PFMEA在整車生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

柳雅琪 潘江如 黃卉 王博

摘要：新車型在設(shè)計過程中要進(jìn)行DFMEA分析，批產(chǎn)車型在生產(chǎn)過程中要進(jìn)行PFMEA分析。在批量生產(chǎn)過程中采用FMEA工具進(jìn)行分析，可以有效降低整車在裝配中存在潛在失效風(fēng)險，保證高節(jié)拍正常生產(chǎn)，同時降低產(chǎn)品返工率。本文是基于PFMEA“六步法”，對批量生產(chǎn)過程中整車變速箱裝配工藝進(jìn)行分析，主要風(fēng)險為發(fā)動機和變速箱型號不匹配及高精槍打緊離合器缸螺栓扭矩不符合要求。通過開發(fā)防錯裝軟件、使用套筒選擇器有效降低探測度，降低失效后果。

Abstract： New models must be analyzed by DFMEA during the design process， and PFMEA analysis must be performed during the production process for mass-produced models. The use of FMEA tools for analysis in the mass production process can effectively reduce the potential failure risk of the whole vehicle in the assembly， ensure the normal production of high cycle times， and reduce the product rework rate at the same time. This article is based on the PFMEA "six-step method" to analyze the assembly process of the vehicle gearbox during mass production. The main risks are the mismatch of engine and gearbox models and the high-precision gun tightening the clutch cylinder bolt torque does not meet the requirements. Through the development of error-proof installation software and the use of sleeve selectors， the detection degree is effectively reduced and the consequences of failure are reduced.

關(guān)鍵詞：FMEA;生產(chǎn)裝配;風(fēng)險

Key words： FMEA;production assembly;risk

中圖分類號：F273.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0061-03

0? 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，潛在失效模式及后果分析），是通過對可能發(fā)生的失效模式進(jìn)行分析與判斷其可能造成的后果而產(chǎn)生的風(fēng)險程度的一種量化的定性分析計算方法，并根據(jù)風(fēng)險的大小，采取有針對性的改進(jìn)，從而降低產(chǎn)品風(fēng)險，達(dá)成一種實現(xiàn)預(yù)防并實施改進(jìn)措施的方法工具。

FMEA是工業(yè)界最常用的風(fēng)險預(yù)防性分析工具，用表格的方式全面地協(xié)助工程師進(jìn)行分析，使其在設(shè)計過程中盡早發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險/缺陷及其影響程度，并提出解決措施，避免失效的發(fā)生，或者設(shè)計探測措施，在某些失效發(fā)生后，能夠及時發(fā)現(xiàn)它，避免影響范圍擴(kuò)大，提高系統(tǒng)的可靠度。PFMEA（Process FMEA，過程FMEA）就是考慮整個生產(chǎn)裝配中的過程流，進(jìn)行潛在風(fēng)險分析，進(jìn)而給出合適的控制措施，保證生產(chǎn)過程能完全滿足需求以達(dá)到每個工步設(shè)計時的產(chǎn)品特性要求以及生產(chǎn)安全，將“零失效”的產(chǎn)品交付給客戶。PFMEA是在假定產(chǎn)品設(shè)計滿足要求的前提下，查驗產(chǎn)品和系統(tǒng)制造中所有過程的過程要求影響因素。在此過程中，會查驗可能出現(xiàn)的偏差，并應(yīng)采取措施以確保過程和所需產(chǎn)品特性的實現(xiàn)。

對于制造車間說，PFMEA文件需要根據(jù)工藝調(diào)整，零件試裝投產(chǎn)，客戶抱怨而不斷優(yōu)化，達(dá)到穩(wěn)定工藝過程，提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1? FMEA分析流程

FMEA分析步驟主要包括6個部分，分別是：

①定義范圍，包括確定哪些過程需要分析，成立項目團(tuán)隊確定能使用的相關(guān)經(jīng)驗教訓(xùn)和決策。本項目主要分析桑塔納汽車發(fā)動機與變速箱連接工藝，成員主要包括項目規(guī)劃員、PFMEA協(xié)調(diào)員、制造過程工程師、質(zhì)量工程師、物流工程師、車間現(xiàn)場高級工等相關(guān)人員。

②結(jié)構(gòu)分析，主要是識別并分解制造過程、過程步驟和作用要素;為結(jié)構(gòu)分析、功能分析提供基礎(chǔ)。本項目主要生產(chǎn)過程為變速箱/發(fā)動機拿取、放置;離合器工作缸螺栓打緊。

③功能分析，主要目的是過程功能概述性描述;使用流程圖或功能網(wǎng)（基于結(jié)構(gòu)分析）建立可視化過程功能;將特性與功能、功能與過程元素進(jìn)行關(guān)聯(lián)，是失效分析的基礎(chǔ)。結(jié)合本項目生產(chǎn)工藝，零件拿取、放置過程中需保證型號正確、無磕碰，螺栓打緊過程中選取的螺栓及高精槍型號正確等。

④失效分析，主要目的是為過程項目、過程步驟和作業(yè)要素的每個功能建立失效鏈;失效分析對過程中每個元素/過程步驟進(jìn)行失效描述，它是FMEA記錄失效的基礎(chǔ)。本項目中主要存在的失效原因有：操作人員識別方法不正確、工藝卡未規(guī)定、啟動按鈕誤觸等;失效模式有：變速箱和發(fā)動機型號不正確、人員識別方法不正確、螺栓打緊扭矩不符合控制要求等;失效后果：括變速箱與發(fā)動機錯裝、高精槍報警在線返工。

⑤風(fēng)險分析，主要目的是預(yù)防控制措施、探測控制措施，評估每個失效鏈的嚴(yán)重度、發(fā)生度、探測度，用數(shù)字1-10表示。風(fēng)險的判定，依據(jù)風(fēng)險順序數(shù)（RPN）的大小確定。RPN由發(fā)生度、嚴(yán)重度以及探測度3項指標(biāo)的乘積構(gòu)成，即：風(fēng)險順序數(shù)（RPN）=發(fā)生度（O）×嚴(yán)重度（S）×探測度（D）。如變速箱打緊工藝，在拿取發(fā)動機和變速箱的過程中，潛在的失效風(fēng)險是2個零件型號不匹配，此失效后果導(dǎo)致的嚴(yán)重度為8，發(fā)生度為5，可探測度為7，RPN=280，即該過程存在嚴(yán)重風(fēng)險，必須進(jìn)行改進(jìn)。

⑥優(yōu)化措施，主要目的是確定優(yōu)先級;結(jié)合風(fēng)險矩陣（一種有效的風(fēng)險管理工具，以嚴(yán)重度、發(fā)生度分別為橫縱坐標(biāo)，對各種失效模式進(jìn)行優(yōu)先等級劃分，應(yīng)用于潛在風(fēng)險的評估），進(jìn)行風(fēng)險評估，對落入紅色區(qū)域的高風(fēng)險項，必須提出使風(fēng)險最小化的建議措施并實施，同時評價其有效性;黃色區(qū)域的風(fēng)險項，小組內(nèi)部討論是否需要采取措施。均在紅色區(qū)域的風(fēng)險項，嚴(yán)重度高的項目優(yōu)先考慮改進(jìn)措施，頻度高的項目次之，最后考慮探測度及成本。

2? 案例分析

本項目分析的“PFMEA在整車變速箱裝配過程中的應(yīng)用”，是基于整個生產(chǎn)裝配中的過程流，進(jìn)行了潛在風(fēng)險分析，對工廠生產(chǎn)線各關(guān)鍵工序進(jìn)行PFMEA分析全覆蓋的背景下，進(jìn)行的一個關(guān)鍵崗位分析。此項目分析出了該崗位存在的嚴(yán)重風(fēng)險情況，從探測角度提出了控制措施，并從可靠性、經(jīng)濟(jì)性等各角度選擇了最優(yōu)控制方案，最終投入現(xiàn)場實施，對風(fēng)險進(jìn)行了有效控制，真正意義上體現(xiàn)了PFMEA分析工具的價值。

2.1 分析潛在失效模式

分析變速箱安裝的整個過程，人機料法環(huán)這五個方面是組成這個完整過程的最基本要素，變速箱安裝工藝包括：①發(fā)動機進(jìn)行預(yù)安裝;②拿取發(fā)動機和變速箱;③用電動槍預(yù)緊耦合螺栓;④用高精槍緊固耦合螺栓。整個變速箱的安裝過程主要涉及車型識別、變速箱選型、發(fā)動機預(yù)裝、變速箱緊固這四個方面，所以識別到的高風(fēng)險主要包括2個方面，詳見表1。

2.2 案例一：發(fā)動機和變速箱型號不匹配

風(fēng)險描述：由于發(fā)動機和變速器安裝時，外觀相似，只能通過人工核對裝配單進(jìn)行安裝，如圖1。工人每天裝配200臺發(fā)動機，存在錯裝的風(fēng)險?，F(xiàn)行控制預(yù)防手段為人工核對發(fā)動機條碼及變速箱條碼，確?，F(xiàn)場裝配與裝配單一致。即：

可靠性低：人工核對，存在錯裝風(fēng)險。

耗時較多：代碼信息量大，核對耗時10s。

背景：同款車型存在多種配置，現(xiàn)場裝配過程中存在錯裝風(fēng)險。

更改措施：自主開發(fā)防錯裝軟件，操作工使用掃描槍掃描條碼，系統(tǒng)自動檢測現(xiàn)場裝配零件是否正確，無需人工識別核對裝配單，工作原理示意圖如圖2。

整個信息匹配過程用時小于5秒，正確的條碼型號匹配成功后，出現(xiàn)“匹配成功”的綠底黑字標(biāo)簽。

控制預(yù)防手段為本工位軟件自動識別發(fā)動機與變速器匹配是否正確，發(fā)生度降為2。

方案驗證：跟蹤10個月未發(fā)生潛在失效模式案例，頻度由5降到2 ，RPN值下調(diào)。

2.3 案例二：手動擋/自動擋離合器缸高精槍打緊易混淆拿取槍頭

安裝變速箱有兩種類型，分別為：手動和自動，螺栓打緊扭矩分別為：57N·m和20N·m。

存在風(fēng)險：安裝時需兩把高精槍進(jìn)行螺栓打緊，由于工位空間較小，兩把高精槍距離較近，打緊時存在高精槍錯拿風(fēng)險?，F(xiàn)行控制預(yù)防手段為工藝要求操作工取槍前必須自主選擇合適的高精槍型號，該發(fā)生度為5，探測度為7，偏高。

更改方案：使用套筒選擇器分別將打緊耦合螺母、安裝離合器工作缸這兩類螺栓加入現(xiàn)有的高精槍中，提高裝配質(zhì)量，減小高精槍亮紅燈失誤。節(jié)省一把高精槍，如圖3。

具體工作原理如下：裝配工掃描車身上的條形碼，獲取車輛配置信息，拿取相應(yīng)套筒調(diào)用對應(yīng)程序進(jìn)行打緊，如果套筒選擇錯誤套筒選擇器亮紅燈，裝配工需重新?lián)Q取套筒。

3? 總結(jié)

本案例是在PFMEA工作開展過程中激發(fā)出來的一個新思路，通過FMEA這個工具分析得到變速箱安裝這個工序可能存在潛在失效模式的發(fā)生，通過專業(yè)手段去規(guī)避這個風(fēng)險發(fā)生，這才構(gòu)成FMEA工作的一個閉環(huán)，也是制造體系應(yīng)該始終堅持并傳承的。

本案例以FMEA工作開展的完整流程為脈絡(luò)，通過分析討論最后確認(rèn)了必須要進(jìn)行控制的風(fēng)險點，通過科學(xué)的方法和充足的現(xiàn)場經(jīng)驗降低RPN值。主要分析了工藝2項（潛在失效模式7項），識別出其中高風(fēng)險（風(fēng)險優(yōu)先級為1）2項，將高風(fēng)險項PRN 由280、224均下調(diào)為48。

通過FMEA工作，可以幫忙我們減少甚至消除工藝和設(shè)備上可能存在的風(fēng)險點，同時也可以幫助我們更好的完成生產(chǎn)現(xiàn)場改善工作，優(yōu)化工藝過程。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳丹丹，陳傳凱，儲祥偉.返工PFMEA在車身工藝中的應(yīng)用[J].汽車文摘，2021（03）：58-62.

[2]耿麗紅.質(zhì)量管理工具PFMEA在汽車零部件加工中的應(yīng)用[J].天津科技，2020，47（12）：38-40.

[3]陳丹丹，張振，姜賢茂.基于質(zhì)量鏈的車身工藝BOP PFMEA開發(fā)[J].傳動技術(shù)，2020，34（03）：11-17.

[4]朱俊霞，王莉明，劉震，閻蓉.PFMEA在電氣制造業(yè)的應(yīng)用實踐[J].中國質(zhì)量，2020（07）：16-20.

[5]鄢青.簡要介紹FMEA在重卡線束企業(yè)中的應(yīng)用[J].江蘇科技信息，2016（08）.

[6]儲祥偉，陳丹丹.基于高風(fēng)險 FMEA 管控機制的風(fēng)險評估方法[J].汽車文摘，2019（11）：20-23.