在可靠性設計中，有一個從功能圖->邊界圖->p圖->FMEA的完整設計計流程。P圖能方便于設計FMEA，兩者的作用基本一致的，我的理解是P圖比FMEA更形象，更有利于產品設計(P圖 即參數圖，Parameter Diagram)。
以后在做PFMEA的過程中，亦可參考功能圖->邊界圖->p圖->FMEA的流程;比如要求圖->過程圖->p圖->PFMEA。
在汽車行業中P圖用于描述工程系統或過程 。應用工程師需要確定能使系統獲得期望輸出的物理輸入，以及由于能量轉移導致的、客戶認定的不期望的輸出。
此外，應該辨認那些可能會干擾或削弱期望輸出或可用來改善輸出的參數。從理論上講，這似乎很容易做到，但實際應用中常常感覺比較難。這篇文章試圖通過提供規范化定義來明確區分。
1、引言
P圖應被更廣泛應用于產品的健壯性和可靠性領域。所以首先介紹一下這些術語。
在質量方面的健壯性是指某產品或工藝的功能不會受到參數變化的影響。工程上的挑戰是如何使得系統在有噪音影響的情況下其理想功能變化不大。更高的目標是使系統在名義目標附近執行理想功能，同時副作用最小;從而最大限度地減少對理想的功能(提高健壯性)變化的收益必須兼顧的成本。
健壯性(robustness)可以被描述為系統所執行的功能與對它的需求功能之間的距離。能力與需求之間的這種分離是健壯性的一個標準，也可以描述為與故障模式的距離。
健壯性并不一定意味著設計是昂貴的、冗余的或過分設計的。當系統有一個大的響應差異，即系統對于某種差異源(噪聲)的影響十分敏感時，該系統也稱為非穩健的。信噪比(田口使用的SAN比例)是一種已知的對健壯性的衡量，它用來定義設計的最優參數設定。
可靠性可以被定義為一個系統在規定的時間，里程數或周期內，在噪聲存在的情況下完成預定功能的概率。它還要考慮客戶期望系統達到或超過預期的功能，并且在系統或車輛指定的壽命內能夠滿足規定的功能，如對于主系統的變速箱或發動機要求的十年或150.000英里。對于像剎車片、雨刷、火花塞或輪胎等易磨損部件應用更短的時間或里程。至關重要的是，此系統與客戶相關的使用情況必須是已知的，并要融合到設計之中。可靠性衡量值如下：
- 制造過程的MTBF(Mean Time Between Failure)
- 機器的MTTF (Mean Time To Failure)
- 每千輛汽車的維修數量
- 一個滾子軸承的B10壽命。
2、產品描述
在創建P圖(圖1)之前，團隊應該首先用邊界圖(圖2)描述系統。這對于描述哪些部件屬于該系統和它們之間的連接關系、甚至是各部件在系統邊界外它們與系統之間的相互作用不可缺少的。通過定義系統邊界，工程的范圍和責任會被明確劃分。
因此，P圖應該由設計者、客戶發布工程師和供應商發布工程師組成的團隊來共同構建。他們必須有完整的授權在邊界內改變設計參數(控制因素)，以提高系統性能。一個包含核心工程人員、質量人員、制造和測試人員的支持團體，可在有請求時幫助團隊[1][2][3][5]。
2.1 輸入信號
輸入可能來自多個方面，例如客戶沖動、周圍的系統或環境等，它們可能直接導致系統的響應。這些輸入應該由測量范圍和尺度(變化數據)來指定，描述完成系統功能所需的能量來源。如果想實現一個轉移功能，這些信號是輸入變量(X)，應該轉化為理想的響應(Y),見圖3.
輸入信號不應該是描述性的屬性數據，如“好或壞”、“通過或失效”，或二進制數據(0或1)，因為與功能描述相關的變化的能量不可能是這些值。下面是一些輸入信號的特征舉例：
變速桿行程(mm)
速度(m/s)
加速度(in/s2)
手動或踩踏力(N)
輸入的扭矩(Nm)
電壓(V)
工作角度(°)
輸入功率(kW)
流體壓力(N/mm2)
轉速(rpm)
動能(J)
溫度(°C)
2.2 理想響應
理想響應可描述為各種輸入信號在能量轉移下，系統主要的滿足設計意圖的功能輸出。
它可以描述為轉移功能函數的有用的功能結果。另外，它也可以是一個系統或質量目標。
在現實世界中，能量轉移和與之伴隨的響應會或多或少地受干擾噪聲因素的影響。
對每一個響應應該用一個帶國際單位的可測量的范圍表示。由于能量轉移，大部分單位會從原始的度量單位轉換(例如用N表示的輸入信號和用Nm描述的響應信號)。一個理想的響應應該包含系統在傳遞它的理想響應或任何屬性數據時不可避免的效率損失。下面是汽車行業一些理想響應的舉例：
開合力(N)
輸出扭矩(Nm)
軸角°
離合器踏板行程(mm)
加速或減速的加速度(m/s2)電壓(V)
發動機功率(kW)
轉速(rpm)
從最佳實踐角度，避免使用以下的表達來描述理想響應：
故障、不良率、無效
屈服
通過或失效
可靠性
2.3 固有損失
達芬奇是已知的首位表明沒有永動機的科學家，自他去世后沒有人可以否認該點，見圖4.
所以作為一個符合邏輯的結論，很明顯一個閉環的汽車系統必須伴隨效率和能量的損失。工程師的一個主要任務就是減少這種損失，但是，損失不能被完全避免。因此，在p圖中應該考慮這些無用但正常的系統輸出，將它們作為能量轉移的固有損失。典型的例子是廢氣、摩擦、熱、振動和排放。
2.4不期望的副作用
該類包含所有從工程觀點和客戶角度所不期望的系統輸出?？蛻舯г箍赡軄碜杂谌祟惛泄俚奈鍌€方面，包括觸覺、聽覺、嗅覺、視覺和味覺。
如果關于前四個方面的任何一個超出了客戶的接受極限(例如系統工作但操作很吃力)，客戶就會抱怨。
換句話說，系統可能運作良好，但有一些副作用。例如空調可以給車輛內部降溫，但會產生難聞的氣味。導致這些副作用的潛在因素可能來自周遭的噪聲干擾，它會使系統薄弱。這些缺陷必須能檢測出或加以解決，或者至少通過對控制因素的最佳調整將其減少到一個較低水平。不期望的副作用應該在相應的潛在功能故障模式的D-FMEA-列中作為潛在影響列出。
不期望的副作用不應該與D-FMEA中確定的故障模式相混淆，因為所有的FMEA故障模式都與功能描述相關，從而兩者有相同的物理單位，而副作用用不同的SI單位。典型的不期望的副作用如泄漏、過熱、空轉不平滑、不尋常的噪音、風噪聲、吱嘎聲、難以操作、漏水、剎車噪音或難聞的氣味。
2.5 控制因素
在系統邊界內的可由責任工程團隊修改的設計參數可以作為控制因素。它們是設計項目，能直接影響系統輸出，能按等級劃分為離散的或連續的值W。這些因素可以被調整，使它對成本、資源和技術影響的最小化。這些因素是可調的，工程師可以利用它們來提高系統的健壯性。通常情況下，試驗設計可以產生最優的控制因素水平。控制因素也可以看作潛在的設計項目來檢查D-FMEA中的潛在原因。
統計過程控制，過程結束測試和開發階段的設計測試不應該被視為控制因素?？刂埔蛩氐牡湫屠佑校?/p>
- 軸的直徑，單位mm
- 表面涂層厚度，PM
- 形狀和形狀公差
- 彈性極限或屈服點
- 螺紋幾何尺寸
- 剛度N/mm
- 密度kg/dm3;g/cm3
- 鋼的硬度，HV, HR,
- 液體的粘度，Ns/m2
2.6 噪聲干擾因素
不可避免的接口、條件和使用都會擾動或影響系統的理想功能，它們稱為噪聲干擾因素。噪聲干擾因素反映了在真實世界中產品的不理想的使用。在更高的層次上，它們被劃分為內在的(能力、強度)和外部的(需求、應力)噪聲干擾。內部的噪聲干擾表現為生產上的個體不同和時間上的時時不同。外部噪聲干擾是客戶使用、外部環境或系統間的相互作用。
責任工程師必須知悉這些相關的干擾因素因為它們可能對設計有很大的影響。通常因為太昂貴、太復雜或其它不可能的情況，控制它們非常不容易。然而，它們是產生副作用的最主要的來源。對于一個經驗設計的高效的測試，噪聲干擾因素必須要加以評估，并優先考慮，且指定使用范圍和物理場SI單位，這樣以來，可以建立一個在此范圍內的能反映的噪聲大小和系統的響應的測試。
2.6.1 個體差異
個體差異是在批量生產中由干擾噪聲導致的不可避免的系統差異。很明顯，它不是工程圖或技術說明中的公差變化。部件和制造過程的差異影響最終產品外場的性能。然而，設計工程師不能控制任何的產品差異。只有過程/制造工程師可以試圖通過優化過程參數將過程差異減少到一個可接受的界限。要選擇進行測試的合理零件，推薦在最好情況和最壞情況下(尾部測試)選擇明確的公差。
值得一提的是個體差異不考慮在給定的工程說明界限外的任何部件。即所謂的不適用部件。下面是個體差異的例子：
- 產品使用的原材料的差異
- 硬化過程中的差異
- 過程參數的差異，如液壓機
- 組件在電流、電壓或電阻上的差異
2.6.2 隨時間或英里數的變化
隨時間或英里數的變化是設備組件或材料正常的退化，可以導致性能極限或最壞情況下系統功能的損失。該類噪聲干擾的例子如：腐蝕、疲勞、磨損、物理的退化，如有機/無機老化、隨著時間/里程/工作周期的推移材料雜質的形成，如在發動機油或在生產過程中的化學品如洗滌槽、磷酸滴等、揮發性物質隨著時間推移的損失，如汽車儀表板的增塑劑或低分子量聚合物組分，熵的無序影響，如音頻或錄音錄像磁帶磁性的損失，橡膠零件的膠老化或密封老化，聚合物由于紫外線輻射分解或橡膠鋼件粘接力的損失。
2.6.3 客戶使用和占空比
客戶使用和占空比考慮客戶在產品使用壽命期內對產品所做的任何事情。它考慮對系統的任何可預見的誤用。但是，用戶使用和占空比不考慮真正的濫用(例如：向發動機加水而不是加油)?？蛻舻氖褂们闆r和占空比的實例如下：
- 使用不同公司的燃料
- 有不同的駕駛者駕駛
- 不同發動機潤滑劑或冷卻劑
- 不遵守維修周期
- 高壓清洗
- 清潔材料的使用
- 不正確的胎壓
- 市場配件的使用情況
- 防滑鏈或輔助啟動裝置的使用
- 汽車用拖車或鐵路運輸
- 配件包(如自行車架，滑雪箱)的使用
2.6.4 環境
環境預定義了所有可預見的系統必須考慮的工作和操作條件。外部環境的典型例子有：
- 水和雪
- 碎片，泥
- 鹽路
- 污垢和灰塵
- 在寒冷和炎熱的氣候下的環境溫度
- 石塊沖擊
- 海拔高度和坡度
- 空氣濕度
- 陽光、臭氧、紫外線光
- 鳥糞
- 在擋風玻璃或車頭大燈的昆蟲
- 像松樹貂等動物。
2.6.5 系統間相互作用
系統間的交互作用考慮汽車內任何已知的系統與受其影響的周遭系統，如圖2.相互作用可以由直接接觸或連接產生，或由接近或包周邊配件等產生。它們還可以從周邊系統的副作用的產生。系統間相互作用的典型例子是熱、底盤或發動機的振動、懸掛的聯接、運動和力、滾子的限制力、轉向系的聯接、運動及動力、電氣干擾、電源對電氣系統的電壓以及電磁干擾。
3、與其它質量管理工具的聯系
從作者的觀點看，P圖有幾種可能性可以作為正確的質量工具以支持工程工作。它們可用于下列的主要應用，見圖5：
在健壯性和可靠性研究中選取的健壯性更好的設計。在此，P圖提供了現有的控制因素，可用于系統調整以優化功能輸出，即使有干擾因素的存在。更進一步的質量工具如健壯性清單，可靠性驗證矩陣等，在這篇文章不涉及這些工具。
作為支持設計FMEA工作的補充文件。由于定義的控制因素可能是潛在的故障觸發機制，它可以導致整個系統的崩潰。噪聲干擾因素可能導致缺陷或崩潰，而失效是由于抵抗干擾的穩定性差造成的，而不是由干擾因素本身造成的(如一個單元可能會因為它的熱穩定性差而失效)。如果使用與FMEA方法(QS - 9000)相關的功能，在潛在原因列中可以發現使用控制因素和抵抗噪聲的健壯性。重要的是對控制因素的值和規格的嚴格審查。
如果在開發新系統時應用六西格瑪流程設計，它是一個描述系統必不可少的要素，它用數學傳遞函數描述系統。這些數學方程描述輸入信號(X)向理想的響應(Y)的轉移。p圖在開始定義方程前首先產生重要的值。有幾種用數學方程來描述系統的方法。一個經驗設計研究的結果是基于經驗結果的傳遞函數。此功能可以用來做任何與系統行為有關的預測。另外一種創建傳遞函數的方法是用機械和電氣規律描述任何物理輸出。如圖3所示，這類方程系統依賴于一個以上的變量，它會造成復雜的方程式。為了降低這種復雜性，有必要進行一些前期測試以確定重大的噪聲干擾及確定其優先次序。在大多數情況下這將導致相關的管理參數數量的減少。在啟動傳遞函數前，往往不知道相關的噪聲范圍。正因為如此，如果獲取了新系統的知識，傳遞函數必須逐步開發和現實。
在任何問題的根本原因是未知的情況下，和在個人不可能解決一個復雜的任務的情況下，啟動全局的8D可能會有所幫助。P圖將噪聲干擾融合到分析中，可為尋找潛在根原因的頭腦風暴會議提供支持[4]。
4、結論
P 圖是完美的質量管理工具，用來展示一個用戶所在的真實世界中的明確的工程系統的理解。其應用的可能性是多方面的。它們記錄系統的工程知識，不斷更新，用來維持一個“可汲取的經驗數據庫”，以供將來使用;它的發展將會必然產生健壯性更好、客戶滿意度更高優質產品。
關于“錯誤狀態”的結束語，而這往往是在使用P 圖時發現的。在這方面的錯誤狀態用于定義任何不期望的輸出，如圖6.本文試圖將錯誤狀態區分為固有的損失和主要是檢測和客戶認定的不良的副作用。這樣做的目的是因為工程師的首要任務是消除這些副作用，但潛在損失應該在指定的范圍內可以接受，因此作為一個正常的系統行為出現。
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