基于改進(jìn)QFD的FMECA模型在車輛器材裝備質(zhì)量管理中的應(yīng)用

何 健，張大鵬，鄒饒邦彥，錢仁軍

（1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161；2.軍事交通學(xué)院 軍用車輛系，天津 300161）

基于改進(jìn)QFD的FMECA模型在車輛器材裝備質(zhì)量管理中的應(yīng)用

何 健1，張大鵬2，鄒饒邦彥1，錢仁軍1

（1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161；2.軍事交通學(xué)院 軍用車輛系，天津 300161）

分析了QFD與FMECA相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，將質(zhì)量屋加以改進(jìn)并應(yīng)用到矩陣化的FMECA中，同時(shí)將重要度的概念引入到危害度分析中，建立了車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型，對(duì)提高車輛器材裝備質(zhì)量管理水平具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

QFD技術(shù)；FMECA模型；車輛器材裝備；質(zhì)量管理；重要度分析

1 引言

車輛器材裝備質(zhì)量的優(yōu)劣在我軍運(yùn)輸保障工作中起著決定性作用。目前，車輛器材裝備技術(shù)含量越來越高，更新?lián)Q代頻繁，對(duì)車輛器材裝備質(zhì)量的管理監(jiān)控還沒有科學(xué)、合理的體系和方法。因此有必要引進(jìn)先進(jìn)的質(zhì)量管理技術(shù)和方法，建立更加科學(xué)合理、系統(tǒng)全面的質(zhì)量管理體系，形成質(zhì)量管理的長(zhǎng)效機(jī)制，全面提高車輛器材裝備的質(zhì)量。

2 QFD與FMECA的基本概念

QFD（Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開技術(shù)）是一種以保障部隊(duì)需求為驅(qū)動(dòng)的分析方法，即運(yùn)用系統(tǒng)全面的方法來調(diào)查部隊(duì)的相關(guān)需求，并將其變更為零部件特性、裝備質(zhì)量、物資特性等技術(shù)需求信息，使其計(jì)劃生產(chǎn)的物資能夠滿足部隊(duì)的需求［1］。FMECA（Failure Modes Effects and Criticality Analysis，故障模式影響及危害度分析法）是一種先進(jìn)的質(zhì)量管理方法，它通過分析產(chǎn)品中每一個(gè)可能的故障模式并確定其對(duì)該產(chǎn)品及上層產(chǎn)品的影響，以及把每一個(gè)故障模式按其影響的嚴(yán)重程度、故障模式發(fā)生概率與故障危害程度予以分離的一種分析技術(shù)［2］。QFD和FMECA的最終目的都是為了質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)，將這兩種比較先進(jìn)的質(zhì)量管理方法進(jìn)行研究，結(jié)合應(yīng)用到車輛器材裝備的質(zhì)量管理中，有助于提高我軍車輛器材裝備的質(zhì)量水平。

3 QFD與FMECA相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)

通過以上對(duì)QFD與FMECA的解析可以看出，如果將QFD與FMECA進(jìn)行整合，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛器材裝備的質(zhì)量問題，兩者結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

（1）通過QFD的逐級(jí)展開，不斷分解細(xì)化，可以確保FMECA盡可能完整的列舉出關(guān)鍵的故障模式，以便于進(jìn)行分析。

（2）通過與QFD技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，F(xiàn)MECA的各因素重要度研究使故障分析更加定量化、具體化，以便更加系統(tǒng)地、有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)防或改進(jìn)。

（3）優(yōu)先進(jìn)行QFD技術(shù)分析，有助于確定關(guān)鍵因素的質(zhì)量特性，分析其可靠性和安全性與生產(chǎn)模式之間的聯(lián)系，分析故障模式和部隊(duì)需求之間的聯(lián)系，可以減少在評(píng)價(jià)故障的嚴(yán)重性和發(fā)生可能性過程中的由于主觀因素產(chǎn)生的誤差。

（4）通過與FMECA相結(jié)合，QFD技術(shù)的分析模型按生產(chǎn)研制過程展開時(shí)，對(duì)不確定因素的分析更加全面，解決方法的選擇也更加具有針對(duì)性［3］。

4 車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型的構(gòu)建與分析

通過上述的分析可以看出，將QFD與FMECA相結(jié)合運(yùn)用，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決車輛器材裝備質(zhì)量中的核心問題。因此，本文將兩者結(jié)合應(yīng)用，建立了基于QFD的FMECA車輛器材裝備質(zhì)量管理模型。

4.1 模型的建立

FMECA分析法是通過研究FMECA表和危害度分析表來重點(diǎn)分析發(fā)生故障的模式、產(chǎn)生故障的原因和故障造成的影響，根據(jù)分析給出改進(jìn)意見。本文將質(zhì)量屋加以改進(jìn)并應(yīng)用到FMECA中，同時(shí)應(yīng)用矩陣化的FMECA法，并將重要度的概念引入到危害度分析中，建立了車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型。

4.1.1 改進(jìn)的質(zhì)量屋。QFD技術(shù)的核心就是質(zhì)量屋。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用簡(jiǎn)化的質(zhì)量屋模型，包括“屋頂”、“天花板”、“房間”、“左墻”、“右墻”、“地下室”等幾部分。本文根據(jù)建模的需要對(duì)質(zhì)量屋進(jìn)行了改進(jìn)，建立了“雙廳式”質(zhì)量屋?！半p廳式”質(zhì)量屋就是將左墻面擴(kuò)展為一個(gè)屋，形成如圖1所示的“雙廳式”質(zhì)量屋?！白髲d”用來填寫故障原因，稱之為故障原因分析廳，“右廳”用來填寫故障影響，稱之為故障影響分析廳［4］。

圖1 “雙廳式”質(zhì)量屋

發(fā)生故障的模式填寫到“故障原因分析廳”中，即故障模式在“左墻”的位置，在“墻面”的位置對(duì)發(fā)生故障的模式和故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行相關(guān)性分析。尤其是對(duì)發(fā)生故障的共同模式和共同原因進(jìn)行分析，即共模共因的分析，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)故障發(fā)生的根本原因和潛在聯(lián)系。然后，結(jié)合故障所造成影響進(jìn)行分析，根據(jù)每個(gè)故障模式對(duì)初始約定層次的物資產(chǎn)生的潛在影響，即最終影響。再依據(jù)嚴(yán)酷度等級(jí)進(jìn)行分類，并將嚴(yán)酷度的等級(jí)填寫在“右墻”的對(duì)應(yīng)位置。最后，在“屋頂”的位置對(duì)故障模式產(chǎn)生的局部影響、高一層影響和最終影響進(jìn)行相關(guān)性分析，從而對(duì)故障模式造成的影響有個(gè)全面透徹的了解。

4.1.2 矩陣化的FMECA。矩陣化的FMECA能夠?qū)?fù)雜的故障模式和影響因素轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單明了的圖示法列出，以便于進(jìn)行相關(guān)性分析。其基本模式由圖2所示，垂直線是由被分析裝備的所有發(fā)生故障的模式組成，用Mi（i=1，2，…）表示。水平線則是由相應(yīng)的故障模式可能產(chǎn)生的影響組成，用Ej（j=1，2，…）表示。

基本的矩陣模式建立后，首先從最低一級(jí)（零部件級(jí)）進(jìn)行分析，再研究上一級(jí)組件級(jí)，直到最終的整個(gè)裝備系統(tǒng)。具體分析步驟為：①用“+”表示零部件的故障模式造成的所有故障影響；②用Mi表示第i種故障模式；③用Ej表示由Mi產(chǎn)生的故障影響，即第i種故障模式造成的第j個(gè)故障影響。

圖2 基本的矩陣格式

對(duì)于車輛器材裝備來說，第一級(jí)矩陣是零部件級(jí)，第二級(jí)矩陣是組件級(jí)，即由N個(gè)零部件串聯(lián)而成的組件的故障模式及其產(chǎn)生的影響，如圖3所示。在分析第二級(jí)矩陣時(shí)，零件1到N的故障影響轉(zhuǎn)化為第二級(jí)的故障模式。如果零件i（1≤i≤N）與零件j（1≤j≤N）發(fā)生故障的模式由同一故障影響產(chǎn)生，則在第二級(jí)的矩陣分析中仍當(dāng)做一種故障模式進(jìn)行分析。如果零件1到N的所有故障模式發(fā)生K種不同影響，則使組件級(jí)產(chǎn)生故障的原因有K種［5］。

圖3 第二級(jí)矩陣

依照上述方法對(duì)更高級(jí)以及整個(gè)裝備系統(tǒng)級(jí)矩陣進(jìn)行逐級(jí)分析。在車輛器材裝備系統(tǒng)中，對(duì)矩陣進(jìn)行逐級(jí)分析時(shí)，第一級(jí)為零部件級(jí)，第二級(jí)為組件級(jí)，中間級(jí)為裝置級(jí)，最高級(jí)為裝備系統(tǒng)，具體實(shí)施過程如圖4所示。

圖4 逐級(jí)分析的實(shí)施過程

4.1.3 重要度分析。重要度是指當(dāng)一個(gè)零部件或者整個(gè)裝備系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)頂層事件發(fā)生概率的影響，是零部件的可靠性參數(shù)和裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性參數(shù)的函數(shù)。對(duì)整個(gè)裝備系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)、運(yùn)行維護(hù)、儲(chǔ)存管理都有著指導(dǎo)性作用［6］。

重要度分析是在危害度分析的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步分析了車輛器材裝備故障部位、故障模式和故障原因?qū)ρb備的重要性。有些部件雖然故障發(fā)生很多，但它對(duì)裝備的正常運(yùn)行干擾影響不大，還有一些部件雖然不經(jīng)常發(fā)生故障，但一旦出現(xiàn)將對(duì)裝備正常運(yùn)行的影響是決定性的。依據(jù)具體的分析對(duì)象，重要度有多種解釋［7］。本文綜合考慮各種情況，采用車輛器材裝備重要度等級(jí)分析，客觀、準(zhǔn)確地反映每個(gè)部件對(duì)裝備的重要性。本文通過故障度和影響度來準(zhǔn)確地分析計(jì)算重要度。

（1）故障度。車輛器材裝備故障度是一個(gè)復(fù)雜的問題，因此，綜合考慮故障率、故障的危害程度等對(duì)研究故障度具有重要意義。故障率是故障度的重要衡量因素，通常對(duì)故障率劃分為5類，即很高、高、一般、較低和很低，其加權(quán)值依次為5、4、3、2、1，用v來表示［8］。在具體的計(jì)算時(shí)可以這樣考慮：假設(shè)整個(gè)裝備系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的最大概率為p，最小概率為q，那么可以用下列公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。

危害度是指危害系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)故障出現(xiàn)的概率，本文將危害度也分為5類，即很高、高、一般、較低、低，其加權(quán)值分別為5、4、3、2、1。其計(jì)算公式為：

Cr—由于部件（子系統(tǒng)）r失效帶來的危害度；

αj—裝備第j種故障模式發(fā)生次數(shù)與裝備所有可能發(fā)生的故障模式數(shù)的比值；

βj—裝備第j種故障模式發(fā)生從而最終影響“初始約定層次”達(dá)到相應(yīng)嚴(yán)酷度等級(jí)的概率；

λp—裝備在其使用階段內(nèi)發(fā)生的故障率；

下文的算法1中顯示了RAR的過程.在協(xié)議中，源節(jié)點(diǎn)初始化了數(shù)據(jù)包傳送過程.對(duì)于發(fā)射機(jī)，它檢查其位置是否為第一步.當(dāng)發(fā)射機(jī)位于交點(diǎn)上時(shí)，會(huì)發(fā)生交叉模式.根據(jù)發(fā)射機(jī)的定位，發(fā)射機(jī)選擇一個(gè)方向進(jìn)行發(fā)送.然后，轉(zhuǎn)到段模式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).如果變送器位于路段上，則使用段模式.根據(jù)所提出的GOF算法，在所選擇的方向上逐跳地發(fā)送分組.特別地，如果沒有可用的鄰居，則發(fā)射機(jī)將攜帶分組，直到它接觸可用的中繼.該過程重復(fù)直到目的地接收包.兩種模式的細(xì)節(jié)描述如下.

kλ1、kλ2—考慮到工作應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力不同的基本失效率λ的修正系數(shù)；

t—裝備在使用階段的工作時(shí)間。

故障危害程度通常劃分為：重大危害、一般危害和輕微損害。對(duì)應(yīng)加權(quán)系數(shù)分別為5、3、1。

故障度是綜合考慮了上述影響因素的結(jié)果，即：

（2）影響度。車輛器材裝備各子系統(tǒng)彼此之間的影響是相互的，因此也必須考慮到相互影響的問題，即：被其他子系統(tǒng)影響的程度ω。在具體的計(jì)算中，將其分為嚴(yán)重影響、影響、一般影響、低影響和很低影響，其加權(quán)值也分為5、4、3、2、1。假設(shè)被影響子系統(tǒng)最多的數(shù)為n個(gè)；被影響子系統(tǒng)最少的數(shù)為m個(gè)［9］。則可得到公式：

綜上，可以得到重要度的計(jì)算公式：

通過以上相關(guān)理論的分析，考慮車輛器材裝備的特殊性，建立車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型，如圖5所示。

圖5 基于FMECA的車輛器材裝備質(zhì)量管理模型

4.2 模型的分析

FMECA的最終目的是找出車輛器材裝備全壽命周期過程中潛在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出改進(jìn)措施，以此來提高車輛器材裝備的質(zhì)量。通過危害度分析表的相關(guān)內(nèi)容和重要度的計(jì)算，可以確定影響處理器材裝備質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，從而提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，即為FMECA的結(jié)果。

5 實(shí)例驗(yàn)證

對(duì)SX2150K牽引車的電控系統(tǒng)使用階段進(jìn)行分析，制定出相應(yīng)的改進(jìn)措施，具體實(shí)施方法如下：

5.1 定義系統(tǒng)、確定其約定層次

本次分析確定的系統(tǒng)是牽引車系統(tǒng)下的電控子系統(tǒng)，約定層次分別為：“初始約定層次”為SX2150K牽引車；“約定層次”為電控子系統(tǒng)；“最低約定層次”為組成電控子系統(tǒng)的各零部件，如圖6所示。

圖6 SX2150K牽引車系統(tǒng)約定層次示意圖

5.2 建立SX2150K牽引車的電控系統(tǒng)的功能框圖和可靠性框圖

功能框圖和可靠性框圖如圖7、圖8所示。

圖7 SX2150K牽引車電控系統(tǒng)功能框圖

圖8 SX2150K牽引車電控系統(tǒng)可靠性框圖

5.3 進(jìn)行重要度分析

在矩陣化分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行危害度及重要度分析。首先根據(jù)故障數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗(yàn)確定電控系統(tǒng)的三個(gè)子系統(tǒng)控制模塊、傳感器、接頭線路的故障危害度分別為3、3、3；再根據(jù)故障數(shù)據(jù)及式（1）確定控制模塊、傳感器、接頭線路的故障率分別為3、5、3；同樣利用公式（1）進(jìn)行計(jì)算得危害度分別為5、3、1。根據(jù)故障度計(jì)算公式得控制模塊、傳感器、接頭線路的故障度分別為：45、45、9。

影響度的定義是一個(gè)系統(tǒng)影響其他設(shè)備的程度，根據(jù)具體的故障數(shù)據(jù)以及操作使用人員的建議得出的控制模塊、傳感器、接頭線路影響的子系統(tǒng)數(shù)分別為：3、1、1，根據(jù)式（3）得影響度分別為：5、1、1。綜上，根據(jù)重要度的公式確定控制模塊、傳感器、接頭線路的重要度分別為：675、45、9。由此可見，控制模塊是電控系統(tǒng)的關(guān)鍵，提高其性能對(duì)提高電控系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。

5.4 結(jié)果分析

通過分析確定控制模塊是影響電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。再依據(jù)系統(tǒng)的約定層次、功能框圖、可靠性框圖及FMECA分析表（表2），確定影響控制模塊的關(guān)鍵部位為CPU集成電路和電位器。CPU集成電路直接影響控制模塊的工作，進(jìn)而影響電控系統(tǒng)的工作狀況，由于CPU集成電路是集成在電路板上的，一旦損壞無法修復(fù)只能更換，針對(duì)此問題需要加強(qiáng)檢測(cè)，并多存?zhèn)浼浑娢黄髫?fù)責(zé)向系統(tǒng)報(bào)警，如果不能及時(shí)報(bào)警則會(huì)燒毀電路，造成較大的損失，針對(duì)此故障建議設(shè)置冗余儲(chǔ)存，以提高其可靠性。

表1 故障數(shù)據(jù)

表2 矩陣化FMECA分析表

6 結(jié)語

本文根據(jù)車輛器材裝備質(zhì)量全壽命管理的特殊性，將質(zhì)量屋加以改進(jìn)并應(yīng)用到矩陣化的FMECA中，建立了車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型。通過對(duì)危害度分析表和重要度的計(jì)算，確定了影響車輛器材裝備質(zhì)量的最關(guān)鍵因素和最薄弱環(huán)節(jié)，從而提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，大大地提高了車輛器材裝備質(zhì)量管理水平。

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Study on Application of QFD-based FMECA Model in Vehicle Materials Quality Management

HeJian1，ZhangDapeng2，ZouraoBangyan1，QianRenjun1
（1.GraduateStudentManagementBrigade，MilitaryTransportationAcademy，Tianjin 300161；2.DepartmentofMilitaryVehicle，MilitaryTransportationAcademy，Tianjin 300161，China）

In this paper，we analyzed the advantage of combining the QFD with the FMECA，modified the house of quality and applied it to the matriculated FMECA，and then introduced the concept of importance into the effect analysis to build the FMECA model for the qualitymanagementofvehiclematerialsandequipment.

QFDtechnology；FMECAmodel；vehiclematerialsandequipment；qualitymanagement；importanceanalysis

TJ810

A

1005-152X（2016）05-0164-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.05.036

2016-04-16

何健，男，軍事交通學(xué)院碩士研究生。