陳鋒

摘要：失效模式影響分析（FMEA）能夠提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性，縮短設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品研制成本。本文闡述了如何將FMEA應(yīng)用到汽車車門設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，構(gòu)建一套操作性、實(shí)用性強(qiáng)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)管理工作流程，使車門的設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案的相互權(quán)衡，來(lái)應(yīng)對(duì)車門設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：FMEA 失效模式分析 車門設(shè)計(jì) 可靠性

1 概述

失效模式影響分析（以下都簡(jiǎn)稱FMEA）是一種新型的系統(tǒng)分析技術(shù)，是保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性的重要分析方法之一，用以評(píng)估項(xiàng)目中潛在問(wèn)題的發(fā)生機(jī)率，以及發(fā)生后造成的影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、檢測(cè)難易程度以及發(fā)生頻度予以分類、歸納分析，來(lái)鑒別設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取適當(dāng)?shù)募m正措施，消除或者減輕其影響。FMEA的核心思想是風(fēng)險(xiǎn)分析和控制。

FMEA最早是在美國(guó)軍用系統(tǒng)的研制過(guò)程中進(jìn)行可靠性分析，取得良好效果，于是逐漸推廣到民用工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在汽車行業(yè)獲得廣泛認(rèn)同。本文就針對(duì)汽車車門的設(shè)計(jì)過(guò)程，闡述FMEA在其中的應(yīng)用。

車門是汽車的重要組成部分，既承擔(dān)進(jìn)出汽車的功能，又是汽車外觀最富有變化和最引人注目的部分之一。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，車門作為車身結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其強(qiáng)度、剛度、可靠性、工藝性及造型風(fēng)格等必需滿足車身整體性能的要求，同時(shí)車門結(jié)構(gòu)自身的安全性、密封性、視野等性能，對(duì)整個(gè)汽車的性能影響較大，也是設(shè)計(jì)必須考慮的重要內(nèi)容。

車門的一般設(shè)計(jì)流程如下圖一所示，設(shè)計(jì)的輸入指設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、車身表面三維數(shù)據(jù)模型以及二維線圖、設(shè)計(jì)法規(guī)等；輸出一般是確定需要建立的三維模型和圖紙等。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往需要在各步驟之間循環(huán)往復(fù)，不斷交叉進(jìn)行，多方面考慮以保證最終設(shè)計(jì)的合理性。而FMEA的引入可以使這個(gè)過(guò)程更科學(xué)更可靠。

2 如何在車門設(shè)計(jì)中引入FMEA

2.1 車門設(shè)計(jì)中FMEA的作用機(jī)制

FMEA是一門以預(yù)防為主的系統(tǒng)技術(shù)，其核心理念是在問(wèn)題發(fā)生前就找出來(lái)并解決掉。由于汽車制造行業(yè)的傾向是要盡可能持續(xù)地改進(jìn)產(chǎn)品和過(guò)程的質(zhì)量，所以將FMEA作為專門的技術(shù)應(yīng)用以識(shí)別并幫助最大程度地減少車門設(shè)計(jì)中潛在的隱患是可行而且非常重要的。對(duì)車輛召回?cái)?shù)據(jù)的研究結(jié)果表明，那些在設(shè)計(jì)階段使用FMEA的項(xiàng)目，事后召回的幾率大大低于未使用的。使用FMEA技術(shù)能提升設(shè)計(jì)的可靠性，已經(jīng)成為工業(yè)界的共識(shí)。

車門設(shè)計(jì)中引入FMEA的過(guò)程，涵蓋設(shè)計(jì)的所有領(lǐng)域，包括結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、附件的設(shè)計(jì)、材料的選擇、制造的工藝性、使用的可靠性、維護(hù)的便利性等，都在FMEA考慮的范圍，另外還必須和后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程管控銜接，使設(shè)計(jì)FMEA和過(guò)程FMEA有機(jī)結(jié)合，成為促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作、提升不同職能部門溝通效率的一種催化劑。

2.2 車門設(shè)計(jì)中FMEA的適用時(shí)機(jī)

車門設(shè)計(jì)中成功實(shí)施FMEA項(xiàng)目的最重要因素之一就是實(shí)施的及時(shí)性。FMEA必須是一種事前行為，而不是一種事后分析。為實(shí)現(xiàn)最大價(jià)值，F(xiàn)MEA必須在車門設(shè)計(jì)的早期階段開(kāi)始，必須將故障模式的識(shí)別和分析納入車門制造之前進(jìn)行，事先花時(shí)間很好地完成FMEA的分析，才能夠更方便、低成本地對(duì)車門的設(shè)計(jì)進(jìn)行改善，從而最大程度地降低后期更改的危機(jī)。

具體而言，車門的設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該在車門進(jìn)行品質(zhì)規(guī)劃（APQP）的構(gòu)想階段（即所謂第一階段），先將客戶的期望轉(zhuǎn)換成可靠度，再?gòu)能囬T設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)驗(yàn)證階段（即第二階段）組織實(shí)施FMEA。FMEA的輸出，即各類分析文件表單，最早應(yīng)在車門設(shè)計(jì)概念完成之前就開(kāi)始實(shí)施，然后隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的推進(jìn)，不斷完善和修正。尤其是在車門的設(shè)計(jì)方案初步確定、對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更以及當(dāng)獲得新增信息時(shí)，F(xiàn)MEA通常都需要再次實(shí)施。

2.3 車門設(shè)計(jì)中引入FMEA活動(dòng)的實(shí)施步驟

開(kāi)展FMEA分析是一個(gè)重要的活動(dòng)，工作內(nèi)容涉及到跨部門和多學(xué)科，為了確保車門設(shè)計(jì)過(guò)程中FMEA分析結(jié)果的充分性和有效性，分析步驟如圖二所示。

車門設(shè)計(jì)FMEA活動(dòng)最終的輸出應(yīng)該要編制一份實(shí)用性和有效性較高的FMEA分析報(bào)告，必須要明確產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求、產(chǎn)品的功能、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還應(yīng)搜集以往類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際失效狀況。FMEA的輸出應(yīng)該是一份標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告，但在以后的運(yùn)行過(guò)程中，可以不斷地修正和完善。

3 車門設(shè)計(jì)中FMEA的具體實(shí)施過(guò)程

一個(gè)完善的FMEA分析過(guò)程，通常包括如圖三所示的流程，下面就選取其中的幾個(gè)重要步驟，探討在車門設(shè)計(jì)中運(yùn)用FMEA的具體做法。

3.1 對(duì)車門設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行分析

FMEA的第一步就是分析設(shè)計(jì)對(duì)象。要做好車門的設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)車門的功能要求進(jìn)行分析，車門作為汽車的一個(gè)重要模塊，必須滿足顧客多方面的要求。包括使用方便性、安全性、密封性、動(dòng)作可靠性、視野性、制造工藝性和維修性，以及外觀設(shè)計(jì)上要具備良好的視覺(jué)效果。這都是車門的基本要求。

3.2 鑒別車門失效模式

根據(jù)FMEA 的基本原理及方法要求，進(jìn)行車門失效模式分析，首先列出車門系統(tǒng)所有零部件的全部故障模式和產(chǎn)生原因，明確重要的故障模式；然后根據(jù)系統(tǒng)可靠性的邏輯關(guān)系，用歸納推理的方法分析車門各種故障模式對(duì)其各功能級(jí)別造成的影響和后果；再判定出各種故障模式對(duì)汽車功能造成的失效效應(yīng)的嚴(yán)重等級(jí)；最后提供發(fā)生故障以后的建議補(bǔ)償措施。整個(gè)過(guò)程以一張F(tuán)MEA分析表作為輸出。

3.3 評(píng)價(jià)車門設(shè)計(jì)潛在失效的后果

潛在失效的后果就是失效模式對(duì)功能的影響。車門的潛在失效后果可能有：行駛中的噪音、車門不密閉導(dǎo)致的漏水現(xiàn)象、油漆不佳導(dǎo)致外觀不良、車門變形導(dǎo)致開(kāi)關(guān)不暢、門鎖故障導(dǎo)致安全性能降低等等。在進(jìn)行后果分析時(shí)要根據(jù)內(nèi)、外部顧客可能發(fā)現(xiàn)或經(jīng)歷的情況來(lái)描述失效的后果；要清楚地說(shuō)明該失效模式是否會(huì)影響到安全性或與法規(guī)不符。另外要記住不同級(jí)別的系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零件之間存在著系統(tǒng)層次上的關(guān)系。例如：一個(gè)門邊卡鎖零件的斷裂可能引起車門總成件的振動(dòng)，導(dǎo)致整車運(yùn)行不穩(wěn)，性能下降引起顧客不滿。endprint

嚴(yán)重度是一個(gè)量化的指標(biāo)，是以數(shù)值方式對(duì)一個(gè)失效模式的影響程度進(jìn)行分級(jí)。針對(duì)汽車制造行業(yè)，F(xiàn)MEA系統(tǒng)有個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)重度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，在FMEA的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)資料中都能查詢到，它將嚴(yán)重度從低到高分為10級(jí)，后果最輕微為1級(jí)，后果最嚴(yán)重為10級(jí)。在車門設(shè)計(jì)中，研究車門失效模式帶來(lái)的后果嚴(yán)重度時(shí)，也采用這個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

3.4 研究車門設(shè)計(jì)潛在失效的原因

潛在失效起因或機(jī)理，指的是引起潛在失效的一個(gè)設(shè)計(jì)缺陷，也就是引起失效的直接原因。在車門設(shè)計(jì)中，例如不合理的公差配合、選用的材料有問(wèn)題、設(shè)計(jì)壽命估計(jì)不足、流程規(guī)范存在錯(cuò)誤、環(huán)境影響考慮欠缺、維護(hù)保養(yǎng)說(shuō)明錯(cuò)誤等。設(shè)計(jì)失誤對(duì)潛在失效模式的影響，使用頻度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。頻度是指設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的某一特定功能失效發(fā)生的可能性。頻度和嚴(yán)重度指標(biāo)一樣，也是一個(gè)量化的級(jí)別數(shù)。描述頻度級(jí)別數(shù)重在含義，而不是具體的數(shù)值。在汽車制造行業(yè)的FMEA系統(tǒng)中，也有標(biāo)準(zhǔn)的頻度級(jí)別評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。在汽車車門設(shè)計(jì)FMEA項(xiàng)目中，可以參照頻度級(jí)別評(píng)價(jià)準(zhǔn)則確定頻度值。

探測(cè)度指標(biāo)反映的是潛在失效模式被預(yù)先發(fā)現(xiàn)的可能性，也就是說(shuō)，是用設(shè)計(jì)控制方法事先探測(cè)出失效模式的能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。最初的探測(cè)度通常比較高。通過(guò)不斷改進(jìn)的設(shè)計(jì)控制，可取得較低的探測(cè)度級(jí)別。探測(cè)度指標(biāo)和嚴(yán)重度、頻度一樣，也是一個(gè)分10級(jí)的等級(jí)指標(biāo)，探測(cè)度等級(jí)越高，潛在失效模式越不容易預(yù)先找出來(lái)。在車門FMEA項(xiàng)目中，同樣可以參考汽車行業(yè)相應(yīng)的探測(cè)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 確定風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)RPN

風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)RPN是FMEA分析的一個(gè)重要參數(shù)，其定義為潛在失效模式分析中嚴(yán)重度（S）、頻度（O）和探測(cè)度（D）三者的乘積。即：RPN=S*P*D。這是一個(gè)描述對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)性的度量指標(biāo)。風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)越大，表明該項(xiàng)設(shè)計(jì)越不好。對(duì)列表中較高的RPN，應(yīng)給予優(yōu)先重視，采取對(duì)策措施，以降低RPN值。尤其對(duì)嚴(yán)重度（S）級(jí)別高者，須特別注意。GM規(guī)定：作為一個(gè)總體原則，RPNs應(yīng)<40。

3.6 針對(duì)各失效模式進(jìn)行車門設(shè)計(jì)改善

在建議措施中，高RPN值、高嚴(yán)重度的項(xiàng)目視為首要改善項(xiàng)目。糾正措施的目的就是要降低各項(xiàng)目嚴(yán)重度、頻度、探測(cè)度級(jí)別?？梢圆扇〉母纳拼胧┌ǎ盒薷脑O(shè)計(jì)幾何尺寸或公差、修改材料規(guī)范、變更加工工藝、修正試驗(yàn)設(shè)計(jì)等。要降低嚴(yán)重度級(jí)別，修改設(shè)計(jì)是唯一途徑。當(dāng)確定了糾正預(yù)防措施后，估算并記錄措施執(zhí)行之后的嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度數(shù)值，并重新計(jì)算RPN值，只要措施正確，車門設(shè)計(jì)中的幾項(xiàng)潛在失效模式，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很快降到40以下，滿足設(shè)計(jì)的可靠性要求。

4 總結(jié)

從前面的分析可以看出，在車門設(shè)計(jì)中引入FMEA，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程帶來(lái)很多幫助。其預(yù)期的效益主要包括三個(gè)方面：首先，引入FMEA，對(duì)車門設(shè)計(jì)過(guò)程可以帶來(lái)很多有益的幫助，尤其是在評(píng)價(jià)功能要求和設(shè)計(jì)方案的效果方面，包括對(duì)車門制造、裝配、維護(hù)要求所作的最初設(shè)計(jì)，F(xiàn)MEA可以全方位地進(jìn)行評(píng)價(jià)，使設(shè)計(jì)過(guò)程少走彎路，提高設(shè)計(jì)的效率；其次，F(xiàn)MEA的實(shí)施，能夠更清晰了解顧客對(duì)車門的功能需求，為全面有效的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目的策劃，提供更多的信息，F(xiàn)MEA能夠根據(jù)潛在失效模式對(duì)顧客的影響，對(duì)其進(jìn)行排序列表，進(jìn)而建立一套改進(jìn)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的優(yōu)先控制系統(tǒng)；最后，F(xiàn)MEA的實(shí)施能夠提高未來(lái)車輛使用過(guò)程中車門的可靠性，將發(fā)生問(wèn)題的幾率降到最低，從而間接保證整車的優(yōu)越性能。

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