基于質(zhì)量鏈的車身工藝BOP PFMEA開發(fā)

陳丹丹 張 振 姜賢茂

(上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部 上海 201201)

0 引言

智能制造正在取代傳統(tǒng)制造，成為制造業(yè)的主導(dǎo)制造方式，智能制造不僅對(duì)傳統(tǒng)制造方式形成巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)制造方式下的質(zhì)量管理理論、方法和工具，提出了智能質(zhì)量管理新要求。潛在失效模式及后果分析(FMEA)作為一項(xiàng)重要的質(zhì)量工具，使開發(fā)者找出可能的潛在缺陷，并在設(shè)計(jì)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)防和控制，使其質(zhì)量問題在其源頭——設(shè)計(jì)之初就得到有效地控制和處理，從根本上降低直至規(guī)避產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造風(fēng)險(xiǎn)，因此不同階段的FMEA不應(yīng)是完全獨(dú)立的，尤其是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造階段FMEA應(yīng)該建立鏈接，相互傳遞信息。

本文介紹如何應(yīng)用質(zhì)量鏈思路開發(fā)車身工藝PFMEA，在設(shè)計(jì)和過程模板庫之間及模板庫和項(xiàng)目FMEAs之間建立自動(dòng)關(guān)聯(lián)、支持模板庫更改/更新與項(xiàng)目FMEAs同步，實(shí)現(xiàn)智能質(zhì)量工具管理，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)智能質(zhì)量管理具有重要意義。

1 質(zhì)量鏈(Quality chain)介紹

質(zhì)量鏈，是通過整車開發(fā)過程連接各職能部門、質(zhì)量工具，打通產(chǎn)品和制造風(fēng)險(xiǎn)傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量工具的綜合應(yīng)用，質(zhì)量問題智能化綜合分析，端到端鏈接各業(yè)務(wù)，減少設(shè)計(jì)和制造過程中的問題，改進(jìn)工程和制造各級(jí)質(zhì)量執(zhí)行規(guī)則，提高效率和吸取教訓(xùn)。質(zhì)量鏈包括系統(tǒng)工程、系統(tǒng)DFMEA、子系統(tǒng)DFMEAs、零件DFMEAs、PFMEAs、驗(yàn)證測(cè)試與確認(rèn)、工藝控制和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)八項(xiàng)質(zhì)量工作元素，其中建立設(shè)計(jì)和過程潛在失效模式及后果分析關(guān)聯(lián)是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量鏈關(guān)鍵。如圖1所示。

圖1 質(zhì)量鏈Fig.1 Quality chain

2 BOP PFMEA介紹

BOP即Bill of Process, 零件工藝順序。以車身工藝舉例，按白車身零件總成來分類，涵蓋了白車身各主要總成零件在車身的工藝過程，在每條BOP中詳細(xì)闡述了該總成的零件組成，工藝過程，制造條件和設(shè)計(jì)時(shí)的基本要求。白車身產(chǎn)品包括前圍、前地板、后地板、底板總成、側(cè)圍、車頂、總拼、門蓋等零件總成BOP。

BOP PFMEA，是指開發(fā)PFMEA按照白車身零件總成類別和工藝順序兩個(gè)維度開發(fā)。以39個(gè)白車身零件總成BOP操作內(nèi)容和工藝過程作為輸入，展開PFMEA分析，盡管車型不同，零件設(shè)計(jì)不同，但其BOP操作相同。如車身工藝前圍中前圍骨架BOP FPMEA開發(fā)維度如圖2所示。

圖2 前圍骨架BOP工藝順序Fig.2 Front compartment spider AsmBOP process sequence

傳統(tǒng)車身工藝開發(fā)PFMEA是按工位開發(fā)。以過程流程圖為輸入，從車身制造過程的工位流程圖開始，流程圖應(yīng)該確定與每個(gè)作業(yè)有關(guān)的產(chǎn)品/過程特性。PFMEA和工位過程流程圖內(nèi)的信息保持一致，過程流程圖的范圍包括所有從單個(gè)零部件到總成(包括發(fā)運(yùn)，接收，材料運(yùn)輸，存儲(chǔ)，傳遞，標(biāo)簽等)的所有操作。

按BOP開發(fā)車身工藝PFMEA與按工位開發(fā)PFMEA相比，工位PFMEA的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在新增失效模式內(nèi)容時(shí)，模板更新工作量小且共線生產(chǎn)時(shí)可涵蓋多車型失效模式。BOP PFMEA的優(yōu)勢(shì)不但在工藝連貫性，失效后果與操作內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性和對(duì)其他車型橫向參考性有明顯優(yōu)勢(shì)，且大大降低了PFMEA開發(fā)和后期產(chǎn)品更改的工作量。如表1所示。

表1 工位PFMEA與BOP PFMEA優(yōu)劣勢(shì)比較Table1 Comparison of PFMEA and BOP PFMEA

3 BOP PFMEA開發(fā)平臺(tái)介紹

目前上汽通用汽車用FIT開發(fā)車身工藝BOP PFMEA，F(xiàn)IT是FMEA集成工具(FMEA Integration Tool),是德國Plato AG公司開發(fā)的商業(yè)應(yīng)用FMEA軟件e1ns。目前上汽通用汽車有限公司使用的FIT軟件不僅使了e1ns平臺(tái)本身功能，還增加一些定制化功能，如PFMEA文件中高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)匯總并導(dǎo)出PDF文件。

引入FIT管理DFMEA和PFMEA，將 FMEA 文件進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)持久化和文件自動(dòng)關(guān)聯(lián)，并建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，F(xiàn)MEAs不再是各自獨(dú)立文件，而是通過關(guān)聯(lián)元素(SE)實(shí)現(xiàn)FMEAs鏈接。目前FIT由特征、系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、過程、設(shè)計(jì)組織五類SE組成，SE可以關(guān)聯(lián)功能，失效模式，影響和失效原因。

關(guān)聯(lián)后的DFMEA模板庫和PFMEA模板庫可設(shè)定更新頻次，同時(shí)會(huì)把更新信息傳遞到在此基礎(chǔ)上開發(fā)的各車型項(xiàng)目的DFMEA和PFMEA，以及應(yīng)用到這些PFMEA的相關(guān)工廠和供應(yīng)商。如圖3所示。

圖3 FITPFMEA 信息傳遞Fig.3 The information transfer of FIT

4 基于質(zhì)量鏈的車身工藝 PFMEA開發(fā)

4.1 PFMEA用戶類型和責(zé)任設(shè)定

在開發(fā)PFMEA前，應(yīng)該對(duì)所有使用FIT的用戶進(jìn)行用戶類型和責(zé)任設(shè)定，不但讓用戶了解自己的開發(fā)范圍和工作內(nèi)容，而且便于文本權(quán)限管理。在用戶開通權(quán)限前，還應(yīng)針對(duì)不同用戶權(quán)限制定不同的培訓(xùn)要求，完成培訓(xùn)后才能訪問對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。以車身工藝FIT用戶權(quán)限管理舉例如圖4所示。

圖4 車身工藝FIT用戶權(quán)限管理Fig.4 FIT user management

4.2 PFMEA編制小組

在創(chuàng)建、審核、修訂PFMEA的過程中需要多功能小組成員的共同參與完成。負(fù)責(zé)工程師要直接地、主動(dòng)地聯(lián)系所有相關(guān)部門的代表，共同在FIT上參與完成PFMEA開發(fā)。FIT還支持小組成員隨時(shí)在FIT上提出PFMEA優(yōu)化建議。小組成員包括：設(shè)計(jì)、裝配、制造、材料、質(zhì)量、服務(wù)、供方以及負(fù)責(zé)下一道裝配的部門。

4.3 PFMEA 編制內(nèi)容

在FIT上PFMEA編制內(nèi)容如圖5所示，根據(jù)BOP識(shí)別產(chǎn)品功能和要求、識(shí)別潛在失效模式、識(shí)別潛在失效后果、識(shí)別潛在原因和后果，定義嚴(yán)重、定義過程控制預(yù)防、定義頻度和探測(cè)度、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審、采取行動(dòng)降低風(fēng)險(xiǎn)、采取措施驗(yàn)證三個(gè)月之后，將重新評(píng)估的S-O-D評(píng)分，更新PFMEA建議措施。對(duì)照FMEA手冊(cè)第4版編制內(nèi)容，新增“SEV MAX”和”DET BEST”菜單欄，自動(dòng)計(jì)算最高嚴(yán)重度/最優(yōu)探測(cè)度。新增整車風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估欄 (VLH)，充分考慮一個(gè)失效模式會(huì)引起一個(gè)或者更多個(gè)整車危害。新增”Part/Interface”欄，不僅側(cè)重零件本身基于功能和失效模式的分析，而且考慮發(fā)生失效的搭接區(qū)域，新增”SxO”, “SxD“, “New SxO”,“New SxD”“Risk Priority Level (RPL) “和“New RPL”欄，記錄風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先等級(jí)評(píng)估結(jié)果。當(dāng)工程師填入嚴(yán)重度-頻次-探測(cè)度時(shí)，將自動(dòng)計(jì)算分值。新增“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)審”欄，找出對(duì)策，減少或消除發(fā)生失效的可能性，跟蹤對(duì)策，直至完成，保證高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)在小組內(nèi)部進(jìn)行充分降低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和記錄。

圖5 FIT PFMEA 編制內(nèi)容Fig.5 FIT PFMEA compilation content

4.4 風(fēng)險(xiǎn)控制策略

RPL即風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先等級(jí)(Risk Priority Level)。RPL值是PFMEA的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，是將失效模式風(fēng)險(xiǎn)量化的一個(gè)指標(biāo)。RPL包括RPLS,RPL1,RPL2,RPL3四個(gè)指標(biāo)。RPL值越高，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越低。

在FIT上 FMEA風(fēng)險(xiǎn)控制策略是風(fēng)險(xiǎn)矩陣綜合分析方法，根據(jù)嚴(yán)重度 vs. 頻次，嚴(yán)重度 vs. 探測(cè)度矩陣，得到RPL值，客觀地對(duì)各失效模式的嚴(yán)重度、發(fā)生頻率和檢測(cè)方法進(jìn)行評(píng)級(jí)，評(píng)估出需要降低風(fēng)險(xiǎn)的失效模式，對(duì)每個(gè)RPL值提供優(yōu)先等級(jí)。如圖6所示。

圖6 FIT PFMEA評(píng)分矩陣Fig.6 FIT PFMEA Score matrix

(1) Priority level S: 安全級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，需分析潛在風(fēng)險(xiǎn)降低措施；

(2) Priority level 1: 高等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，需分析潛在風(fēng)險(xiǎn)降低措施；

(3) Priority level 2: 中等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，下一組分析潛在風(fēng)險(xiǎn)降低措施；

(4) Priority level 3: 低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，無需分析潛在風(fēng)險(xiǎn)降低措施。

4.5 車身工藝 PFMEA開發(fā)

4.5.1 車身工藝 PFMEA開發(fā)過程

車身工藝PFMEA開發(fā)分為四個(gè)層級(jí)(Level1,Level2,Level3,Level4)，如圖7所示。Level1是模板級(jí)PFMEA，Level2、Level3、Level4可以統(tǒng)稱為項(xiàng)目級(jí)PFMEA。所有層級(jí)的PFMEA都基于BOP進(jìn)行開發(fā)，包含各級(jí)PFMEA開始時(shí)間，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，展開分析，交付時(shí)間等。

圖7 車身工藝 PFMEA開發(fā)層級(jí)Fig.7 BIW PFMEA development level

4.5.2 開發(fā)車身工藝 PFMEA流程

開發(fā)車身工藝PFMEA流程如圖8所示。

圖8 開發(fā)車身工藝 PFMEA流程Fig.8 BIW PFMEA development process

4.5.3 模板庫PFMEA更新

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的同步工程，從設(shè)備供應(yīng)商的工裝設(shè)計(jì)到工裝的設(shè)計(jì)、制造集成、現(xiàn)場(chǎng)安裝，從產(chǎn)品試生產(chǎn)到產(chǎn)品上市，直至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，所有與FMEA相關(guān)的信息，都會(huì)不斷的更新，因此FMEA也作為動(dòng)態(tài)更新文件與其同步更新?；贔IT更新車身工藝PFMEA主要包括更新模板庫PFMEA和更新項(xiàng)目PFMEA。模板庫PFMEA更新來源一般是DFMEA模板庫更新和項(xiàng)目PFMEA經(jīng)驗(yàn)積累。更新內(nèi)容包括SE元素和關(guān)聯(lián)鏈接。更新形式是PFMEA小組成員以討論會(huì)形式，共同參與討論、完成更新工作及在FIT上記錄討論會(huì)紀(jì)要。更新特點(diǎn)是時(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的。模板庫PFMEA更新后每季度發(fā)布一次，項(xiàng)目PFMEA(level2，level3，level4)根據(jù)更新內(nèi)容是否適

用于目前項(xiàng)目判斷是否繼承更新，如果項(xiàng)目PFMEA任何層級(jí)選擇繼承模板PFMEA庫更新內(nèi)容，那么項(xiàng)目PFMEA會(huì)繼承PFMEA模板庫更新內(nèi)容和鏈接，如果項(xiàng)目PFMEA任何層級(jí)選擇拒絕更新內(nèi)容，項(xiàng)目PFMEA內(nèi)容不變。

4.6 FMEAs互聯(lián)

4.6.1 FMEAs互聯(lián)關(guān)系

FIT最大的優(yōu)勢(shì)是建立DFMEA 和 PFMEA數(shù)據(jù)庫互聯(lián)關(guān)系：

(1) DFMEA模板庫信息可以傳遞到子系統(tǒng)DFMEA模板庫，進(jìn)而傳遞到項(xiàng)目DFMEA中, 包括子系統(tǒng)項(xiàng)目DFMEA和零件DFMEA。

(2) DFMEA模板庫信息可以傳遞到PFMEA模板庫中，包括系統(tǒng)的功能、零件接口描述、失效模式、失效影響、嚴(yán)重度等。

(3) PFMEA模板庫中信息可以逐級(jí)傳遞到項(xiàng)目PFMEA中。各級(jí)PFMEA開發(fā)中產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以通過傳遞給PFMEA模板庫，優(yōu)化模板。

圖9 DFMEA 和 PFMEA數(shù)據(jù)庫互聯(lián)關(guān)系Fig.9 DFMEA & PFMEA database interconnection

4.6.2 FMEAs互聯(lián)原理

在FIT上FMEAs互聯(lián)是基于DFMEA與PFMEA文件關(guān)聯(lián)矩陣：

(1) DFMEA與PFMEA文件關(guān)聯(lián)關(guān)系可以一份DFMEA(PFMEA)對(duì)應(yīng)多分PFMEA(DFMEA)文件，如圖10所示。

(2) 由FMEAs小組頭腦風(fēng)暴共同建立DFMEA與PFMEA文件關(guān)聯(lián)關(guān)系，F(xiàn)IT提供關(guān)聯(lián)界面記錄關(guān)聯(lián)結(jié)果，PFMEA中的操作工藝關(guān)聯(lián)DFMEA中的功能要求，PFMEA失效模式關(guān)聯(lián)DFMEA失效模式。而且在模板級(jí)建立的關(guān)聯(lián)關(guān)系，項(xiàng)目級(jí)FMEAs可以繼承。

(3) 只要DFMEA文件和PFMEA文件建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以在DFMEA(PFMEA)文件中會(huì)自動(dòng)生成文件鏈接，通過鏈接直接查看關(guān)聯(lián)的PFMEA(DFMEA)。

5 項(xiàng)目應(yīng)用成果及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在FIT上，精準(zhǔn)地完成FMEAs開發(fā)和DFMEA和PFMEA關(guān)聯(lián)。2019年5月上汽通用汽車在FIT系統(tǒng)上完成了首個(gè)項(xiàng)目的PFMEA開發(fā)。車身工藝開發(fā)39個(gè)零件總成BOP PFMEA,其中包括焊接，涂膠等12種工藝分析共計(jì)15,000多條風(fēng)險(xiǎn)分析。我們將借助FIT系統(tǒng)完成更多項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，為確保新產(chǎn)品規(guī)避開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，如期上市打下了基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，基于質(zhì)量鏈開發(fā)車身工藝BOP PFMEA及通過FIT對(duì)其數(shù)據(jù)管理的成功實(shí)施，有如下意義：

(1) 優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善產(chǎn)品可制造性，降低防錯(cuò)成本，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約項(xiàng)目開發(fā)周期。

(2) 完善質(zhì)量鏈管理中FMEAs及與FMEA相關(guān)上下游系統(tǒng)的閉環(huán)構(gòu)建。

(3) 完善上層PFMEA模板和下層項(xiàng)目PFMEA間的知識(shí)有效傳遞和同步更新。

(4) 提升DFMEA和PFMEA溝通效率，降低溝通成本。

(5) 改進(jìn)PFMEA使用過程和提升PFMEA編制效率。

圖11 車身工藝39個(gè)零件總的各工藝FIT PFMEA條目匯總Fig.11 The total PFMEA items of the 39 parts of the body process are summarized in FIT

現(xiàn)代智能制造技術(shù)層出不窮，開啟中國質(zhì)量管理新模式，質(zhì)量鏈鏈接了質(zhì)量管理中各個(gè)需要綜合決策環(huán)節(jié)，本文對(duì)質(zhì)量鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)FMEA關(guān)聯(lián)以車身工藝PFMEA開發(fā)實(shí)際應(yīng)用案例做介紹，將質(zhì)量鏈環(huán)節(jié)中關(guān)聯(lián)問題借鑒智能制造技術(shù)給予部分解決。我們期待上汽通用汽車憑借先進(jìn)的PFMEA開發(fā)能力，能夠在未來激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。同時(shí)，也希望國內(nèi)其他汽車生產(chǎn)企業(yè)能夠通過本文的經(jīng)驗(yàn)分享得到提示，在PFMEA開發(fā)領(lǐng)域有所突破。