基于FMEA的閥門裝配質(zhì)量改善

周天導 周炳海

(同濟大學 機械與能源工程學院 上海201804)

近年來，以中國為代表的發(fā)展中國家和中東地區(qū)閥門需求快速增長，逐步取代西方國家成為全球閥門行業(yè)增長的領跑者。國內(nèi)閥門行業(yè)整體上也保持著持續(xù)增長的態(tài)勢，景氣程度高于全球水平。而在市場競爭過程中，不斷提升閥門產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)發(fā)展和生存的關鍵。A廠在生產(chǎn)一款新型閥門過程中，低溫環(huán)境下試驗一次通過率僅為20.5%。通過分類統(tǒng)計，由于卡滯原因?qū)е碌拈y門失效模式占82.8%，如圖1所示。由其導致的返修及二次裝配嚴重影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)進度、成本以及顧客滿意度，亟待改進。

圖1 A廠閥門裝配失效模式柏拉圖

失效模式和影響分析（FMEA）作為推動制造過程進行深層次質(zhì)量改進的一種可靠性分析技術，可以降低生產(chǎn)成本，并對制造、裝配進行更改和完善，從而減輕事后更改情況的發(fā)生，最大限度地保證產(chǎn)品的性能和可靠性。在閥門裝配過程中，通過運用FMEA方法，能夠幫助確定閥門卡滯導致失效模式的潛在薄弱環(huán)節(jié)，研究每個潛在薄弱環(huán)節(jié)的原因和失效機理，評價失效形式的影響程度，并計算風險順序數(shù)，然后針對主要的薄弱環(huán)節(jié)進行工藝上的改善，排除或降低其影響程度。本文以A廠的閥門裝配過程質(zhì)量改善項目為例，詳細介紹了如何使用FMEA方法對潛在的制造過程中的問題進行風險分析和評估，提出改善措施，最終達到提高閥門裝配質(zhì)量的目的。

1 FMEA方法

FMEA是可靠性分析中的一種定性方法。該方法對分析系統(tǒng)中潛在的失效模式及其對產(chǎn)品功能的影響進行分析，并把每一個潛在的失效模式按它的失效影響進行分類。根據(jù)分析情況，提出可采取的預防改進措施，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

失效模式可能存在于設計、過程或工藝、服務、外包供應商、服務以及設備等方面。FMEA方法可以對正在研究的對象可能發(fā)生的失效模式進行分析、評估，從而提出行之有效的改進措施，消除或把潛在的風險降低至可接受的水平。

1.1 FMEA實施過程

FMEA實施時首先要收集有關資料，掌握分析對象。FMEA能否取得預期效果，就必須全面、透徹地了解所分析的對象。實施FMEA分析時，要列舉出能夠考慮到的失效模式形式、研究失效模式帶來的影響、起因和失效機理以及嚴酷度，提出改善措施并進行效果驗證。FMEA報告作為FMEA的輸出，應包含失效判據(jù)、嚴酷度定義、FMEA過程、表格、結果等。FMEA報告應進行評審，評審通過后分析結束，如未通過則需要修改過程并繼續(xù)以上的流程。

1.2 風險順序數(shù)

風險順序數(shù)是FMEA分析中的一個重要參數(shù)，目的是對產(chǎn)品的每一個失效模式的嚴酷度、頻繁度以及可探測度情況進行綜合分析，全面評價每一個潛在失效模式的影響。通過根據(jù)RPN值進排出先后順序，對RPN值較大的項目優(yōu)先采取改善措施，減小RPN值，以消除不良、降低風險。風險順序數(shù)是嚴酷度S、頻度O和探測度D的乘積。RPN（Risk Priority Number）=嚴酷度 S（Severity）×頻度O（Occurrence）×可探測度D（Detect ability）

1.2.1 嚴酷度 S

嚴酷度是指某種失效模式發(fā)生時最嚴重的影響后果。由于產(chǎn)品和過程的不同，嚴酷度評價準則可能是不同的，因此并不要求數(shù)值上的絕對準確，只需要有區(qū)分度。嚴酷度評分準則如表1所示。

表1 嚴酷度評價準則

1.2.2 頻度O

頻度是指失效原因發(fā)生的可能性的多少。頻度的評價準則應考慮以往或同類產(chǎn)品的性能和原理、新方法運用、環(huán)境變化、歷史經(jīng)驗等因素，并通過協(xié)商討論達成一致。頻度評分準則如表2所示。

表2 頻度評價準則

1.2.3 可探測度D

可探測度是指對現(xiàn)行控制措施的有效程度，也是對產(chǎn)品中潛在的失效在使用之前的可檢測性進行評估。評分準則如表3所示。

表3 可探測都評價準則

1.2.4 計算RPN值

選擇應用風險順序數(shù)RPN，來對設計以及過程潛在的失效模式實施風險評估，即，RPN=S × O× D值的大小進行先后排序，可以用來確定失效原因的等級。RPN值的范圍可以在1~1000之間，RPN數(shù)值越大表示潛在的問題越嚴重，F(xiàn)MEA應優(yōu)先進行改進。一般來說，當嚴酷度達到5（S=5）時，即意味著產(chǎn)品性能已經(jīng)衰退。當頻度達到5（O=5）時，即意味著有很大失效發(fā)生的可能性。當可探測度達到5時（D=5）時，即意味著能夠通過檢驗發(fā)現(xiàn)。因此可以將RPN=125作為一個臨界點，即當RPN=125時，必須采取行動。表4是A廠對RPN值的建議評價規(guī)則。

表4 A廠RPN建議評價規(guī)則

2 A廠FMEA應用實例

A廠生產(chǎn)的閥門在裝配過程中通過低溫介質(zhì)合格率過低，需要進行返修及二次裝配，嚴重影響生產(chǎn)成本及交貨期。因此成立質(zhì)量改善小組，實施FMEA對閥門裝配卡滯的主要潛在風險進行評估，并實施改善措施。

2.1 FMEA項目和工作團隊確定

本次FMEA項目由閥門生產(chǎn)的相關部門組成跨職能團隊，包括了設計師、工藝師、質(zhì)量師、閥門裝配工、閥門實驗工以及閥門殼體機加工、表面處理等相關專業(yè)的技術人員等。通過各級各類、不同職能人員的充分參與，保障數(shù)據(jù)收集的全面性和準確性，保證分析的科學性和合理性，確保結論的正確性和有效性。

通過開展FMEA項目小組內(nèi)部培訓，項目負責人講述了FMEA的理論知識和案例分享，使每位成員統(tǒng)一認識，明確項目意義、實施步驟和方法，便于相關工作開展，如圖2所示。

圖2 FMEA過程演示

2.2 FMEA分析

結合該閥門產(chǎn)品的結構及閥門開關過程的流程圖，對閥門卡滯影響裝配質(zhì)量的影響因素從人、機、料、法、環(huán)幾個方面開展頭腦風暴，繪制魚刺圖，并確認最主要的潛在因素導致閥門卡滯，如圖3所示。

圖3 魚刺圖

圍繞魚刺分析圖中的主要因素展開，將閥門卡滯對應的潛在失效模式、原因及影響制成FMEA工作表。小組成員集體討論并按評分標準進行評估后，最終確定失效模式的風險優(yōu)先度。

由表5可得：

（1）閥門卡滯質(zhì)量問題最主要的導致因素是閥門的設計，其次是裝配工藝的問題。

（2）通過FMEA分析，可得出閥門裝配過程選用的O膠圈并不適用于低溫工況，其在低溫工況下會存在功能失效是最主要的風險，RPN值為448。

（3）根據(jù)風險順序數(shù)值的大小，以及A廠的RPN值建議評價規(guī)則，確定各潛在失效模式的嚴酷度等級及提出并采取相對應的改善措施。

2.3 FMEA結果

在實行就在預防措施改進后，對閥門裝配過程再次進行FMEA分析評估，風險分析和風險評定數(shù)有顯著下降，達到公司內(nèi)部要求，如表6所示。

最后匯總以上FMEA分析的內(nèi)容，填寫閥門裝配質(zhì)量問題的FMEA記錄和表格（改善前及改善后），編寫FMEA報告，并歸檔。

3 結語

FMEA作為一種識別并消除或減少潛在問題的方法被廣泛運用，是具有邏輯性和積累性的潛在故障分析方法。通過有效使用FMEA方法，能夠有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，減少缺陷降低成本，提高用戶滿意度，增強產(chǎn)品市場競爭力。閥門的裝配過程是一項復雜的系統(tǒng)工程，各類環(huán)境下不同閥門的失效模式種類繁多，相關的數(shù)據(jù)在收集過程中還能再全面再細化。因此需要設計、工藝、操作以及服務保障人員集體協(xié)作，共同努力，通過不斷的優(yōu)化設計生產(chǎn)試驗流程，提高閥門裝配質(zhì)量，提升用戶滿意度。

表5 A廠閥門裝配潛在失效模式及影響分析表

表6 A廠閥門裝配潛在失效模式及影響分析表(改善后)