Design & Development
Dimostrazione della Robustezza
del disegno di un Fusibile Automotive con Minitab
CONFIDENTIAL BY MTA
DATE: 10 Aprile 2015
1954
1995
1999
2004
2007
2008
2009
Founding of MTA SpAin Codogno Italy.
Acquisition of Digitek SpA, a
Company founded in 1983 in
Modena, Italy producing and
developing electronic products.
MTA Brasil plant established
in Sao Paolo to guarantee
timely delivery of automo-
tive components for
MERCOSUR
MTA Polska was founded
close to a number of industrial plants in
Bielsko-Biala, in the heart of Poland.
MTA Slovakia, located in
Bánovce nad Bebravou, was
set-up to obtain economic
savings for the production
phases requiring significant
manual labor.
MTA USA is situated in
Schaumburg, Chicago, a
strategic location in the
automotive sector.
MTA India is located in Pune, a
city considered as the strategic
hub of the local automotive
industry.
2014
Incorporation of MTA
China, with office and
production plant in
Shanghai.
2015
MTA Mexico is founded for
production and delivery to
NAFTA Regions .
MTA Group History
Production
MTA USA
MTA BRASIL
MTA MEXICO MTA INDIA
MTA CHINA
MTA POLAND
MTA SLOVAKIA
HEADQUARTERS CODOGNOELECTRONICS ROLO
FRONT OFFICE FRANCE
FRONT OFFICE GERMANY
FRONT OFFICE TURKEY
Production
R & D
Sales
MTA in the World
TURNOVERIN MILLION €
R & D ON TURNOVER
INVESTMENTSON TURNOVER
EMPLOYEES
2011 20142012 2013 Forecast2015
150136
810
155
840 860 950
7 %12 % 9 % 9,5 % 10 %
6% 5,5% 6% 7 % 7,5 %
160 170
1020
MTA Group Figures
MTA Electromechanics and Electronics
� AGCO Group� ARGO Group� CNH� GEHL� JCB� John Deere� SDF Group
� Cargotec� Elgin Sweeper� Freightliner� Iveco� Navistar� Smith Electric
� Aston Martin� BMW� Ferrari-Maserati� FCA� Ford� GM� Lamborghini� Lotus� Mahindra� PSA Peugeot Citröen� Renault – Nissan
� TATA
� Tesla
� Volvo Car Corporation
� Volkswagen
� Aprilia� BMW Motorrad� Brammo� Cagiva� Ducati� Derby� Harley Davidson� Husqvarna� MBK� Moto Guzzi� MV Agusta� Piaggio� Yamaha
MTA Tier 1 Customers
SINTESI
I fusibili per automobile, malgrado la loro apparente semplicità, devono garantire precise
caratteristiche di funzionamento al fine di fornire la corrente elettrica in modo affidabile, e di
interromperla qualora si verificasse qualunque anomalia nel circuito valle del fusibile.
Tali caratteristiche operative dipendono direttamente da una serie di parametri costruttivi come
le dimensioni, le caratteristiche elettriche e termiche dei materiali impiegati, la
conformazione dell’involucro, i terminali, ecc.
Prima di avviare la produzione di massa è imprescindibile determinare che il disegno realizzato è
robusto, ovvero che le variabilità naturali presenti nei materiali e nel processo produttivo
non determinano un funzionamento al di fuori delle tolleranze ammesse.
Essendo poi la funzionalità di un fusibile dimostrabile soltanto con delle prove distruttive, risulta
ancora più importante dimostrare che, se i parametri critici sono sotto controllo, i pezzi
prodotti funzioneranno indubitabilmente all'interno del campo di tolleranze accettato; e
questo lo è per tutte le caratteristiche funzionali contemporaneamente.
La presente comunicazione espone il metodo eseguito con l'utilizzo di Minitab per garantite la
robustezza del design, e l'affidabilità del sistema di controllò del processo.
7
FUNZIONALITA’ DEI UN FUSIBILE AUTOMOTIVE
Effetto JoulePIN=I2xR
i
i
Conduzione
Conduzione
Interazione tra gli effetti del
riscaldamento Joule, eliminazione
del calore, cambi di fase e di
resistività con la temperatura
Condizioni funzionali:
1. Sotto anomalia, il fusibile deve
intervenire prima che il cavo sia
danneggiato, ma….
2. Mai se non c’è anomalia, e…
3. Deve Scaldare «poco» sotto
condizioni operative normali
FUNZIONALITA’ DEI UN FUSIBILE AUTOMOTIVE
ρ Funzioni di trasferi-mento del sistema
Tempo fusione e Caduta di tensione ������������; �; �; ��, ��, . . !
Le caratteristiche funzionali
«Generazione di calore» e «Tempo
di fusione» sono conseguenza della
scelta, o della variabilità di
caratteristiche fisiche
SINTESI: Contenuto Statistico del Lavoro
10
Identificare Funzione di
Trasferimento
Identificare la distribuzione dei
parametri
Calcolare la distribuzione delle
caratteristiche Funzionali
Definire un criterio di controllo
«complessivo»
Valutare la robustezza del
disegno
DOE Analisi Dati
Monte Carlo
Correla zione
Capability
Identificazione delle funzioni di trasferimento
11
Le caratteristiche operative che vogliamo identificare sono tempo di fusione (a
corrente pari al 150% della corrente nominale, la caratteristica più variabile e
difficile da controllare) e la caduta di tensione a freddo, ovvero, la resistenza
elettrica del componente, facile da misurare al 100%
Costruiamo dei campioni con tolleranze in larghezza, lunghezza, resistività, e quantità
di stagno anche oltre i limiti prescritti a disegno.
Per piccole variazioni, l’effetto di variare lo spessore del materiale è lo stesso che
variare la larghezza. Perciò possiamo evitare di costruire campioni con diverso
spessore, che risulta complicato materialmente, e dedurre la dipendenza dello
spessore dalla dipendenza della larghezza.
I tre livelli della quantità di stagno li applichiamo soltanto ai punti centrali del disegno,
in quanto sappiamo che non esiste interazione tra i fattori geometrici e la quantità
di stagno, per queste piccole variazioni
Determinazione delle funzioni di trasferimento
12
Term
L
Resist.
W
9876543210
Standardized Effect
2,069
Pareto Chart of the Standardized Effects(response is t-150% [sec]; α = 0,05)
5002500-250-500
99
90
50
10
1
Residual
Perc
ent
1600140012001000800
500
250
0
-250
-500
Fitted Value
Res
idu
al
6004002000-200-400
10,0
7,5
5,0
2,5
0,0
Residual
Freq
uen
cy
30282624222018161412108642
500
250
0
-250
-500
Observation Order
Resi
du
al
Normal Probability Plot Versus Fits
Histogram Versus Order
Residual Plots for t-150% [sec]
DOE misto fattoriale/superficie di risposta
Misuriamo la CdT ed il tempo di intervento alla 150
% IN per ognuna delle combinazione di
larghezza/lunghezza/resistività 2 volte
Otteniamo un modello di regressione con Minitab.
Determinazione delle funzioni di trasferimento
13
Questi campioni compongono un DOE misto fattoriale/superficie di risposta, con
larghezza, lunghezza a due livelli + punto centrale, e la resistività e la quantità di
stagno a 3 livelli per ogni livello di larghezza, lunghezza.
Misuriamo ognuna delle combinazione di larghezza/lunghezza 6 volte, variando su 3
livelli di corrente.
Misurando la CdT ed il tempo di intervento alla 150 % IN, otteniamo un modello di
regressione con Minitab.
T _(150%)= C0 + C1 x W x Th + C2 x L- C4 x Resistività + Distribuzione(Normale;0;50)
CdT = D0 + D13 x W x Th + D2 x L + D4 x Resistività + D12 x W x L + D24 x L x Resistività
+ Distribuzione(Uniforme;-0,2;+0,2)
Determinazione delle funzioni di trasferimento
14
1,2851,215
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
15,31014,660 1,016740,97516
W
Mean o
f t-
150%
[se
c]
L resistività
Effetti principali tempo fusione 150%Fitted Means
Indipendenza tra gli effetti della
deposizione di stagno e le piccole
variazioni geometriche o di
resistività.
Identificare la distribuzione dei parametri
Dai valori storici consideriamo per lo
spessore una distribuzione normale
Sappiamo che, tenendo conto i vari
possibili errori, la lunghezza segue una
distribuzione di Laplace
15
1,3521,3261,3001,2741,2481,2221,1961,170
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Larghezza
Fre
qu
en
cy
Histogram of LarghezzaNormale Stratificata
16,2015,8415,4815,1214,7614,4014,0413,68
10000
8000
6000
4000
2000
0
Lung.present
Fre
qu
en
cy
LunghezzaLAPLACE
Identificare la distribuzione dei parametri
Dai valori storici consideriamo per lo
spessore una distribuzione normale
Invece non abbiamo storia attendibile
della resistività di questi materiali, ma
solo le garanzie del fornitore che i
valori si trovano all’interno di un
intervallo: distribuzione uniforme
16
1,0151,0101,0051,0000,9950,9900,985
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Resistività
Fre
quency
Histogram of ResistivitàNormal
0,38880,38640,38400,38160,37920,37680,3744
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Spessore
Fre
qu
en
cy
Histogram of SpessoreNormal
ROBUSTEZZA DEL DESIGN: SIMULAZIONE DI MONTECARLO
Con la distribuzione dei parametri e le funzioni di trasferimento simuliamo la
distribuzione delle caratteristiche funzionali risultanti
17
16,20
15,84
15,48
15,12
14,76
14,40
14,04
13,68
10000
7500
5000
2500
0
1,35
2
1,326
1,30
0
1,274
1,24
8
1,22
2
1,196
1,17
0
0,38
88
0,38
64
0,38
40
0,38
16
0,379
2
0,376
8
0,37
44
1,01
16
1,008
0
1,0044
1,00
08
0,997
2
0,9936
0,99
00
0,98
64
10000
7500
5000
2500
0
172,5
115,0
57,50,
0-5
7,5
-115,
0
-172
,50,2
10,1
40,0
70,0
0-0
,07
-0,14
-0,21
36003000250020001500100050090
Pp 4,70PPL 2,77PPU 6,62Ppk 2,77Cpm *
Cp 5,58CPL 3,29CPU 7,86Cpk 3,29
Potential (Within) Capability
Overall Capability
PPM < LSL 0,00 0,00 0,00PPM > USL 0,00 0,00 0,00PPM Total 0,00 0,00 0,00
Observed Expected Overall ExpectedDifetti
LSL USL
OverallWithin
Distribuzione del Tempo di Fusione e relativa Capability
"# � F %&
CORRELAZIONE TRA CdT
E TEMPO DI FUSIONE
Calcoliamo la correlazione esistente tra i valori di CdT e i
valori del tempo di fusione.
Utilizziamo le linee del intervallo di confidenza per la
predizione per stabilire il limite per i nostri controlli.
Dalle predizioni ottenute dalla simulazione, si evidenzia che
circa il 100% dei fusibili avranno valori di CdT all’interno
dell’intervallo di controllo, quindi avremo un limitatissimo
numero di scarti
18
CONCLUSIONI
• Con un DOE abbiamo determinato le Funzioni di Trasferimento (modello che
mette in relazione il valore dei parametri costruttivi del fusibile con le
caratteristiche funzionali).
• Analizzando i dati storici dei vari parametri costruttivi, abbiamo definito le
distribuzioni matematiche che statisticamente rappresentano le variazioni
attese per questi parametri durante la produzione a livello industriale.
• Abbiamo utilizzato le distribuzioni dei parametri e le funzioni di trasferimento
per ottenere, con il Metodo di Monte Carlo, la distribuzione dei tempi di
diffusione e delle cadute di tensione, attese in produzione.
• L’analisi della Capability ha messo in evidenza che, garantendo le distribuzioni
dei parametri costruttivi, si ottiene un 0 ppm di difetti nelle specifiche
operative.
• La Correlazione esistente tra il tempo di fusione e la caduta di tensione
garantisce che misurando quest’ultima al 100% dei fusibili (prova non
distruttiva) si eliminino eventuali pezzi comunque difettosi.
19
Thank you for your attention .
HEADQUARTERS
MTA S.p.A - V.le dell’Industria, 12 - 26845 Codogno (LO) - Italy - T. +39 0377 4181 - F. +39 0377 418493 - [email protected]à locale: 41033 Concordia s/S (MO) – Via Martiri della Libertà, 44/A – T. +39 0535 43563 – F. +39 0535 40240
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