航空產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃（APQP）中“標(biāo)準(zhǔn)PFMEA”的應(yīng)用探究

張 浩

（上海交通大學(xué)，上海 200436）

0 引言

APQP（Advanced Product Quality Planning），產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃，是一種結(jié)構(gòu)化的方法，用來(lái)確定和制定確保某產(chǎn)品使客戶滿意所需的步驟，它指導(dǎo)組織按時(shí)間進(jìn)度有條不紊地進(jìn)行產(chǎn)品和過程的開發(fā)，它是產(chǎn)品質(zhì)量的誕生過程，通過一系列輸出成果，解決問題[1]。

而過程FMEA（以下簡(jiǎn)稱PFMEA）作為APQP中最重要的工具，作用是回答“在過程中發(fā)生什么問題會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不符合設(shè)計(jì)意圖”這個(gè)問題。對(duì)航空制造業(yè)來(lái)說，PFMEA其實(shí)就是一個(gè)確保產(chǎn)品工程信息在冗長(zhǎng)大產(chǎn)品制造周期中不會(huì)丟失的組成部分。而對(duì)APQP來(lái)說，從制造層面看，PFMEA是整個(gè)APQP的靈魂，是一個(gè)提前發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，并確保風(fēng)險(xiǎn)可以提前規(guī)避的工具。一旦確定了風(fēng)險(xiǎn)，則可采取改進(jìn)措施來(lái)消除或降低潛在起因的發(fā)生可能性，并/或在發(fā)運(yùn)給顧客之前改進(jìn)探測(cè)不合格情況的能力。

雖然在汽車制造行業(yè)中已經(jīng)存在APQ的最佳實(shí)踐——福特[2]，但航空制造業(yè)中如何在冗長(zhǎng)的制造周期中應(yīng)用APQP，尤其是PFMEA該如何落地一直沒有定論。筆者認(rèn)為最難的問題之一就是如何在復(fù)雜的制造流程中減少重復(fù)化，非標(biāo)準(zhǔn)化的PFMEA?！澳K化”的方法一直是當(dāng)下時(shí)代主流方法，如何將模塊化的方法注入PFMEA，這是一個(gè)值得研究的問題。作者提出了“標(biāo)準(zhǔn)PFMEA”的概念，應(yīng)該對(duì)PFMEA在APQP中的應(yīng)用有一些幫助。

2 標(biāo)準(zhǔn)PFMEA的創(chuàng)建方法

2.1 團(tuán)隊(duì)需求

交叉職能的團(tuán)隊(duì)是APQP的開展前提之一，標(biāo)準(zhǔn)PFMEA同樣需要交叉職能的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。從PFMEA常用的分析過程（結(jié)構(gòu)分析，功能分析，失效分析，風(fēng)險(xiǎn)分析）來(lái)看，工藝工程師、設(shè)計(jì)工程師、維護(hù)人員和生產(chǎn)人員應(yīng)該是開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)過程 FMEA基礎(chǔ)團(tuán)隊(duì)。

從專業(yè)角度來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)PFMEA由負(fù)責(zé)的工藝流程負(fù)責(zé)人進(jìn)行維護(hù)是最理想的方法。而從權(quán)威角度看來(lái)，如果采用最高效的方式在整個(gè)公司范圍內(nèi)創(chuàng)建零件特定PFMEA，相關(guān)的要求就應(yīng)該在公司質(zhì)量程序中體現(xiàn)[3]。

2.2 創(chuàng)建方法

標(biāo)準(zhǔn)PFMEA不應(yīng)該僅是一個(gè)“復(fù)制/黏貼”的解決方案。它們需要從類似的特征和過程得出的知識(shí)；一旦創(chuàng)建，將成為與零件特定 PFMEA 中的多重特征相關(guān)的知識(shí)庫(kù)。

圖1是傳統(tǒng)意義上的PFMEA所必須經(jīng)歷的分析過程。其中灰色的數(shù)據(jù)列需要填入零件特定信息，因此只可編寫零件特定過程 FMEA 時(shí)完成。因此，真正可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的內(nèi)容，其實(shí)只剩下“要求”，“潛在失效模式”，“失效的潛在起因”，“預(yù)防控制方法”和“探測(cè)性控制方法”?，F(xiàn)在需要考慮的就是如何將這些要素整合在一起“模塊化”。結(jié)合工程實(shí)踐，作者提供了以下“六步法”。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)PFMEA的元素簡(jiǎn)介

2.2.1 第一步：選擇供評(píng)估的過程

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PFMEA必須特定于一種過程，最好是行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)知的一個(gè)無(wú)歧義的過程，例如 CNC機(jī)加工、電子束焊接、力矩上緊、噴砂處理等。團(tuán)隊(duì)必須選擇供評(píng)估的過程類型。一些程序會(huì)有幾個(gè)子過程類型。例如CNC

機(jī)加工可能有車削、磨削、銑削及鉆孔。團(tuán)隊(duì)只需要關(guān)注這些過程中的一個(gè)元素來(lái)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)PFMEA。

標(biāo)準(zhǔn)PFMEA還可以是設(shè)備特定的。一些CNC機(jī)床的結(jié)構(gòu)獨(dú)特，因此失效的潛在起因也可能因該設(shè)備類型而獨(dú)特。團(tuán)隊(duì)將需要決定哪種是最佳的途徑，是創(chuàng)建通用的標(biāo)準(zhǔn)PFMEA ，還是開發(fā)衍生工具。

2.2.2 第二步：確定被評(píng)估的過程的典型特征和特性

每個(gè)過程類型將會(huì)擁有創(chuàng)建某一特征和特性的潛力。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該為受評(píng)估的過程/子過程列出這些特征和特性。針對(duì)過程的典型的特性矩陣或裝配指導(dǎo)可能有助于確定特征/特性。團(tuán)隊(duì)還須參閱典型圖紙和相關(guān)的工程規(guī)格。例如在CNC機(jī)床上執(zhí)行的鉆孔過程將會(huì)創(chuàng)建以下的特征/特性——孔位置、孔徑、孔深度、孔圓度和表面光潔度等。

標(biāo)準(zhǔn)PFMEA的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該可以讓團(tuán)隊(duì)從創(chuàng)建一個(gè)零件特定PFMEA的過程/子過程選擇特定特征。需要在進(jìn)入下一步之前定義全部特征/特性。

2.2.3 第三步：為每個(gè)特性定義典型失效模式

因?yàn)椴捎媚K化、標(biāo)準(zhǔn)化的方法，所以不需要考慮生產(chǎn)方式和設(shè)計(jì)尺寸特性，總會(huì)有一些通用的潛在失效模式。團(tuán)隊(duì)可從這些通用失效模式著手，通過集思廣益來(lái)開始定義標(biāo)準(zhǔn)FMEA數(shù)據(jù)庫(kù)。作者在表1給出了一些通用的失效模式實(shí)例。

表1 失效模式實(shí)例

團(tuán)隊(duì)必須為每個(gè)在“第二步”列出的特征和特性定義相關(guān)的潛在失效模式。如果不能給出相應(yīng)的潛在失效模式，就需要考慮列出的特征和特性是不是特定過程的特征和特性，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)PFMEA中將其剔除。

此外，圖紙或相關(guān)規(guī)格上還可能有團(tuán)隊(duì)也需考慮的雖然不直接與特征相關(guān)，但評(píng)估完工零件時(shí)會(huì)涉及的普遍潛在失效模式，例如損壞、異物損壞、表面光潔度要求、清潔度。

2.2.4 第四步：按過程類型確定失效潛在起因

每個(gè)失效模式的潛在起因?qū)⑷Q于被用來(lái)創(chuàng)建特征/特性的過程。例如鉆制一個(gè)直徑為10 mm ± 1 mm的孔時(shí)，失效模式將會(huì)是一樣，即過大或過小。但在 CNC 機(jī)床產(chǎn)生的“孔徑過大”的潛在起因，會(huì)不同于例如使用激光鉆出的孔的。因此標(biāo)準(zhǔn) FMEA 必需特定于一個(gè)過程類型。

在這個(gè)實(shí)例中，筆者考慮的是在 CNC 機(jī)床上進(jìn)行的“鉆孔”。團(tuán)隊(duì)將需要決定CNC鉆孔生產(chǎn)是個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)PFMEA 還是由于 CNC 機(jī)床類型的獨(dú)立性，每臺(tái)機(jī)床都需要建立一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)PFMEA。

在做這個(gè)決定時(shí)，可以根據(jù)潛在起因的清單。如每臺(tái)機(jī)床的潛在起因的清單都類似，則應(yīng)該力求使用一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)PFMEA；如顯著不同（例如因?yàn)樵O(shè)備的機(jī)械性質(zhì)），則應(yīng)創(chuàng)建獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)PFMEA。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)考慮所有可能形成產(chǎn)品失效模式的直接起因。這些是應(yīng)納入標(biāo)準(zhǔn) PFMEA 中的典型數(shù)據(jù)列。當(dāng)在整個(gè)公司內(nèi)存在預(yù)防和探測(cè)的通用過程或者公司希望強(qiáng)制使用一些特定的預(yù)防和控制方法，筆者也可以考慮將預(yù)防列和探測(cè)控制列也加入標(biāo)準(zhǔn)PFMEA中來(lái)。即便不是這些情況，公司也可能希望納入“典型控制方法”，用作供團(tuán)隊(duì)開發(fā)工藝的指導(dǎo)性過程 FMEA 并允許他們進(jìn)行編輯。

2.2.5 第五步：在標(biāo)準(zhǔn) PFMEA 中確定與已確定的潛在起因相關(guān)的預(yù)防控制方法

團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)在這一步識(shí)別預(yù)防控制方法，用來(lái)預(yù)防已確定的潛在起因形成。再次， 應(yīng)該保證這些預(yù)防控制方法可行。

由于實(shí)際上預(yù)防控制方法可能是一個(gè)特定的生產(chǎn)廠或場(chǎng)地所特有的，因此審核零件特定 PFMEA 時(shí)要非常謹(jǐn)慎，以確認(rèn)是被列為“真正的實(shí)踐”而不僅 是“另一個(gè)業(yè)務(wù)最佳實(shí)踐”的記載。然而讓團(tuán)隊(duì)有一份供審核的“入門清單”并有機(jī)會(huì)挑戰(zhàn)最佳實(shí)踐的應(yīng)用是很有效用的。

2.2.6 第六步：標(biāo)準(zhǔn) PFMEA 中失效模式確定典型的探測(cè)度控制方法

與預(yù)防控制方法相同，典型的探測(cè)度控制方法通常是特定于一個(gè)制造廠/場(chǎng)地或業(yè)務(wù)，需要謹(jǐn)慎地進(jìn)行審核，來(lái)確認(rèn)它們能反映實(shí)際應(yīng)用的情況（零件號(hào)特定PFMEA）。

公司的流程專家可能對(duì)一些探測(cè)度控制方法有最低限度的要求，必須遵守這些要求。例如已有需要特定測(cè)量?jī)x器來(lái)測(cè)量腔內(nèi)表面光潔度的標(biāo)準(zhǔn)方法。應(yīng)在數(shù)據(jù)列中用注解來(lái)確定這一方法必須強(qiáng)制實(shí)行。如果零件特定PFMEA識(shí)別出流程中缺乏有效的探測(cè)度控制方法，可以將其確定為PFMEA中的一個(gè)改進(jìn)措施。

3 標(biāo)準(zhǔn)PFMEA的應(yīng)用

在成熟的條件下，企業(yè)需要擁有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，它包含了其使用的工藝過程所需的全部標(biāo)準(zhǔn) PFMEA。數(shù)據(jù)庫(kù)將代表每個(gè)工藝過程的“最佳實(shí)踐”，也是記錄每個(gè)“最佳實(shí)踐”論證過程的知識(shí)管理中心。

每逢得知新的信息，就要更新標(biāo)準(zhǔn) PFMEA 數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在整個(gè)公司范圍內(nèi)分享。這是持續(xù)改進(jìn)活動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵部分。由于標(biāo)準(zhǔn)PFMEA中不含有產(chǎn)品特定細(xì)節(jié)，因此可提供給外部供應(yīng)鏈?zhǔn)褂?。同時(shí)還可利用外部供應(yīng)鏈內(nèi)以及企業(yè)內(nèi)部含有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)更新知識(shí)管理中心，進(jìn)一步加強(qiáng)其效用。為了確保容易訪問并找出適當(dāng)?shù)脑?，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) PFMEA 時(shí)需要謹(jǐn)慎。典型的結(jié)構(gòu)層次可分為4個(gè)，如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)PFMEA數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)實(shí)例

3.1 第一層：過程組

這是通常由設(shè)備或過程定義的過程的公用名稱。例如CNC機(jī)加工、接合、表面處理。

3.2 第二層：過程類型

旨在使過程更特定，并會(huì)考慮所使用的設(shè)備的形式或更詳盡的過程描述。例如CNC磨削、CNC鉆孔、CNC車削、電子束焊接、利用慣性焊接進(jìn)行接合、利用噴砂進(jìn)行表面處理等。

3.3 第三層：過程描述

如有不同的方法或設(shè)備變異能影響過程起因的共性度，則需要使過程類型更特定（例如在 Mazak CNC上進(jìn)行磨削的一套潛在起因，與在Viking臥式磨機(jī)上進(jìn)行的會(huì)不同）。在該情況下，必須針對(duì)CNC磨削準(zhǔn)備2個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)PFMEA，1個(gè)針對(duì)Mazak磨機(jī)、1個(gè)針對(duì)Viking設(shè)備。

3.4 第四層：過程特性/特征

標(biāo)準(zhǔn)PFMEA現(xiàn)在需要確定過程/設(shè)備設(shè)計(jì)來(lái)創(chuàng)建的典型特征/特性。就是說，使Mazak磨機(jī)進(jìn)行CNC磨削時(shí)可能涉及以下等項(xiàng)目：大?。ㄩL(zhǎng)度、高度等）、半徑、角度、表面光潔度等。

在為特定的零件號(hào)或總成填寫PFMEA時(shí)，需要含有全部的流程步驟以及全部特征，因?yàn)樘卣魇莿?chuàng)建來(lái)符合設(shè)計(jì)意圖的。而這個(gè)“特定PFMEA”，可以看做“標(biāo)準(zhǔn)PFMEA”的限定排列組合，以實(shí)現(xiàn)模塊化組合。通常來(lái)說，團(tuán)隊(duì)需要以下項(xiàng)目來(lái)創(chuàng)建零件特定PFMEA：1）零件/總成圖紙。2）在圖紙上引述的相關(guān)規(guī)格。3）詳細(xì)說明制作方法的流程圖。4）指定在每個(gè)流程步驟創(chuàng)建的特征的產(chǎn)品特性矩陣。5）裝配指導(dǎo)。

在開始PFMEA前需要對(duì)這些文件進(jìn)行重新回顧，確保這些文件都是完成的，并更新到了反映真實(shí)工作現(xiàn)狀的版本（完整性檢查），這樣才能使完成的PFMEA有意義。這些文件將被用于針對(duì)使用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)PFMEA的特定零件號(hào)來(lái)創(chuàng)建模板PFMEA，圖作者以“外殼”部件號(hào)PFMEA為例，簡(jiǎn)單給出了“標(biāo)準(zhǔn)PFMEA數(shù)據(jù)庫(kù)”，“部件特定設(shè)計(jì)和過程文件”和“特定PFMEA”的邏輯關(guān)系，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建一個(gè)零件特定PFMEA的邏輯關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

質(zhì)量、成本、時(shí)間是項(xiàng)目管理的三要素，但在航空制造企業(yè)，質(zhì)量程序要求數(shù)不勝數(shù)，質(zhì)量的地位明顯遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成本和時(shí)間。從全面質(zhì)量管理，到產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃，幾十年的時(shí)間里，我們探尋的是如何用最效率的方式保證工程信息的完整傳遞，其實(shí)也是在壓縮成本，提升速度。筆者的“標(biāo)準(zhǔn)PFMEA”期望可以提供一種“模塊化”的思路減少航空APQP中的重復(fù)工作內(nèi)容。但是，航空制造的周期冗長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，如何將這種“模塊化”的數(shù)據(jù)庫(kù)做得高屋建瓴而不是“空中花園”，這背后需要更深遠(yuǎn)的思考和更精細(xì)的實(shí)踐。