汽车尾气排放系统中的蜂窝载体统计过程控制

2019-09-04徐晓敏

上海电机学院学报 2019年4期

徐晓敏，夏雨

(上海电机学院商学院，上海 201306)

据国家统计局最新公布数据显示，2009—2018年期间我国民用汽车拥有量以36.81%的年平均速率增长，目前我国民用汽车拥有量已达到23 122万辆。在汽车基数如此之大的情况下，汽车尾气所造成的污染也受到人们的强烈关注。与此同时，更加严格的国Ⅵ尾气排放标准也即将实施。这些问题都是对汽车尾气排放净化的重大挑战。

在汽车排气系统中起主要净化作用的装置是三元催化器，蜂窝载体是其核心部件。发动机排放的尾气经过输送管进入三元催化器中，在三元催化器中与覆盖在载体上的催化剂进行一系列反应，将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害气体转化为无害气体排出。由此可见，载体的质量好坏对于三元净化器的净化效果有着重要影响。

在当今激烈的市场竞争中，企业产品的质量需要引起重视，企业的市场需要靠质量来获得[1-3]。统计过程控制可以提高企业的生产效率，将某些可度量的特性参数转化为数据，对生产过程进行全面监控，当发现异常因素时发出警报并分析其原因，以此来提高产品质量[4-9]。石川馨先生发明的因果图可以解决实际问题，以及质量改进工作中的质量循环相关的问题。产品质量的控制应关注于产品生产过程中的质量控制，产品质量是由产品生产过程质量所保证的[10-11]。过程能力指数是反映生产过程能力的重要指标，它可以判断当过程处于稳态时，生产过程能力的等级，并根据生产能力等级提出不同的措施[12-13]。蜂窝载体是三元净化器起净化作用的关键部位[14-20]。以上文献从各个角度对过程控制提出了自己的观点，对本文工作具有一定的借鉴意义。

1 蜂窝载体现存问题

载体净化尾气的原理是将汽车排放尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物与载体中的催化剂(铂、铑和钯等贵重金属)在高温下进行化学反应，使一氧化碳和碳氢化合物转化成为无害的二氧化碳、水，同时将氮氧化物分解成为氮气和氧气。影响这一反应过程的主要有载体中的催化剂，载体催化剂与尾气的接触面积以及载体所使用的材料。本文所研究的该公司生产的蜂窝载体中所采用的催化剂和载体的材料均为目前市场已经成熟的最优材料，要想提高所生产的蜂窝载体的品质，目前只能从尾气与载体催化剂接触面积方面入手。从生产工艺角度来看，与此直接相关的因素是载体的壁厚，其厚度将直接影响催化剂进行化学反应的效果。可见，想要提高蜂窝载体的净化效果就要对其壁厚的生产过程加以控制，使其生产过程能力达到要求。

2 蜂窝载体现状分析

2.1 蜂窝载体壁厚控制图和过程能力分析

在载体生产过程中，蜂窝载体壁厚的厚度(生产要求厚度大于0.316 mm，小于0.370 mm)为一个重要的质量特性参数，可以对其进行监控。

计算样本总均值和平均样本极差分别为

(1)

(2)

式中：A2为均值控制图控制界限系数。

也可求得R图的控制限，记控制上限为UCL，中心线为CL，控制下限为LCL，即

(3)

式中：D3、D4为极差控制图控制界限系数。

表1 蜂窝载体壁厚的厚度值数据 mm

由样本数据所绘制的控制图如图1所示。

图1 x-R控制图

图2 过程能力分析

等级Cp 或CpkP(不合格品率)/%过程能力判断特级Cp>1.67P<6×10-5过程能力充足,允许较大的外来变异,以提高效率;可考虑收缩标准范围;放宽检验等1级1.67≥ Cp>1.330.006>P≥6×10-5过程能力充足,允许小的外来干扰引起的变异;对不重要的工序,可放宽检验;过程控制抽样间隔可放宽些2级1.33≥ Cp>1.00.27>P≥0.006过程能力尚可,需严格过程控制,否则易出现不合格品;检验不能放宽3级1.0 ≥ Cp>0. 674.55>P≥0.27过程能力不足,必须采取措施提高过程能力;加强检验4级Cp≤0.67P≥4.55过程能力严重不足,需采取紧急措施提高过程能力,可考虑放宽标准范围;可全数检验

图2中，Cp为过程能力指数；CPL为下稳定过程的能力指数；CPU为上稳定过程的能力指数；Cpk为实际过程能力指数；Pp为初期过程能力指数；PPL为下初期过程的能力指数；PPU为上初期过程的能力指数；Ppk为初期过程能力指数；PPM为质量水准；LSL为下规格限；USL为上规格限。由于图中有偏移量存在，选择Cpk来判断过程能力等级。