美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)用JMP提高輪胎性能

在美國(guó)，政府通常通過(guò)交通運(yùn)輸部(Department of Transportation，以下簡(jiǎn)稱(chēng)DOT)和國(guó)家高速公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration，以下簡(jiǎn)稱(chēng)NHTSA)來(lái)統(tǒng)一管理所有的交通用品。輪胎制造商必須證明它們的產(chǎn)品通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試，才能在其輪胎側(cè)面貼上“DOT”標(biāo)簽，這是產(chǎn)品在美國(guó)的高速公路上行駛必備的標(biāo)志之一。

美國(guó)國(guó)會(huì)經(jīng)常授權(quán)NHTSA審查所有汽車(chē)的輪胎測(cè)試，如果有必要，還可以更新相關(guān)測(cè)試內(nèi)容。在這個(gè)方面，NHTSA一直從美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)(American Society of Testing and Materials，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ASTM)獲得技術(shù)協(xié)助。ASTM成立于1898年，是世界上最早、最大的非盈利性標(biāo)準(zhǔn)制定組織之一，現(xiàn)有32000多名會(huì)員，分別來(lái)自于100多個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)者、用戶(hù)、最終消費(fèi)者、政府和學(xué)術(shù)代表。ASTM共有129個(gè)技術(shù)委員會(huì)及2000多個(gè)分技術(shù)委員會(huì)，主要制定130多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的試驗(yàn)方法、規(guī)范、規(guī)程、指南、分類(lèi)和術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)，目前ASTM已出版和發(fā)布了10000多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量高，適應(yīng)性好，不僅被美國(guó)各工業(yè)界紛紛采用，而且被美國(guó)國(guó)防部和聯(lián)邦政府各部門(mén)機(jī)構(gòu)采用。

Leighton Spadone是美國(guó)固特異(GOODYEAR)輪胎公司研發(fā)部門(mén)的高級(jí)工程師，負(fù)責(zé)研究商用卡車(chē)輪胎的高速度和耐久性測(cè)試。同時(shí)他也是ASTM的成員，他所在的ASTM汽車(chē)輪胎測(cè)試研發(fā)任務(wù)組的主要任務(wù)是：輪胎在平坦的高速公路上行駛與在彎曲不平的實(shí)驗(yàn)室車(chē)輪上行駛有很大的不同，由于卡車(chē)輪胎上車(chē)輪的曲率作用，輪胎溫度在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下要比在公路上高很多。該工作組需要以書(shū)面的形式記錄這些差異，并且以此為基礎(chǔ)，結(jié)合輪胎的實(shí)際工作溫度，制定出新的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

為了完成這個(gè)任務(wù)，研究這些測(cè)試的首要工作就是測(cè)量輪胎在實(shí)際工作中的運(yùn)行溫度，并將其與在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試的輪胎溫度做比較。而開(kāi)展這些工作都離不開(kāi)可視化六西格瑪及質(zhì)量管理軟件JMP的協(xié)助。該任務(wù)組首先用試驗(yàn)設(shè)計(jì)DOE創(chuàng)建了試驗(yàn)計(jì)劃(這點(diǎn)使用JMP軟件是最方便的，也是JMP眾所周知的優(yōu)勢(shì)之一)。其次，更加重要的是構(gòu)造一個(gè)回歸模型，以定量地研究輪胎的工作條件對(duì)輪胎溫度的影響。研究人員最關(guān)心的是輪胎側(cè)沿的溫度和中心線的溫度，這往往可以通過(guò)基于不同測(cè)試條件的回歸模型來(lái)預(yù)測(cè)。

JMP尤其擅長(zhǎng)探索性數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)(EDA)，它在探索構(gòu)建這個(gè)回歸模型的過(guò)程中同樣也發(fā)揮了巨大的作用。在它的幫助下，工作人員首先發(fā)現(xiàn)以往被認(rèn)為重要的輪胎膨脹壓力和輪胎載重實(shí)際上并不是合適的溫度預(yù)測(cè)因子，真正有效的模型需要用相對(duì)比較復(fù)雜的非線性公式才能完成，而這也是其他普通軟件中不具備的功能。

在回歸模型初步確立之后，下一步就是建立預(yù)測(cè)方程，探索在不同實(shí)驗(yàn)室條件下輪胎的表現(xiàn)，并且與其在高速公路上的情形做對(duì)比。研究人員常常需要尋找“從平坦到彎曲”的等效溫度，需要找到幾乎完全等價(jià)于高速公路條件的實(shí)驗(yàn)室條件，以避免輪胎溫度的差異過(guò)大，工程師們需要合理地解釋這些模型。

這些模型不但對(duì)工程師有用，對(duì)于不是工程師或科學(xué)家的行政官員和管理人員來(lái)說(shuō)，它的意義同樣巨大。因?yàn)槌墒斓哪Ｐ涂梢詫?shí)時(shí)地在屏幕上展現(xiàn)出來(lái)。例如，有人會(huì)問(wèn)：“如果卡車(chē)輪胎行駛在車(chē)輪為90%的膨脹率、90%的載貨率和每小時(shí)75英里的速度的條件下，會(huì)產(chǎn)生怎樣的結(jié)果呢?怎樣才能在平坦表面上產(chǎn)生等價(jià)的中心線溫度的效果?”借助專(zhuān)業(yè)的模型刻畫(huà)器，所有人都能清晰地找到問(wèn)題的答案。只要回歸模型構(gòu)建成功，大部分工作就可以通過(guò)預(yù)測(cè)刻畫(huà)器平臺(tái)來(lái)可視化地實(shí)現(xiàn)。用戶(hù)只要輕松地調(diào)節(jié)膨脹率、載貨率和速度，溫度結(jié)果就會(huì)動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)出來(lái)。而且可以根據(jù)需要和可能，將高速公路上的條件靈活地轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室里的條件，反之亦然。

這樣做的好處很多，最直接的好處就是便于溝通。有時(shí)侯，對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題、同一組數(shù)據(jù)，不同的人可能會(huì)有不同的看法。這時(shí)，大家可以集中到同一個(gè)會(huì)議室，不管你是否懂統(tǒng)計(jì)學(xué)，都可以在預(yù)測(cè)刻畫(huà)器的平臺(tái)上順暢地交流，回答各種問(wèn)題。如果有些問(wèn)題暫時(shí)解決不了，還可以快速地重新再構(gòu)建新的模型，重新解釋。

ASTM喜歡JMP的另一個(gè)原因是它的易用性。不需要培訓(xùn)任何統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，研究人員就會(huì)用得很好，它的分析報(bào)表容易理解，數(shù)據(jù)的圖形化展示功能強(qiáng)大而且令人信服。在正式使用JMP軟件以前，曾經(jīng)有人擔(dān)心是否會(huì)因?yàn)榇蟛糠秩瞬欢y(tǒng)計(jì)學(xué)，導(dǎo)致不會(huì)使用，乃至發(fā)生分析錯(cuò)誤，事實(shí)證明這種擔(dān)心完全是多余的。另外，JMP的交互式分析模式也是吸引ASTM中的很多專(zhuān)家從其他普通軟件遷移到JMP上來(lái)的重要原因之一。

由于在定量方法使用和模型表達(dá)上的出色表現(xiàn)，NHTSA對(duì)ASTM汽車(chē)輪胎測(cè)試研發(fā)任務(wù)組的工作成果非常認(rèn)可和贊賞。Spadone在總結(jié)這兩年的工作時(shí)說(shuō)：“政府官員已經(jīng)充分意識(shí)到平坦表面和彎曲表面的不同造成的顯著溫度差異，并已經(jīng)開(kāi)始著手改進(jìn)工作卡車(chē)輪胎的強(qiáng)制性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。這一切都?xì)w功于模型的力量和JMP快速方便地構(gòu)建和展現(xiàn)模型的強(qiáng)大能力。”