PFMEA在柔性焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用研究

高大偉

（一汽大眾汽車(chē)有限公司）

1 前言

過(guò)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(lái)分析和識(shí)別工藝生產(chǎn)或產(chǎn)品制造過(guò)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及性能的影響，從而有針對(duì)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(guò)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(chē)廠商均采用PFMEA方法對(duì)單一品種制造過(guò)程的失效模式進(jìn)行管理控制，但隨著我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，各汽車(chē)廠商均開(kāi)始建立柔性化生產(chǎn)線來(lái)實(shí)現(xiàn)同1條生產(chǎn)線上同時(shí)生產(chǎn)2個(gè)或以上車(chē)型的方式，而僅憑單一品種生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn)對(duì)柔性焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行管理控制，通常導(dǎo)致無(wú)法有效辨識(shí)共線生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而造成應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)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(tái)時(shí)間上升。為能夠有效地對(duì)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(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PFMEA方法的分析，提出了適合車(chē)身柔性生產(chǎn)線的PFEMA方法以及各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并在某柔性生產(chǎn)線上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。

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(shí)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(xiǎn)還未發(fā)生失效前就起到預(yù)防作用，并推動(dòng)后續(xù)解決措施的落實(shí)；可記錄和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為出現(xiàn)的問(wèn)題積累經(jīng)驗(yàn)；可有針對(duì)性地對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，將存在的風(fēng)險(xiǎn)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(guò)程（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、車(chē)身焊接等）或是管理過(guò)程（計(jì)劃編訂、考核評(píng)審等）；

b.評(píng)價(jià)可能發(fā)生不滿足過(guò)程或設(shè)計(jì)的問(wèn)題，以及其失效對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和客戶的潛在影響，并對(duì)其影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)級(jí)；

c.針對(duì)每個(gè)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(jī)理，并對(duì)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(jí)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(shí)施各種改進(jìn)措施，并跟蹤控制措施的實(shí)施情況，更新失效模式分級(jí)表。

某車(chē)身柔性生產(chǎn)線PFMEA分析步驟如圖1所示。

2.2 PFMEA的分析過(guò)程

在實(shí)際生產(chǎn)中，PFMEA的分析過(guò)程通常用分析表的形式表示，表1為某焊裝車(chē)間針對(duì)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(mén)和個(gè)人；

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

d.潛在失效模式是指過(guò)程中可能發(fā)生的不滿足過(guò)程要求或設(shè)計(jì)意圖的形式或問(wèn)題點(diǎn)，是對(duì)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(duì)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(chē)主，要根據(jù)顧客可能注意到或經(jīng)歷的情況來(lái)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(lái)闡述，如噪聲、不穩(wěn)定、不起作用等；

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

g. 潛在失效的起因/機(jī)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(lái)描述，針對(duì)每個(gè)潛在的失效模式在盡可能廣的范圍內(nèi)列出每個(gè)可以想到的失效起因；

h.現(xiàn)行控制方法是對(duì)當(dāng)前使用的、盡可能阻止失效模式發(fā)生或是探測(cè)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(cè)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(cè)是探測(cè)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(gè)識(shí)別、控制和改善失效模式的管理過(guò)程，通過(guò)對(duì)過(guò)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(dòng)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(píng)估指標(biāo)和準(zhǔn)則

柔性焊裝生產(chǎn)線PFMEA表的填寫(xiě)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(cè)度和在此基礎(chǔ)上計(jì)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(píng)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(jí)別，是指潛在失效模式發(fā)生時(shí)對(duì)顧客影響后果的嚴(yán)重程度，通常需要對(duì)每種失效模式的潛在影響進(jìn)行評(píng)價(jià)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(chē)間根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況和其它車(chē)型運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)制定出的嚴(yán)重度評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)準(zhǔn)則

頻度是指某一特定的失效起因/機(jī)理發(fā)生的頻率，是一個(gè)非常重要的評(píng)估指標(biāo)。對(duì)于柔性生產(chǎn)線失效模式來(lái)說(shuō)，失效的頻度將直接反映該失效模式對(duì)生產(chǎn)或質(zhì)量的影響。柔性生產(chǎn)線潛在失效起因/機(jī)理發(fā)生頻度數(shù)的評(píng)估也可分為1～10級(jí)?！翱赡艿氖省笔歉鶕?jù)過(guò)程實(shí)施中預(yù)計(jì)發(fā)生的失效來(lái)確定的，如果能從類似的過(guò)程中獲取統(tǒng)計(jì)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(shuō)明及類似過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行主觀評(píng)定。目前，生產(chǎn)線的失效頻度的評(píng)價(jià)是依據(jù)該生產(chǎn)線的產(chǎn)量來(lái)判斷的，不同的生產(chǎn)節(jié)拍將影響頻度的實(shí)際時(shí)間間隔，所以頻度的制定也與車(chē)型的生產(chǎn)節(jié)拍有著非線性的關(guān)系。表3的頻度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是依據(jù)10JPH來(lái)制定的。

表3 頻度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

不易探測(cè)度是指零部件離開(kāi)制造裝配工位之前，假定失效模式即將發(fā)生，然后評(píng)價(jià)所有失效模式可被探測(cè)發(fā)現(xiàn)的難易程度，以確保此種失效模式在發(fā)生前會(huì)被迅速地發(fā)現(xiàn)，阻止該工位零部件繼續(xù)外流。針對(duì)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(cè)度數(shù)定義為1～10級(jí)（表4），其中10級(jí)是指目前的控制手段無(wú)法探知其失效原因，對(duì)于這類失效后續(xù)要通過(guò)采用先進(jìn)的探測(cè)手段來(lái)降低其不易探測(cè)度數(shù)；定義為1級(jí)的是現(xiàn)行的控制手段可以通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于這類失效不用再進(jìn)行進(jìn)一步分析。

表4 不易探測(cè)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

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

對(duì)于某焊裝車(chē)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(jì)時(shí)考慮允許5%的停臺(tái)時(shí)間，包含由于產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備問(wèn)題等造成的停臺(tái)，合算到一班次的時(shí)間為22 min。如果每班次停臺(tái)22 min，依據(jù)相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可定義嚴(yán)重度為6級(jí)；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(cè)到該失效發(fā)生的原因，定義不易探測(cè)度為5，則該失效模式的 RPN=6×4×5=120。

當(dāng)失效模式RPN＞120時(shí)，必須對(duì)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(shí)，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(shí)例

以某轎車(chē)焊裝車(chē)間主焊線頂蓋工位為例。此工位負(fù)責(zé)將某車(chē)型的4種頂蓋（有、無(wú)天窗和有、無(wú)天線孔）安裝至車(chē)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(chē)型及該車(chē)型的具體配置要求才能裝配相應(yīng)的頂蓋，因此頂蓋錯(cuò)裝是此工位高風(fēng)險(xiǎn)的失效模式之一。

項(xiàng)目啟動(dòng)初期，PFMEA工程分析小組針對(duì)車(chē)身共線的柔性生產(chǎn)線特點(diǎn)并結(jié)合以往PFMEA制定經(jīng)驗(yàn)，制定了該柔性生產(chǎn)線頂蓋工位PFMEA分析表（見(jiàn)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(xiǎn)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(cuò)裝存在嚴(yán)重失效風(fēng)險(xiǎn)（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(tái)。工程分析小組將潛在的失效起因一一列出，針對(duì)RPN＞120的情況分別制定措施。如對(duì)于員工取料錯(cuò)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(cè)結(jié)果與此工位車(chē)型識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比（圖2），如不匹配將報(bào)警。此工位車(chē)型識(shí)別信息可通過(guò)安裝條形碼掃描器識(shí)別車(chē)型準(zhǔn)確信息。通過(guò)采取以上措施，將此工位的不易探測(cè)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(yǔ)

提出了適合車(chē)身柔性焊裝生產(chǎn)線的PFMEA方法以及各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。以某轎車(chē)焊裝車(chē)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(xiǎn)失效模式，并通過(guò)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(guó)防工業(yè)出版社，2002.

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

3 周志堅(jiān).防錯(cuò)技術(shù)在汽車(chē)減振器裝配中的應(yīng)用.現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)踐.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2005.