淺談PFMEA在缸蓋加工的應用

賴智宇 鄭文清

【摘 要】FMEA是潛在失效模式和后果分析的簡稱，分為設計FMEA和制造過程FMEA，其目的是發現和評價過程中潛在的失效及其后果，找到能夠避免或減少這些潛在失效發生的要因，將上述整個過程文件化。文章就制造過程FMEA（PFMEA）在現場問題解決及工藝優化中的應用展開分析，探究如何不斷提升制造質量，推動持續改進。

【關鍵詞】PFMEA；缸蓋；應用

【中圖分類號】TN405 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）05-0105-03

0 前言

PFMEA是一種系統化的可靠性定性分析方法，通過對系統各組成部分進行分析，發現、評價產品/過程中潛在的失效模式，查明其對系統的影響程度，以便采取措施進行預防的分析方法[1]。

1 PFMEA的應用

1.1 使用策略

PFMEA的應用所遵循的基本策略：通過回顧目標工位PFMEA，系統性地分析RPN值降低的有效途徑，并確定改進目標；確定目標后開展措施探索及可行性分析，推動并跟蹤合理措施的實施；對取得的成效進行總結和匯總，重新評估發生頻度、探測度等，并得到新的RPN值；鞏固已有成效，更新、優化PFMEA，推動持續改進。依靠以上策略探究，發現問題，并解決問題，逐步實現加工工藝優化、制造質量改進等目的。

1.2 質量問題解決

1.2.1 問題描述及分析

柳州某發動機工廠二三期缸蓋車間自Turbo改造SOP后，陸續收到下游客戶（裝配線）反饋缸蓋底面（燃燒室面）劃傷、壓傷引起長缸體泄露問題，平均達2臺/班次。運用PFMEA工具分析底面劃傷的失效模式，潛在風險為缸蓋密封區密封不良，發動機泄漏，嚴重度等級（S）為7；問題件數量達1 211臺/月，結合產量信息，該問題頻度（O）為6，生產線通過下線100%目視檢查控制，該控制方法探測度（D）為8，導入公式：

RPN=S×O×D（1）

式（1）中：RPN為風險順序數；S為嚴重度等級；O為問題頻度；D為探測度。

該問題風險系數RPN[2]達336，查詢風險矩陣，該問題風險優先級為1，亟須攻關解決。針對失效原因制定對策降低問題發生頻度，將頻度降低至4，可有效地降低RPN值。

1.2.2 潛在要因分析

利用“人、機、料、法、環 ”、魚骨圖&關聯圖對潛在要因進行分析，確定清洗機夾緊機構異常、輥輪質量缺陷、輥道清潔度差3個關鍵要因（如圖1所示）。

（1）清洗機夾緊機構異常。工作臺定位面平面度超差，鋁屑掉落無法及時排出；零件壓緊機構垂直度、平行度超差，導致零件非正常狀態夾緊。

（2）輥輪質量缺陷。問題輥輪鉻鍍層與基體結合不致密，使用過程中部分鉻鍍層破損脫落，破損區周邊不規則受力，形成尖銳突起毛刺。

（3）輥道清潔度差。保證定位精度，該工廠諸多工位采用將零件頂起夾緊的方式固定零件。夾緊過程中零件震動，導致水道內鋁屑震落堆積在定位面，引起壓傷。

1.2.3 措施實施

針對要因分別制定措施（見表1）。

措施實施后，缸蓋底面劃傷問題得到有效遏制，問題發生概率由原來最高時產量的4.5%降低至0.4%，長缸體泄露問題也由平均2臺/班次降低至0.2臺/班次。按照該企業GMS/CI.03節約效益換算標準，減少零件報廢、停機及返修浪費共計31.85萬元/年（如圖2所示）。

1.3 優化加工工藝

1.3.1 問題描述及分析

某工廠缸蓋機加工線對凸輪軸瓦蓋（含大蓋總成、止推蓋、非止推蓋3種）工藝設計同一工位（OP150）人工安裝，由于止推與非止推2種蓋子結構差異較小，所以存在錯裝風險。與此同時，其控制方法為后工位100%目視檢查，探測度較低，錯裝問題件極易外流。根據調查發現，該工廠凸輪軸抱死引起的客戶退回事件約2起/月，瓦蓋錯裝問題占比達50%。運用PFMEA對該問題進行評估，瓦蓋錯裝將引起發動機凸輪軸抱死，嚴重度等級（S）為8，通過后工位100%目視檢查探測度（D）為8，帶入公式（1），風險系數RPN為256，查詢風險矩陣，該問題風險優先級為1。針對失效原因制定對策，提升問題探測度，在無法消除差錯的前提下，需及時發現、糾正，防止差錯形成缺陷[3]。

1.3.2 控制策略評估

對比2種瓦蓋結構上的差異，如圖3所示，止推蓋（②）止推面為加工面，粗糙度控制為0.8，非止推蓋（{1}）對應位置為鑄造成型，粗糙度為3.2，存在明顯的差異點。止推蓋頂面（紅圈處）有凹槽，而非止推蓋沒有。基于上述差異，分析制定粗糙度差異防錯、頂部探測防錯2種不同的控制策略。

（1）粗糙度差異防錯。對粗糙度在線測量可行性評估，瓦蓋止推面寬度為4 mm，查詢粗糙度檢測截止波長標準（如圖4所示），0.1～2.0區間，濾波為0.8，最小測量長度為4.8 mm，考慮邊緣效應最小評價長度為4 mm，且該工位在線工件定位精度有限，無法保證測針測量要求，策略可行性低。

（2）頂部探測防錯。如圖3所示（畫圈處）瓦蓋頂面止推蓋有凹槽，若設計物理探針接觸感應，可準確地判別瓦蓋類型，從而實現錯裝預防。當前，該工位節拍為86 s，僅剩余6 s節拍，需重點考慮節拍問題，將小蓋頂部探測工裝集成在現有工序。在大蓋類型檢測處增加探針，同步檢測小蓋類型，無需增加該工位的生產節拍，且擰緊設備間的空間足夠，策略可行性高。

2 控制策略實施

基于上述分析，選定瓦蓋頂部探測防錯作為凸輪軸小蓋安裝的控制策略，設備建造完成投產后，瓦蓋錯裝風險探測度取值降低至3，風險系數RPN降為96，風險優先級降為2。連續跟蹤1年，未發生客戶關于瓦蓋錯裝的反饋，減少零件及返修費用共計2.02萬/年。優化后的工藝流程圖如圖5所示。

3 總結

PFMEA可廣泛應用于模具試制、新零部件量產、客戶關注問題及生產質量問題等方面。使用時基于PFMEA應用的基本策略，結合“人機料法環”原則、“魚刺圖”等質量工具，可有效地解決缸蓋加工中的質量問題，優化加工工藝，降低制造成本。PFMEA是個動態過程，需要不斷地總結和回顧，不斷發現、解決新的高風險問題，推動持續改進。

參 考 文 獻

[1]王大明，梁賀，賴智宇，等.淺議PFMEA在實際生產中的有效運用[J].裝備制造技術，2009（11）.

[2]袁浩，王學敏，劉文浩.過程潛在失效模式與影響分析在汽車白車身制造中的應用[J].汽車工藝與材料，2014

（7）：36-41.

[3]陳麗華，周炳海.PFMEA與防錯技術在汽車行業中的應用[J].機械制造，2007，45（9）：61-64.

[責任編輯：陳澤琦]