PFMEA在柔性焊裝生產線上的應用研究

高大偉

（一汽大眾汽車有限公司）

1 前言

過程失效模式及后果分析（PFMEA）是一種綜合分析技術，主要用來分析和識別工藝生產或產品制造過程中可能出現的失效模式，以及這些失效模式發生后對產品質量及性能的影響，從而有針對性地制定出預防措施，以降低工藝生產和產品制造過程中缺陷發生的頻次，達到控制和提升產品質量的目的[1，2]。以往許多汽車廠商均采用PFMEA方法對單一品種制造過程的失效模式進行管理控制，但隨著我國汽車市場競爭的日益激烈，各汽車廠商均開始建立柔性化生產線來實現同1條生產線上同時生產2個或以上車型的方式，而僅憑單一品種生產線的經驗對柔性焊裝生產線進行管理控制，通常導致無法有效辨識共線生產的風險，進而造成應對風險的措施準備不充分，使得共線生產的返修成本升高和設備停臺時間上升。為能夠有效地對柔性化生產線的失效模式進行分析，并以此為依據制定控制方針和策略，進而降低成本，提高生產線穩定性，最終實現精益生產，本文通過對傳統PFMEA方法的分析，提出了適合車身柔性生產線的PFEMA方法以及各項評估指標和評估標準，并在某柔性生產線上進行了實際應用試驗。

2 柔性焊裝生產線的PFMEA方法

2.1 PFMEA的作用和分析步驟

PFMEA在實際生產中的作用:可在生產系統關鍵組成部分的僅為潛在風險還未發生失效前就起到預防作用，并推動后續解決措施的落實；可記錄和總結經驗教訓，為出現的問題積累經驗；可有針對性地對員工進行培訓，將存在的風險明確地告知員工。

PFMEA 的主要分析步驟[3，4]:

a.明確分析范圍，確定被分析的內容是工藝過程（如產品設計、車身焊接等）或是管理過程（計劃編訂、考核評審等）；

b.評價可能發生不滿足過程或設計的問題，以及其失效對產品質量和客戶的潛在影響，并對其影響的嚴重程度進行評級；

c.針對每個潛在失效模式，盡可能找出導致失效發生或失效條件的起因或機理，并對當前的控制、防范方法進行描述；

d.編制潛在失效模式分級表，確保嚴重的失效模式得到優先控制；

e.根據失效模式影響的分析結果，找出系統中的薄弱環節，制定和實施各種改進措施，并跟蹤控制措施的實施情況，更新失效模式分級表。

某車身柔性生產線PFMEA分析步驟如圖1所示。

2.2 PFMEA的分析過程

在實際生產中，PFMEA的分析過程通常用分析表的形式表示，表1為某焊裝車間針對柔性化生產線采用的PFMEA分析表。

表1 PFEMA分析表

表1中:

a.FMEA日期為編制PFMEA原始稿的日期及最新修訂的日期；

b.主要參加人是指有權確定和執行任務的責任部門和個人；

c.過程功能需求是指分析的過程或工藝的失效過程對生產、質量和人員等產生的影響，要盡可能簡單描述被分析的過程或工序；

d.潛在失效模式是指過程中可能發生的不滿足過程要求或設計意圖的形式或問題點，是對某具體工序不符合要求的描述；

e.潛在失效后果是指失效模式對產品質量和顧客可能引發的不良影響，顧客可以是下道工序（或工位）、代理商或車主，要根據顧客可能注意到或經歷的情況來描述失效后果，失效后果應一律用產品或系統的性能來闡述，如噪聲、不穩定、不起作用等；

f.級別（重要程度）一是指與安全和（或）法規有關，即該特性會影響到安全和（或）法規；二是指該特性的波動會影響到產品或零件的基本性能，但不會影響到安全和（或）法規，一般以特殊符號標示；

g. 潛在失效的起因/機理是指失效是怎么發生的，并依據可糾正或控制的原則來描述，針對每個潛在的失效模式在盡可能廣的范圍內列出每個可以想到的失效起因；

h.現行控制方法是對當前使用的、盡可能阻止失效模式發生或是探測出將發生失效模式的控制方法的描述，分為預防和探測2種方法。預防是防止失效的起因或降低出現的幾率；探測是探測出失效的起因或模式，尋找相應的改正措施。

由表1可知，PFMEA是一個識別、控制和改善失效模式的管理過程，通過對過程失效模式及其后果的系統分析，可制定出相應的預防措施和行動方案，做到“事前預防”以降低失效發生的可能性。

3 柔性焊裝生產線PFMEA的評估指標和準則

柔性焊裝生產線PFMEA表的填寫是失效模式分析的關鍵之一，表1中的嚴重度、頻度、不易探測度和在此基礎上計算得出的RPN值，是分析柔性生產線失效模式的最重要的評估指標和依據。

嚴重度是給定失效模式最嚴重的影響后果的級別，是指潛在失效模式發生時對顧客影響后果的嚴重程度，通常需要對每種失效模式的潛在影響進行評價并賦予分值，用1～10表示，分值愈高則影響愈嚴重。表2為某焊裝車間根據生產實際情況和其它車型運行經驗制定出的嚴重度評價準則，主要從人員安全、質量和生產影響等方面考慮。

表2 嚴重度評價準則

頻度是指某一特定的失效起因/機理發生的頻率，是一個非常重要的評估指標。對于柔性生產線失效模式來說，失效的頻度將直接反映該失效模式對生產或質量的影響。柔性生產線潛在失效起因/機理發生頻度數的評估也可分為1～10級。“可能的失效率”是根據過程實施中預計發生的失效來確定的，如果能從類似的過程中獲取統計數據，則用這些數據確定頻度數。除此以外，還可利用表3中的說明及類似過程的歷史數據來進行主觀評定。目前，生產線的失效頻度的評價是依據該生產線的產量來判斷的，不同的生產節拍將影響頻度的實際時間間隔，所以頻度的制定也與車型的生產節拍有著非線性的關系。表3的頻度評價準則是依據10JPH來制定的。

表3 頻度評價準則

不易探測度是指零部件離開制造裝配工位之前，假定失效模式即將發生，然后評價所有失效模式可被探測發現的難易程度，以確保此種失效模式在發生前會被迅速地發現，阻止該工位零部件繼續外流。針對柔性生產線失效模式可被發現的難易程度，將不易探測度數定義為1～10級（表4），其中10級是指目前的控制手段無法探知其失效原因，對于這類失效后續要通過采用先進的探測手段來降低其不易探測度數；定義為1級的是現行的控制手段可以通過自動檢測來實現，對于這類失效不用再進行進一步分析。

表4 不易探測度評價準則

風險級（RPN）是指嚴重度、頻度和不易探測度三者的乘積。該數值越大表明這一潛在問題越嚴重，應及時采取有效措施降低RPN值，即降低該失效模式的風險級。

對于某焊裝車間柔性生產線區域的失效模式分析，以不影響產量完成和滿足客戶質量要求為前提，一般在生產系統設計時考慮允許5%的停臺時間，包含由于產品質量和設備問題等造成的停臺，合算到一班次的時間為22 min。如果每班次停臺22 min，依據相應的評價標準，可定義嚴重度為6級；頻度（考慮每班次1次）為4；考慮現有的控制方法可以探測到該失效發生的原因，定義不易探測度為5，則該失效模式的 RPN=6×4×5=120。

當失效模式RPN＞120時，必須對降低該失效模式可能產生的影響進行分析；反之當失效模式RPN≤120時，可認為該失效模式不影響正常生產。

4 柔性焊裝生產線PFMEA應用實例

以某轎車焊裝車間主焊線頂蓋工位為例。此工位負責將某車型的4種頂蓋（有、無天窗和有、無天線孔）安裝至車身上，此工位為典型柔性混線生產工位，操作者必須清楚具體車型及該車型的具體配置要求才能裝配相應的頂蓋，因此頂蓋錯裝是此工位高風險的失效模式之一。

項目啟動初期，PFMEA工程分析小組針對車身共線的柔性生產線特點并結合以往PFMEA制定經驗，制定了該柔性生產線頂蓋工位PFMEA分析表（見表5），利用該分析表提前發現了此工位存在的高風險失效模式。

表5 某柔性生產線頂蓋工位PFMEA表

由表5可知，此工位的零件錯裝存在嚴重失效風險（RPN=245），必須制定有效措施防止此失效發生造成的客戶抱怨及生產停臺。工程分析小組將潛在的失效起因一一列出，針對RPN＞120的情況分別制定措施。如對于員工取料錯誤，工程分析小組利用天窗與非天窗在形狀上的差異，安裝了紅外線發射接收裝置，并將探測結果與此工位車型識別信息進行對比（圖2），如不匹配將報警。此工位車型識別信息可通過安裝條形碼掃描器識別車型準確信息。通過采取以上措施，將此工位的不易探測度由7降至2，RPN值由245降至70（表6），可認為采取的措施有效，該失效模式不影響正常生產。

表6 更改控制措施后的PFMEA表

5 結束語

提出了適合車身柔性焊裝生產線的PFMEA方法以及各項評估指標和評估標準。以某轎車焊裝車間的主焊線頂蓋工位為例，利用PFMEA方法預先發現了該工位潛在的高風險失效模式，并通過采取相應控制措施避免了失效的發生，表明利用PFMEA方法進行柔性生產線的失效模式分析，可降低成本，提高生產線的穩定性，達到精益生產的目的。

1 高社生，張玲霞.可靠性理論與工程應用.北京:國防工業出版社，2002.

2 陳麗華.PFMEA與防錯技術在汽車行業中的應用.機械制造，2007，45（517）:61～64.

3 周志堅.防錯技術在汽車減振器裝配中的應用.現場經驗，2003，（5）:82～83.

4 D H Stamatis著，陳曉彤，姚紹華，譯.故障模式影響分析FMEA從理論到實踐.北京:國防工業出版社，2005.