UNIVERSITA DI PISA

Facolta di Ingegneria

Laurea Specialistica in Ingegneria dell’Automazione

Tesi di laurea

DETERMINAZIONE DI TEST DIAFFIDABILITA SU INIETTORI

BASSA PRESSIONE

BMW PPQ5

Candidato:

Matteo Masi

Relatore:

Prof. Ing. Alberto Landi

Correlatore:

Prof. Ing. Giovanni Tantussi

Tutor Aziendale:

Ing. Marco Rossi

Sessione di Laurea del 12/07/2007Archivio tesi Laurea Specialistica in Ingegneria dell’Automazione /07

Anno accademico 2006/2007Consultazione NON consentita

A nonna Elda, nonna Etuliae a tutti quelli che mi hanno sopportato

I only hope that we never lose sight of onething-that it was all started by a mouse.

W.D.

Sapete perche questo e il lavoro piu belloche esista al mondo? Perche si fanno tuttequelle cose che la mamma ci vietava sempredi fare quando eravamo piccoli come, adesempio, giocare con il fuoco e rompere lecose. E il bello e che ci pagano per farlo!

Anonimo

Sommario

Il presente lavoro di tesi e stato condotto in collaborazione con Siemens VDO Automotive ede stato finalizzato alla determinazione di nuovi test affidabilistici per la validazione continuadella produzione dell’iniettore bassa pressione DekaVII. Dopo una rapida presentazione dellateoria dell’affidabilita e dei metodi di analisi piu diffusi, sono stati esaminati la storia deiritorni in garanzia, i documenti di FMEA di progetto e di processo e i dati relativi alleprove di validazione del prodotto condotte in fase di avvio della produzione. In questomodo sono state valutate le caratteristiche di affidabilita iniziali del prodotto; inoltre sonostate individuate le principali modalita di guasto, determinate le relative cause e stabilite lepriorita di intervento.

Successivamente e stata effettuata un’analisi critica degli attuali test di affidabilita, sonostati suggeriti possibili miglioramenti e sono state proposte nuove tipologie di test. Sonostate condotte alcune prove di fattibilita che hanno permesso di verificare la correttezzadelle ipotesi fatte e di delineare i progetti di massima di banchi automatici da impiegare nelprocesso di analisi.

La ricerca si e conclusa con la valutazione dell’impatto economico dell’attivita.

Abstract

This research has been led in collaboration with Siemens VDO Automotive and it has beenfinalized to the determination of new reliability-oriented tests to continuously validate pro-duction of low pressure DekaVII injector. After a quick presentation of reliability theory andof the most common practices of analysis, history of warranty returns, both D-FMEA and P-FMEA documents and data related to the tests of product validation at start of productionwere examined. Initial reliability characteristics and main failure modes of the product weredetermined, their root causes were found and areas of priority operations were established.

Subsequently, a critic analysis of actual reliability tests has been performed, some im-provements were suggested and new tests have been proposed. Some feasibility tests wereperformed in order to check all hypotheses and to design new automatic test benches to beused in production.

The research was ended with an economic evaluation of testing activities.

Indice

Sommario vii

Abstract vii

Indice ix

Elenco delle figure xv

Elenco delle tabelle xix

Elenco degli acronimi xxi

1 INTRODUZIONE 11.1 Dalla “Qualita” alla “Qualita nel tempo” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Obiettivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Organizzazione del lavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 CENNI DI TEORIA DELL’AFFIDABILITA 52.1 Affidabilita: concetti di base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.1 La funzione di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.2 Intervalli di confidenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.1.3 Tipi di guasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.3.1 La “bathtub curve” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.4 Effetti dell’eta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.5 Effetti della durata di missione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.1.6 Effetti del livello di stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Le cinque funzioni analitiche fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.1 La funzione di densita di probabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.1.1 Le proprieta di interesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.2 La funzione “tasso di guasto” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.3 La funzione di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2.4 La funzione di affidabilita condizionale . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2.5 La funzione “vita media” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3 Tipi di dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.4 I modelli statistici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.5 La distribuzione esponenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

ix

x INDICE

2.5.1 La distribuzione esponenziale a singolo parametro . . . . . . . . . . . 242.5.2 La distribuzione esponenziale a due parametri . . . . . . . . . . . . . 262.5.3 Le caratteristiche di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.5.4 Come determinare il tasso di guasto e il MTBF . . . . . . . . . . . . 29

2.6 La distribuzione di Weibull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.6.1 Le caratteristiche di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.6.2 Determinazione dei parametri della distribuzione di Weibull . . . . . 382.6.3 La regressione lineare nella stima dei parametri . . . . . . . . . . . . 38

2.7 La distribuzione normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.7.1 Le caratteristiche di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.7.2 Valutazione dei parametri della distribuzione normale . . . . . . . . . 45

2.8 La distribuzione lognormale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.8.1 Le caratteristiche di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512.8.2 La valutazione dei parametri della distribuzione lognormale . . . . . . 522.8.3 Test di verifica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.9 Le popolazioni con piu modi di guasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.9.1 Il modello delle popolazioni miste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.9.2 L’identificazione delle sotto-popolazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.9.3 Discussione sulle popolazioni miste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.9.4 Modello a competitivita dei modi di guasto . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.10 Considerazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3 I TEST DI VITA ACCELERATA 613.1 I principali tipi di test accelerati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.2 Le prove qualitative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.2.1 HALT & HASS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.3 Le prove quantitative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.3.1 Prove a fatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.3.2 ALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.3.3 ESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.4 Il rodaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.4.1 Il burn-in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.5 I modelli matematici di riferimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.6 Relazioni a singolo stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.6.1 La relazione di Arrhenius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.6.1.1 Arrhenius-esponenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.6.1.2 Arrhenius-Weibull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.6.1.3 Arrhenius-lognormale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3.6.2 La relazione di Eyring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.6.2.1 Eyring-esponenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.6.2.2 Eyring-Weibull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 953.6.2.3 Eyring-lognormale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

3.6.3 La relazione IPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.6.3.1 IPL-esponenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 993.6.3.2 IPL-Weibull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

INDICE xi

3.6.3.3 IPL-lognormale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1023.7 Relazioni a doppio stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.7.1 T-H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033.7.2 T-NT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.8 Stress che variano nel tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.9 La pianificazione delle prove accelerate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

3.9.1 La definizione dei livelli di stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1143.9.2 La numerosita del campione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

3.10 Considerazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4 CASO AZIENDALE 1194.1 Siemens VDO Automotive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.2 L’iniettore bassa pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.2.1 I parametri caratteristici di un iniettore . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.2.1.1 I principali parametri costruttivi . . . . . . . . . . . . . . . 1254.2.1.2 I parametri di risposta funzionale . . . . . . . . . . . . . . . 125

4.3 Il progetto PPQ5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1284.3.1 L’iniettore DekaVII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304.3.2 PPQ5 e DekaVII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1334.3.3 L’organizzazione del lavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

5 PROCESSO DI ANALISI 1375.1 L’analisi dei ritorni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

5.1.1 I ritorni field BMW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.1.1.1 I principali modi di guasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.1.1.2 Root causes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

5.1.2 I ritorni field provenienti da tutti i clienti . . . . . . . . . . . . . . . . 1425.1.2.1 I principali modi di guasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1425.1.2.2 Root causes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.1.3 Considerazioni sui risultati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.2 FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

5.2.1 L’analisi del D-FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.2.2 L’analisi del P-FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

5.2.2.1 Analisi del P-FMEA sui componenti . . . . . . . . . . . . . 1535.2.2.2 Analisi del P-FMEA sull’assembly line . . . . . . . . . . . . 154

5.2.3 Considerazioni sull’analisi FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1555.3 La validazione del prodotto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

5.3.1 Le prove di PV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1565.3.1.1 Le prove di durata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1565.3.1.2 Cicli e shock termici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1575.3.1.3 Prove di vibrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1585.3.1.4 Altre prove eseguibili in azienda . . . . . . . . . . . . . . . . 158

5.3.2 Dal numero di cicli di attuazione ai chilometri . . . . . . . . . . . . . 1595.3.3 Analisi dei dati di PV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

5.4 Discussione sui risultati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

xii INDICE

6 NUOVI TEST DI AFFIDABILITA 1756.1 Specifiche dei test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1756.2 Possibili modifiche alle prove esistenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

6.2.1 La prova ottimale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1766.2.2 Cicli termici e vibrazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

6.3 I test suggeriti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1786.3.1 PPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1796.3.2 ODT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1806.3.3 ATBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1826.3.4 EBPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1836.3.5 PWGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

6.4 Prove di fattibilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.4.1 ATBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

6.4.1.1 Il banco originale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1876.4.1.2 Modifica al circuito pneumatico . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.4.1.3 Il circuito elettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.4.1.4 Il software per il PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.4.1.5 Gli utensili e i sistemi di afferraggio . . . . . . . . . . . . . . 1916.4.1.6 Organizzazione della prova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.4.1.7 Commenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

6.4.2 EBPT e PPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.4.2.1 Analisi dei dati storici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1976.4.2.2 Organizzazione dei test di sovrapressione . . . . . . . . . . . 1976.4.2.3 Esecuzione delle prove e risultati . . . . . . . . . . . . . . . 2046.4.2.4 Proposta di banco automatico per il PPT . . . . . . . . . . 216

6.4.3 PWGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2176.4.3.1 Il progetto di banco automatizzato . . . . . . . . . . . . . . 2176.4.3.2 Pre-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2186.4.3.3 Analisi da effettuare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2206.4.3.4 Commenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

6.5 Valutazione economica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2236.5.1 Costi di garanzia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2236.5.2 Costi di prova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2246.5.3 Considerazioni finali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

7 CONCLUSIONI 2297.1 Verso la qualita nel tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2297.2 Il caso DekaVII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2307.3 Sviluppi futuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

RINGRAZIAMENTI 233

A Convertitore Cicli/km 235A.1 Interfaccia grafica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235A.2 Esempio d’uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238A.3 Codice sorgente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

INDICE xiii

A.3.1 Converter.m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241A.3.2 Convconfig.m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

B ATBT - Test Bench 281

C PPT - Test Bench 317C.1 Circuito idraulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317C.2 Circuito elettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318C.3 Descrizione del processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

D PWGT - Test Bench 333D.1 Descrizione del banco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333D.2 Descrizione del processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

Bibliografia 359

Indice analitico 363

xiv INDICE

Elenco delle figure

2.1 Rappresentazione grafica della funzione di affidabilta . . . . . . . . . . . . . 62.2 Limiti di confidenza unilaterali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3 Limite di confidenza bilaterale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4 Esempio di curva “vasca da bagno” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.5 Visualizzazione grafica del concetto di affidabilita condizionale . . . . . . . . 182.6 Esempio di set di dati completi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.7 Esempio di set di dati censurati a destra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.8 Esempio di set di dati censurati a intervallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.9 Esempio di set di dati censurati a sinistra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.10 La distribuzione esponenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.11 La funzione di affidabilita per la distribuzione esponenziale . . . . . . . . . . 272.12 Andamento del tasso di guasto nella distribuzione esponenziale . . . . . . . . 282.13 Tavola di probabilita per la distribuzione esponenziale . . . . . . . . . . . . . 302.14 Determinazione per via grafica dei parametri della distribuzione esponenziale 312.15 Influenza di β sull’andamento della distribuzione di Weibull . . . . . . . . . 332.16 Influenza di η sull’andamento della distribuzione di Weibull . . . . . . . . . . 342.17 Influenza di β sulla funzione di affidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.18 Influenza di β sulla funzione di inaffidabilita . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.19 Influenza di β sul tasso di guasto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.20 Carta di probabilita per la distribuzione di Weibull . . . . . . . . . . . . . . 392.21 Valutazione grafica dei parametri della distribuzione di Weibull . . . . . . . . 402.22 La distribuzione normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.23 Tavole di probabilita per la distribuzione normale . . . . . . . . . . . . . . . 462.24 La varianza nella distribuzione normale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.25 Valutazione grafica delle proprieta della distribuzione normale . . . . . . . . 482.26 La distribuzione lognormale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.27 Influenza della media sulla distribuzione lognormale . . . . . . . . . . . . . . 502.28 Influenza della deviazione standard sulla distribuzione lognormale . . . . . . 512.29 Tavola di probabilita per la distribuzione lognormale . . . . . . . . . . . . . 532.30 Valutazione grafica delle proprieta della distribuzione lognormale . . . . . . . 54

3.1 Flusso di progetto dei test HALT/HASS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.2 Rottura per fatica su un albero a gomito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.3 Curva S-N ottenuta su una lega di alluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.4 Definizione di un test ALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

xv

xvi ELENCO DELLE FIGURE

3.5 Flusso di operazioni per la progettazione di un test ESS . . . . . . . . . . . . 743.6 Calcolo dei costi di un test ESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.7 Processo di ottimizzazione di un test ESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.8 Progettazione di un test di rodaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.9 Il problema della mappatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.10 Esempio di modello di Arrhenius su scala lineare . . . . . . . . . . . . . . . . 803.11 Esempio di modello di Arrhenius su scala logaritmica . . . . . . . . . . . . . 813.12 Esempio di modello di Arrhenius con scala delle temperature inverse . . . . . 823.13 Influenza del parametro B nel modello di Arrhenius . . . . . . . . . . . . . . 833.14 Fattore di accelerazione per il modello di Arrhenius . . . . . . . . . . . . . . 843.15 Esempio di stima dei parametri di una distribuzione Arrhenius-Weibull . . . 873.16 Esempio di modello di Eyring su scala lineare . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.17 Esempio di modello di Eyring su scala logaritmica . . . . . . . . . . . . . . . 933.18 Esempio di modello IPL su scala lineare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.19 Esempio di modello IPL su scala logaritmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 993.20 Influenza del parametro n sul modello IPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.21 Esempio di rappresentazione del modello di T-H . . . . . . . . . . . . . . . . 1043.22 Andamento dei fattori di accelerazione del modello T-H . . . . . . . . . . . . 1053.23 Esempio di modello T-NT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083.24 Andamento dei fattori di accelerazione del modello T-NT . . . . . . . . . . . 1093.25 Esempio di stress a gradino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1113.26 Il modello di esposizione cumulata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123.27 Flusso di operazioni per la progettazione di una generica prova accelerata . . 1163.28 Processo di calcolo dei tre livelli di stress per un generico test accelerato . . . 117

4.1 Locazione degli stabilimenti pisani di Siemens VDO . . . . . . . . . . . . . . 1194.2 Alcuni prodotti realizzati presso la Siemens VDO . . . . . . . . . . . . . . . 1204.3 Attuale configurazione produttiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1214.4 Iniezione indiretta elettronica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224.5 Generico modello di iniettore bassa pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.6 Ugello a diaframma o Orifice Disc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1254.7 Andamento delle portate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1264.8 Linearizzazione della curva di erogazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.9 PPQ5 - Situazione attuale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304.10 PPQ5 - Obiettivi a breve termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314.11 PPQ5 - Obiettivi per le future produzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314.12 Le configurazioni possibili dell’iniettore DekaVII . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.13 Schema dell’iniettore DekaVII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.14 L’organizzazione del lavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

5.1 Il processo di analisi dei ritorni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.2 Alcuni strumenti usati nell’analisi dei ritorni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1395.3 Trend dei ritorni BMW da field in PPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.4 I principali modi di guasto individuati sui ritorni BMW da field . . . . . . . 1415.5 Root causes dei guasti sui ritorni BMW da field . . . . . . . . . . . . . . . . 1435.6 Principali root causes dei guasti BMW senza considerare i difetti per spray . 143

ELENCO DELLE FIGURE xvii

5.7 Trend dei ritorni da field provenienti da tutti i clienti in PPM . . . . . . . . 1445.8 Diagramma di Pareto dei principali modi di guasto sui ritorni da tutti i clienti 1455.9 Istogramma dell’istante di occorrenza del BOD . . . . . . . . . . . . . . . . . 1455.10 Cause dei guasti su field relativi a tutti i clienti . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.11 Diagramma di flusso dell’analisi FMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1485.12 Stato degli indici di RPN su tutto il processo di costruzione del DekaVII . . 1515.13 Stato degli indici di RPN di alcuni aspetti dell’intero processo produttivo . . 1525.14 Miglioramento degli indici di RPN nelle operazioni manuali . . . . . . . . . . 1525.15 Analisi degli RPN del D-FMEA del componente ATB . . . . . . . . . . . . . 1535.16 Analisi degli RPN del D-FMEA del componente LT . . . . . . . . . . . . . . 1545.17 Analisi degli RPN del D-FMEA della linea di assemblaggio . . . . . . . . . . 1545.18 Banco per durate in benzina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1565.19 Attrezzature per le prove termiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1575.20 Attrezzature per le prove di vibrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1585.21 Profilo di velocita urbana per la misura delle emissioni inquinanti secondo le

specifiche Euro 3 ed Euro 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1595.22 Profilo di velocita extra-urbana per la misura delle emissioni inquinanti se-

condo le specifiche Euro 3 ed Euro 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1605.23 Andamento della portata dinamica durante la prova di durata . . . . . . . . 1625.24 Andamento della perdite durante la prova di durata . . . . . . . . . . . . . . 1635.25 Andamento della portata statica durante la prova di durata . . . . . . . . . 1645.26 Stima dei parametri della distribuzione di Weibull relativa ai dati della PV . 1665.27 Stima dei parametri della distribuzione esponenziale relativa ai dati della PV 1665.28 Confronto delle distribuzioni con stima ottenuta per regressione . . . . . . . 1695.29 Confronto delle distribuzioni con stima ottenuta per MLE . . . . . . . . . . 1695.30 Adattamento della distribuzione di Weibull ai dati di durata . . . . . . . . . 1705.31 Distribuzione di Weibull stimata con la regressione lineare . . . . . . . . . . 1715.32 Distribuzione di Weibull stimata con la metodologia MLE . . . . . . . . . . 1715.33 Adattamento della distribuzione normale ai dati di durata . . . . . . . . . . 1725.34 Distribuzione normale stimata con la regressione lineare . . . . . . . . . . . . 1735.35 Distribuzione normale stimata con la metodologia MLE . . . . . . . . . . . . 173

6.1 Schema del FM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1796.2 Processo di acquisizione e preparazione del provino per l’ODT . . . . . . . . 1816.3 Schema semplificato del banco per l’ODT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1816.4 Schema del sub-assembly ATB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1826.5 Schema di massima del banco per l’EBPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1836.6 Schema del PWG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1856.7 La pressa utilizzata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1886.8 Flusso delle operazioni logiche da eseguire durante il ciclo continuo . . . . . . 1926.9 Rappresentazione del flusso del programma realizzato per il PLC . . . . . . . 1936.10 Gestione dell’arresto di categoria 2 ed eventuale reset . . . . . . . . . . . . . 1946.11 Flusso delle operazioni da svolgere durante il BPT . . . . . . . . . . . . . . . 1966.12 Confronto dell’adattamento delle principali distribuzioni ai dati del BPT . . 1986.13 Distribuzione di Weibull adattata ai dati del BPT . . . . . . . . . . . . . . . 198

xviii ELENCO DELLE FIGURE

6.14 Distribuzione lognormale adattata ai dati del BPT . . . . . . . . . . . . . . . 1996.15 I due tipi di iniettore DekaVII testati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1996.16 Fuel rails montati e pronti all’uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.17 Il manifold impiegato durante le prove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2016.18 Pompa manuale Enerpac utilizzata nelle prove . . . . . . . . . . . . . . . . . 2016.19 Schema idraulico della pompa Enerpac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2026.20 Il banco prova approntato per il test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2026.21 FR montato sul manifold e collegato alla pompa Enerpac . . . . . . . . . . . 2036.22 Dettaglio di una clip fuoriuscita dal suo alloggio . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.23 Confronto tra un FR nuovo ed uno deformato . . . . . . . . . . . . . . . . . 2046.24 Aumento del leak nella prima ora di test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2066.25 Andamento del leak nella prova a 50 bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2076.26 Andamento del leak nella prova a 50 bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2076.27 Andamento del leak durante la prova di PPT su iniettori BMW . . . . . . . 2096.28 Andamento del leak durante la prova di PPT su iniettori DC . . . . . . . . . 2106.29 Impronta di coniatura in un iniettore appena uscito dalla linea di produzione 2106.30 Impronta di coniatura in un iniettore DC sottoposto a PPT . . . . . . . . . 2116.31 Impronta di coniatura in un iniettore BMW sottoposto a PPT . . . . . . . . 2116.32 Valore del leak in funzione della larghezza dell’impronta di coniatura . . . . 2126.33 Penetrazione della saldatura tra VB e sede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2136.34 Penetrazione della saldatura tra VB e NMT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2136.35 Penetrazione della saldatura tra NMT e PP . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2156.36 Penetrazione della saldatura tra PP e IT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2156.37 Sezione di un provino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2166.38 Variazione della resistenza di un PWG short durante la prova di overvoltage 2186.39 Variazione della resistenza di un PWG standard durante la prova di overvoltage2196.40 Variazione della resistenza di un PWG extended durante la prova di overvoltage2206.41 Tear-down e analisi dei PWG sottoposti al pre-test . . . . . . . . . . . . . . 2216.42 Organizzazione delle prove sul PWG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2226.43 Generica curva costi-benefici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

A.1 Il convertitore cicli/km . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235A.2 GUI per il calcolo del fattore di conversione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236A.3 Parte della GUI e riservata alla visualizzazione dei profili di velocita . . . . . 236A.4 Dal numero dei cicli realizzati si ottiene la stima dei chilometri percorsi . . . 238A.5 Dai chilometri si ricavano le attuazioni necessarie per coprirli . . . . . . . . . 239A.6 Esempio di utilizzo della GUI di configurazione . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Elenco delle tabelle

4.1 Confronto tra carburazione tradizionale e ad iniezione . . . . . . . . . . . . . 1224.2 Principali caratteristiche di un iniettore a solenoide . . . . . . . . . . . . . . 128

5.1 Intervalli di velocita corrispondenti ai rapporti di marcia . . . . . . . . . . . 1605.2 Rapporti di marcia medi per autovetture in circolazione in Europa . . . . . . 1615.3 Variazioni del valore di portata dinamica durante le prove di durata . . . . . 164

6.1 Significato dei colori usati per la segnalazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 1906.2 Valori limite di stress da utilizzare nella prova sull’ATB . . . . . . . . . . . . 1956.3 Dati per la valutazione dei livelli di stress per l’ATBT . . . . . . . . . . . . . 1956.4 Valore dei livelli di stress da impiegare nell’ATBT . . . . . . . . . . . . . . . 1956.5 Risultati di un BPT eseguito in sede di validazione . . . . . . . . . . . . . . 1976.6 Prospetto riassuntivo delle prove eseguite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2036.7 Valori del leak rilevati durante lo svolgimento dell’EBPT . . . . . . . . . . . 2056.8 Valori del leak rilevati durante lo svolgimento del PPT . . . . . . . . . . . . 2086.9 Spessori medi delle fasce di tenuta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2096.10 Valori medi delle penetrazioni delle saldature . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2146.11 Suddivisione dei provini sui livelli di stress suggeriti . . . . . . . . . . . . . . 2216.12 Dati di riferimento per il calcolo dei costi di garanzia . . . . . . . . . . . . . 2246.13 Stima dei costi orari della prova di PPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

xix

xx ELENCO DELLE TABELLE

Elenco degli acronimi

ALT Accelerated Life Test, test di vita accelerato

AT Armature Tube

ATB Armature Tube Ball, ancorina

ATBT ATB TestTest sull’ATB

BOD Broken Orifice Disc, membrana rotta

BP Bassa Pressione

CDF Cumulative Density Function, funzione di densita cumulata

D-FMEA Design FMEA, FMEA di progetto

DI Direct Injetction, iniezione di tipo diretto, sistema caratterizzato da pressioninell’ordine del centinaio di bar

EBPT Enhanced Burst Pressure Test, test avanzato di pressione di scoppio

ECU Electronic Control Unit, unita elettronica di controllo (la cosiddetta“centralina”)

ESS Environmental Stress Screening, monitoraggio con stress ambientali

FC Fuel Components, componenti per carburante. Tale sigla identifica i modelli diiniettore adatti per sistemi di iniezione indiretta generalmente caratterizzati dauna pressione di sistema non superiore ai 10 bar

FM Fuel Module, modulo carburante

FMEA Failure Mode and Effect analysis, analisi del modo di guasto e del suo effetto

FR Fuel Rail

HALT High Accelerated Life Test, test di vita fortemente accelerato

HASS High Accelerated Stress Screening, monitoraggio fortemente accelerato tramitestress

IPL Inverse Power Law, legge della potenza inversa

xxi

xxii ELENCO DEGLI ACRONIMI

IT Inlet Tube, condotto di ingresso

LG Lower Guide, guida inferiore

LS Lower Screen, filtro inferiore

LT Lower Tube, condotto inferiore

MLE Maximum Likelyhood Estimate, stima a massima verosimiglianza

MTBF Mean Time Between Failures, tempo medio tra guasti

MTTF Mean Time To Failure, tempo medio al guasto

NMT Non Magnetic Tube, condotto non magnetico

NTF No Trouble Found, nessun difetto riscontrato

OD Orifice Disc, membrana per l’atomizzazione del carburante

ODT OD Test, Test sull’OD

P-FMEA Process FMEA, FMEA di processo

PDF Probability Density Function, funzione di densita di probabilita

PWGT PWG Test, Test sul PWG

PLC Programmable Logic Controller, controllore a logica programmabile

PP Pole Piece

PPQ Product and Process Quality, qualita di prodotto e di processo

PPQ5 Product and Process Quality - point 5, quinto punto del progetto PPQ

PPT Pressure Pulsation Test, test a pressione pulsante

PV Product Validation, validazione del prodotto.

PWG Power Group, bobina elettrica

RPN Risk Priority Number, numero di priorita del rischio

SMOV Static Minimum Operating Voltage, minimo livello di tensione a cui il prodottolavora

SOP Start Of Production, istante di avvio della produzione

T-H Temperature-Humidity, temperatua-umidita

T-NT Temperature-Non Thermal, temperatura-stress non termico

TP Test Plan

ELENCO DEGLI ACRONIMI xxiii

TQM Total Quality Management, gestione della Qualita totale

VB Valve Body, corpo valvola