P图在汽车工程中的应用.doc

1、P图 在 汽 车 工 程 中 的 应 用应 用 准 则 ， 方 针 和 最 佳 实 践作 者 ： Ralf Fritzsche翻 译 :孙 文 祎注 1:从 该 链 接 的 ppt42 页 起 ， 有 一 个 从 功 能 图 -边 界 图 -p 图 -FMEA 的 完 整 设 计 流 程 ， 我觉 得 比 这 篇 翻 译 的 文 章 要 好 理 解 一 些 。 P 图 能 方 便 于 设 计 FMEA， 两 者 的 作 用 是 一 致 的 ， 我 理 解是 P 图 是 比 FMEA 更 具 体 ， 更 便 于 设 计 。 以 后 在 做 PFMEA 的 过 程 中 ， 可 以 考 虑 走 功

2、能 图 -边 界图 -p 图 -FMEA 的 流 程 。 可 靠 性 分 析 技 术 (FMEA).pptx在 汽 车 行 业 中 P 图 用 于 描 述 工 程 系 统 或 进 程 。 应 用 工 程 师 需 要 确 定 能 使 系 统 获 得 期 望 输 出 的物 理 输 入 ， 以 及 由 于 能 量 转 移 导 致 的 、 客 户 认 定 的 不 期 望 的 输 出 。 此 外 ， 应 该 辨 认 那 些 可 能 会 干扰 或 削 弱 期 望 输 出 或 可 用 来 改 善 输 出 的 参 数 。 从 理 论 上 讲 ， 这 似 乎 很 容 易 做 到 ， 但 实 际 应 用 中 常常

3、 被 误 解 ， 因 为 有 个 体 解 释 的 余 地 。 该 福 特 文 章 试 图 通 过 提 供 定 义 来 明 确 区 分 。1 引 言P图 应 被 更 广 泛 应 用 于 产 品 的 健 壮 性 和 可 靠 性 领 域 。 所 以 首 先 介 绍 一 下 这 些 术 语 。在 质 量 方 面 的 健 壮 性 是 指 某 产 品 或 工 艺 的 功 能 不 会 受 到 参 数 变 化 的 影 响 。 工 程 上 的 挑 战 是 如何 使 得 系 统 在 有 噪 音 影 响 的 情 况 下 其 理 想 功 能 变 化 不 大 。 更 高 的 目 标 是 使 系 统 在 名 义 目 标

4、附 近 执行 理 想 功 能 ， 同 时 副 作 用 最 小 。 从 而 最 大 限 度 地 减 少 对 理 想 的 功 能 （ 提 高 健 壮 性 ） 变 化 的 收 益 必须 兼 顾 成 本 。健 壮 性 可 以 被 描 述 为 系 统 所 执 行 的 功 能 与 对 它 的 需 求 功 能 之 间 的 距 离 。 能 力 与 需 求 之 间 的 这种 分 离 是 健 壮 性 的 一 个 标 准 ， 也 可 以 描 述 为 与 故 障 模 式 的 距 离 。健 壮 性 并 不 一 定 意 味 着 设 计 是 昂 贵 的 、 过 重 或 过 设 计 的 。 当 系 统 有 一 个 大 的 响

5、 应 差 异 ， 即 系统 对 于 某 种 差 异 源 （ 噪 声 ） 的 影 响 十 分 敏 感 时 ， 该 系 统 也 称 为 非 稳 健 的 。 信 噪 比 （ 田 口 使 用 的 SAN 比 例 ） 是 一 种 已 知 的 对 健 壮 性 的 衡 量 ， 它 用 来 定 义 设 计 的 最 优 参 数 设 定 。可 靠 性 可 以 被 定 义 为 一 个 系 统 在 规 定 的 时 间 ， 里 程 数 或 周 期 内 ， 在 噪 声 存 在 的 情 况 下 完 成 预定 功 能 的 概 率 。 它 还 要 考 虑 客 户 期 望 系 统 达 到 或 超 过 预 期 的 功 能 ， 并

6、且 在 系 统 或 车 辆 指 定 的 寿 命内 能 够 满 足 规 定 的 功 能 ， 如 对 于 主 系 统 的 变 速 箱 或 发 动 机 要 求 的 十 年 或 150,000英 里 。 对 于 像 刹车 片 、 雨 刷 、 火 花 塞 或 轮 胎 等 易 磨 损 部 件 应 用 更 短 的 时 间 或 里 程 。 至 关 重 要 的 是 ， 此 系 统 与 客 户相 关 的 使 用 情 况 必 须 是 已 知 的 ， 并 要 融 合 到 设 计 之 中 。 可 靠 性 衡 量 值 如 下 ：- 制 造 过 程 的 MTBF- 机 器 的 MTTF - 每 千 辆 汽 车 的 修 理

7、数 量- 一 个 滚 子 轴 承 的 B10 寿 命 。2 产 品 描 述在 创 建 P图 （ 图 1） 之 前 ， 团 队 应 该 首 先 用 边 界 图 （ 图 2） 描 述 系 统 。 这 对 于 描 述 哪 些 部 件 属于 该 系 统 和 它 们 之 间 的 连 接 关 系 、 甚 至 是 各 部 件 在 系 统 边 界 外 它 们 与 系 统 之 间 的 相 互 作 用 不 可 缺少 的 。 通 过 定 义 系 统 边 界 ， 工 程 的 范 围 和 责 任 会 被 明 确 划 分 。因 此 ， P图 应 该 由 设 计 者 、 客 户 发 布 工 程 师 和 供 应 商 发 布

8、工 程 师 组 成 的 团 队 来 共 同 构 建 。 他们 必 须 有 完 整 的 授 权 在 边 界 内 改 变 设 计 参 数 （ 控 制 因 素 ） ， 以 提 高 系 统 性 能 。 一 个 包 含 核 心 工 程人 员 、 质 量 人 员 、 制 造 和 测 试 人 员 的 支 持 团 体 ， 可 在 有 请 求 时 帮 助 团 队 1235。2.1 输 入 信 号输 入 可 能 来 自 多 个 方 面 ， 例 如 客 户 冲 动 、 周 围 的 系 统 或 环 境 等 ， 它 们 可 能 直 接 导 致 系 统 的 响应 。 这 些 输 入 应 该 由 测 量 范 围 和 尺 度

9、 （ 变 化 数 据 ） 来 指 定 ， 描 述 完 成 系 统 功 能 所 需 的 能 量 来 源 。如 果 想 实 现 一 个 转 移 功 能 ， 这 些 信 号 是 输 入 变 量 (X)， 应 该 转 化 为 理 想 的 响 应 (Y),见 图 3。输 入 信 号 不 应 该 是 描 述 性 的 属 性 数 据 ， 如 “好 或 坏 ”、 “通 过 或 失 效 ”， 或 二 进 制 数 据 （ 0或 1） ， 因 为 与 功 能 描 述 相 关 的 变 化 的 能 量 不 可 能 是 这 些 值 。 下 面 是 一 些 输 入 信 号 的 特 征 举 例 ：变 速 杆 行 程 （ mm

10、）速 度 （ m/s）加 速 度 （ in/s2）手 动 或 踩 踏 力 （ N）输 入 的 扭 矩 （ Nm）电 压 （ V）工 作 角 度 （ ）输 入 功 率 （ kW）流 体 压 力 （ N/mm2）转 速 （ rpm）动 能 （ J）温 度 （ C）2.2 理 想 响 应理 想 响 应 可 描 述 为 各 种 输 入 信 号 在 能 量 转 移 下 ， 系 统 主 要 的 满 足 设 计 意 图 的 功 能 输 出 。它 可 以 描 述 为 转 移 功 能 函 数 的 有 用 的 功 能 结 果 。 另 外 ， 它 也 可 以 是 一 个 系 统 或 质 量 目 标 。在 现 实 世

11、 界 中 ， 能 量 转 移 和 与 之 伴 随 的 响 应 会 或 多 或 少 地 受 干 扰 噪 声 因 素 的 影 响 。对 每 一 个 响 应 应 该 用 一 个 带 国 际 单 位 的 可 测 量 的 范 围 表 示 。 由 于 能 量 转 移 ， 大 部 分 单 位 会 从原 始 的 度 量 单 位 转 换 （ 例 如 用 N表 示 的 输 入 信 号 和 用 Nm描 述 的 响 应 信 号 ） 。 一 个 理 想 的 响 应 应 该包 含 系 统 在 传 递 它 的 理 想 响 应 或 任 何 属 性 数 据 时 不 可 避 免 的 效 率 损 失 。 下 面 是 汽 车 行 业

12、 一 些 理想 响 应 的 举 例 ：开 合 力 （ N）输 出 扭 矩 （ Nm）轴 角 离 合 器 踏 板 行 程 （ mm）加 速 或 减 速 的 加 速 度 （ m/s2） 电 压 （ V）发 动 机 功 率 （ kW）转 速 （ rpm）从 最 佳 实 践 角 度 ， 避 免 使 用 以 下 的 表 达 来 描 述 理 想 响 应 ：故 障 、 不 良 率 、 无 效屈 服通 过 或 失 效可 靠 性2.3 固 有 损 失达 芬 奇 是 已 知 的 首 位 表 明 没 有 永 动 机 的 科 学 家 ， 自 他 去 世 后 没 有 人 可 以 否 认 该 点 ， 见 图 4。所 以

13、作 为 一 个 符 合 逻 辑 的 结 论 ， 很 明 显 一 个 闭 环 的 汽 车 系 统 必 须 伴 随 效 率 和 能 量 的 损 失 。工 程 师 的 一 个 主 要 任 务 就 是 减 少 这 种 损 失 ， 但 是 ， 损 失 不 能 被 完 全 避 免 。 因 此 ， 在 p 图 中 应 该 考虑 这 些 无 用 但 正 常 的 系 统 输 出 ， 将 它 们 作 为 能 量 转 移 的 固 有 损 失 。 典 型 地 例 子 是 废 气 、 摩 擦 、热 、 振 动 和 排 放 。2.4 不 期 望 的 副 作 用该 类 包 含 所 有 从 工 程 观 点 和 客 户 角 度

14、 所 不 期 望 的 系 统 输 出 。 客 户 抱 怨 可 能 来 自 于 人 类 感 官 的五 个 方 面 ， 包 括 触 觉 、 听 觉 、 嗅 觉 、 视 觉 和 味 觉 。如 果 关 于 前 四 个 方 面 的 任 何 一 个 超 出 了 客 户 的 接 受 极 限 （ 例 如 系 统 工 作 但 操 作 很 吃 力 ） ， 客户 就 会 抱 怨 。换 句 话 说 ， 系 统 可 能 运 作 良 好 ， 但 有 一 些 副 作 用 。 例 如 空 调 可 以 给 车 辆 内 部 降 温 ， 但 会 产生 难 闻 的 气 味 。 导 致 这 些 副 作 用 的 潜 在 因 素 可 能

15、来 自 周 遭 的 噪 声 干 扰 ， 它 会 使 系 统 薄 弱 。 这 些 缺陷 必 须 能 检 测 出 或 加 以 解 决 ， 或 者 至 少 通 过 对 控 制 因 素 的 最 佳 调 整 将 其 减 少 到 一 个 较 低 水 平 。 不期 望 的 副 作 用 应 该 在 相 应 的 潜 在 功 能 故 障 模 式 的 D-FMEA-列 中 作 为 潜 在 影 响 列 出 。不 期 望 的 副 作 用 不 应 该 与 D-FMEA 中 确 定 的 故 障 模 式 相 混 淆 ， 因 为 所 有 的 FMEA 故 障 模 式 都与 功 能 描 述 相 关 ， 从 而 两 者 有 相 同

16、 的 物 理 单 位 ， 而 副 作 用 用 不 同 的 SI 单 位 。 典 型 的 不 期 望 的 副作 用 如 泄 漏 、 过 热 、 空 转 不 平 滑 、 不 寻 常 的 噪 音 、 风 噪 声 、 吱 嘎 声 、 难 以 操 作 、 漏 水 、 刹 车 噪 音或 难 闻 的 气 味 。2.5 控 制 因 素在 系 统 边 界 内 的 可 由 责 任 工 程 团 队 修 改 的 设 计 参 数 可 以 作 为 控 制 因 素 。 它 们 是 设 计 项 目 ，能 直 接 影 响 系 统 输 出 ， 能 按 等 级 划 分 为 离 散 的 或 连 续 的 值 W。 这 些 因 素 可

17、以 被 调 整 ， 使 它 对 成 本、 资 源 和 技 术 影 响 的 最 小 化 。 这 些 因 素 是 可 调 的 ， 工 程 师 可 以 利 用 它 们 来 提 高 系 统 的 健 壮 性 。 通常 情 况 下 ， 试 验 设 计 可 以 产 生 最 优 的 控 制 因 素 水 平 。 控 制 因 素 也 可 以 看 作 潜 在 的 设 计 项 目 来 检 查D-FMEA 中 的 潜 在 原 因 。统 计 过 程 控 制 ， 过 程 结 束 测 试 和 开 发 阶 段 的 设 计 测 试 不 应 该 被 视 为 控 制 因 素 。 控 制 因 素 的典 型 例 子 有 ：- 轴 的 直

18、 径 ， 单 位 mm- 表 面 涂 层 厚 度 ， PM- 形 状 和 形 状 公 差- 弹 性 极 限 或 屈 服 点- 螺 纹 几 何 尺 寸- 刚 度 N/mm- 密 度 kg/dm3； g/cm3 - 钢 的 硬 度 ， HV, HR,- 液 体 的 粘 度 ， Ns/m22.6 噪 声 干 扰 因 素不 可 避 免 的 接 口 、 条 件 和 使 用 都 会 扰 动 或 影 响 系 统 的 理 想 功 能 ， 它 们 称 为 噪 声 干 扰 因 素 。 噪声 干 扰 因 素 反 映 了 在 真 实 世 界 中 产 品 的 不 理 想 的 使 用 。 在 更 高 的 层 次 上 ，

19、它 们 被 划 分 为 内 在 的（ 能 力 、 强 度 ） 和 外 部 的 （ 需 求 、 应 力 ） 噪 声 干 扰 。 内 部 的 噪 声 干 扰 表 现 为 生 产 上 的 个 体 不 同 和时 间 上 的 时 时 不 同 。 外 部 噪 声 干 扰 是 客 户 使 用 、 外 部 环 境 或 系 统 间 的 相 互 作 用 。责 任 工 程 师 必 须 知 悉 这 些 相 关 的 干 扰 因 素 因 为 它 们 可 能 对 设 计 有 很 大 的 影 响 。 通 常 因 为 太昂 贵 、 太 复 杂 或 其 它 不 可 能 的 情 况 ， 控 制 它 们 非 常 不 容 易 。 然

20、而 ， 它 们 是 产 生 副 作 用 的 最 主 要的 来 源 。 对 于 一 个 经 验 设 计 的 高 效 的 测 试 ， 噪 声 干 扰 因 素 必 须 要 加 以 评 估 ， 并 优 先 考 虑 ， 且 指 定使 用 范 围 和 物 理 场 SI 单 位 ， 这 样 以 来 ， 可 以 建 立 一 个 在 此 范 围 内 的 能 反 映 的 噪 声 大 小 和 系 统 的响 应 的 测 试 。2.6.1 个 体 差 异个 体 差 异 是 在 批 量 生 产 中 由 干 扰 噪 声 导 致 的 不 可 避 免 的 系 统 差 异 。 很 明 显 ， 它 不 是 工 程 图或 技 术 说

21、 明 中 的 公 差 变 化 。 部 件 和 制 造 过 程 的 差 异 影 响 最 终 产 品 外 场 的 性 能 。 然 而 ， 设 计 工 程师 不 能 控 制 任 何 的 产 品 差 异 。 只 有 过 程 /制 造 工 程 师 可 以 试 图 通 过 优 化 过 程 参 数 将 过 程 差 异 减 少到 一 个 可 接 受 的 界 限 。 要 选 择 进 行 测 试 的 合 理 零 件 ， 推 荐 在 最 好 情 况 和 最 坏 情 况 下 （ 尾 部 测 试 ）选 择 明 确 的 公 差 。值 得 一 提 的 是 个 体 差 异 不 考 虑 在 给 定 的 工 程 说 明 界 限

22、外 的 任 何 部 件 。 即 所 谓 的 不 适 用 部 件。 下 面 是 个 体 差 异 的 例 子 ：- 产 品 使 用 的 原 材 料 的 差 异- 硬 化 过 程 中 的 差 异- 过 程 参 数 的 差 异 ， 如 液 压 机- 组 件 在 电 流 、 电 压 或 电 阻 上 的 差 异2.6.2 随 时 间 或 英 里 数 的 变 化随 时 间 或 英 里 数 的 变 化 是 设 备 组 件 或 材 料 正 常 的 退 化 ， 可 以 导 致 性 能 极 限 或 最 坏 情 况 下 系统 功 能 的 损 失 。 该 类 噪 声 干 扰 的 例 子 如 ： 腐 蚀 、 疲 劳 、

23、磨 损 、 物 理 的 退 化 ， 如 有 机 /无 机 老 化 、随 着 时 间 /里 程 /工 作 周 期 的 推 移 材 料 杂 质 的 形 成 ， 如 在 发 动 机 油 或 在 生 产 过 程 中 的 化 学 品 如 洗 涤槽 、 磷 酸 滴 等 、 挥 发 性 物 质 随 着 时 间 推 移 的 损 失 ， 如 汽 车 仪 表 板 的 增 塑 剂 或 低 分 子 量 聚 合 物 组 分， 熵 的 无 序 影 响 ， 如 音 频 或 录 音 录 像 磁 带 磁 性 的 损 失 ， 橡 胶 零 件 的 胶 老 化 或 密 封 老 化 ， 聚 合 物 由于 紫 外 线 辐 射 分 解 或

24、 橡 胶 钢 件 粘 接 力 的 损 失 。2.6.3 客 户 使 用 和 占 空 比客户使用和占空比考虑客户在产品使用寿命期内对产品所做的任何事情。它考虑对系统的任何可预见的误用。但是，用户使用和占空比不考虑真正的滥用（例如：向发动机加水而不是加油）。客户的使用情况和占 空 比 的实例如下：- 使用不同公司的燃料- 有 不 同 的 驾 驶 者 驾 驶- 不 同 发 动 机 润 滑 剂 或 冷 却 剂- 不 遵 守 维 修 周 期- 高 压 清 洗- 清 洁 材 料 的 使 用- 不 正 确 的 胎 压- 市 场 配 件 的 使 用 情 况- 防 滑 链 或 辅 助 启 动 装 置 的 使 用

25、- 汽 车 用 拖 车 或 铁 路 运 输- 配 件 包 （ 如 自 行 车 架 ， 滑 雪 箱 ） 的 使 用2.6.4 环 境环境预定义了所有可预见的系统必须考虑的工作和操作条件。外部环境的典型例子有：- 水 和 雪- 碎 片 ， 泥- 盐 路- 污 垢 和 灰 尘- 在 寒 冷 和 炎 热 的 气 候 下 的 环 境 温 度- 石 块 冲 击- 海 拔 高 度 和 坡 度- 空 气 湿 度- 阳 光 、 臭 氧 、 紫 外 线 光- 鸟 粪- 在 挡 风 玻 璃 或 车 头 大 灯 的 昆 虫- 像 松 树 貂 等 动 物 。2.6.5 系 统 间 相 互 作 用系 统 间 的 交 互

26、作 用 考 虑 汽 车 内 任 何 已 知 的 系 统 与 受 其 影 响 的 周 遭 系 统 ， 如 图 2。 相 互 作 用 可以 由 直 接 接 触 或 连 接 产 生 ， 或 由 接 近 或 包 周 边 配 件 等 产 生 。 它 们 还 可 以 从 周 边 系 统 的 副 作 用 的 产生 。 系 统 间 相 互 作 用 的 典 型 例 子 是 热 、 底 盘 或 发 动 机 的 振 动 、 悬 挂 的 联 接 、 运 动 和 力 、 滚 子 的 限制 力 、 转 向 系 的 联 接 、 运 动 及 动 力 、 电 气 干 扰 、 电 源 对 电 气 系 统 的 电 压 以 及 电

27、磁 干 扰 。3 与 其 它 质 量 管 理 工 具 的 联 系从作者的观点看，P 图有几种可能性可以作为正确的质量工具以支持工程工作。它们可用于下列的主要应用，见图 5：在健壮性和可靠性研究中选取的健壮性更好的设计。在此，P 图提供了现有的控制因素，可用于系统调整以优化功能输出，即使有干扰因素的存在。更进一步的质量工具如健壮性清单，可靠性验证矩阵等，在这篇文章不涉及这些工具。作为支持设计 FMEA 工作的补充文件。由于定义的控制因素可能是潜在的故障触发机制，它可以导致整个系统的崩溃。噪声干扰因素可能导致缺陷或崩溃，而失效是由于抵抗干扰的稳定性差造成的，而不是由干扰因素本身造成的（如一个单元可

28、能会因为它的热稳定性差而失效）。如果使用与 FMEA 方法（QS - 9000）相关的功能，在潜在原因列中可以发现使用控制因素和抵抗噪声的健壮性。重要的是对控制因素的值和规格的严格审查。如果在开发新系统时应用六西格玛流程设计，它是一个描述系统必不可少的要素，它用数学传递函数描述系统。这些数学方程描述输入信号（X）向理想的响应（ Y）的转移。p 图在开始定义方程前首先产生重要的值。有几种用数学方程来描述系统的方法。一个经验设计研究的结果是基于经验结果的传递函数。此功能可以用来做任何与系统行为有关的预测。另外一种创建传递函数的方法是用机械和电气规律描述任何物理输出。如图 3 所示，这类方程系统依赖

29、于一个以上的变量，它会造成复杂的方程式。为了降低这种复杂性，有必要进行一些前期测试以确定重大的噪声干扰及确定其优先次序。在大多数情况下这将导致相关的管理参数数量的减少。在启动传递函数前，往往不知道相关的噪声范围。正因为如此，如果获取了新系统的知识，传递函数必须逐步开发和现实。在任何问题的根本原因是未知的情况下，和在个人不可能解决一个复杂的任务的情况下，启动全局的 8D 可能会有所帮助。P 图将噪声干扰融合到分析中，可为寻找潜在根原因的头脑风暴会议提供支持 4。4 结 论P 图是完美的质量管理工具，用来展示一个用户所在的真实世界中的明确的工程系统的理解。其应用的可能性是多方面的。它们是记录良好的工程知识，并应定期更新。此外，它们可以用来维持一个“可汲取的经验数据库”供将来使用。它的发展将会必然产生健壮性更好、客户满意度更高优质产品。关于“错误状态”的结束语，而这往往是在使用 P 图时发现的。在这方面的错误状态用于定义任何不期望的输出，如图 6。本文试图将错误状态区分为固有的损失和主要是检测和客户认定的不良的副作用。这样做的目的是因为工程师的首要任务是消除这些副作用，但潜在损失应该在指定的范围内可以接受，因此作为一个正常的系统行为出现。