基于改進QFD的FMECA模型在車輛器材裝備質(zhì)量管理中的應用

何 健，張大鵬，鄒饒邦彥，錢仁軍

（1.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津 300161；2.軍事交通學院 軍用車輛系，天津 300161）

基于改進QFD的FMECA模型在車輛器材裝備質(zhì)量管理中的應用

何 健1，張大鵬2，鄒饒邦彥1，錢仁軍1

（1.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津 300161；2.軍事交通學院 軍用車輛系，天津 300161）

分析了QFD與FMECA相結(jié)合的優(yōu)點，將質(zhì)量屋加以改進并應用到矩陣化的FMECA中，同時將重要度的概念引入到危害度分析中，建立了車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型，對提高車輛器材裝備質(zhì)量管理水平具有重要的理論意義和應用價值。

QFD技術；FMECA模型；車輛器材裝備；質(zhì)量管理；重要度分析

1 引言

車輛器材裝備質(zhì)量的優(yōu)劣在我軍運輸保障工作中起著決定性作用。目前，車輛器材裝備技術含量越來越高，更新?lián)Q代頻繁，對車輛器材裝備質(zhì)量的管理監(jiān)控還沒有科學、合理的體系和方法。因此有必要引進先進的質(zhì)量管理技術和方法，建立更加科學合理、系統(tǒng)全面的質(zhì)量管理體系，形成質(zhì)量管理的長效機制，全面提高車輛器材裝備的質(zhì)量。

2 QFD與FMECA的基本概念

QFD（Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開技術）是一種以保障部隊需求為驅(qū)動的分析方法，即運用系統(tǒng)全面的方法來調(diào)查部隊的相關需求，并將其變更為零部件特性、裝備質(zhì)量、物資特性等技術需求信息，使其計劃生產(chǎn)的物資能夠滿足部隊的需求［1］。FMECA（Failure Modes Effects and Criticality Analysis，故障模式影響及危害度分析法）是一種先進的質(zhì)量管理方法，它通過分析產(chǎn)品中每一個可能的故障模式并確定其對該產(chǎn)品及上層產(chǎn)品的影響，以及把每一個故障模式按其影響的嚴重程度、故障模式發(fā)生概率與故障危害程度予以分離的一種分析技術［2］。QFD和FMECA的最終目的都是為了質(zhì)量的持續(xù)改進，將這兩種比較先進的質(zhì)量管理方法進行研究，結(jié)合應用到車輛器材裝備的質(zhì)量管理中，有助于提高我軍車輛器材裝備的質(zhì)量水平。

3 QFD與FMECA相結(jié)合的優(yōu)點

通過以上對QFD與FMECA的解析可以看出，如果將QFD與FMECA進行整合，能夠及時發(fā)現(xiàn)車輛器材裝備的質(zhì)量問題，兩者結(jié)合的優(yōu)點主要有以下幾個方面：

（1）通過QFD的逐級展開，不斷分解細化，可以確保FMECA盡可能完整的列舉出關鍵的故障模式，以便于進行分析。

（2）通過與QFD技術結(jié)合應用，F(xiàn)MECA的各因素重要度研究使故障分析更加定量化、具體化，以便更加系統(tǒng)地、有針對性地進行預防或改進。

（3）優(yōu)先進行QFD技術分析，有助于確定關鍵因素的質(zhì)量特性，分析其可靠性和安全性與生產(chǎn)模式之間的聯(lián)系，分析故障模式和部隊需求之間的聯(lián)系，可以減少在評價故障的嚴重性和發(fā)生可能性過程中的由于主觀因素產(chǎn)生的誤差。

（4）通過與FMECA相結(jié)合，QFD技術的分析模型按生產(chǎn)研制過程展開時，對不確定因素的分析更加全面，解決方法的選擇也更加具有針對性［3］。

4 車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型的構建與分析

通過上述的分析可以看出，將QFD與FMECA相結(jié)合運用，能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決車輛器材裝備質(zhì)量中的核心問題。因此，本文將兩者結(jié)合應用，建立了基于QFD的FMECA車輛器材裝備質(zhì)量管理模型。

4.1 模型的建立

FMECA分析法是通過研究FMECA表和危害度分析表來重點分析發(fā)生故障的模式、產(chǎn)生故障的原因和故障造成的影響，根據(jù)分析給出改進意見。本文將質(zhì)量屋加以改進并應用到FMECA中，同時應用矩陣化的FMECA法，并將重要度的概念引入到危害度分析中，建立了車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型。

4.1.1 改進的質(zhì)量屋。QFD技術的核心就是質(zhì)量屋。在實際應用中，一般采用簡化的質(zhì)量屋模型，包括“屋頂”、“天花板”、“房間”、“左墻”、“右墻”、“地下室”等幾部分。本文根據(jù)建模的需要對質(zhì)量屋進行了改進，建立了“雙廳式”質(zhì)量屋。“雙廳式”質(zhì)量屋就是將左墻面擴展為一個屋，形成如圖1所示的“雙廳式”質(zhì)量屋。“左廳”用來填寫故障原因，稱之為故障原因分析廳，“右廳”用來填寫故障影響，稱之為故障影響分析廳［4］。

圖1 “雙廳式”質(zhì)量屋

發(fā)生故障的模式填寫到“故障原因分析廳”中，即故障模式在“左墻”的位置，在“墻面”的位置對發(fā)生故障的模式和故障產(chǎn)生的原因進行相關性分析。尤其是對發(fā)生故障的共同模式和共同原因進行分析，即共模共因的分析，進一步認識故障發(fā)生的根本原因和潛在聯(lián)系。然后，結(jié)合故障所造成影響進行分析，根據(jù)每個故障模式對初始約定層次的物資產(chǎn)生的潛在影響，即最終影響。再依據(jù)嚴酷度等級進行分類，并將嚴酷度的等級填寫在“右墻”的對應位置。最后，在“屋頂”的位置對故障模式產(chǎn)生的局部影響、高一層影響和最終影響進行相關性分析，從而對故障模式造成的影響有個全面透徹的了解。

4.1.2 矩陣化的FMECA。矩陣化的FMECA能夠?qū)碗s的故障模式和影響因素轉(zhuǎn)化為簡單明了的圖示法列出，以便于進行相關性分析。其基本模式由圖2所示，垂直線是由被分析裝備的所有發(fā)生故障的模式組成，用Mi（i=1，2，…）表示。水平線則是由相應的故障模式可能產(chǎn)生的影響組成，用Ej（j=1，2，…）表示。

基本的矩陣模式建立后，首先從最低一級（零部件級）進行分析，再研究上一級組件級，直到最終的整個裝備系統(tǒng)。具體分析步驟為：①用“+”表示零部件的故障模式造成的所有故障影響；②用Mi表示第i種故障模式；③用Ej表示由Mi產(chǎn)生的故障影響，即第i種故障模式造成的第j個故障影響。

圖2 基本的矩陣格式

對于車輛器材裝備來說，第一級矩陣是零部件級，第二級矩陣是組件級，即由N個零部件串聯(lián)而成的組件的故障模式及其產(chǎn)生的影響，如圖3所示。在分析第二級矩陣時，零件1到N的故障影響轉(zhuǎn)化為第二級的故障模式。如果零件i（1≤i≤N）與零件j（1≤j≤N）發(fā)生故障的模式由同一故障影響產(chǎn)生，則在第二級的矩陣分析中仍當做一種故障模式進行分析。如果零件1到N的所有故障模式發(fā)生K種不同影響，則使組件級產(chǎn)生故障的原因有K種［5］。

圖3 第二級矩陣

依照上述方法對更高級以及整個裝備系統(tǒng)級矩陣進行逐級分析。在車輛器材裝備系統(tǒng)中，對矩陣進行逐級分析時，第一級為零部件級，第二級為組件級，中間級為裝置級，最高級為裝備系統(tǒng)，具體實施過程如圖4所示。

圖4 逐級分析的實施過程

4.1.3 重要度分析。重要度是指當一個零部件或者整個裝備系統(tǒng)發(fā)生故障時，對頂層事件發(fā)生概率的影響，是零部件的可靠性參數(shù)和裝備系統(tǒng)結(jié)構性參數(shù)的函數(shù)。對整個裝備系統(tǒng)的可靠性預測、運行維護、儲存管理都有著指導性作用［6］。

重要度分析是在危害度分析的基礎上又進一步分析了車輛器材裝備故障部位、故障模式和故障原因?qū)ρb備的重要性。有些部件雖然故障發(fā)生很多，但它對裝備的正常運行干擾影響不大，還有一些部件雖然不經(jīng)常發(fā)生故障，但一旦出現(xiàn)將對裝備正常運行的影響是決定性的。依據(jù)具體的分析對象，重要度有多種解釋［7］。本文綜合考慮各種情況，采用車輛器材裝備重要度等級分析，客觀、準確地反映每個部件對裝備的重要性。本文通過故障度和影響度來準確地分析計算重要度。

（1）故障度。車輛器材裝備故障度是一個復雜的問題，因此，綜合考慮故障率、故障的危害程度等對研究故障度具有重要意義。故障率是故障度的重要衡量因素，通常對故障率劃分為5類，即很高、高、一般、較低和很低，其加權值依次為5、4、3、2、1，用v來表示［8］。在具體的計算時可以這樣考慮：假設整個裝備系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的最大概率為p，最小概率為q，那么可以用下列公式對其進行計算。

危害度是指危害系統(tǒng)正常運行時故障出現(xiàn)的概率，本文將危害度也分為5類，即很高、高、一般、較低、低，其加權值分別為5、4、3、2、1。其計算公式為：

Cr—由于部件（子系統(tǒng)）r失效帶來的危害度；

αj—裝備第j種故障模式發(fā)生次數(shù)與裝備所有可能發(fā)生的故障模式數(shù)的比值；

βj—裝備第j種故障模式發(fā)生從而最終影響“初始約定層次”達到相應嚴酷度等級的概率；

λp—裝備在其使用階段內(nèi)發(fā)生的故障率；

下文的算法1中顯示了RAR的過程.在協(xié)議中，源節(jié)點初始化了數(shù)據(jù)包傳送過程.對于發(fā)射機，它檢查其位置是否為第一步.當發(fā)射機位于交點上時，會發(fā)生交叉模式.根據(jù)發(fā)射機的定位，發(fā)射機選擇一個方向進行發(fā)送.然后，轉(zhuǎn)到段模式進行轉(zhuǎn)發(fā).如果變送器位于路段上，則使用段模式.根據(jù)所提出的GOF算法，在所選擇的方向上逐跳地發(fā)送分組.特別地，如果沒有可用的鄰居，則發(fā)射機將攜帶分組，直到它接觸可用的中繼.該過程重復直到目的地接收包.兩種模式的細節(jié)描述如下.

kλ1、kλ2—考慮到工作應力與實際應力不同的基本失效率λ的修正系數(shù)；

t—裝備在使用階段的工作時間。

故障危害程度通常劃分為：重大危害、一般危害和輕微損害。對應加權系數(shù)分別為5、3、1。

故障度是綜合考慮了上述影響因素的結(jié)果，即：

（2）影響度。車輛器材裝備各子系統(tǒng)彼此之間的影響是相互的，因此也必須考慮到相互影響的問題，即：被其他子系統(tǒng)影響的程度ω。在具體的計算中，將其分為嚴重影響、影響、一般影響、低影響和很低影響，其加權值也分為5、4、3、2、1。假設被影響子系統(tǒng)最多的數(shù)為n個；被影響子系統(tǒng)最少的數(shù)為m個［9］。則可得到公式：

綜上，可以得到重要度的計算公式：

通過以上相關理論的分析，考慮車輛器材裝備的特殊性，建立車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型，如圖5所示。

圖5 基于FMECA的車輛器材裝備質(zhì)量管理模型

4.2 模型的分析

FMECA的最終目的是找出車輛器材裝備全壽命周期過程中潛在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出改進措施，以此來提高車輛器材裝備的質(zhì)量。通過危害度分析表的相關內(nèi)容和重要度的計算，可以確定影響處理器材裝備質(zhì)量的最關鍵因素，從而提出相應的改進措施，即為FMECA的結(jié)果。

5 實例驗證

對SX2150K牽引車的電控系統(tǒng)使用階段進行分析，制定出相應的改進措施，具體實施方法如下：

5.1 定義系統(tǒng)、確定其約定層次

本次分析確定的系統(tǒng)是牽引車系統(tǒng)下的電控子系統(tǒng)，約定層次分別為：“初始約定層次”為SX2150K牽引車；“約定層次”為電控子系統(tǒng)；“最低約定層次”為組成電控子系統(tǒng)的各零部件，如圖6所示。

圖6 SX2150K牽引車系統(tǒng)約定層次示意圖

5.2 建立SX2150K牽引車的電控系統(tǒng)的功能框圖和可靠性框圖

功能框圖和可靠性框圖如圖7、圖8所示。

圖7 SX2150K牽引車電控系統(tǒng)功能框圖

圖8 SX2150K牽引車電控系統(tǒng)可靠性框圖

5.3 進行重要度分析

在矩陣化分析的基礎上進行危害度及重要度分析。首先根據(jù)故障數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗確定電控系統(tǒng)的三個子系統(tǒng)控制模塊、傳感器、接頭線路的故障危害度分別為3、3、3；再根據(jù)故障數(shù)據(jù)及式（1）確定控制模塊、傳感器、接頭線路的故障率分別為3、5、3；同樣利用公式（1）進行計算得危害度分別為5、3、1。根據(jù)故障度計算公式得控制模塊、傳感器、接頭線路的故障度分別為：45、45、9。

影響度的定義是一個系統(tǒng)影響其他設備的程度，根據(jù)具體的故障數(shù)據(jù)以及操作使用人員的建議得出的控制模塊、傳感器、接頭線路影響的子系統(tǒng)數(shù)分別為：3、1、1，根據(jù)式（3）得影響度分別為：5、1、1。綜上，根據(jù)重要度的公式確定控制模塊、傳感器、接頭線路的重要度分別為：675、45、9。由此可見，控制模塊是電控系統(tǒng)的關鍵，提高其性能對提高電控系統(tǒng)的可靠性至關重要。

5.4 結(jié)果分析

通過分析確定控制模塊是影響電控系統(tǒng)的關鍵部位。再依據(jù)系統(tǒng)的約定層次、功能框圖、可靠性框圖及FMECA分析表（表2），確定影響控制模塊的關鍵部位為CPU集成電路和電位器。CPU集成電路直接影響控制模塊的工作，進而影響電控系統(tǒng)的工作狀況，由于CPU集成電路是集成在電路板上的，一旦損壞無法修復只能更換，針對此問題需要加強檢測，并多存?zhèn)浼浑娢黄髫撠熛蛳到y(tǒng)報警，如果不能及時報警則會燒毀電路，造成較大的損失，針對此故障建議設置冗余儲存，以提高其可靠性。

表1 故障數(shù)據(jù)

表2 矩陣化FMECA分析表

6 結(jié)語

本文根據(jù)車輛器材裝備質(zhì)量全壽命管理的特殊性，將質(zhì)量屋加以改進并應用到矩陣化的FMECA中，建立了車輛器材裝備質(zhì)量管理的FMECA模型。通過對危害度分析表和重要度的計算，確定了影響車輛器材裝備質(zhì)量的最關鍵因素和最薄弱環(huán)節(jié)，從而提出相應的改進措施，大大地提高了車輛器材裝備質(zhì)量管理水平。

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Study on Application of QFD-based FMECA Model in Vehicle Materials Quality Management

HeJian1，ZhangDapeng2，ZouraoBangyan1，QianRenjun1
（1.GraduateStudentManagementBrigade，MilitaryTransportationAcademy，Tianjin 300161；2.DepartmentofMilitaryVehicle，MilitaryTransportationAcademy，Tianjin 300161，China）

In this paper，we analyzed the advantage of combining the QFD with the FMECA，modified the house of quality and applied it to the matriculated FMECA，and then introduced the concept of importance into the effect analysis to build the FMECA model for the qualitymanagementofvehiclematerialsandequipment.

QFDtechnology；FMECAmodel；vehiclematerialsandequipment；qualitymanagement；importanceanalysis

TJ810

A

1005-152X（2016）05-0164-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.05.036

2016-04-16

何健，男，軍事交通學院碩士研究生。