PPM质量工具在重卡产品设计阶段的探究

2022-11-02李成林张阳阳

汽车实用技术 2022年20期

李成林，张攀，张阳阳，高云

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

随着重型卡车产品和技术向电动化、智能化、网联化、共享化发展，重型卡车成为复杂的系统性、智能化应用平台，司机追求更高品质的、功能更加完美和人性化的重卡，高可靠性、高出勤率的重卡产品成为市场主流，这就需要重卡主机厂不断提升产品质量，提高产品性能和可靠性。

汽车产品的可靠性及质量表现通过各项指标进行量化，在品质管理中百万分之（Parts Per Million, PPM）可作为其中一项指标衡量产品质量，是指每一百万个产品中的不良率的统计标准，即10水平作为质量控制系统的目标，对产品质量的可靠性程度提出更高的要求。1PPM即百万分之一，意味着交付给客户的产品每100万中只有1个不良品。如果PPM换算成百分号为1PPM= 0.000 1%。PPM统计在汽车行业经常用于零部件质量评价。

汽车产品开发设计阶段作为汽车产品实现的关键环节之一，用量化的指标衡量产品开发设计的质量水平，给评价设计质量风险提供科学的依据，不断地发现重点改善的机会，在持续改善中提升产品的设计质量，研发设计阶段的有效质量策划及管理可以确保汽车批量进入市场后售后质量损失较少，为企业创造更多的利润。

1 整车及零部件可靠性开发PPM管理

汽车可靠性指的是汽车产品（总成或零部件）在规定的使用条件下，在规定的时间里，完成规定功能的能力。汽车的可靠性从定义出发，由产品、条件、时间、功能构成，如图1所示。

图1 汽车可靠性定义模型

汽车可靠性主要评价指标有可靠度、不可靠度、故障率、平均故障间隔里程、平均首次故障里程、当量故障率等，具体如表1所示。

表1 汽车可靠性主要评价指标定义

汽车可靠性综合反映了汽车的耐久性、无故障性、有效性和使用经济性等，主要通过可靠性、维修性、耐久性、安全性等进行实际车辆状态表现。

根据车辆细分市场及运行工况，考虑零部件在全生命周期内环境影响、使用习惯、保养周期等，借鉴同类型整车及零部件售后表现及失效模式、市场调研、客户需求、竞品对标等，在整车产品开发时，定义整车开发可靠性目标，搭建整车可靠性PPM模型，如图2所示，分解至各系统级，逐级分解至零部件级，满足设计输入要求，如整车功能提升、B10寿命提升，模块化优化，响应顾客需求等，设定不同车型的首次故障里程和平均故障间隔里程，有效支持整车可靠性目标达成。

图2 整车可靠性PPM分解模型

从整车可靠性PPM目标，依次分解到各系统目标、分组目标、零部件目标，根据对汽车各系统的可靠性PPM要求，参考汽车构造框架，可靠性PPM目标可划分为四个层级：整车层，系统层，分组层，零部件层。一般整车根据各细分市场及使用需求，按车型进行分类，如：牵引车、自卸车、载货车、专用车等。4类车型均为整车级，整车结构按系统可分解为 4大系统，分别为动力系统、底盘系统、车身系统、电器系统，系统承接整车PPM目标，分组承接系统目标，零部件承接分组目标，层层分解，层层承接。整车系统及分组的划分在不同汽车企业会略有不同。在目标从上到下分解后，需结合汽车及零部件行业当前水平、产品改进状态、产品现状水平、汽车新技术趋势等方面进行可行性分析、评估与讨论，形成合适的可靠性PPM目标，在涉及可靠性与成本、进度相关联时，并非可靠性越好产品越适合，要根据产品的定位进行设置，综合考虑企业追求目标、经营要求、售后、制造、终端售价等需求，必要时需组织公司决策层升级决策。

整车可靠性PPM数据定义最终来源于最底层的零部件PPM，整车设计开发立项前期，根据产品技术方案，可得出初版整车物料清单（Bill of Material, BOM），依据具体技术状态变化点，整车下发设计任务联系单至各系统，各系统根据配置要求进行详细设计，初步得出该整车的沿用件及需要新出的零部件。沿用件可通过售后质量大数据平台对历史PPM达成情况进行查询，并结合该车型的使用工况等拟定沿用件可靠性PPM指标，需要新设计零部件可结合参考基础BOM进行分类类推，设定该零部件可靠性PPM指标要求，在后期开发设计过程中进行正向开发目标设定及跟踪达成情况。

可靠性设计的优劣对产品的固有可靠性产生重大的影响，产品设计一旦完成，并按设计预定的要求制造出来后，其固有可靠性就确定了。汽车可靠性设计主要包括结构、工艺、电器等方面可靠性设计，如表2所示。

表2 可靠性设计分类

零部件PPM目标一方面在开发初期进行可靠性设计，另一方面在供方开发及采购时进行合同约束，签订采供合同时，附加质量合同，明确产品的各种质量特性、规格以及试验条件；供应商建立从设计、采购、进料检查、生产、过程检查、成品检查、可靠性试验到销售的具体质量保证体系，质量问题发生时的处理程序和防止再发生的程序。

在零部件开发技术协议中定义PPM指标要求，约束供应商，供应商从人、机、料、法、环、测方面提升产品质量，降低售后零部件故障PPM。

技术协议中PPM应结合该零部件所有供方去年产品在售后市场PPM表现情况，设定具有挑战性的零部件PPM目标，要求供方结合自身的零部件内部结构等进行主动产品改进与提升。

在设计阶段应综合应用产品质量先期策划、质量功能展开、设计失效模式及后果分析、故障树分析、实验设计、生产件批准程序、测量系统分析法、过程潜在失效模式及后果分析等方法，持续性对产品设计及验证过程进行纠正预防。

在产品方案研究及详细设计阶段考虑从设计预防视角降低产品售后PPM。

2 设计BOM准确率PPM管理

在小批量多品种订单式生产装调过程中，存在研发设计BOM变更/调整现象，为有效评价研发设计BOM准确性，定义设计BOM准确率PPM （零公里PPM）指标。

管理方法为生产装调过程中设计BOM更改车辆数/当期生产入库车辆数。

企业重点关注订单BOM设计明细准确与一致性，制定相应改善举措，可降低订单设计BOM问题数及影响车辆数，间接降低设计BOM 准确率PPM指标。

订单分为3类，包括点单订单、可配置订单和不可配置订单，整车基础明细及选配明细根据试制/小批量装调验证，通过产品配置调整、基线变更、设计更改、BOM优化、固化软件版本及数据等方式将基础BOM进行固化，以支持批量接单及生产。

点单订单无需研发设计人员进行订单BOM设计，销售单位通过销售系统对客户需求的配置核对后进行基础配置及选配配置组合，直接进行订单下发，自动形成订单BOM。

可配置订单需研发设计人员进行BOM专业组合，无需新开发设计零部件及相关系统。

在不可配置订单设计时，参考基础BOM，根据客户要求及配置需求、特殊协议等开展适应性设计、分析及校核等，完成设计BOM及技术文件发布，如图3所示，根据装调验证结果对不可配置订单BOM进行PDCA修订，提升设计BOM准确率。

图3 BOM设计简化流程

根据历史BOM错误经验库，建立订单设计落实跟单机制，在订单下发基线时对关键系统、高频错误总成及明细进行跟单校核，减少BOM出错率。

建立准确的整车BOM数据库，对基础BOM数据进行装配验证，固化验证后准确BOM，通过配置建议，引导销售客户选择发布的点单配置，减少不可配置订单的输入，减少人工BOM加减等带来的BOM遗漏、多余等错误。同时在BOM人工编制过程中，通过产品生命周期管理（Product Life-cycle Management, PLM）系统等信息化手段，提升BOM系统自查、防错功能，规避明显的BOM编制错误。

整车BOM 采用模块化设计理念，将整车BOM按照分组及系统分解至100多项DC级别，DC级为分组级明细，用于分组明细的BOM反馈及模块化匹配设计，DC级包含一定数量零件级DZ，DZ级为路线采购及装配物料领用，采用模块化DC匹配组合及设计，规范DC编码及名称，提高DC级BOM选择准确性。

随着计算机辅助设计普及，推广整车产品三维协同设计，对零部件及整车产品进行三维设计及装配，通过虚拟装配，将直观的零部件装配关系进行校核及分析，通过数字化电子样车（Digital Mock-Up，DMU）校核或者运动演示对结构件BOM关系进行动态分析，通过电磁兼容、测试、仿真分析校核零部件性能与功能等。采用信息化及BOM管理手段提升订单设计BOM准确性，降低生产装调过程中BOM变更及调整频次，有效降低设计BOM准确率PPM指标。

3 售后市场零部件失效优化改进PPM管理

通过售后服务报单及大数据分析，统计零部件产品故障频次及索赔金额，定期对零部件周期故障率进行统计，筛选出PPM售后故障率较高的前50项或100项零部件进行设计分析。

根据故障模式、故障照片、故障车型、故障区域、细分市场等进行设计主动分析，优化设计结构及方案，进行CAE分析，测试、试装、试验验证，较原方案静强度、刚度、模态、疲劳寿命、电磁兼容性等性能提升，则固化技术方案，进行市场应用及小批量验证，待验证满足要求可放行进行批量应用，降低零部件周期故障率PPM，如图4所示。