制造型質量鏈的失效模式分析與風險評價研究

張 敏葛運朋（.安徽工程大學，安徽 蕪湖 4000；.奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 4000）

制造型質量鏈的失效模式分析與風險評價研究

張 敏1葛運朋2
（1.安徽工程大學，安徽 蕪湖 241000；2.奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241000）

一般在對系統進行評價時，通常是依據失效指標進行失效分析，依據風險指標進行風險評價。運用FMEA法對系統失效模式的危害等級判定是依據風險順序數RPN的值。在此基礎上，提出運用DEMATEL法對制造型質量鏈各失效模式的風險進行評價，以確定不同失效模式的風險指數大小，并探討與傳統RPN值之間的聯系，提出基于風險的失效模式防范比基于危害度的失效模式防范更符合企業實際運營，基于此有針對性地改進失效模式及其失效的原因因素。

制造型質量鏈；失效模式；風險；評價

一、引言

現今質量問題已成為全球的共同話題，已成制約各個國家經濟發展的瓶頸因素。伴隨著企業運營模式的轉變，傳統“大而全、小而全”的縱向一體化運營模式已不適用現代組織的持續運營發展，取而代之的是以核心企業為中心的將組織與組織聯系起來的供應鏈管理模式。這樣，在供應鏈的環境下必然存在一條以核心企業為主導的質量鏈條。目前國內外學術界和實業界已開展了一些關于質量鏈的失效分析與風險評價方面的研究，關于失效模式及危害度的研究，較多的是借助于可靠性理論中的一些失效分析工具來研究產品的失效，如：唐達昶(2012)[1]運用FMEA法識別M公司整個手機生產過程中造成產品缺陷與不良的因素；Matthew Gorton(2006)[2]研究了供應鏈運行中乳制品市場失效的相關因素；Thomas Kul(2008)[3]對一個二級供應鏈失效風險問題進行了分析；李守澤等(2010)[4]構造了供應鏈失效故障樹，并分析了各個部分的失效原因；劉敏等(2011)[5]、陳國華等(2009)[6]提出用故障樹對供應鏈進行可靠性分析；程鵬(2012)[7]構建了供應鏈失效體系貝葉斯網絡模型，對供應鏈失效風險進行了評估等。失效分析的研究突出產品功能的失效，較少涉及產品質量形成過程的失效。關于風險管理方面的研究，目前較多的是運用頭腦風暴法、德爾菲法等識別出風險因素后，再利用諸如AHP、模糊AHP等方法評價風險，如：蔡正英等(2007)[8]建立了比較完整的物流質量鏈風險指標體系，給出了風險的模糊層次分析方法。Leee C(2007)[9]、Abdelrafe Ezamly (2011)[10]用諸如德爾菲法、流程圖、頭腦風暴法、調查問卷等對某系統質量風險指標進行識別。Ying等(2011)[11]、Gray等(2011)[12]設計出依據質量風險指數判定系統質量風險等級的方法等。關于風險管理的研究主要從風險的存在形式方面展開，較少從產生風險的根源來探討。從現有研究來看，雖然在一定程度上解決了當前的一些問題，但兩者的研究往往單獨進行，沒有將系統的失效分析與風險評價相結合，有效識別出系統產生風險的根源等，限制了作用的發揮。為此，為了更好的探討質量鏈風險產生的機理，文章構建制造型質量鏈失效及其風險一體化的指標體系，通過對風險產生機理的研究來減少系統的失效，識別出質量鏈的關鍵失效模式并進行針對性的改進，強調供應鏈中核心制造企業的產品失效及風險問題，從而為保證供應鏈上產品質量的穩定性提供一種風險應對方法。

二、基于FMEA的制造型質量鏈失效模式分析

產品同任何生命體一樣，都要經歷一個從形成到衰退的過程，即產品是“過程的結果”。而質量主體依附于其本體產品，在對有形產品類型的企業進行分析時，特別是針對大中型制造企業，從產品形成過程的角度，其質量主體主要涉及三個運行過程，即產品開發設計質量、產品制造質量、顧客服務質量三個階段。一般制造型質量鏈失效模式的種類劃分如圖1所示。

圖1 制造型質量鏈失效模式種類圖

依據FMEA法對制造型質量鏈失效模式進行危害性分析時一般是通過RPN值的大小對指標體系中各個失效模式進行相對的危害性評定。即某一失效模式的RPN值較大，說明其危害性較大，屬于失效發生可能性高、失效嚴重程度高、難以監測的失效模式；相反，若RPN值較小，說明其危害性較小，屬于失效發生的可能性小、失效嚴重程度低、比較容易監測的失效模式。由此依據RPN值及各分項的大小，可對圖1中制造型質量鏈的3個失效模式進行排序，并優先改善等級為A的失效模式。在此基礎上，對引起等級為A的失效模式的各個失效因素都要進行改進。

對于危害性較高的失效模式，可從降低失效發生可能性和失效嚴重度及提高失效監測的可能性三個方面提出改進措施。當所有改進措施在系統設計或保障方案中落實之后，應該重新對各失效模式進行評定，并計算出新的RPN值，依據改進后的RPN值對失效模式進行重新排序，直到RPN值降低到一個可接受的水平。

三、不同失效模式下的制造型質量鏈風險評價

1.基于不同失效模式的制造型質量鏈風險評價步驟

基于單從RPN值來判定指標風險的弊端，即往往是依據RPN值識別關鍵失效模式，對引起該失效模式發生的各個失效因素進行改善，無法將各個失效模式及各失效模式的失效因素之間聯系起來以有效確定其風險大小,往往會導致系統失效及風險居高不下，且改善效果不明顯，為此，提出在失效模式下對制造型質量鏈失效風險進行分析，識別出不同失效模式及其失效因素的風險大小，對關鍵失效模式改善時，有針對性的改進其失效因素，從而進一步提出改進的建議。

基于不同失效模式的制造型質量鏈風險分析過程如圖2所示：

圖2 基于失效模式的制造型質量鏈風險分析流程圖

具體步驟描述如下：

（1）首先對制造型質量鏈的失效模式進行分析，依據RPN值可確定各失效模式的危害程度，依據RPN值劃分等級可確定各個失效模式的危害等級；

（2）其次考慮到各失效與風險指標之間的相互關系，在失效分析的基礎上運用DEMATEL法對制造型質量鏈的各個失效模式及其失效因素進行風險評價，識別出各個失效模式及其失效因素的風險指數大小，同時確定出各個失效因素的屬性；

（3）結合(1)(2)的評價結果，依據優先改善風險指數大的失效模式的原則，綜合找出兩者之間的對應關系，確定關鍵的失效模式，在此基礎上，為充分利用企業現有的改善能力，識別對關鍵失效模式影響大的失效因素，優先進行改善，有針對性的制定改善措施；

（4）依據制定的改善措施，進行改善，并在改善過程中不斷跟進，實現PDCA循環。

2.制造型質量鏈失效模式的風險測評模型

從DEMATEL的方法原理可以看出，雖然其可系統地識別出各個因素的屬性，但僅僅是將其區分為“原因—結果”兩類因素，尚未區分因素在系統中的層級關系和僅僅依據原因度和中心度指出系統改進的優先因素而并不能實施對整個系統狀況的評價；而AHP法是一種系統化評價系統影響因素間層級關系并進行評價的科學方法，但其是建立在同一層次不同因素間是相互獨立的對上層因素影響的基本假設下和權重系數的確定是建立在因素兩兩比較基礎上的，忽視了因素間的關系及屬性問題，與現實有一定的出入等。在此，為避免以上方法的弊端，將DEMATEL和AHP兩者相互結合實施對系統的評價。一方面借助于DEMATEL可彌補AHP法忽視因素屬性及權重確定的主觀性等弊端；另一方面，結合AHP法有助于應用DEMATEL法實施系統的評價。基于DEMATEL和AHP法建立制造型質量鏈的不同失效模式的風險指數的測評模型如圖3所示。

圖3 制造型質量鏈的失效風險指數測評模型

3.制造型質量鏈失效風險指標權重的修正

在對各指標修正之前，應首先要確定各個指標的原因度Yn和中心度Zn，基于DEMATEL的制造型質量鏈各參數的Yn及Zn確定步驟如下：

首先確定直接影響矩陣X，規范化直接影響矩陣G及綜合影響矩陣T，分別為式(1、2、3)；

其中：aij（i＝1，2…n，j＝1，2…n，i≠j）表示Fi對Fj影響強度，即有向圖中的權重值；若i＝j，則aij＝0

其中：I為單位矩陣

其次是(D，R，Zn，Yn)參數的確定和因素屬性的界定，其中：D-影響度、R-被影響度、Zn-中心度和Yn-原因度(式4、5)。

目前權重確定常用的一種方法是借助于AHP法中因素兩兩比較的方法，兩兩比較的依據主要是通過專家咨詢法進行的，導致這種評分方法會有一定的主觀性。而由DEMATEL法可知，因素的原因度Yn相當于隱含的重要度，代表對其他因素的影響程度，而中心度Zn相當于絕對重要度，代表因素在系統中的地位。由此可見，原因度和中心度是從整個系統的角度來考慮的。

為此，依據因素在系統中的地位和作用程度即中心度Zn和原因度Yn對因素的權重進行修正，可一定程度上減小AHP法中確定因素權重的主觀性程度。

依據中心度Zn和原因度Yn對因素的權重進行修正計算公式如式（6）、（7）、（8）所示：

4.制造型質量鏈不同失效模式的風險測評

基于DEMATEL和AHP的制造型質量鏈不同失效模式及其失效因素的風險測評，其具體分析過程如下：

Step1：識別制造型質量鏈的失效模式及失效風險影響因素；

Step2：構建制造型質量鏈的失效風險有向圖。結合質量管理相關方面的專家確定各層級失效風險因素的權重ω，因素間非負權的確定為因素間的權重值ω與實際值x的乘積，在此假定因素的實際取值均為1，這樣非負權的值即權重值ω；

Step3：依據制造型質量鏈失效風險的非負權有向圖中各失效模式及其失效因素之間的關系，確定制造型質量鏈的失效風險綜合指標層次結構圖；

Step4：應用DEMATEL法確定各失效模式及其失效因素的原因度Yn和中心度Zn；

Step5：依據各因素的原因度Yn和中心度Zn依據AHP法分層修正各個因素的權重ω，得到新權重W，公式為式（6）、（7）、（8）；

Step6：在對底層失效風險因素的實際值進行標準化處理(本文采用離差標準化法，將數據進行歸一化處理)Xijk基礎上結合AHP法，運用加權平均法逐層歸集各指標的風險指數值QRIijk、QRIij、QRIi，公式為式（9）、（10）、（11）。由此可逐層計算出制造型質量鏈各個失效模式及其各失效因素的風險指數的大小。

四、制造型質量鏈關鍵失效模式及其失效因素改善順序的確定

1.制造型質量鏈失效指標的屬性劃分

因素的重要度是確定制造型質量鏈失效風險因素優先改善順序的重要依據。由DEMATEL法可知，影響制造型質量鏈的失效風險因素具有不同的屬性，若Yn>0，屬于原因因素，若Yn<0，則屬于結果因素。原因因素能主動影響其他因素發生變化，結果因素是被動的受其他因素的影響才發生變化，原因因素易改變，而結果因素不易改變，因此對原因因素應以額外的重視。對于制造型質量鏈來說，要使各個關鍵失效模式的改善取得較好的效果，應該優先考慮改善引起失效模式發生變化的各個原因因素。

2.制造型質量鏈失效模式及失效因素改善順序的確定

由各個失效模式的RPN及其QRI的計算來看，兩者在計算過程中存在一定的差異，即RPN值計算時把各個失效模式及失效因素之間看做是一個單獨的個體，主要是考慮制造型質量鏈各個失效模式實際的發生嚴重度、頻度、可探測性等幾個方面；QRI的計算將制造型質量鏈各個失效模式與失效因素看做是相互聯系的整體，主要是從各個失效模式及其失效因素的相對重要度方面來考慮。基于兩者這幾方面的差異，可能會存在某個失效模式的RPN值大但其QRI值小或RPN值小但其QRI值大的情況。這樣，傳統的只依據RPN值大小進行改善而不考慮各個失效模式的風險的大小，勢必會有改善之后效果不明顯的情況發生，造成相應的損失。故對于制造型質量鏈失效模式及其失效因素改善應該從更深一層挖掘，找出各個失效模式及其失效指標的風險指數大小，在此提出從風險的角度考慮制造型質量鏈失效模式的防范路徑，進一步有針對性的改進其失效的原因因素。

由上述的分析可知，在對制造型質量鏈進行失效分析與風險評價時兩者都是建立在共同的指標體系基礎上，各指標之間的數量關系也是依據同一標準。兩者結合起來判定制造型質量鏈失效與風險改善指標的流程如圖4所示。

圖4 制造型質量鏈失效與風險改善指標流程圖

由圖4可知，兩者都是建立在共用指標的基礎上，用不同的方法確定各個失效模式的危害程度及風險等級，從RPN值的確定和DEMATEL法有向圖的繪制來看，兩者的出發點是一致的，從而可以定性的判斷出RPN值與風險等級兩者之間必然存在一定的關系，提出依據各失效模式的風險大小進行有針對性的防范。

依據以上的分析過程，運用DEMATEL法對失效模式風險等級的判定較單純依據RPN值識別關鍵失效模式及其風險等級上有明顯的優勢：（1）制造型質量鏈是基于供應鏈的基礎上，質量鏈的各個失效因素之間并不是相互獨立的，運用DEMATEL法對系統的失效風險進行分析時考慮到各因素之間的相互聯系，在一定程度上可以識別出RPN值大但其風險程度較小的指標或RPN值小但風險程度大的指標，其使識別出的關鍵失效風險因素更加科學，提高防范效果；（2）若存在較多指標的RPN值相等或相近的情況，可以借助于判斷出的各失效指標的風險等級進行排序，充分運用企業現有的改善能力，對各個失效風險指標進行改善；（3）運用DEMATEL法對失效風險評價時，不一定要求此失效模式是在發生的情況下才可評價出其風險，能較好的識別實現指標的潛在風險；（4）基于DEMATEL法對系統風險的確定主要是依據統計規律得出的，也避免了單純計算RPN值確定風險等級的弊端。

同時，對系統進行失效分析識別系統的風險是目前企業廣泛采用的一種風險預防方法，兩者結合起來判定系統的風險可彌補單純應用DEMATEL法判斷系統風險的以下幾個不足：（1）運用FMEA法對系統進行失效指標體系設計時主要是依據企業的實際情況，并對綜合指標進一步分解，能較全面的識別出系統的失效模式及風險因素；（2）運用RPN值判定指標風險是企業傳統的識別指標失效風險的方法，且相關計算方法趨于成熟，目前已被大多數企業所接收并廣泛應用，將某一失效模式的危害度以量化的形式表達，也方便企業管理人員識別改善的效果。

綜上所述，將失效分析與風險評價兩者結合起來判斷制造型質量鏈失效模式的風險等級并識別出關鍵的失效模式更加符合企業的實際運作情況，同時也可識別出RPN值小但風險程度大的指標或RPN值大但風險程度小的模式，兩者結合起來考慮系統的失效風險問題能相互彌補各自的不足之處。因此，企業在進行失效模式分析之后可以進一步挖掘各失效模式及其各影響因素的風險大小，結合企業的實際改善能力并依據各失效因素的風險大小進行防范，有針對性的提出改進建議，并重點改善原因因素，提高改善的效果。

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The Failure Mode Analysis and Risk Assessment of the Manufacturing Quality Chain

Zhang Min1，Ge Yun-peng2
（1.Anhui Polytechnic University,Wuhu Anhui 241000,China;2.Chery Automobile Co,Ltd.Wuhu Anhui 241000,China）

Generally,there is usually based on the failure indicator on the failure analysis,based on indicators of risk for risk assessment when evaluate the system.The degree to the harm of system failure mode is based on risk order number RPN values by applying the method of FMEA.On this basis,the paper puts forward using the DEMATEL method to evaluate the risk of manufacture quality chain various failure modes,to determine the different failure modes of risk index and the contact between the traditional RPN value Based on the failure mode of protection is better than the hazard degree to conform the enterprise actual operation,then to improve the cause of the failure mode and failure factors.

manufacturing quality chain;failure mode;risk;evaluation

F406.9

A

1672-0547（2015）02-0046-05

2015-01-13

張 敏（1986-），女，山東濰坊人，安徽工程大學機電學院助教，碩士研究生，研究方向：管理科學與質量管理。