周繼廣

（海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330000）

0 引言

航空產(chǎn)品作為一種復雜武器裝備，制造難度大、質(zhì)量要求高，因此，提高其制造可靠性，尤其是降低其潛在失效性成為提高我軍裝備能力、確保我軍戰(zhàn)斗力的有效保障。我軍發(fā)布的《故障模式、影響及危害性分析指南》（GJB/Z 1391）[1]為航空產(chǎn)品開展PFMEA分析提供了理論依據(jù)和行動指南，但其主要面對的是通用武器裝備研制的一般過程，航空產(chǎn)品的高可靠性要求需要我們制定更加嚴苛的、更加具有針對性的評價方法，同時，質(zhì)量管理的全過程控制要求需要我們將PFMEA分析貫穿整個航空產(chǎn)品研制全過程。

1 基于航空產(chǎn)品的PFMEA分析方法

結合航空產(chǎn)品的研制方式和生產(chǎn)制造流程對PFMEA分析技術進行研究，采用《工藝流程表》、《零部件-工藝關系矩陣》等工具方法能夠快速識別出工序可能的故障模式（見圖1），并按照圖2[2]的分析流程得出某制造過程的PFMEA分析表。

對此，GJB/Z 1391《故障模式、影響及危害性分析指南》已經(jīng)有十分完善的PFMEA分析流程和評價方法，能夠很好的指導PFMEA工作開展，但在實際操作中，我們發(fā)現(xiàn)針對航空產(chǎn)品特點，國軍標仍具有以下幾點需要完善和改進：

1）標準中提到的《工藝流程表》只包括工序的“輸入”和“輸出”兩個維度，而制造缺陷的產(chǎn)生應該涵蓋整個制造工藝的全過程和所有要素，在“輸入”和“輸出”兩個要素的基礎上，增加“資源”、“轉化活動”、“環(huán)境”、“監(jiān)測與評價”4個要素（如圖3）,形成更加全面的《工藝流程表》，能夠為后續(xù)開展故障模式的識別尤其是故障起因/機理的分析提供重要的支撐[3]。

2）雖然標準將PFMEA評價三維度之一的嚴酷度（S）制定成了10級評分制，但僅僅從災難的、嚴重的、中等的、輕度的4個影響程度進行評價，造成了在實際操作過程中，評價人員很難依據(jù)影響程度進行量化評分。同時，正如本文一直強調(diào)的航空產(chǎn)品作為一種高可靠性的武器裝備，其對嚴酷度（S）的要求要比一般武器裝備更加嚴格，其評分的準確性將對最終產(chǎn)品的失效模式分析產(chǎn)生重要影響，因此，我們在國軍標的基礎上，充分考慮對最終使用者和對生產(chǎn)作業(yè)兩部分的后果嚴重程度，對最終使用者以飛行員的人身安全作為首要維度，以產(chǎn)品的使用安全與性能為次要維度，同時還引入了飛行員對缺陷的感知程度作為輔助維度；對生產(chǎn)作業(yè)而言，以生產(chǎn)人員的人身安全作為首要維度，結合研制進度、花費成本（財力、物力、人力）共同構成三維評分，最終形成了更加細致和嚴格的航空產(chǎn)品PFMEA分析嚴酷度（S）評分準則，如表1所示。

圖1 航空產(chǎn)品PFMEA分析方法

圖2 航空產(chǎn)品PFMEA分析流程

圖3 工藝過程六要素模型

表1 航空產(chǎn)品嚴酷度（S）的評分準則示例（2、10級）

3）標準中針對發(fā)生頻率（O）的評分制定了十分細致、量化的準則，但實際過程中，航空產(chǎn)品多是多品種小批量的生產(chǎn)模式，其單一種類零件數(shù)量較少，故障復現(xiàn)率較低，因此需要在量化的基礎上，結合日常生產(chǎn)管理內(nèi)容及要求以及工程技術人員的認知和經(jīng)驗判斷，增加對發(fā)生頻率（O）的定性評分維度，見表2。

表2 航空產(chǎn)品發(fā)生概率（O）的評分準則示例（9、10級）

4）標準中風險優(yōu)先數(shù)（RPN）的計算過程采用的是傳統(tǒng)的嚴酷度(S)×發(fā)生頻率（O）×可探測度（D），該方法的優(yōu)點是計算簡單，易于理解，但計算結果不連續(xù)、誤差大、區(qū)分度低（雖然是S、O、D的組合有1000種，但其結果RPN值的范圍只有120種）；同時也未考慮不同失效模式的S、O和D三個風險因子重要程度的差異。結合航空產(chǎn)品的特點，我們采用了基于信息公理的風險順序數(shù)算法[4]以及置信模糊數(shù)和廣義Hausdorff距離兩個方法[5]?；谛畔⒐淼娘L險順序數(shù)算法綜合考慮專家意見和風險因子的權重，根據(jù)失效模式信息量的大小確定失效模式的風險順序。置信模糊數(shù)和廣義Hausdorff距離是在評定S、O和D時，引入?yún)^(qū)間數(shù)、模糊因子、置信度這三個維度來比較專家評估之間的相似度，并采用廣義Hausdorff距離來定量計算各專家的權重，得到區(qū)間形式的RPN。這兩種方法在實踐中取得非常好的效果，尤其是在通過傳統(tǒng)方法確定了預改進項目后，采用更為精準的評價方法為最終改進項目的確定以及改進資源的合理分配起到了重要的作用。

2 基于研制全過程PFMEA分析工作

航空產(chǎn)品研制全過程包含論證階段、方案階段、工程研制階段、狀態(tài)鑒定階段、列裝定型階段五大階段，PFMEA分析工作應該貫穿始終，與工藝設計同步進行，并進行不斷更新、迭代，才能確保產(chǎn)品研制全過程的質(zhì)量可靠。主要包含以下3個部分：①在產(chǎn)品/型號研制、試制階段工藝設計過程中，開展PFEMA分析工作降低制造風險；②在產(chǎn)品/型號設計技術狀態(tài)或工藝發(fā)生較大以上更改工藝設計過程中，在產(chǎn)品/型號較大以上改裝、排故工藝設計過程中，伺機開展PFMEA分析工作降低因更改產(chǎn)生的潛在工藝失效；③在產(chǎn)品轉階段過程中，完善、更新PFMEA分析工作提高產(chǎn)品質(zhì)量，形成知識積累。

PFMEA分析工作作為確定關鍵過程（工序）的重要手段之一[6-7]，按照傳統(tǒng)的針對AO、FO、作業(yè)指導書等生產(chǎn)性工藝文件開展PFMEA分析的方式，實施過程中，往往難以界定關鍵過程（工序）確定和PFMEA分析工作的前后邏輯關系。通過大量實踐研究，結合PFMEA工作應該貫穿航空產(chǎn)品研制全過程，與工藝設計同步進行這條原則，我們發(fā)現(xiàn)在工藝設計方案階段開展PFMEA分析工作，一方面能夠更好的協(xié)助我們開展工藝方案設計、指導工藝指令設計，另一方面能夠理順PFMEA分析和關鍵過程（工序）確定之間的邏輯關系，形成如圖4所示的PFMEA分析與關鍵過程（工序）確定流程。

3 某型號研制過程中PFMEA分析實例

在某型號研制過程中，通過在工藝設計方案階段開展PFMEA分析確定關鍵過程控制項目，并以此開展AO、FO、作業(yè)指導書等生產(chǎn)性文件的PFMEA分析工作最終確定了該項目的關鍵過程（工序）目錄及其三定附卡，并將整個過程的PFMEA分析作為工藝文件評審發(fā)布的支撐材料。

以該型號機身合攏總裝為例，在合攏總裝方案策劃階段，為確保機身平尾下反角控制要求，通過容差分析，我們對其后邊條安裝過程提出了“后邊條檢驗銷當內(nèi)側數(shù)據(jù)與外側數(shù)據(jù)差值在范圍內(nèi)（即平尾下反角控制在，左右對稱性偏差不大于0.5mm”的要求，如圖5所示。通過對其開展PFMEA分析，發(fā)現(xiàn)該要求采用傳統(tǒng)控制方法存在較大制造風險，具體分析情況如圖6所示。

為此，在合攏總裝方案設計階段，我們對后邊條的安裝制定了兩項改進措施，①改善后邊條定位裝置采用V形定位器，提高平尾軸線定位準確性和穩(wěn)定性，如圖7所示；②在后邊條定位安裝時，通過增加一道先制螺栓初孔，工藝固定后釋放內(nèi)部應力的工序，通過觀察下反角變化情況，再調(diào)整制出螺栓終孔以控制下反角。通過此兩項改進措施，風險優(yōu)先數(shù)（RPN）得到了大幅降低，如圖8所示。

圖4 PFMEA分析與關鍵過程（工序）確定流程

圖5 后邊條檢驗銷檢查示意圖（改進前）

圖6 合攏總裝后邊條安裝PFMEA分析表（改進前）

圖7 后邊條定位裝置（改進后）

同時，通過將后邊條安裝要求設置為關鍵過程控制項目，落實到后邊條安裝指令中,并針對后邊條安裝檢查指令，再次開展PFMEA分析，如圖9所示，進一步落實了定位方法、明確了檢查要求，更具有可操作性、可測量性，通過故障模式評估，RPN值由方案設計階段的[72,90]降低到[24,36]，達到了可預期接受水平。通過研制批實物驗證，制定的控制措施有效，平尾下反角能達到技術要求。

圖8 合攏總裝后邊條安裝PFMEA分析表（改進后）

圖9 后邊條安裝指令PFMEA分析表

4 結語

本文制定了適用于航空產(chǎn)品的PFMEA分析方法和準則，并提出了貫穿項目研制全過程的PFMEA分析流程和工作機制，提高了項目工藝設計質(zhì)量和產(chǎn)品制造成熟度。通過在某項目的實踐運用，詳細分析了制造生產(chǎn)過程關鍵環(huán)節(jié)，識別出了關鍵過程（工序），制定了改進措施并通過了實物驗證，對生產(chǎn)制造過程中潛在的故障模式進行了有效控制，效果較好。后續(xù)將繼續(xù)深入開展研制全過程的PFMEA分析研究與應用，在產(chǎn)品轉階段過程降低制造過程中潛在失效模式的發(fā)生，提升產(chǎn)品工藝質(zhì)量和制造可靠性。