基于PFMEA的型號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析

張永和，李永春，王旭紅，景兆梅

（蘭州空間技術(shù)物理研究所，甘肅 蘭州 730000）

在日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品質(zhì)量是決定優(yōu)勝劣汰的關(guān)鍵因素。航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入新的發(fā)展階段，在集團(tuán)公司提出的“三高”發(fā)展中高質(zhì)量排在首位，高質(zhì)量發(fā)展是“十四五”乃至更長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展主題，需要長(zhǎng)期堅(jiān)持，久久為功。

產(chǎn)品既是設(shè)計(jì)出來(lái)的，也是制造出來(lái)的。先進(jìn)的工藝方法是實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠、高質(zhì)量、低成本的重要保障。隨著型號(hào)研制任務(wù)的增多、周期的縮短和可靠性要求的提高，需要進(jìn)一步優(yōu)化航天產(chǎn)品工藝風(fēng)險(xiǎn)分析管理流程，提升風(fēng)險(xiǎn)分析的有效性，將質(zhì)量控制的重點(diǎn)從事后補(bǔ)救向事前預(yù)防轉(zhuǎn)變，將產(chǎn)品研制過(guò)程中可能發(fā)生的與生產(chǎn)相關(guān)的工藝故障和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提前評(píng)估和判斷，確定需要重點(diǎn)避免的故障和風(fēng)險(xiǎn)，從而推動(dòng)事業(yè)部產(chǎn)能、質(zhì)量、效率和效益的全面提升。因此，需要積極采取合理的管理及規(guī)避措施，降低產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和損失，形成高效高質(zhì)的工作方式和持續(xù)改進(jìn)的工作作風(fēng)，確保產(chǎn)品研制和交付順利進(jìn)行。

過(guò)程失效模式及影響分析PFMEA( process failure mode and effects analysis )以其最嚴(yán)密的形式總結(jié)了人們?cè)谏a(chǎn)制造過(guò)程中防范于未然、追求卓越的思想，通過(guò)對(duì)工藝和制造過(guò)程要求和功能的系統(tǒng)分析，憑借以往的經(jīng)驗(yàn)，在最大范圍、充分考慮到那些潛在的失效模式及其相關(guān)的起因與后果。通過(guò)對(duì)近三年產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)（不合格品處理單、技術(shù)質(zhì)疑單等），暴露出生產(chǎn)過(guò)程的工藝風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和控制措施仍有較大提升空間，人員的質(zhì)量意識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)、責(zé)任意識(shí)仍需進(jìn)一步提高，保成功、保交付形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

本課題通過(guò)對(duì)型號(hào)產(chǎn)品研制過(guò)程中真實(shí)工藝和操作中影響因素的調(diào)研，將PFMEA質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用于針對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)和工藝質(zhì)量管控的失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及改進(jìn)，通過(guò)對(duì)工序?qū)崿F(xiàn)方法、工裝胎具、工藝設(shè)備等因素與工序之間的相互影響關(guān)系進(jìn)行分析，致力于識(shí)別生產(chǎn)過(guò)程中潛在的工藝失效并評(píng)價(jià)其可能造成的影響，進(jìn)而制定并實(shí)施能夠預(yù)防或控制失效發(fā)生的有效措施，力爭(zhēng)將工藝質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避到最小程度，提升我所型號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量，助推“三高”發(fā)展和“雙一流”的建設(shè)。

1 PFMEA方法

PFMEA作為一種質(zhì)量管理工具，用來(lái)確定潛在失效模式及其原因的分析方法，主要針對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行分析，是事件發(fā)生之前的行為，并非事后補(bǔ)救。美國(guó)NASA從20世紀(jì)中期就已經(jīng)將該方法作為一種有效的預(yù)防工具應(yīng)用于航天飛機(jī)的研制過(guò)程中，PFMEA完成以后可以作為生產(chǎn)計(jì)劃、工藝文件、產(chǎn)保要求、檢測(cè)試驗(yàn)等文件的編制依據(jù)。

該方法實(shí)施采用如表1所示，表格中各部分的意義在此不再累述，感興趣的人員可以查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)了解。在多品種小批量定制生產(chǎn)模式下，潛在工藝失效模式的不確定性程度高，且可供借鑒的歷史數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，故在航天產(chǎn)品研制過(guò)程中PFMEA技術(shù)的應(yīng)用還需要進(jìn)一步推廣。

表1 PFMEA分析表

該方法的關(guān)鍵是把嚴(yán)重度、頻度和檢測(cè)難度從定性轉(zhuǎn)化為定量，通過(guò)計(jì)算三者的乘積來(lái)計(jì)算潛在失效模式的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，該數(shù)值越大表明潛的問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)越嚴(yán)重，應(yīng)優(yōu)先采取相應(yīng)的糾正措施。實(shí)施團(tuán)隊(duì)或者管理者可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度制定對(duì)應(yīng)的管控策略和措施，確保項(xiàng)目或產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，有利于降低成本，提高工作效率。

2 典型產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程PFMEA分析

在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，成立了以技術(shù)總監(jiān)為核心的PFMEA分析風(fēng)險(xiǎn)小組，成員包括產(chǎn)品工藝師、產(chǎn)保師、生產(chǎn)調(diào)度員、操作員和檢驗(yàn)員，專門對(duì)我所典型產(chǎn)品進(jìn)行PFMEA分析管理；風(fēng)險(xiǎn)分析與識(shí)別過(guò)程中，要求各部門均要參與進(jìn)來(lái)，將以往同類產(chǎn)品、相似產(chǎn)品出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)及新出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的評(píng)估論證，制定詳細(xì)應(yīng)對(duì)方案和策略；在項(xiàng)目實(shí)施后，會(huì)對(duì)涉及的各部門進(jìn)行監(jiān)督和效果評(píng)價(jià)，確保梳理出的風(fēng)險(xiǎn)得到有效管控，形成長(zhǎng)效工作機(jī)制。

2.1 表貼組件回流焊PFMEA應(yīng)用研究

目前，印制板組件裝配主要以元器件表面貼裝和通孔插裝為主要形式，無(wú)論采用何種方式，元器件、電路板、焊點(diǎn)三者都與電子產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命息息相關(guān)。因此，印制板組件電裝工藝就成為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵因素。

通過(guò)對(duì)智能表貼生產(chǎn)線電路板回流焊工藝流程和影響產(chǎn)品質(zhì)量的環(huán)節(jié)梳理，形成如圖1所示的需要進(jìn)行PFMEA分析的環(huán)節(jié)。如果這些質(zhì)量問(wèn)題不能及時(shí)進(jìn)行預(yù)防控制，就會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重影響，從而產(chǎn)生返修耽誤交付進(jìn)度，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和聲譽(yù)影響。因此，生產(chǎn)制造部提出了基于PFMEA的智能表貼線回流焊質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析。

圖1 表貼工藝流程分析

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，表貼過(guò)程質(zhì)量問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)主要出現(xiàn)在回流焊過(guò)程中，容易出現(xiàn)器件引腳潤(rùn)濕不良、焊接不良等問(wèn)題。按照PFMEA分析流程制定了回流焊環(huán)節(jié)各種影響因素及風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，具體如表2所示。

表2 回流焊PFMEA分析

針對(duì)表2所列嚴(yán)重度大于5，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大于30的潛在失效模式及其原因制定了如下措施：

規(guī)范生產(chǎn)線防靜電措施，對(duì)生產(chǎn)線增加設(shè)備接地自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，并在回流焊設(shè)備進(jìn)出口現(xiàn)場(chǎng)配置離子風(fēng)機(jī)，及時(shí)釋放第一道AOI檢測(cè)后和回流焊焊接完產(chǎn)生的靜電。

規(guī)范設(shè)備管理和生產(chǎn)流程，每天第一次生產(chǎn)時(shí)利用試件進(jìn)行爐溫檢測(cè)確定，確保爐溫顯示曲線與實(shí)際溫度相符，如有偏差及時(shí)調(diào)整，確保爐溫滿足要求后再開(kāi)始生產(chǎn)。

對(duì)產(chǎn)品的過(guò)爐方式進(jìn)行規(guī)定，要求尺寸超過(guò)150×150mm時(shí)，要使用如圖2所示的專用工裝進(jìn)行支撐和保護(hù)，確保PCB受熱不發(fā)生彎曲。

圖2 印制板表貼專用工裝

改進(jìn)后的回流焊PFMEA分析如表3所示。

表3 改進(jìn)后的回流焊PFMEA分析

2.2 LIPS200推力器PFMEA應(yīng)用研究

同樣的方法，生產(chǎn)制造部對(duì)LIPS200推力器產(chǎn)品的裝配過(guò)程開(kāi)展了PFMEA分析，由于產(chǎn)品十分復(fù)雜，涉及過(guò)程工序多，表4僅列出了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)超過(guò)100的工序過(guò)程。

表4 LIPS200推力器產(chǎn)品PFMEA分析

針對(duì)上述潛在失效模式及其原因制定了如下措施：

對(duì)所有標(biāo)識(shí)不清的磁鋼，利用磁通計(jì)等工具在裝配前對(duì)極性進(jìn)行確認(rèn)和再標(biāo)識(shí)，確保在后續(xù)裝配和檢測(cè)過(guò)程中標(biāo)識(shí)清晰；

對(duì)導(dǎo)線接頭的裸露部分套熱縮管，并規(guī)定熱縮管保護(hù)必須完全覆蓋，對(duì)熱縮后的接頭進(jìn)行拍照檢查和記錄。多裝配過(guò)程的多余物進(jìn)行嚴(yán)格控制，利用30倍放大鏡進(jìn)行多余物檢測(cè)，必要時(shí)可利用X光進(jìn)行局部的無(wú)損檢測(cè)；

對(duì)焊接后的鎧裝加熱絲進(jìn)行X光無(wú)損檢測(cè)，確保無(wú)微裂紋、無(wú)未焊透等缺陷，對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試，確保焊點(diǎn)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；加熱絲纏繞前后均進(jìn)行通斷檢測(cè)，確保不斷絲；

改進(jìn)后的回流焊PFMEA分析如表5所示。

表5 改進(jìn)后的LIPS200推力器產(chǎn)品PFMEA分析

3 效果評(píng)價(jià)

智能表貼生產(chǎn)線在采用了如表3所示的措施后，風(fēng)險(xiǎn)值有較大程度的降低，改善效果明顯，各項(xiàng)影響因素的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)都降低到了20以下，回流焊后產(chǎn)品合格率提升到了98%以上，有效控制了回流焊實(shí)施過(guò)程的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性得到了顯著提升。

LIPS200推力器產(chǎn)品采用了如表5所示的措施后，風(fēng)險(xiǎn)值同樣獲得了較大的降低，產(chǎn)品裝配后的一次交檢合格率提升到96%，有效解決了識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)。

4 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

在開(kāi)展PFMEA分析過(guò)程中，并不是依靠改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)克服過(guò)程缺陷，而是應(yīng)盡可能地采用多種問(wèn)題解決方法和工具，如組織小組開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，或者采用因果圖、試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及質(zhì)量屋等方法等，實(shí)現(xiàn)制造或裝配過(guò)程有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性參數(shù)。

PFMEA分析不是工藝師一個(gè)人的事情，而應(yīng)該讓設(shè)計(jì)師、產(chǎn)保師、操作工、檢驗(yàn)員等都參與進(jìn)來(lái)，形成一個(gè)多功能團(tuán)隊(duì)，這樣才能夠從各個(gè)角度和方面提出不同的預(yù)防措施。

在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，要系統(tǒng)考慮從單個(gè)零件到總裝的所有制造環(huán)節(jié)和工序，但在分析每一工序時(shí)，僅需要針對(duì)該步驟開(kāi)展，所列的失效原因不能太籠統(tǒng)，而要具體。

風(fēng)險(xiǎn)程度的等級(jí)劃分沒(méi)有唯一的標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品特點(diǎn)確定，但在同一個(gè)部門或相似產(chǎn)品之間，應(yīng)采用相同的尺度，以確保相互之間具有可比性。

當(dāng)前，航天型號(hào)產(chǎn)品研制過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)分析的及時(shí)性、充分性、規(guī)范性和有效性還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，識(shí)別和發(fā)現(xiàn)的故障信息重用率不高，建議盡早構(gòu)建適用于全所的基于工藝知識(shí)庫(kù)、SOP規(guī)范等的PFMEA工作平臺(tái)，優(yōu)化型號(hào)產(chǎn)品工藝風(fēng)險(xiǎn)分析管理流程，提升風(fēng)險(xiǎn)分析的充分性和有效性。