PFMEA在制造過程中的實際運用

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著國內(nèi)汽車市場的發(fā)展，競爭日益激烈，為了提高企業(yè)的競爭力，需要汽車制造企業(yè)不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本消耗。而發(fā)動機作為汽車的心臟，其質(zhì)量好壞關(guān)系到汽車的動力性、可靠性與經(jīng)濟性，甚至是與顧客的生命財產(chǎn)安全相聯(lián)系。那么，如何在不斷降低的成本壓力之下，保證發(fā)動機的質(zhì)量呢？PFMEA（即潛在失效模式及后果分析）是一個控制制造過程、防止產(chǎn)品缺陷的有效方法。

1 PFMEA概述

PFMEA（即潛在失效模式及后果分析）是通過辨識工藝過程設計中失效機會以改善過程控制的方法。其以推動過程改進作為主要目標，重點在防錯方法上，最終通過完善制造過程的控制方法，形成系統(tǒng)的《防錯計劃》、《控制計劃》方案，提升客戶的滿意度。FMEA可以描述為一組系統(tǒng)化的活動，其目的有：

（1）認可并評價產(chǎn)品設計/制造過程中的潛在失效以及該失效的后果；

（2）確定能夠消除或減少潛在失效發(fā)生機會的措施；

（3）將全部過程形成文件。

FMEA是對確定設計或過程必須做哪些事情才能使顧客滿意這一過程的補充。PFMEA應該是以小組的形式開展，PFMEA的編制責任通常都指派到某個人，但是整體輸入應是小組的努力。在最初的設計FMEA過程中，希望負責設計的工程師能夠直接、主動的聯(lián)系所有有關(guān)部門的代表。這些專長和責任領(lǐng)域應包括（但不限于）裝配、制造、設計（PE）、試驗、可靠性、材料、質(zhì)量、服務和供方以及負責更高或更低一層次的總成或系統(tǒng)、子系統(tǒng)，應成為促進各相關(guān)部門之間相互交換意見的一種催化劑，從而推進小組協(xié)作的工作方式。

2 PFMEA的實際運用

2.1 “嚴重度”如何實際判定

“嚴重度”是定給失效模式最嚴重的影響后果的級別。嚴重度是單一的FMEA范圍內(nèi)的相對定級結(jié)果。PFMEA應吸取以往產(chǎn)生過的重大“教訓”（如召回、不合格品、顧客抱怨、批量返修、高的保修費用等）作為識別失效模式的輸入。對小組識別的所有高風險失效模式都引起重視，并有可實施的措施計劃，對所有其他失效模式也都加以考慮，這里將這種對于“某種潛在的失效模式”的危害程度定義為“嚴重度”。嚴重度數(shù)值的降低只有通過改變設計才能夠?qū)崿F(xiàn)?！皣乐囟取狈譃?0個級別，如表1所列。

除非負責的工程師有FMEA和團隊工作推進經(jīng)驗，否則，由一位有經(jīng)驗的FMEA推進員來協(xié)助小組的工作是非常有益的,FMEA推進員的經(jīng)驗直接影響到嚴重度、頻次、探測度的定義。

柳州發(fā)動機河西工廠安裝主軸瓦工位，對于“軸瓦損傷”失效模式，嚴重度曾定義為8，RPN值達124，而《控制計劃》的方法僅為：操作工目視檢查。風險很大吸引了整個PFMEA問題解決團隊的注意，可是問題遲遲不能解決。這個初嚴重度的定義是出于當時PFMEA推進員的想象：員工安裝時存在磕碰帶來軸瓦嚴重損傷的可能，并在不知情時裝機，導致發(fā)動機性能下降、顧客抱怨。

為了解決問題，發(fā)動機工廠重新整合了PFMEA問題，重組團隊人員機構(gòu)，具體方法是：由車間有經(jīng)驗的師傅牽頭作為PFMEA推進員，車間經(jīng)理作為小組長，ME經(jīng)理為副組長，將質(zhì)量售后工程師、物流包裝工程師吸收入小組，這些人的實際制造發(fā)動機經(jīng)驗均在7年以上，組成了理論與實踐相結(jié)合、個人制造經(jīng)驗豐富的多功能團隊。

很快，這個多功能團隊就有了突破——應該在不考慮零件質(zhì)量前提下（PFMEA的原則），從工藝布局的角度來分析軸瓦損傷這個問題。這是因為該工位一旦出現(xiàn)軸瓦嚴重損傷，后工位安裝活塞、回轉(zhuǎn)力矩測試都能發(fā)現(xiàn)，而且通過經(jīng)驗來看，該工位（操作步驟、動作、工裝情況等），沒有造成軸瓦嚴重損傷條件和可能。無論青島發(fā)動機工廠還是生產(chǎn)運行了7年的柳州河西工廠都從未發(fā)生過如此嚴重的軸瓦損傷，該問題實際是個“假命題”，造成的原因是PFMEA推進員的實際經(jīng)驗不足，而《控制計劃》的方法應該將“回轉(zhuǎn)力矩測試”加入。通過團隊的努力，以事實為依據(jù)推動ME修改了《PFMEA》、《控制計劃》。

2.2 “探測度”如何進行實際判定

“探測度”是與設計控制中所列的最佳探測控制相關(guān)聯(lián)的定級數(shù)。探測度是一個在某一FMEA范圍內(nèi)的相對級別。為了獲得一個較低的定級，通常計劃的設計控制（如確認／或驗證活動）必須予以改進?！疤綔y度”也分為10個級別進行評分，如表2所列。

表2 FMEA探測度分級表

定義“探測度”時經(jīng)驗也是關(guān)鍵，體現(xiàn)在對“控制計劃的探測方法”認識全面性上，同一失效模式，由于失效的程度不同可能會演變?yōu)閮煞N失效模式，如不在探測度上深入考慮，很可能忽略由此衍生的第二種失效模式。這一點非常重要！

發(fā)動機流水線由于在線設備的探測能力不同(如冷試設備)，在生產(chǎn)B15機型時，曾經(jīng)發(fā)生“磁阻圈的信號齒變形”問題，發(fā)動機工廠在“PFMEA每月回顧”中發(fā)現(xiàn)該問題，認為風險很大，需要研究現(xiàn)有制造過程的控制手段是否能將這一問題控制。

車間PFMEA小組對操作過程進行分析：制造過程中，磁阻圈螺栓擰緊完成后曲軸與缸體進行連接，后工位操作雙軸擰緊槍擰緊主軸承蓋螺栓時，下壓移動雙軸槍的動作由于電槍能在任意高度上移動，可能使套筒撞擊到“磁阻圈信號齒”，產(chǎn)生這種失效模式。隨即車間聯(lián)合ME在冷試檢測做了此種失效模式的Mapping實驗，實驗結(jié)果顯示：如撞擊導致的變形程度嚴重，發(fā)動機在冷試即表現(xiàn)為“測試信號終斷”——故障可控制。但變形程度輕微在冷試則能感應到信號，并能OK通過。裝整車后會有“信號弱”的問題，并最終可能表現(xiàn)為“高轉(zhuǎn)速時，影響車輛提速”，可能會導致客戶要求“返修”，而這樣的返修幾乎就是拆整機，帶來大量的零件報廢，維修時間也至少在1天以上。由于該失效模式的“頻次”很低，“控制計劃的探測方法”冷試能滿足“完全喪失功能的失效模式”，問題基本能得到控制，磁阻圈信號齒輕微變形成為了后期攻關(guān)的目標。

這時FMEA推進員如只有發(fā)動機背景而無整車經(jīng)驗，只認識到發(fā)動機工廠的部分探測方法，而不能結(jié)合后工序（整車總裝）的“探測方法”倒推出“部分喪失功能”的失效模式，往往遺漏不同區(qū)域的“控制計劃的探測方法”帶來的不同結(jié)果。

2.3 “RPN”降低的實際運用（成功案例）

PFMEA在實際生產(chǎn)領(lǐng)域扮演著質(zhì)量先驅(qū)的重要作用，通常一個潛在失效模式的“嚴重度”、“頻次”是不會改變的，要想通過降低RPN值達到較高過程能力的控制只有在“探測度”上做文章，RPN（風險順序數(shù)）是嚴重度（S）、頻度（O）和探測度（D）的乘積，RPN=（S）×（O）×（D），只有通過改進探測手段使探測度的值降低來降低RPN值，然后成果納入《控制計劃》、《防錯計劃》進行約束，達到控制質(zhì)量的目的，下面來看一個成功案例：

機油泵密封O型圈，生產(chǎn)過程中由人工安裝，但只有一道目視自檢，安裝完畢后即隱藏無法互檢，而由于機油泵與缸體結(jié)合面貼合較緊密，冷試設備不能發(fā)現(xiàn)漏裝O型圈缺陷，此失效模式在裝機后運行一定時間會以滲油現(xiàn)象被客戶發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生拉回問題。這時嚴重度(S)為8；發(fā)生的頻度(O)為2；由于只有一道人工目視檢查，對照圖表探測度(D)為8.

RPN=8×2×8=128，此時風險極大！

車間PFMEA小組通過現(xiàn)場分析，認為從工具上下功夫提高發(fā)現(xiàn)機會從而降低探測度的級別，是問題解決的一條可行之路。于是通過集思廣益，最后在料盒上增加了一個感應傳感器與工位“合格放行”程序相連接，員工必須對每臺到工位的發(fā)動機做一次“取O型圈”動作才能滿足OK放行條件，并將傳感器的“防錯驗證”納入《防錯計劃》文件中管理。這時，相當于采用了自動設備（程序）及工具（傳感器）進行防錯，對照圖表探測度（D）降低為3，RPN=8×2×3=48，風險得到了有效控制。

3 結(jié)束語

PFMEA為不斷改進過程質(zhì)量控制能力提供了一種有力方法，每一次優(yōu)秀的改善往往與PFMEA緊密相連。通過研究，重組了工廠的PFMEA推進小組，將各部門經(jīng)驗豐富的員工納入其中，并形成了工廠特有的每月回顧機制，從嚴重度、頻度、探測度等方面降低RPN值，并將這些資源牢牢整合后，持續(xù)提升過程控制能力，為產(chǎn)品質(zhì)量的提升煥發(fā)了勃勃生機。

[1](美)斯泰蒙迪斯.FMEA從理論到實踐[M].陳曉彤，姚紹華，譯.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]C.J.Price，N.S.Taylor.Automated multiple failure FMEA[J].ELSEVER，2002:2-8.

[3]田 婕.面向?qū)ο筌浖﨔MEA方法研究[D].北京：國防科學技術(shù)大學，2008.

[4]于金偉.FMEA與控制計劃在過程控制中的應用[J].世界標準化與質(zhì)量管理，2006，（09）：76-80.

[5]謝小虎，郭 虎.FMEA在汽車發(fā)動機懸置設計中的應用[J].汽車科技，2005，（06）:25-28.

[6]趙 瑩，張新豐，章 桐.基于概念模型的燃料電池發(fā)動機FMEA 研究方法[J].上海汽車，2013，（04）：18-22.