馬馨蕊

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

設(shè)計(jì)潛在失效模式與后果分析(DFMEA)是一種工程師在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段完成的對(duì)整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正式和系統(tǒng)的分析，以識(shí)別降低風(fēng)險(xiǎn)和減少后續(xù)維修相關(guān)成本及提高用戶滿意度的必要工具。該技術(shù)的應(yīng)用有助于企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短研發(fā)周期。

整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由上千個(gè)零部件組成，且定子、轉(zhuǎn)子及總裝部套在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中相對(duì)獨(dú)立，若將所有汽輪發(fā)電機(jī)全部建立在一個(gè)DFMEA項(xiàng)目中，工作量過(guò)大且不易發(fā)現(xiàn)主要失效問(wèn)題，難以達(dá)到失效分析的預(yù)期效果。因此將汽輪發(fā)電機(jī)按部套劃分，并對(duì)每個(gè)部套單獨(dú)進(jìn)行DFMEA分析更具實(shí)際意義。本文以汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組裝配部套設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)分析DFMEA的應(yīng)用，并輸出相關(guān)建議項(xiàng)，為DFMEA在汽輪發(fā)電機(jī)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用提供參考，并提出目前存在問(wèn)題和改善建議。

1 DFMEA有效應(yīng)用

DFMEA分析，需要設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段就識(shí)別設(shè)計(jì)中的所有潛在風(fēng)險(xiǎn)失效鏈，并通過(guò)有效措施對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)先消除或減少，從而達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)、降低后續(xù)維修成本，以便最大程度滿足客戶需求。DFMEA整個(gè)工作流程(見(jiàn)圖1)[1]。

1.1 DFMEA在設(shè)計(jì)策劃階段的工作

就大型汽輪發(fā)電機(jī)而言，目前電磁計(jì)算程序較為成熟，且有充分的通風(fēng)、強(qiáng)度等仿真分析做依托，故在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，發(fā)生設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的程度較低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，目前出現(xiàn)問(wèn)題最多的往往是發(fā)電機(jī)施工過(guò)程中由于材料、設(shè)計(jì)缺陷等導(dǎo)致的事故。故在施工設(shè)計(jì)開(kāi)始前進(jìn)行DFMEA分析比較合適。在DFMEA設(shè)計(jì)策劃階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確定分析項(xiàng)目，成立分析小組，同時(shí)向公司其他相關(guān)部門(mén)及用戶等單位收集本次設(shè)計(jì)對(duì)象相關(guān)的過(guò)往產(chǎn)品類似質(zhì)量問(wèn)題、設(shè)計(jì)要求，在故障庫(kù)中搜尋相似問(wèn)題，歸入本次設(shè)計(jì)對(duì)象的設(shè)計(jì)需求清單，將這些資料作為此次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的DFMEA預(yù)備輸入接口，為DFMEA的順利進(jìn)行做好充分的策劃準(zhǔn)備。在汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組裝配部套的DFMEA設(shè)計(jì)中，前期收集的主要問(wèn)題(見(jiàn)表1)。

表1 前期問(wèn)題調(diào)研

1.2 DFMEA在方案設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)階段的工作

在新產(chǎn)品的方案、技術(shù)及施工設(shè)計(jì)階段將會(huì)完成DFMEA編制的大部分工作。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將策劃階段的DFEMA各類輸入文件進(jìn)行有效整理及匯總。首先，列出與產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)有關(guān)的所有零部件的block框圖，明晰各裝配及零件間的相互關(guān)系(見(jiàn)表2)。然后，將此框圖輸入明細(xì)產(chǎn)品功能分析矩陣，通過(guò)產(chǎn)品功能分析矩陣可鎖定影響設(shè)計(jì)對(duì)象功能的關(guān)鍵和重要部件，并分析零部件的功能與要求，進(jìn)而生成產(chǎn)品潛在失效模式表。最后，針對(duì)已查找出的潛在的失效模式進(jìn)行相關(guān)嚴(yán)重度(S)、頻度(O)和探測(cè)度(D)三方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)而得到最終的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)(RPN)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的三個(gè)系數(shù)及其解釋如下：嚴(yán)重度(Severity，S)，是指潛在失效模式發(fā)生時(shí)影響的級(jí)別；頻度(Occurrence，O)，是指潛在失效模式發(fā)生的可能性；探測(cè)度(Detection，D)是指探測(cè)潛在失效模式的難易程度[2]。每個(gè)指標(biāo)均分為1～10級(jí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立自己的三個(gè)系數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)得分。最終得到的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)(RPN)即為探測(cè)度(D)、頻度(O)、嚴(yán)重度(S)三項(xiàng)的乘積，該指標(biāo)是DFMEA分析中最關(guān)鍵的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，用以直觀顯示設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的高低。

表2 定子繞組裝配零部件關(guān)系列表

正常狀況下，RPN所得數(shù)值越大，代表其對(duì)應(yīng)的潛在失效模式風(fēng)險(xiǎn)越高。目前對(duì)于確定需采取更改措施防范風(fēng)險(xiǎn)或者嚴(yán)重度值非常大的項(xiàng)目，不建議完全依賴RPN極限來(lái)進(jìn)行分析，建議輔助其他分析方法(如評(píng)審等)。表中分類欄對(duì)應(yīng)前期調(diào)研中的問(wèn)題序號(hào)。最終形成的DFMEA分析見(jiàn)表3(僅列出部分RPN較高的項(xiàng)目)。

表3 汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組裝配DFMEA分析表

1.3 DFMEA完成后的建議措施及處置

經(jīng)DFMEA分析，定子下線后難以打入波紋板的RPN最高，在設(shè)計(jì)中要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及與車間的充分溝通，給定可行的公差帶并留出合適的下線間隙，且下線時(shí)要保證波紋板打入均勻，無(wú)接觸不良。

目前設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)DFMEA的探索仍處于初級(jí)階段，還未形成有效的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，所有風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)值均為經(jīng)驗(yàn)累積的結(jié)果。經(jīng)DFMEA分析，定子下線后難以打入波紋板的RPN最高，這也與前期調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題比較吻合。在設(shè)計(jì)中要根據(jù)定子線棒、定子鐵心疊片的制造經(jīng)驗(yàn)，給出合理的公差帶范圍，保證線棒寬度達(dá)到制造上差，鐵心下線槽寬度達(dá)到下差時(shí)，波紋板仍能打入，并適當(dāng)準(zhǔn)備大于和小于理論尺寸的波紋板配合使用，下線過(guò)程中需保證波紋板打入均勻，無(wú)接觸不良。

對(duì)于槽楔無(wú)法打緊問(wèn)題，在施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置斜楔并提高槽楔和斜楔的配合度，合理設(shè)置端頭槽楔的固定形式，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況配墊楔下墊條。對(duì)槽口塊綁扎松動(dòng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮其固定形式，可使用楔形墊塊配合帶有凹槽的墊塊使其配合牢靠。

對(duì)于線棒間連接板及線棒與引線連接板接觸不良問(wèn)題，應(yīng)對(duì)銅排的性能及焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格要求，并在焊接結(jié)束后仔細(xì)檢查清理。

對(duì)于定子線棒與綁環(huán)干涉，綁環(huán)與支架裝配干涉的問(wèn)題，制造安裝時(shí)發(fā)生的頻率非常高，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮公差帶要求，尤其是層間靠近鐵心的第一道綁環(huán)。建議使用帶有壓縮量的軟填充物，因?yàn)槭褂糜箔h(huán)則尺寸過(guò)小，非常不便于后期加工及修配。其他綁環(huán)也需在實(shí)際裝配時(shí)根據(jù)情況考慮加工支架和綁環(huán)、截?cái)嘟壄h(huán)或配墊滌綸氈，適當(dāng)減少綁扎位置等。

2 DFMEA實(shí)施中的問(wèn)題

DFMEA是輔助汽輪發(fā)電機(jī)新產(chǎn)品研發(fā)的一項(xiàng)重要分析工具，但是將DFMEA與設(shè)計(jì)過(guò)程完全融合的實(shí)踐仍處于嘗試階段，DFMEA的工作成果用來(lái)完全解決實(shí)際問(wèn)題還是存在一些障礙，主要包括：

(1) DFMEA分析過(guò)程限于表面，對(duì)過(guò)程理解不透徹，要求不統(tǒng)一。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，不同設(shè)計(jì)員對(duì)各種潛在失效模式的嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度有不同的認(rèn)知，進(jìn)而給出不同的RPN風(fēng)險(xiǎn)度。

(2) DFMEA工作缺乏延續(xù)性。新產(chǎn)品研制過(guò)程中，往往只在施工設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行一次DFMEA分析，若后期產(chǎn)品設(shè)計(jì)因工藝條件、材料采購(gòu)、安裝局限等發(fā)生必要更改，DFMEA工作很難及時(shí)完善及補(bǔ)充。

3 DFMEA操作過(guò)程中的改進(jìn)建議

(1) 建立有效的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)分級(jí)評(píng)審模式，不斷完善嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度的評(píng)分原則，并建立評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)完善DFMEA操作的規(guī)范性，并不斷積累和落實(shí)故障庫(kù)的儲(chǔ)備內(nèi)容，為后續(xù)設(shè)計(jì)人員高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行DFMEA分析做好技術(shù)儲(chǔ)備。

(2) 制定切實(shí)可行的DFMEA管理要求，針對(duì)DFMEA編制、評(píng)審、跟蹤、后續(xù)修訂、補(bǔ)充制訂合理的監(jiān)管措施。鎖定DFMEA責(zé)任者和系統(tǒng)性負(fù)責(zé)人，確保責(zé)任到位，為后續(xù)妥善、完整地進(jìn)行DFMEA分析做好管理準(zhǔn)備。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組裝配部套進(jìn)行基于DFMEA的設(shè)計(jì)失效模式及后果分析，限于篇幅，未對(duì)所有潛在失效模式全部進(jìn)行完整的分析，僅針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)較高的部分項(xiàng)目進(jìn)行闡述并提出了實(shí)際解決辦法，同時(shí)提出了DFMEA使用中存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議，為DFMEA在汽輪發(fā)電機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用提供參考。