運用PFMEA提升新能源汽車制造過程的 質量管理

楊維建

（宜賓職業(yè)技術學院 汽車與軌道交通學院，四川 宜賓 644003）

1 背景介紹

面對日益嚴峻的能源形勢和環(huán)保壓力，世界主要汽車生產(chǎn)國都把發(fā)展新能源汽車作為提高產(chǎn)業(yè)競爭力、保持經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。新能源汽車成為市場新的增長點。各國政府高度重視21世紀的新能源汽車研發(fā)，各大汽車廠商都投入了大量的財力和物力，研究新能源汽車的設計、制造、定型與市場投放。但是，從近年的市場反饋情況來看，新能源汽車產(chǎn)品質量并不能讓消費者滿意，質量問題頻發(fā)，不論是充電自燃問題還是剎車失靈問題都給消費者帶來嚴重的損失。

總的來說，目前新能源汽車制造廠商主要分為兩大類，一類是以制造傳統(tǒng)燃油汽車為主的制造商，在傳統(tǒng)燃油汽車的基礎上進行研發(fā)生產(chǎn)新能源汽車，如吉利、長城、奇瑞等；一類是原本從事地產(chǎn)、電器、通訊等行業(yè)的公司，在國家政策支持下投入到新能源汽車研發(fā)制造的造車新勢力，如特斯拉、小鵬汽車、恒大汽車等。

新能源汽車作為一個新興產(chǎn)品，從研發(fā)端到制造環(huán)節(jié)，汽車制造商們都缺乏豐富的造車經(jīng)驗，這也是目前市場上新能源汽車頻頻爆出質量問題的一個主要原因。新能源汽車和傳統(tǒng)燃油汽車相比，發(fā)生嚴重質量問題時，更容易對人體造成重大傷害。比如純電動汽車從發(fā)現(xiàn)冒煙到完全燃燒只需要幾分鐘。所以，提高新能源汽車的產(chǎn)品質量，減少流入市場的不良品，是新能源汽車持續(xù)發(fā)展必須攻克的難關。 要保證新能源汽車出廠質量，首先要保證的是汽車制造過程質量。在汽車制造過程中要盡可能地規(guī)避各項風險，需要用到潛在失效模式及后果分析（Potential Failure Mode and Effects Analysis,PFMEA）。但目前各大主機廠對總裝PFMEA的管理并不嚴格，導致編制的總裝PFMEA沒有和生產(chǎn)過程、開發(fā)過程、質量管控過程緊密聯(lián)系起來。這使得主機廠在新車型工藝開發(fā)過程中無法全面有效地總結經(jīng)驗教訓，提前規(guī)避潛在失效風險，導致大量問題到了量產(chǎn)階段才開始暴露，造成量產(chǎn)階段進行大規(guī)模的工藝改善，極大地增加了總裝過程制造費用，同時使得整車質量問題頻發(fā)，無法得到有效管控，大大增加了質量管理的成本。PFMEA的編制應該嚴格以輸入文件（如質量問題統(tǒng)計表、設計失效模式及后果分析（Design Failure Mode and Effects Analysis, DFMEA）、同類車型PFMEA等）為依據(jù)，這樣編制的PFMEA才能有效指導新能源汽車總裝生產(chǎn)現(xiàn)場，利于新能源汽車總裝質量管控。

2 PFMEA的定義和意義

PFMEA 是編制車間生產(chǎn)一線所需的各相關工藝指導文件的基礎，如特殊特性清單、作業(yè)指導書、檢驗作業(yè)指導書等。PFMEA 是從根本上探究問題發(fā)生的原因，從根本原因出發(fā)制定問題解決的方案，防范后期可能出現(xiàn)的問題，給與生產(chǎn)相關的各部門制定相應的規(guī)則流程。所以，采用PFMEA對新能源汽車制造過程中的潛在質量風險進行評估分析，可以避免各種制造質量問題的發(fā)生。

總裝作為新能源汽車制造的最后一個環(huán)節(jié)，對整車質量保障尤為重要。做好總裝PFMEA能有效提高新能源汽車整車總裝工藝開發(fā)速度，提高整車裝配質量，降低量產(chǎn)后新能源汽車出現(xiàn)質量問題的概率。

3 新能源汽車總裝PFMEA目前存在的問題

PFMEA作為IATF質量管理的五大工具之一，是新能源汽車主機廠通過IATF體系認證的必要文件。目前，新能源汽車總裝PFMEA的編制過程中大多流于形式，沒能真正發(fā)揮PFMEA 的作用，不能起到提前規(guī)避質量風險的作用，只是作為一個通過行業(yè)體系審核的文件，這違背了編制PFMEA的初衷，造成這種現(xiàn)象的主要原因如下。

1.PFMEA編制不完整，裝配要求不明確

目前大多數(shù)整車企業(yè)在編制總裝PFMEA時通常只包含了總裝的裝配工序，并未把裝配前的一些準備工序（如來料、轉運等）納入分析，這會導致PFMEA文件編制的不夠完整，并未涵蓋整個制造過程，不利于整車過程質量管理。

在編制每個工序的裝配要求時也沒有相關的技術支撐文件。借鑒同類型歷史車型裝配要求是目前各大企業(yè)的主要做法。但是中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀初，發(fā)展歷史約20年，大多數(shù)制造商都只生產(chǎn)了一款或兩款車型，所以新能源汽車在開發(fā)制造過程中進行PFMEA編制時幾乎找不到可以借鑒的同類型車型。在實際編制PFMEA裝配要求時，新能源汽車總裝PFMEA更多的是借鑒傳統(tǒng)燃油汽車總裝PFEMA，而傳統(tǒng)汽車和新能源汽車在結構上和工作原理上有較大差異，總裝采用的裝配方式和手法也存在差異，故采用這種方法編制PFMEA裝配要求時，對于新能源汽車特有裝配工序就顯得不夠合理。

2.PFMEA編制不合理，措施缺乏標準化

傳統(tǒng)整車企業(yè)編制的總裝PFMEA是按總裝生產(chǎn)線的裝配順序，依次進行的，這樣編制的PFMEA便于文件的查閱和維護，但是不利于總裝質量改善。因為按照這種方法編制的PFMEA文件在對同類型裝配作業(yè)工序的潛在失效模式、后果分析時容易得出不同的結果和改善措施，從而導致生產(chǎn)現(xiàn)場的工具、設備很難做到統(tǒng)一性，裝配方法不夠標準化，管理困難等問題，也不利于新車型開發(fā)經(jīng)驗的總結和制造過程降本工作的分析。

我國的工業(yè)化與信息化現(xiàn)在正處在深度融合階段，工業(yè)控制網(wǎng)絡在保護需求、響應時間與更新周期等方面的要求較之信息網(wǎng)絡存在較大的不同，使得目前面向信息網(wǎng)絡的安全防御理論與技術不能直接應用到工業(yè)控制網(wǎng)絡的安全防御之中。目前在工業(yè)控制網(wǎng)絡的安全防御建設工作中，以下幾方面的問題亟待解決：

3.PFMEA潛在失效模式確定缺乏依據(jù)

根據(jù)PFMEA編制的原則，潛在失效模式需要把所有可能發(fā)生的情況都考慮在內，故在確定潛在失效模式時，編制人員往往會把能想到的風險項都寫在其中，編制的依據(jù)主要來自于編制人員的經(jīng)驗，這就使得編制沒有統(tǒng)一的標準，因人而異，不同的人識別的潛在失效模式存在較大差異，容易產(chǎn)生爭執(zhí)，也致使每個工序的分析都變得很復雜，有些失效模式在歷史車型中根本就沒發(fā)生過也被列入其中，這無疑大大增加工裝設備選型的難度和裝配工藝的可執(zhí)行性。

4.PFMEA和重要工序的確定脫節(jié)

新能源汽車總裝工序有上百個，也是整車制造環(huán)節(jié)中人員最多的一個環(huán)節(jié)，對于其中會影響汽車重大安全性能、使用性能的工序進行重點管控，這些工序一般會被命名關鍵工序、重點工序、質量控制點。而這些工序的確定應該主要來自于PFMEA。PFMEA分別從嚴重度、發(fā)生度、探測度這三個維度對問題的性質及風險大小進行界定，根據(jù)分析的結果風險優(yōu)先因子（Risk Priority Number, RPN）值和嚴重度等級綜合來評價該工序是否納入重要工序進行管控。PFMEA中確定的嚴重度等級、探測方式、RPN值應該和新能源汽車總裝工藝前期開發(fā)工作緊密結合起來，作為開發(fā)階段裝配方法、工具選用的依據(jù)。

而大多數(shù)企業(yè)編制的PFMEA為了保證RPN值在安全閥值以下以便通過體系認證，會隨意降低工序潛在失效模式的嚴重度等級和提高探測度等級，導致PFMEA不能有效地指導前期工藝開發(fā)，裝配方法和工具選用不當，同時也給后期整車量產(chǎn)質量問題的大規(guī)模爆發(fā)埋下了伏筆。

所以，重要工序的制定缺乏科學依據(jù)，造成PFMEA評估結果出現(xiàn)偏差，導致過程質量管控重點偏移。

4 PFMEA如何編制能有效提高新能源汽車總裝過程質量

PFMEA的編制需要以多功能小組的形式進行開展，整個多功能小組成員應該包括整車開發(fā)項目組各科室成員，如物流人員、工藝人員、設計人員、質量人員、生產(chǎn)人員等，通常由工藝人員進行牽頭執(zhí)筆編制，為了使編制的總裝PFMEA能有效提高新能源汽車總裝過程質量保障能力，編制時應注意以下事項。

4.1 編制工序裝配要求需有明確依據(jù)

新能源汽車總裝PFMEA的編制一定要包含整個總裝過程的每一個工序，從物料進廠開始到整車下線結束，對于每個工序需要達到的裝配要 求必須來自于技術文件、圖紙或者研發(fā)輸入的技術通知單，不能隨意地變更和增刪裝配要求。因為PFMEA編制的目的是保證裝配過程可以達到這些裝配要求，是PFMEA工作開展的前提，這會直接影響后續(xù)裝配工藝方法的選擇，從而影響制造結果和制造費用。

4.2 合并分析同類型裝配工序，利于制造過程

標準化

同時，PFMEA在編制過程中應該盡可能的將同類型的裝配作業(yè)進行合并分析，而非單純的按裝配順序一個工序一個工序的進行分析。合并分析同類型裝配作業(yè)有利于后期PFMEA的維護和更新，有利于解決措施的標準化，有利于措施的執(zhí)行和落地。

總裝裝配主要類型包括三種：緊固件裝配、插接件裝配、密封件裝配。同類型的裝配作業(yè)在制定措施時應該盡量一致。比如緊固件裝配在選擇工具時要盡量統(tǒng)一，特殊要求的除外。對于同種裝配類型一般可以按潛在失效后果的嚴重程度進行細分，對于不同程度的失效后果采用不同的控制措施。對于失效后果、失效模式近似的工序則可以放在一起分析，如表1所示。

表1 總裝過程PFEMA

從表1中可以看出，動力電池電源線束與動力電池端連接工序、電源線束與電機控制器端連接工序兩個工序的操作要求、失效模式均相同，在編制PFMEA時應該放在一起分析，制定統(tǒng)一的線束插接操作要求，如表2所示。

表2 總裝過程PFEMA

4.3 潛在失效模式的確定應有合理依據(jù)

潛在失效模式在編制時應該以同類型作業(yè)為依據(jù)，根據(jù)同類型作業(yè)操作發(fā)生過的質量問題進行質量風險分析。針對新能源汽車特有的裝配作業(yè)，如動力電池裝配，則應該以裸車、樣車、試制車等等裝配作業(yè)過程中遇到的問題，以及裝配后車輛出現(xiàn)的問題為依據(jù)進行質量風險分析。潛在失效模式的分析不能完全憑自主想象，認為可能發(fā)生質量問題的都納入分析，這樣會憑空增加PFMEA后續(xù)編制的難度，同時也會出現(xiàn)在制定解決措施時解決措施空洞無法落地、制造設備要求 過高、費用過大等問題，從而措施無法得到實施，PFMEA與裝配實際過程出現(xiàn)脫節(jié)，不能有效保證裝配過程質量。

4.4 重要工序的確定必須結合RPN值、嚴重度、探測度、頻度

關鍵工序、重點工序、質量控制點是總裝過程質量管控的重心。這些重要工序主要根據(jù)PFMEA的分析結果確定，嚴重度等級達到7、8級的應該納入重點工序管理；嚴重度等級達到9級的則納入關鍵工序管理。而嚴重度等級的確定則需要參考DFMEA嚴重度等級。質量控制點的確定則主要根據(jù)頻度等級和RPN值，當頻度等級超過3或者RPN值超過100時則該工序應該納入質量控制點管理。

RPN值是PFMEA三個維度的分析結果，一般要求每個工序的RPN值需要維持在100以下，才能保證該工序的制造過程質量，對于RPN值超過100的應該制定改善措施，通常以改善該工序的探測度等級為主，降低探測度等級從而減少質量問題的發(fā)生頻次，從而保證RPN小于100，保證該工序的制造過程質量。只有探測度等級無法降低或者降低難度、費用太大時才考慮由設計人員改善產(chǎn)品結構，降低嚴重度等級。

重要工序是整個總裝的質量管控重心，應該從前期工藝開發(fā)階段開始就重點關注，制造費用對于重要工序的工裝、設備應該適當傾斜，以確保重要工序的過程制造保證能力，以減少量產(chǎn)后重大質量問題爆發(fā)的風險，同時，這也能大大降低后期總裝過程質量提升工藝改善的費用。

4.5 PFMEA需要定期實時更新

PFMEA是一個需要實時更新的文件，PFMEA更新的主要依據(jù)來源有制造過程中發(fā)生的過程質量問題、工藝變更、設計變更。對于制造過程中發(fā)生的每一次質量問題均應該統(tǒng)計到PFEMA中直至該車型停產(chǎn)，如此，PFMEA文件才能和生產(chǎn)過程緊密結合，這樣形成的PFMEA文件才能有效提高新能源汽車的總裝過程質量保證能力。

5 結論

將總裝PFMEA分析的結果和新能源汽車總裝重要工序的確立緊密結合起來，新能源汽車總裝過程質量保證能力能從源頭得到提升。同時日常發(fā)生的質量問題實時統(tǒng)計到PFMEA中，能進一步豐富完善PFMEA，整個質量管理形成良性互補循環(huán)，可以不斷提高新能源汽車總裝過程質量保證能力。從而在整車開發(fā)過程中，從源頭上提前規(guī)避制造風險，降低后期質量管理成本。