汽車尾氣排放系統(tǒng)中的蜂窩載體統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制

徐曉敏， 夏 雨

(上海電機(jī)學(xué)院 商學(xué)院， 上海 201306)

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新公布數(shù)據(jù)顯示，2009—2018年期間我國(guó)民用汽車擁有量以36.81%的年平均速率增長(zhǎng)，目前我國(guó)民用汽車擁有量已達(dá)到23 122萬(wàn)輛。在汽車基數(shù)如此之大的情況下，汽車尾氣所造成的污染也受到人們的強(qiáng)烈關(guān)注。與此同時(shí)，更加嚴(yán)格的國(guó)Ⅵ尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也即將實(shí)施。這些問(wèn)題都是對(duì)汽車尾氣排放凈化的重大挑戰(zhàn)。

在汽車排氣系統(tǒng)中起主要凈化作用的裝置是三元催化器，蜂窩載體是其核心部件。發(fā)動(dòng)機(jī)排放的尾氣經(jīng)過(guò)輸送管進(jìn)入三元催化器中，在三元催化器中與覆蓋在載體上的催化劑進(jìn)行一系列反應(yīng)，將尾氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏扔泻怏w轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體排出。由此可見，載體的質(zhì)量好壞對(duì)于三元凈化器的凈化效果有著重要影響。

在當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量需要引起重視，企業(yè)的市場(chǎng)需要靠質(zhì)量來(lái)獲得[1-3]。統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，將某些可度量的特性參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常因素時(shí)發(fā)出警報(bào)并分析其原因，以此來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量[4-9]。石川馨先生發(fā)明的因果圖可以解決實(shí)際問(wèn)題，以及質(zhì)量改進(jìn)工作中的質(zhì)量循環(huán)相關(guān)的問(wèn)題。產(chǎn)品質(zhì)量的控制應(yīng)關(guān)注于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制，產(chǎn)品質(zhì)量是由產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量所保證的[10-11]。過(guò)程能力指數(shù)是反映生產(chǎn)過(guò)程能力的重要指標(biāo)，它可以判斷當(dāng)過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程能力的等級(jí)，并根據(jù)生產(chǎn)能力等級(jí)提出不同的措施[12-13]。蜂窩載體是三元凈化器起凈化作用的關(guān)鍵部位[14-20]。以上文獻(xiàn)從各個(gè)角度對(duì)過(guò)程控制提出了自己的觀點(diǎn)，對(duì)本文工作具有一定的借鑒意義。

1 蜂窩載體現(xiàn)存問(wèn)題

載體凈化尾氣的原理是將汽車排放尾氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锱c載體中的催化劑(鉑、銠和鈀等貴重金屬)在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使一氧化碳和碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成為無(wú)害的二氧化碳、水，同時(shí)將氮氧化物分解成為氮?dú)夂脱鯕?。影響這一反應(yīng)過(guò)程的主要有載體中的催化劑，載體催化劑與尾氣的接觸面積以及載體所使用的材料。本文所研究的該公司生產(chǎn)的蜂窩載體中所采用的催化劑和載體的材料均為目前市場(chǎng)已經(jīng)成熟的最優(yōu)材料，要想提高所生產(chǎn)的蜂窩載體的品質(zhì)，目前只能從尾氣與載體催化劑接觸面積方面入手。從生產(chǎn)工藝角度來(lái)看，與此直接相關(guān)的因素是載體的壁厚，其厚度將直接影響催化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的效果?？梢?，想要提高蜂窩載體的凈化效果就要對(duì)其壁厚的生產(chǎn)過(guò)程加以控制，使其生產(chǎn)過(guò)程能力達(dá)到要求。

2 蜂窩載體現(xiàn)狀分析

2.1 蜂窩載體壁厚控制圖和過(guò)程能力分析

在載體生產(chǎn)過(guò)程中，蜂窩載體壁厚的厚度(生產(chǎn)要求厚度大于0.316 mm，小于0.370 mm)為一個(gè)重要的質(zhì)量特性參數(shù)，可以對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。

計(jì)算樣本總均值和平均樣本極差分別為

(1)

(2)

式中：A2為均值控制圖控制界限系數(shù)。

也可求得R圖的控制限，記控制上限為UCL，中心線為CL，控制下限為L(zhǎng)CL，即

(3)

式中：D3、D4為極差控制圖控制界限系數(shù)。

表1 蜂窩載體壁厚的厚度值數(shù)據(jù) mm

由樣本數(shù)據(jù)所繪制的控制圖如圖1所示。

圖1 x-R控制圖

圖2 過(guò)程能力分析

等級(jí)Cp 或CpkP(不合格品率)/%過(guò)程能力判斷特級(jí)Cp>1.67P<6×10-5過(guò)程能力充足,允許較大的外來(lái)變異,以提高效率;可考慮收縮標(biāo)準(zhǔn)范圍;放寬檢驗(yàn)等1級(jí)1.67≥ Cp>1.330.006>P≥6×10-5過(guò)程能力充足,允許小的外來(lái)干擾引起的變異;對(duì)不重要的工序,可放寬檢驗(yàn);過(guò)程控制抽樣間隔可放寬些2級(jí)1.33≥ Cp>1.00.27>P≥0.006過(guò)程能力尚可,需嚴(yán)格過(guò)程控制,否則易出現(xiàn)不合格品;檢驗(yàn)不能放寬3級(jí)1.0 ≥ Cp>0. 674.55>P≥0.27過(guò)程能力不足,必須采取措施提高過(guò)程能力;加強(qiáng)檢驗(yàn)4級(jí)Cp≤0.67P≥4.55過(guò)程能力嚴(yán)重不足,需采取緊急措施提高過(guò)程能力,可考慮放寬標(biāo)準(zhǔn)范圍;可全數(shù)檢驗(yàn)

圖2中，Cp為過(guò)程能力指數(shù)；CPL為下穩(wěn)定過(guò)程的能力指數(shù)；CPU為上穩(wěn)定過(guò)程的能力指數(shù)；Cpk為實(shí)際過(guò)程能力指數(shù)；Pp為初期過(guò)程能力指數(shù)；PPL為下初期過(guò)程的能力指數(shù)；PPU為上初期過(guò)程的能力指數(shù)；Ppk為初期過(guò)程能力指數(shù)；PPM為質(zhì)量水準(zhǔn)；LSL為下規(guī)格限；USL為上規(guī)格限。由于圖中有偏移量存在，選擇Cpk來(lái)判斷過(guò)程能力等級(jí)。

2.2 蜂窩載體壁厚生產(chǎn)過(guò)程能力不足的原因分析

通過(guò)因果圖法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面綜合對(duì)蜂窩載體生產(chǎn)能力不足這一問(wèn)題進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖3所示。在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行初步分析后，對(duì)每條可能產(chǎn)生問(wèn)題的原因進(jìn)行再次確認(rèn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)對(duì)比，查閱資料等方法審核是否為產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因(見圖3)。

根據(jù)圖3的結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)要因進(jìn)行確認(rèn)，如表3所示。

圖3 因果圖分析

表3 要因確認(rèn)表

3 蜂窩載體改進(jìn)后分析

對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)造成問(wèn)題的原因分析后，得出主要原因。在改進(jìn)這些主要原因之后，重新收集數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)在蜂窩載體的生產(chǎn)過(guò)程重新分析。

3.1 改進(jìn)后蜂窩載體壁厚控制圖

同理，計(jì)算樣本總均值和平均樣本極差為

(4)

(5)

表4 蜂窩載體壁厚的厚度值數(shù)據(jù) mm

求得R圖的控制限，記控制上限為UCL，中心線為CL，控制下限為L(zhǎng)CL，即

(6)

由樣本數(shù)據(jù)所繪制的控制圖如圖4所示。

圖4 x-R控制圖

3.2 過(guò)程能力分析

分析生產(chǎn)的過(guò)程能力，需在生產(chǎn)過(guò)程處于穩(wěn)定時(shí)才可以分析，具體結(jié)果如表5所示。利用軟件Minitab分析，結(jié)果如圖5所示。經(jīng)查表2，實(shí)際過(guò)程能力為1.75>1.67，過(guò)程能力過(guò)剩，可以放寬檢驗(yàn)。

表5 檢驗(yàn)條件表及檢驗(yàn)結(jié)果

圖5 過(guò)程能力分析

4 結(jié) 論