防錯(cuò)技術(shù)在齒輪類零件加工中的應(yīng)用

糾永杰+黃引團(tuán)

摘要： 本文結(jié)合齒輪類零件生產(chǎn)加工實(shí)際，采用PFMEA和防錯(cuò)方法，以預(yù)防為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行工藝開發(fā)設(shè)計(jì)，在工藝開發(fā)過程中識(shí)別出潛在的缺陷發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行有效改善，最大可能的規(guī)避了質(zhì)量問題的發(fā)生，使生產(chǎn)質(zhì)量水平得到了大幅的提高。

Abstract： Combined with the actual production and processing of gears， this paper uses PFMEA and error proofing method to carry out the process development and design by taking prevention as starting point， identifies the risk of potential defects in the process development and carries out the effective improvement to avoid the occurrence of quality problems and improve the production quality.

關(guān)鍵詞： PFMEA；防錯(cuò)；齒輪加工

Key words： PFMEA；error proofing；gear machining

中圖分類號(hào)：TG61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）29-0125-02

0 引言

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期越來越短，同時(shí)顧客對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，面對(duì)這種形勢(shì)，企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，必須提升自身的質(zhì)量觀，將顧客的需求作為質(zhì)量符合的標(biāo)準(zhǔn)。以前“逐步改善”的質(zhì)量模式已跟不上新形式的發(fā)展，制造業(yè)的大多數(shù)企業(yè)都面臨著質(zhì)量升級(jí)的瓶頸?！傲闳毕荨辟|(zhì)量管理以極高的生產(chǎn)效率、極低的不良成本，體現(xiàn)了一個(gè)企業(yè)的管理水準(zhǔn)和競(jìng)爭(zhēng)力。

1 零缺陷質(zhì)量管理

在質(zhì)量管理的發(fā)展歷程上，20世紀(jì)60年代，由美國(guó)的菲利普·克勞士比最早提出“零缺陷”的口號(hào)。強(qiáng)調(diào)預(yù)防系統(tǒng)控制和過程控制，要求全體工作人員“從開始就正確地進(jìn)行工作”，“第一次就把事情做對(duì)”，使產(chǎn)品符合對(duì)顧客的承諾要求，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和工作質(zhì)量[1]。零缺陷理論在質(zhì)量定義上，質(zhì)量是滿足顧客的需求；在系統(tǒng)上是預(yù)防，預(yù)防產(chǎn)生質(zhì)量；工作標(biāo)準(zhǔn)是零缺陷，堅(jiān)信缺陷的發(fā)生是有根源的，缺陷是可以避免的。零缺陷理論被廣泛應(yīng)用于制造過程的改善，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通過預(yù)防，質(zhì)量成本可以永久的降低。設(shè)計(jì)時(shí)通過充分的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，尋找缺陷產(chǎn)生的根源，通過有效的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和檢測(cè)，將生產(chǎn)運(yùn)行中可能遇到的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)化解在初始階段，同時(shí)利用防錯(cuò)方法來有效避免缺陷的發(fā)生，最大程度消除產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的缺陷，直至全制造過程達(dá)到一次合格的目標(biāo)。

2 過程失效模式與后果分析

過程失效模式及后果分析（PFMEA）是一種綜合分析技術(shù)，其目的是通過分析和識(shí)別產(chǎn)品制造過程中可能出現(xiàn)的失效模式，及這些失效模式可能引發(fā)的后果，有的放矢地制定預(yù)防措施，從而最大限度的降低質(zhì)量不過關(guān)的可能性，確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)。

PFMEA內(nèi)容包括識(shí)別與產(chǎn)品相關(guān)的過程潛在失效模式；評(píng)價(jià)對(duì)過程和顧客的潛在影響；識(shí)別潛在制造或過程失效模式；評(píng)價(jià)對(duì)顧客的影響；識(shí)別潛在制造或裝配失效的原因，確定減少失效或找出失效條件的過程控制變量；對(duì)潛在失效模式分級(jí)，建立考慮糾正措施的優(yōu)選體系。PFMEA的主要分析步驟：①明確分析范圍；②評(píng)價(jià)可能會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問題，并分析這些問題一旦出現(xiàn)可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和客戶造成的潛在影響，同時(shí)對(duì)這些影響就嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)級(jí)；③針對(duì)每個(gè)潛在失效模式，盡量找到其失效原因和原理，然后有針對(duì)性的制定預(yù)防措施；④編制潛在失效模式分級(jí)表，優(yōu)先控制可能會(huì)造成巨大不利影響的失效模式；⑤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[2]。

潛在模式的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估最終歸結(jié)為風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN），RPN是嚴(yán)重度（S），頻度（O）和探測(cè)度（D）的乘積，RPN越高，意味著風(fēng)險(xiǎn)越大，它使我們能夠?qū)栴}的輕重緩急進(jìn)行排序，但確定“可接受”風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候必須意識(shí)到優(yōu)先級(jí)別的選取應(yīng)當(dāng)建立在對(duì)嚴(yán)重度、發(fā)生頻度、探測(cè)度的分析上，而不是通過RPN閥值來決定。我公司對(duì)RPN的規(guī)定為：一般情況下，不管RPN的結(jié)果如何，當(dāng)嚴(yán)重度S>8時(shí)，必須采取糾正措施。

PFMEA應(yīng)始終反映最新水平及最近的相關(guān)措施，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)文件。PFMEA是質(zhì)量管理的升級(jí)，它將“持續(xù)改進(jìn)”上升到“提前預(yù)防”。相關(guān)人員應(yīng)更新自身思路，適應(yīng)PFMEA要求，最大限度的避免質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3 防錯(cuò)技術(shù)概述

PFMEA找出了過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，但PFMEA自身并不是解決問題的工具，解決問題需要采取防錯(cuò)技術(shù)，防錯(cuò)技術(shù)是指通過運(yùn)用一些技術(shù)、裝置和標(biāo)準(zhǔn)，去預(yù)測(cè)、阻止或者發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零缺陷的過程方法。防錯(cuò)技術(shù)以人為本，預(yù)防為主，在缺陷發(fā)生之前就及時(shí)得到發(fā)現(xiàn)。防錯(cuò)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①可以對(duì)產(chǎn)品全檢，但不增加操作者的勞動(dòng)負(fù)荷；②只有滿足規(guī)定的操作要求，作業(yè)過程才能繼續(xù)；③差錯(cuò)發(fā)現(xiàn)及時(shí)，可以快速糾正；④設(shè)置成本低。運(yùn)用防錯(cuò)方法除了消除產(chǎn)品缺陷、減少返工返修，提高產(chǎn)品合格率外，還能提高人員的作業(yè)效率，縮短新員工的培訓(xùn)周期，提高換型時(shí)間，改善作業(yè)安全性等作用。

根據(jù)防錯(cuò)的有效性，防錯(cuò)可分成以下三個(gè)等級(jí)：

①不制造缺陷：通過工藝設(shè)計(jì)，確保零件在制造過程中避免質(zhì)量問題發(fā)生，對(duì)于可能發(fā)生的缺陷在預(yù)先得以設(shè)防，其中工藝工程師是建立防錯(cuò)體系的主導(dǎo)者。

②不傳遞缺陷：缺陷在某個(gè)工序產(chǎn)生并被當(dāng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，通過采用各種技術(shù)方式防止缺陷流入下道工序。

③不接受缺陷：此工序發(fā)現(xiàn)前道工序造成的缺陷。其中不制造缺陷是有效性級(jí)別最高的，成本也最低。

機(jī)加工過程中的防錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用主要有零件夾緊定位防錯(cuò)、斷刀監(jiān)測(cè)、刀具識(shí)別、零件加工尺寸防錯(cuò)、零件漏工序加工防錯(cuò)、零件類型防錯(cuò)等幾種類型。防錯(cuò)的思路要遵循工業(yè)工程中的ECRS原則。針對(duì)存在的問題，要盡可能從源頭上消除，如果不能消除，則考慮采用替代的方式，避免依賴于操作者的技能或責(zé)任心去防止差錯(cuò)。在必須依賴于操作者的作業(yè)環(huán)境中，應(yīng)盡量采用重組、合并等方法，簡(jiǎn)化操作步驟，以減少差錯(cuò)環(huán)節(jié)，同時(shí)采用檢測(cè)手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)[3]。

綜上，生產(chǎn)線的防錯(cuò)設(shè)計(jì)應(yīng)基于過程失效模式及后果分析（PFMEA）。在工藝規(guī)劃的初期，工藝方案一旦確定，由工藝工程師主導(dǎo)，質(zhì)量工程師、維修工程師、生產(chǎn)線調(diào)度等參加的工作小組，必須對(duì)每一道工序展開透徹的工藝過程潛在失效模式分析，將所關(guān)心的每道工序中可能發(fā)生的缺陷的危害性即嚴(yán)重度、缺陷形成原因所決定的頻度、缺陷控制方法所決定的不可探測(cè)度等要素通過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)予以量化，評(píng)判出各種失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，據(jù)此作出詳盡的質(zhì)量控制計(jì)劃，對(duì)其中高風(fēng)險(xiǎn)的工藝過程制訂周密的防錯(cuò)計(jì)劃。工藝工程師借助工藝過程失效模式及后果分析，從諸多的工藝過程中找到質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)施極具針對(duì)性的防錯(cuò)計(jì)劃，保證生產(chǎn)線穩(wěn)定可靠地制造出高品質(zhì)的產(chǎn)品。

4 防錯(cuò)技術(shù)在齒輪加工中的應(yīng)用

齒輪是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件，在變速箱和車橋中大量使用。在齒輪加工過程中，防錯(cuò)技術(shù)的合理有效運(yùn)用具有十分重要的作用。由于齒輪零件的質(zhì)量直接影響到變速箱總成的質(zhì)量，為了避免出現(xiàn)更多的產(chǎn)品問題，齒輪加工車間應(yīng)該將防錯(cuò)重點(diǎn)放在關(guān)鍵零部件的關(guān)鍵工序上，采取先進(jìn)的防錯(cuò)檢測(cè)方法，加強(qiáng)制造過程的控制，才能實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的零缺陷。以某齒輪生產(chǎn)車間加工的鎖銷式同步器滑動(dòng)齒套插齒工序?yàn)槔枰哉f明。同步器滑動(dòng)齒套在變速箱內(nèi)與驅(qū)動(dòng)齒輪和減速齒輪采用花鍵連接，齒套外嚙合齒與驅(qū)動(dòng)輪或減速輪的內(nèi)嚙合齒同步后相嚙合。該齒套工藝流程為：鍛造毛坯—粗車成型—精車—鉆孔、倒角—插齒—倒圓角—去毛刺—熱處理—熱后車撥叉槽—最終檢驗(yàn)—涂油、入庫。其中插齒工序包括正、反兩面插齒，因此零件裝反和漏工序是此工序高風(fēng)險(xiǎn)的兩種失效模式。

項(xiàng)目啟動(dòng)初期，PFMEA工程分析小組針對(duì)插齒特點(diǎn)并結(jié)合以往PFMEA制定經(jīng)驗(yàn)，制定了該工序PFMEA分析表（見表1），利用該分析表提前發(fā)現(xiàn)了此工序存在的高風(fēng)險(xiǎn)失效模式。

由表1可知，此工序的零件裝反存在失效風(fēng)險(xiǎn)（RPN=96），必須制定有效措施防止此失效發(fā)生。工程分析小組在機(jī)床夾具旁邊安裝一個(gè)距離電磁感應(yīng)開關(guān)，如圖1所示，使機(jī)床能夠識(shí)別工件是否裝夾正確，裝夾時(shí)如果工件裝反，在機(jī)床啟動(dòng)時(shí)，機(jī)床報(bào)警，提示工件裝反，消除撞機(jī)造成的影響。同時(shí)通過在后工序的制動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)漏插齒失效模式的探測(cè)，工程分析小組采用在后工序夾具上增加防錯(cuò)銷，如果漏插齒工序，則后工序無法加工，從而杜絕漏工序失效模式的發(fā)生。通過采取以上措施，將此工序的頻度由4降至1，RPN值由96降至24（見表2），可認(rèn)為采取的措施有效。

5 結(jié)語

防錯(cuò)不僅是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，而且是實(shí)現(xiàn)“零缺陷”的有效手段，更是以預(yù)防為主的零缺陷質(zhì)量管理體系中的核心組成部分。在進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)，只有在正確評(píng)估各種失效模式的風(fēng)險(xiǎn)程度，準(zhǔn)確地對(duì)關(guān)鍵工序、關(guān)鍵步驟進(jìn)行防錯(cuò)設(shè)計(jì)，才能取得事半功倍的效果。此外，生產(chǎn)線防錯(cuò)經(jīng)驗(yàn)的及時(shí)總結(jié)，以制造工程師牽頭，質(zhì)量工程師、維修工程師和生產(chǎn)線調(diào)度、班組長(zhǎng)等多方參與組成的工作小組，定期共同審核過程失效模式及后果分析，通過回顧生產(chǎn)線運(yùn)行狀況，總結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的最新經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)修訂PFMEA，依此對(duì)防錯(cuò)系統(tǒng)進(jìn)行重新評(píng)估，以決定增加必要的防錯(cuò)裝置，優(yōu)化防錯(cuò)機(jī)構(gòu)，不斷改善整個(gè)防錯(cuò)系統(tǒng)，才能逐步實(shí)現(xiàn)“零缺陷”的質(zhì)量目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇秦.質(zhì)量管理與可靠性[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006，7.

[2]韋凱.PFMEA在制造過程中的實(shí)際運(yùn)用[J].裝備制造技術(shù)，2015（7）.

[3]張正祥.工業(yè)工程基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006，2.