高大偉

（一汽大眾汽車有限公司）

1 前言

過程失效模式及后果分析（PFMEA）是一種綜合分析技術(shù)，主要用來分析和識別工藝生產(chǎn)或產(chǎn)品制造過程中可能出現(xiàn)的失效模式，以及這些失效模式發(fā)生后對產(chǎn)品質(zhì)量及性能的影響，從而有針對性地制定出預(yù)防措施，以降低工藝生產(chǎn)和產(chǎn)品制造過程中缺陷發(fā)生的頻次，達(dá)到控制和提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的[1，2]。以往許多汽車廠商均采用PFMEA方法對單一品種制造過程的失效模式進(jìn)行管理控制，但隨著我國汽車市場競爭的日益激烈，各汽車廠商均開始建立柔性化生產(chǎn)線來實現(xiàn)同1條生產(chǎn)線上同時生產(chǎn)2個或以上車型的方式，而僅憑單一品種生產(chǎn)線的經(jīng)驗對柔性焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行管理控制，通常導(dǎo)致無法有效辨識共線生產(chǎn)的風(fēng)險，進(jìn)而造成應(yīng)對風(fēng)險的措施準(zhǔn)備不充分，使得共線生產(chǎn)的返修成本升高和設(shè)備停臺時間上升。為能夠有效地對柔性化生產(chǎn)線的失效模式進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)制定控制方針和策略，進(jìn)而降低成本，提高生產(chǎn)線穩(wěn)定性，最終實現(xiàn)精益生產(chǎn)，本文通過對傳統(tǒng)PFMEA方法的分析，提出了適合車身柔性生產(chǎn)線的PFEMA方法以及各項評估指標(biāo)和評估標(biāo)準(zhǔn)，并在某柔性生產(chǎn)線上進(jìn)行了實際應(yīng)用試驗。

2 柔性焊裝生產(chǎn)線的PFMEA方法

2.1 PFMEA的作用和分析步驟

PFMEA在實際生產(chǎn)中的作用:可在生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分的僅為潛在風(fēng)險還未發(fā)生失效前就起到預(yù)防作用，并推動后續(xù)解決措施的落實；可記錄和總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為出現(xiàn)的問題積累經(jīng)驗；可有針對性地對員工進(jìn)行培訓(xùn)，將存在的風(fēng)險明確地告知員工。

PFMEA 的主要分析步驟[3，4]:

a.明確分析范圍，確定被分析的內(nèi)容是工藝過程（如產(chǎn)品設(shè)計、車身焊接等）或是管理過程（計劃編訂、考核評審等）；

b.評價可能發(fā)生不滿足過程或設(shè)計的問題，以及其失效對產(chǎn)品質(zhì)量和客戶的潛在影響，并對其影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行評級；

c.針對每個潛在失效模式，盡可能找出導(dǎo)致失效發(fā)生或失效條件的起因或機理，并對當(dāng)前的控制、防范方法進(jìn)行描述；

d.編制潛在失效模式分級表，確保嚴(yán)重的失效模式得到優(yōu)先控制；

e.根據(jù)失效模式影響的分析結(jié)果，找出系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，制定和實施各種改進(jìn)措施，并跟蹤控制措施的實施情況，更新失效模式分級表。

某車身柔性生產(chǎn)線PFMEA分析步驟如圖1所示。

2.2 PFMEA的分析過程

在實際生產(chǎn)中，PFMEA的分析過程通常用分析表的形式表示，表1為某焊裝車間針對柔性化生產(chǎn)線采用的PFMEA分析表。

表1 PFEMA分析表

表1中:

a.FMEA日期為編制PFMEA原始稿的日期及最新修訂的日期；

b.主要參加人是指有權(quán)確定和執(zhí)行任務(wù)的責(zé)任部門和個人；

c.過程功能需求是指分析的過程或工藝的失效過程對生產(chǎn)、質(zhì)量和人員等產(chǎn)生的影響，要盡可能簡單描述被分析的過程或工序；

d.潛在失效模式是指過程中可能發(fā)生的不滿足過程要求或設(shè)計意圖的形式或問題點，是對某具體工序不符合要求的描述；

e.潛在失效后果是指失效模式對產(chǎn)品質(zhì)量和顧客可能引發(fā)的不良影響，顧客可以是下道工序（或工位）、代理商或車主，要根據(jù)顧客可能注意到或經(jīng)歷的情況來描述失效后果，失效后果應(yīng)一律用產(chǎn)品或系統(tǒng)的性能來闡述，如噪聲、不穩(wěn)定、不起作用等；

f.級別（重要程度）一是指與安全和（或）法規(guī)有關(guān)，即該特性會影響到安全和（或）法規(guī)；二是指該特性的波動會影響到產(chǎn)品或零件的基本性能，但不會影響到安全和（或）法規(guī)，一般以特殊符號標(biāo)示；

g. 潛在失效的起因/機理是指失效是怎么發(fā)生的，并依據(jù)可糾正或控制的原則來描述，針對每個潛在的失效模式在盡可能廣的范圍內(nèi)列出每個可以想到的失效起因；

h.現(xiàn)行控制方法是對當(dāng)前使用的、盡可能阻止失效模式發(fā)生或是探測出將發(fā)生失效模式的控制方法的描述，分為預(yù)防和探測2種方法。預(yù)防是防止失效的起因或降低出現(xiàn)的幾率；探測是探測出失效的起因或模式，尋找相應(yīng)的改正措施。

由表1可知，PFMEA是一個識別、控制和改善失效模式的管理過程，通過對過程失效模式及其后果的系統(tǒng)分析，可制定出相應(yīng)的預(yù)防措施和行動方案，做到“事前預(yù)防”以降低失效發(fā)生的可能性。

3 柔性焊裝生產(chǎn)線PFMEA的評估指標(biāo)和準(zhǔn)則

柔性焊裝生產(chǎn)線PFMEA表的填寫是失效模式分析的關(guān)鍵之一，表1中的嚴(yán)重度、頻度、不易探測度和在此基礎(chǔ)上計算得出的RPN值，是分析柔性生產(chǎn)線失效模式的最重要的評估指標(biāo)和依據(jù)。

嚴(yán)重度是給定失效模式最嚴(yán)重的影響后果的級別，是指潛在失效模式發(fā)生時對顧客影響后果的嚴(yán)重程度，通常需要對每種失效模式的潛在影響進(jìn)行評價并賦予分值，用1～10表示，分值愈高則影響愈嚴(yán)重。表2為某焊裝車間根據(jù)生產(chǎn)實際情況和其它車型運行經(jīng)驗制定出的嚴(yán)重度評價準(zhǔn)則，主要從人員安全、質(zhì)量和生產(chǎn)影響等方面考慮。

表2 嚴(yán)重度評價準(zhǔn)則

頻度是指某一特定的失效起因/機理發(fā)生的頻率，是一個非常重要的評估指標(biāo)。對于柔性生產(chǎn)線失效模式來說，失效的頻度將直接反映該失效模式對生產(chǎn)或質(zhì)量的影響。柔性生產(chǎn)線潛在失效起因/機理發(fā)生頻度數(shù)的評估也可分為1～10級?！翱赡艿氖省笔歉鶕?jù)過程實施中預(yù)計發(fā)生的失效來確定的，如果能從類似的過程中獲取統(tǒng)計數(shù)據(jù)，則用這些數(shù)據(jù)確定頻度數(shù)。除此以外，還可利用表3中的說明及類似過程的歷史數(shù)據(jù)來進(jìn)行主觀評定。目前，生產(chǎn)線的失效頻度的評價是依據(jù)該生產(chǎn)線的產(chǎn)量來判斷的，不同的生產(chǎn)節(jié)拍將影響頻度的實際時間間隔，所以頻度的制定也與車型的生產(chǎn)節(jié)拍有著非線性的關(guān)系。表3的頻度評價準(zhǔn)則是依據(jù)10JPH來制定的。

表3 頻度評價準(zhǔn)則

不易探測度是指零部件離開制造裝配工位之前，假定失效模式即將發(fā)生，然后評價所有失效模式可被探測發(fā)現(xiàn)的難易程度，以確保此種失效模式在發(fā)生前會被迅速地發(fā)現(xiàn)，阻止該工位零部件繼續(xù)外流。針對柔性生產(chǎn)線失效模式可被發(fā)現(xiàn)的難易程度，將不易探測度數(shù)定義為1～10級（表4），其中10級是指目前的控制手段無法探知其失效原因，對于這類失效后續(xù)要通過采用先進(jìn)的探測手段來降低其不易探測度數(shù)；定義為1級的是現(xiàn)行的控制手段可以通過自動檢測來實現(xiàn)，對于這類失效不用再進(jìn)行進(jìn)一步分析。

表4 不易探測度評價準(zhǔn)則

風(fēng)險級（RPN）是指嚴(yán)重度、頻度和不易探測度三者的乘積。該數(shù)值越大表明這一潛在問題越嚴(yán)重，應(yīng)及時采取有效措施降低RPN值，即降低該失效模式的風(fēng)險級。

對于某焊裝車間柔性生產(chǎn)線區(qū)域的失效模式分析，以不影響產(chǎn)量完成和滿足客戶質(zhì)量要求為前提，一般在生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計時考慮允許5%的停臺時間，包含由于產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備問題等造成的停臺，合算到一班次的時間為22 min。如果每班次停臺22 min，依據(jù)相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)，可定義嚴(yán)重度為6級；頻度（考慮每班次1次）為4；考慮現(xiàn)有的控制方法可以探測到該失效發(fā)生的原因，定義不易探測度為5，則該失效模式的 RPN=6×4×5=120。

當(dāng)失效模式RPN＞120時，必須對降低該失效模式可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析；反之當(dāng)失效模式RPN≤120時，可認(rèn)為該失效模式不影響正常生產(chǎn)。

4 柔性焊裝生產(chǎn)線PFMEA應(yīng)用實例

以某轎車焊裝車間主焊線頂蓋工位為例。此工位負(fù)責(zé)將某車型的4種頂蓋（有、無天窗和有、無天線孔）安裝至車身上，此工位為典型柔性混線生產(chǎn)工位，操作者必須清楚具體車型及該車型的具體配置要求才能裝配相應(yīng)的頂蓋，因此頂蓋錯裝是此工位高風(fēng)險的失效模式之一。

項目啟動初期，PFMEA工程分析小組針對車身共線的柔性生產(chǎn)線特點并結(jié)合以往PFMEA制定經(jīng)驗，制定了該柔性生產(chǎn)線頂蓋工位PFMEA分析表（見表5），利用該分析表提前發(fā)現(xiàn)了此工位存在的高風(fēng)險失效模式。

表5 某柔性生產(chǎn)線頂蓋工位PFMEA表

由表5可知，此工位的零件錯裝存在嚴(yán)重失效風(fēng)險（RPN=245），必須制定有效措施防止此失效發(fā)生造成的客戶抱怨及生產(chǎn)停臺。工程分析小組將潛在的失效起因一一列出，針對RPN＞120的情況分別制定措施。如對于員工取料錯誤，工程分析小組利用天窗與非天窗在形狀上的差異，安裝了紅外線發(fā)射接收裝置，并將探測結(jié)果與此工位車型識別信息進(jìn)行對比（圖2），如不匹配將報警。此工位車型識別信息可通過安裝條形碼掃描器識別車型準(zhǔn)確信息。通過采取以上措施，將此工位的不易探測度由7降至2，RPN值由245降至70（表6），可認(rèn)為采取的措施有效，該失效模式不影響正常生產(chǎn)。

表6 更改控制措施后的PFMEA表

5 結(jié)束語

提出了適合車身柔性焊裝生產(chǎn)線的PFMEA方法以及各項評估指標(biāo)和評估標(biāo)準(zhǔn)。以某轎車焊裝車間的主焊線頂蓋工位為例，利用PFMEA方法預(yù)先發(fā)現(xiàn)了該工位潛在的高風(fēng)險失效模式，并通過采取相應(yīng)控制措施避免了失效的發(fā)生，表明利用PFMEA方法進(jìn)行柔性生產(chǎn)線的失效模式分析，可降低成本，提高生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，達(dá)到精益生產(chǎn)的目的。

1 高社生，張玲霞.可靠性理論與工程應(yīng)用.北京:國防工業(yè)出版社，2002.

2 陳麗華.PFMEA與防錯技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用.機械制造，2007，45（517）:61～64.

3 周志堅.防錯技術(shù)在汽車減振器裝配中的應(yīng)用.現(xiàn)場經(jīng)驗，2003，（5）:82～83.

4 D H Stamatis著，陳曉彤，姚紹華，譯.故障模式影響分析FMEA從理論到實踐.北京:國防工業(yè)出版社，2005.