基于高風(fēng)險(xiǎn)FMEA管控機(jī)制的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

儲(chǔ)祥偉 陳丹丹

（上汽通用汽車有限公司，上海 201201）

主題詞：FMEA 汽車制造 RPN 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)

1 前言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及全球工業(yè)化進(jìn)步，客戶對(duì)汽車產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高，甚至提出了零缺陷的要求，這就需要企業(yè)不斷完善自身的質(zhì)量管理體系。在質(zhì)量管理科學(xué)理論逐步完善的今天，從以往的事后補(bǔ)救，向事前預(yù)防逐漸轉(zhuǎn)變。事前行為可以帶來各種好處和優(yōu)點(diǎn)，例如降低生產(chǎn)成本、報(bào)廢率，減少產(chǎn)品缺陷和客戶抱怨等。但是如何全方位分析產(chǎn)品的失效模式以及其產(chǎn)生原因，從而達(dá)到有效預(yù)防呢？失效模式與后果分析(FMEA)作為一種預(yù)防性的質(zhì)量工具，可以很好地管理產(chǎn)品的失效模式及生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)[1]。

FMEA是通過對(duì)可能發(fā)生的失效模式進(jìn)行分析與判斷，對(duì)其可能造成的后果定性分析，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小，采取有針對(duì)性的改進(jìn)，從而降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程的風(fēng)險(xiǎn)。高大偉[1]研究過PFMEA在汽車制造方面的應(yīng)用，能幫助工廠預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的高風(fēng)險(xiǎn)失效模式，從而采取相應(yīng)的措施以降低風(fēng)險(xiǎn)。

使用FMEA這一工具主要分為6個(gè)步驟，即定義范圍、結(jié)構(gòu)分析、功能分析、失效分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和改進(jìn)優(yōu)化。從PFMEA的角度看，定義范圍是為了描述制造過程中所有產(chǎn)品及制造過程；結(jié)構(gòu)分析是識(shí)別并分解制造過程、過程步驟和作業(yè)要素；功能分析是確保產(chǎn)品/過程的預(yù)期功能/要求得到適當(dāng)分配；失效分析是識(shí)別失效原因、失效模式及失效影響；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估目的是評(píng)估嚴(yán)重度、發(fā)生度和不可探測度，并優(yōu)先考慮采取行動(dòng)的必要性。改進(jìn)優(yōu)化是落實(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)的行動(dòng)并評(píng)估這些行動(dòng)的有效性，從而將產(chǎn)生不符合客戶利益和相關(guān)方期望的產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

2 FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.1 傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法RPN

根據(jù)第四版FMEA參考手冊[2]，RPN是失效模式的嚴(yán)重度(S)、發(fā)生度(O)和不可探測度(D)的乘積，見公式（1），這三個(gè)參數(shù)S、O和D可以被賦值為1到10，RPN最終數(shù)值范圍是1到1 000。

嚴(yán)重度(S)由失效模式對(duì)客戶產(chǎn)生的影響決定，數(shù)值越高，影響越大。發(fā)生度(O)反映了特定原因發(fā)生的可能性，非常可能發(fā)生打10分，幾乎不可能發(fā)生打1分。不可探測度(D)是當(dāng)前的設(shè)備/人員測探出失效發(fā)生的能力。當(dāng)幾乎探測不出失效的發(fā)生時(shí)打10分，當(dāng)失效模式很容易探測時(shí)打1分。然而在實(shí)際RPN的應(yīng)用過程中，RPN出現(xiàn)了好很多不合理的地方[3-4]，主要有：

(1)不切實(shí)際地假設(shè)RPN中3個(gè)要素是相同權(quán)重的；

(2)出現(xiàn)相同RPN值時(shí)，需要進(jìn)一步評(píng)估；

(3)FMEA團(tuán)隊(duì)成員之間的評(píng)級(jí)可能不一致；

(4)單一乘積排序缺乏科學(xué)依據(jù)。

2.2 改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

由于RPN在FMEA使用過程中出現(xiàn)了很多客觀制約影響，許多FMEA使用者對(duì)此提出疑義并做出相應(yīng)改進(jìn)措施。在最新的FMEA參考手冊[5]中已經(jīng)不再采用RPN的做法，改為行動(dòng)優(yōu)先級(jí)(AP,Action Priority)。AP表為FMEA團(tuán)隊(duì)提供S、O和D數(shù)值的1 000種所有組合的邏輯細(xì)節(jié)，可以根據(jù)每個(gè)S、O和D數(shù)值和這些值的組合的單獨(dú)評(píng)估來確定行動(dòng)的優(yōu)先次序，以確定可能的行動(dòng)需求。AP值分為3個(gè)等級(jí)，分別為

(1)優(yōu)先級(jí)高AP=H：必須采取一定措施；(2)優(yōu)先級(jí)中AP=M：應(yīng)該采取一定措施；

(3)優(yōu)先級(jí)低AP=L：FMEA團(tuán)隊(duì)決定后續(xù)措施。

表1 行動(dòng)優(yōu)先級(jí)AP表[5]

Sankar[6]等在傳統(tǒng)的RPN方法上進(jìn)行了優(yōu)化。他們擴(kuò)展了S-O-D的數(shù)值范圍，從原來的1到10分?jǐn)U展到1到100分甚至更多。最終得到的RPN值等級(jí)越高的失效優(yōu)先級(jí)越高。這種方法解決了傳統(tǒng)RPN技術(shù)的一些缺點(diǎn)。

陳政平[7]等提出了定性與定量相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。首先，優(yōu)先將嚴(yán)重度為9&10分的失效模式作為高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，必須通過改進(jìn)措施降低該風(fēng)險(xiǎn)的；對(duì)于嚴(yán)重度低于9分的失效模式，將該失效模式所有項(xiàng)目的失效概率乘以相應(yīng)費(fèi)用損失，即費(fèi)用損失期望值，根據(jù)期望值的高低排序，采取相應(yīng)的控制措施或預(yù)防手段。該方法操作簡單，現(xiàn)場工作人員即可完成，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，但是對(duì)費(fèi)用方面的計(jì)算比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率不高。

Pelaez C E等人[8-11]提出了基于模糊算法的FMEA風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，借助模糊集合的基本概念或連續(xù)隸屬度函數(shù)的理論，將FMEA定量分析過程中的3因素模糊化，然后通過確定專家權(quán)重以達(dá)到主觀量化模糊語言的目的，最后再將模糊數(shù)清晰化得到新的失效模式風(fēng)險(xiǎn)排序。該方法充分考慮到S、O、D各自所占有的權(quán)重，即使在相同RPN值的情況下，也能區(qū)分風(fēng)險(xiǎn)程度的差異，并且降低了個(gè)人主觀因素對(duì)打分結(jié)果的影響，更加客觀地評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)Risk Priority Level（RPL）

最近幾年，汽車行業(yè)對(duì)于法律法規(guī)及安全等要求尤為重視，需要對(duì)嚴(yán)重度9分和10分的條目重點(diǎn)看待，由此某汽車公司采用RPL來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。RPL跟AP表相似，S、O和D的數(shù)值確定后，就可以輸出RPL數(shù)值。根據(jù)圖1 RPL判定矩陣分別算出嚴(yán)重度S-發(fā)生度O邏輯矩陣數(shù)值(即SxO)與嚴(yán)重度S-不可探測度D邏輯矩陣數(shù)值(即SxD)，然后對(duì)照表2，根據(jù)上述步驟得出的S、SxO與SxD的數(shù)值，得出RPL值。圖1與表2中的數(shù)字是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)的來的，可根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)品特性/制造工藝過程等需求做出修正。

圖1 某汽車公司RPL判定矩陣，SxO和SxD

所有的失效模式的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)分為4個(gè)等級(jí)，分別為 RPLS、RPL1、RPL2，RPL3。其中 RPLS和RPL1是高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，F(xiàn)MEA團(tuán)隊(duì)必須對(duì)這些FMEA項(xiàng)目補(bǔ)充建議措施并組織實(shí)施，或者由管理層審核并確定目前的措施是適當(dāng)?shù)摹Ｒ话闱闆r下，RPLS的條目都是涉及安全和法律法規(guī)等，需要優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)來降低風(fēng)險(xiǎn)。RPL2和RPL3的FMEA條目是中等風(fēng)險(xiǎn)，由FMEA團(tuán)隊(duì)決定是否做出適用的探測和預(yù)防措施。

表2 RPL判斷方法

該汽車公司也開發(fā)出一套相應(yīng)的FMEA管理機(jī)制與RPL相適用，即RPLS/1問題上升機(jī)制，以PFMEA為例，主要的工作流程如圖2所示，首先FMEA團(tuán)隊(duì)針對(duì)某款汽車生產(chǎn)線的所有工藝過程完成FMEA分析前4個(gè)步驟，即定義范圍、結(jié)構(gòu)分析、功能分析和失效分析，生成該車型生產(chǎn)過程的FMEA知識(shí)庫。然后工藝模塊的制造工程師對(duì)這些FMEA條目做風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并整理出高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目清單，然后與投產(chǎn)工廠對(duì)應(yīng)的體系工程師召開PFMEA研討會(huì)，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)提出預(yù)防/探測等措施，如果某些PFMEA風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下降了則反饋到PFMEA知識(shí)庫；如果當(dāng)前無適當(dāng)?shù)念A(yù)防/探測等措施來降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，則需要整理出這些風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)的清單，其中，RPLS條目需要由產(chǎn)品工程領(lǐng)導(dǎo)層及制造工程領(lǐng)導(dǎo)層共同審核，商議出后續(xù)改進(jìn)措施，RPL項(xiàng)目只需制造工程領(lǐng)導(dǎo)層審核并商議后續(xù)措施。

圖2 某汽車公司PFMEA風(fēng)險(xiǎn)分析管理制度

這一套FMEA管理機(jī)制與RPL風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法相輔相成，對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的FMEA條目區(qū)別對(duì)待，并采取適當(dāng)?shù)奶幚磙k法。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，還重點(diǎn)突出安全和法律法規(guī)相關(guān)條目(即RPLS條目)，并且強(qiáng)制要求產(chǎn)品部門參與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這樣更有利于從產(chǎn)品設(shè)計(jì)端降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，真正意義上從事后補(bǔ)救，向事前預(yù)防轉(zhuǎn)變。

3 RPL應(yīng)用實(shí)際案例

某白車身的車門有一個(gè)機(jī)器人自動(dòng)涂折邊膠的工藝，根據(jù)FMEA的分析步驟，F(xiàn)MEA團(tuán)隊(duì)人員編制出自動(dòng)涂折邊膠FMEA文件(表3)，其中嚴(yán)重度S=7，發(fā)生度O=4，不可探測度D=7，根據(jù)圖1和表2計(jì)算得出RPL=1，屬于高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。FMEA團(tuán)隊(duì)必須對(duì)此條失效模式補(bǔ)充建議措施并組織實(shí)施。通過PFMEA研討會(huì)，提出過程改進(jìn)措施，即新增涂膠拍照功能，增強(qiáng)了探測手段，降低不可探測度分值，最終將不可探測度由7分降低到3分，且RPL值由1降低到2，切實(shí)降低了該工藝給生產(chǎn)帶來的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)（表4）。

理論與實(shí)踐證明，RPL方法對(duì)FMEA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做出了詳盡的步驟與要求，在大大提高FMEA團(tuán)隊(duì)工作效率的同時(shí)，能夠快速找到高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，這是RPN無法做到的。

表3 某工位自動(dòng)涂折邊膠FMEA文件

表4 某工位自動(dòng)涂折邊膠FMEA文件(改進(jìn)后)

4 結(jié)論

本文論述了FMEA傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析方法存在的缺陷，且調(diào)研了目前較為流行的幾種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，且提出了一種更為高效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估策略，即RPL打分制度，解決了傳統(tǒng)RPN方法中存在的RPN值不連續(xù)、同一個(gè)RPN值有多重含義、S、O、D權(quán)重分配不合理等問題。RPL給FMEA團(tuán)隊(duì)提供了更加客觀、準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，且存在一套合理的FMEA風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制，對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)別對(duì)待并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，這樣就能保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，極大地縮短工作周期，快速響應(yīng)市場需求。實(shí)踐證明，該方法具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性，值得推廣。