方程前首先產(chǎn)生重要的值。有幾種用數(shù)學(xué)方程來(lái)描述系統(tǒng)的方法。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究的結(jié)果是基于經(jīng)驗(yàn)結(jié)果的傳遞函數(shù)。此功能可以用來(lái)做任何與系統(tǒng)行為有關(guān)的預(yù)測(cè)。另外一種創(chuàng)建傳遞函數(shù)的方法是用機(jī)械和電氣規(guī)律描述任何物理輸出。如圖3所示，這類方程系統(tǒng)依賴于一個(gè)以上的變量，它會(huì)造成復(fù)雜的方程式。為了降低這種復(fù)雜性，有必要進(jìn)行一些前期測(cè)試以確定重Figure&Error兔t吒vs,uidoEimdsidaotfactf

20、iandiin打or&nt大的噪聲干擾及確定其優(yōu)先次序。在大多數(shù)情況下這將導(dǎo)致相關(guān)的管理參數(shù)數(shù)量的減少。在啟動(dòng)傳遞函數(shù)前，往往不知道相關(guān)的噪聲范圍。正因?yàn)槿绱耍绻@取了新系統(tǒng)的知識(shí)，傳遞函數(shù)必須逐步開(kāi)發(fā)和現(xiàn)實(shí)。在任何問(wèn)題的根本原因是未知的情況下，和在個(gè)人不可能解決一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)的情況下，啟動(dòng)全局的8D可能會(huì)有所幫助。P圖將噪聲干擾融合到分析中，可為尋找潛在根原因的頭腦風(fēng)暴會(huì)議提供支持4。4結(jié)論P(yáng)圖是完美的質(zhì)量管理工具，用來(lái)展示一個(gè)用戶所在的真實(shí)世界中的明確的工程系統(tǒng)的理解。其應(yīng)用的可能性是多方面的。它們是記錄良好的工程知識(shí)，并應(yīng)定期更新。此外，它們可以用來(lái)維持一個(gè)“可汲取的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)”供將來(lái)使用。它的發(fā)展將會(huì)必然產(chǎn)生健壯性更好、客戶滿意度更高優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。關(guān)于“錯(cuò)誤狀態(tài)”的結(jié)束語(yǔ)，而這往往是在使用P圖時(shí)發(fā)現(xiàn)的。在這方