PPM質量工具在重卡產品設計階段的探究

李成林，張 攀，張陽陽，高 云

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

隨著重型卡車產品和技術向電動化、智能化、網聯化、共享化發展，重型卡車成為復雜的系統性、智能化應用平臺，司機追求更高品質的、功能更加完美和人性化的重卡，高可靠性、高出勤率的重卡產品成為市場主流，這就需要重卡主機廠不斷提升產品質量，提高產品性能和可靠性。

汽車產品的可靠性及質量表現通過各項指標進行量化，在品質管理中百萬分之（Parts Per Million, PPM）可作為其中一項指標衡量產品質量，是指每一百萬個產品中的不良率的統計標準，即10水平作為質量控制系統的目標，對產品質量的可靠性程度提出更高的要求。1PPM即百萬分之一，意味著交付給客戶的產品每100萬中只有1個不良品。如果PPM換算成百分號為1PPM= 0.000 1%。PPM統計在汽車行業經常用于零部件質量評價。

汽車產品開發設計階段作為汽車產品實現的關鍵環節之一，用量化的指標衡量產品開發設計的質量水平，給評價設計質量風險提供科學的依據，不斷地發現重點改善的機會，在持續改善中提升產品的設計質量，研發設計階段的有效質量策劃及管理可以確保汽車批量進入市場后售后質量損失較少，為企業創造更多的利潤。

1 整車及零部件可靠性開發PPM管理

汽車可靠性指的是汽車產品（總成或零部件）在規定的使用條件下，在規定的時間里，完成規定功能的能力。汽車的可靠性從定義出發，由產品、條件、時間、功能構成，如圖1所示。

圖1 汽車可靠性定義模型

汽車可靠性主要評價指標有可靠度、不可靠度、故障率、平均故障間隔里程、平均首次故障里程、當量故障率等，具體如表1所示。

表1 汽車可靠性主要評價指標定義

汽車可靠性綜合反映了汽車的耐久性、無故障性、有效性和使用經濟性等，主要通過可靠性、維修性、耐久性、安全性等進行實際車輛狀態表現。

根據車輛細分市場及運行工況，考慮零部件在全生命周期內環境影響、使用習慣、保養周期等，借鑒同類型整車及零部件售后表現及失效模式、市場調研、客戶需求、競品對標等，在整車產品開發時，定義整車開發可靠性目標，搭建整車可靠性PPM模型，如圖2所示，分解至各系統級，逐級分解至零部件級，滿足設計輸入要求，如整車功能提升、B10壽命提升，模塊化優化，響應顧客需求等，設定不同車型的首次故障里程和平均故障間隔里程，有效支持整車可靠性目標達成。

圖2 整車可靠性PPM分解模型

從整車可靠性PPM目標，依次分解到各系統目標、分組目標、零部件目標，根據對汽車各系統的可靠性PPM要求，參考汽車構造框架，可靠性PPM目標可劃分為四個層級：整車層，系統層，分組層，零部件層。一般整車根據各細分市場及使用需求，按車型進行分類，如：牽引車、自卸車、載貨車、專用車等。4類車型均為整車級，整車結構按系統可分解為 4大系統，分別為動力系統、底盤系統、車身系統、電器系統，系統承接整車PPM目標，分組承接系統目標，零部件承接分組目標，層層分解，層層承接。整車系統及分組的劃分在不同汽車企業會略有不同。在目標從上到下分解后，需結合汽車及零部件行業當前水平、產品改進狀態、產品現狀水平、汽車新技術趨勢等方面進行可行性分析、評估與討論，形成合適的可靠性PPM目標，在涉及可靠性與成本、進度相關聯時，并非可靠性越好產品越適合，要根據產品的定位進行設置，綜合考慮企業追求目標、經營要求、售后、制造、終端售價等需求，必要時需組織公司決策層升級決策。

整車可靠性PPM數據定義最終來源于最底層的零部件PPM，整車設計開發立項前期，根據產品技術方案，可得出初版整車物料清單（Bill of Material, BOM），依據具體技術狀態變化點，整車下發設計任務聯系單至各系統，各系統根據配置要求進行詳細設計，初步得出該整車的沿用件及需要新出的零部件。沿用件可通過售后質量大數據平臺對歷史PPM達成情況進行查詢，并結合該車型的使用工況等擬定沿用件可靠性PPM指標，需要新設計零部件可結合參考基礎BOM進行分類類推，設定該零部件可靠性PPM指標要求，在后期開發設計過程中進行正向開發目標設定及跟蹤達成情況。

可靠性設計的優劣對產品的固有可靠性產生重大的影響，產品設計一旦完成，并按設計預定的要求制造出來后，其固有可靠性就確定了。汽車可靠性設計主要包括結構、工藝、電器等方面可靠性設計，如表2所示。

表2 可靠性設計分類

零部件PPM目標一方面在開發初期進行可靠性設計，另一方面在供方開發及采購時進行合同約束，簽訂采供合同時，附加質量合同，明確產品的各種質量特性、規格以及試驗條件；供應商建立從設計、采購、進料檢查、生產、過程檢查、成品檢查、可靠性試驗到銷售的具體質量保證體系，質量問題發生時的處理程序和防止再發生的程序。

在零部件開發技術協議中定義PPM指標要求，約束供應商，供應商從人、機、料、法、環、測方面提升產品質量，降低售后零部件故障PPM。

技術協議中PPM應結合該零部件所有供方去年產品在售后市場PPM表現情況，設定具有挑戰性的零部件PPM目標，要求供方結合自身的零部件內部結構等進行主動產品改進與提升。

在設計階段應綜合應用產品質量先期策劃、質量功能展開、設計失效模式及后果分析、故障樹分析、實驗設計、生產件批準程序、測量系統分析法、過程潛在失效模式及后果分析等方法，持續性對產品設計及驗證過程進行糾正預防。

在產品方案研究及詳細設計階段考慮從設計預防視角降低產品售后PPM。

2 設計BOM準確率PPM管理

在小批量多品種訂單式生產裝調過程中，存在研發設計BOM變更/調整現象，為有效評價研發設計BOM準確性，定義設計BOM準確率PPM （零公里PPM）指標。

管理方法為生產裝調過程中設計BOM更改車輛數/當期生產入庫車輛數。

企業重點關注訂單BOM設計明細準確與一致性，制定相應改善舉措，可降低訂單設計BOM問題數及影響車輛數，間接降低設計BOM 準確率PPM指標。

訂單分為3類，包括點單訂單、可配置訂單和不可配置訂單，整車基礎明細及選配明細根據試制/小批量裝調驗證，通過產品配置調整、基線變更、設計更改、BOM優化、固化軟件版本及數據等方式將基礎BOM進行固化，以支持批量接單及生產。

點單訂單無需研發設計人員進行訂單BOM設計，銷售單位通過銷售系統對客戶需求的配置核對后進行基礎配置及選配配置組合，直接進行訂單下發，自動形成訂單BOM。

可配置訂單需研發設計人員進行BOM專業組合，無需新開發設計零部件及相關系統。

在不可配置訂單設計時，參考基礎BOM，根據客戶要求及配置需求、特殊協議等開展適應性設計、分析及校核等，完成設計BOM及技術文件發布，如圖3所示，根據裝調驗證結果對不可配置訂單BOM進行PDCA修訂，提升設計BOM準確率。

圖3 BOM設計簡化流程

根據歷史BOM錯誤經驗庫，建立訂單設計落實跟單機制，在訂單下發基線時對關鍵系統、高頻錯誤總成及明細進行跟單校核，減少BOM出錯率。

建立準確的整車BOM數據庫，對基礎BOM數據進行裝配驗證，固化驗證后準確BOM，通過配置建議，引導銷售客戶選擇發布的點單配置，減少不可配置訂單的輸入，減少人工BOM加減等帶來的BOM遺漏、多余等錯誤。同時在BOM人工編制過程中，通過產品生命周期管理（Product Life-cycle Management, PLM）系統等信息化手段，提升BOM系統自查、防錯功能，規避明顯的BOM編制錯誤。

整車BOM 采用模塊化設計理念，將整車BOM按照分組及系統分解至100多項DC級別，DC級為分組級明細，用于分組明細的BOM反饋及模塊化匹配設計，DC級包含一定數量零件級DZ，DZ級為路線采購及裝配物料領用，采用模塊化DC匹配組合及設計，規范DC編碼及名稱，提高DC級BOM選擇準確性。

隨著計算機輔助設計普及，推廣整車產品三維協同設計，對零部件及整車產品進行三維設計及裝配，通過虛擬裝配，將直觀的零部件裝配關系進行校核及分析，通過數字化電子樣車（Digital Mock-Up，DMU）校核或者運動演示對結構件BOM關系進行動態分析，通過電磁兼容、測試、仿真分析校核零部件性能與功能等。采用信息化及BOM管理手段提升訂單設計BOM準確性，降低生產裝調過程中BOM變更及調整頻次，有效降低設計BOM準確率PPM指標。

3 售后市場零部件失效優化改進PPM管理

通過售后服務報單及大數據分析，統計零部件產品故障頻次及索賠金額，定期對零部件周期 故障率進行統計，篩選出PPM售后故障率較高的前50項或100項零部件進行設計分析。

根據故障模式、故障照片、故障車型、故障區域、細分市場等進行設計主動分析，優化設計結構及方案，進行CAE分析，測試、試裝、試驗驗證，較原方案靜強度、剛度、模態、疲勞壽命、電磁兼容性等性能提升，則固化技術方案，進行市場應用及小批量驗證，待驗證滿足要求可放行進行批量應用，降低零部件周期故障率PPM，如圖4所示。

圖4 故障處理流程

售后PPM優化應結合市場實際運行工況及細分市場、車貨總重、用戶操作習慣、失效頻次等，將產品或零部件失效模式進行全方位剖析，可通過結構優化、材料替換、尺寸調整等滿足售后需求，降低售后故障率。

4 結論

本文通過重型卡車正向開發及優化設計業務探討開發質量PPM管理思路，以市場及客戶為中心，通過研發設計手段，提高整車出勤率及用戶收益，降低企業售后支出費用，提供研發質量精細化管理提升方案。