基于高風險FMEA管控機制的風險評估方法

儲祥偉 陳丹丹

（上汽通用汽車有限公司，上海 201201）

主題詞：FMEA 汽車制造 RPN 風險評估等級

1 前言

隨著現代科學技術的發展以及全球工業化進步，客戶對汽車產品的質量要求也越來越高，甚至提出了零缺陷的要求，這就需要企業不斷完善自身的質量管理體系。在質量管理科學理論逐步完善的今天，從以往的事后補救，向事前預防逐漸轉變。事前行為可以帶來各種好處和優點，例如降低生產成本、報廢率，減少產品缺陷和客戶抱怨等。但是如何全方位分析產品的失效模式以及其產生原因，從而達到有效預防呢？失效模式與后果分析(FMEA)作為一種預防性的質量工具，可以很好地管理產品的失效模式及生產質量風險[1]。

FMEA是通過對可能發生的失效模式進行分析與判斷，對其可能造成的后果定性分析，并根據風險的大小，采取有針對性的改進，從而降低產品設計和制造過程的風險。高大偉[1]研究過PFMEA在汽車制造方面的應用，能幫助工廠預先發現潛在的高風險失效模式，從而采取相應的措施以降低風險。

使用FMEA這一工具主要分為6個步驟，即定義范圍、結構分析、功能分析、失效分析、風險評估和改進優化。從PFMEA的角度看，定義范圍是為了描述制造過程中所有產品及制造過程；結構分析是識別并分解制造過程、過程步驟和作業要素；功能分析是確保產品/過程的預期功能/要求得到適當分配；失效分析是識別失效原因、失效模式及失效影響；風險評估目的是評估嚴重度、發生度和不可探測度，并優先考慮采取行動的必要性。改進優化是落實降低風險的行動并評估這些行動的有效性，從而將產生不符合客戶利益和相關方期望的產品風險降至最低。

2 FMEA風險評估方法

2.1 傳統風險評估方法RPN

根據第四版FMEA參考手冊[2]，RPN是失效模式的嚴重度(S)、發生度(O)和不可探測度(D)的乘積，見公式（1），這三個參數S、O和D可以被賦值為1到10，RPN最終數值范圍是1到1 000。

嚴重度(S)由失效模式對客戶產生的影響決定，數值越高，影響越大。發生度(O)反映了特定原因發生的可能性，非常可能發生打10分，幾乎不可能發生打1分。不可探測度(D)是當前的設備/人員測探出失效發生的能力。當幾乎探測不出失效的發生時打10分，當失效模式很容易探測時打1分。然而在實際RPN的應用過程中，RPN出現了好很多不合理的地方[3-4]，主要有：

(1)不切實際地假設RPN中3個要素是相同權重的；

(2)出現相同RPN值時，需要進一步評估；

(3)FMEA團隊成員之間的評級可能不一致；

(4)單一乘積排序缺乏科學依據。

2.2 改進的風險評估方法

由于RPN在FMEA使用過程中出現了很多客觀制約影響，許多FMEA使用者對此提出疑義并做出相應改進措施。在最新的FMEA參考手冊[5]中已經不再采用RPN的做法，改為行動優先級(AP,Action Priority)。AP表為FMEA團隊提供S、O和D數值的1 000種所有組合的邏輯細節，可以根據每個S、O和D數值和這些值的組合的單獨評估來確定行動的優先次序，以確定可能的行動需求。AP值分為3個等級，分別為

(1)優先級高AP=H：必須采取一定措施；(2)優先級中AP=M：應該采取一定措施；

(3)優先級低AP=L：FMEA團隊決定后續措施。

表1 行動優先級AP表[5]

Sankar[6]等在傳統的RPN方法上進行了優化。他們擴展了S-O-D的數值范圍，從原來的1到10分擴展到1到100分甚至更多。最終得到的RPN值等級越高的失效優先級越高。這種方法解決了傳統RPN技術的一些缺點。

陳政平[7]等提出了定性與定量相結合的風險評估方法。首先，優先將嚴重度為9&10分的失效模式作為高風險項，必須通過改進措施降低該風險的；對于嚴重度低于9分的失效模式，將該失效模式所有項目的失效概率乘以相應費用損失，即費用損失期望值，根據期望值的高低排序，采取相應的控制措施或預防手段。該方法操作簡單，現場工作人員即可完成，具有較強的實用性，但是對費用方面的計算比較費時費力，效率不高。

Pelaez C E等人[8-11]提出了基于模糊算法的FMEA風險等級評估，借助模糊集合的基本概念或連續隸屬度函數的理論，將FMEA定量分析過程中的3因素模糊化，然后通過確定專家權重以達到主觀量化模糊語言的目的，最后再將模糊數清晰化得到新的失效模式風險排序。該方法充分考慮到S、O、D各自所占有的權重，即使在相同RPN值的情況下，也能區分風險程度的差異，并且降低了個人主觀因素對打分結果的影響，更加客觀地評估風險等級。

2.3風險評估等級Risk Priority Level（RPL）

最近幾年，汽車行業對于法律法規及安全等要求尤為重視，需要對嚴重度9分和10分的條目重點看待，由此某汽車公司采用RPL來進行風險分析。RPL跟AP表相似，S、O和D的數值確定后，就可以輸出RPL數值。根據圖1 RPL判定矩陣分別算出嚴重度S-發生度O邏輯矩陣數值(即SxO)與嚴重度S-不可探測度D邏輯矩陣數值(即SxD)，然后對照表2，根據上述步驟得出的S、SxO與SxD的數值，得出RPL值。圖1與表2中的數字是根據工程經驗的來的，可根據當前產品特性/制造工藝過程等需求做出修正。

圖1 某汽車公司RPL判定矩陣，SxO和SxD

所有的失效模式的風險順序數分為4個等級，分別為 RPLS、RPL1、RPL2，RPL3。其中 RPLS和RPL1是高風險項，FMEA團隊必須對這些FMEA項目補充建議措施并組織實施，或者由管理層審核并確定目前的措施是適當的。一般情況下，RPLS的條目都是涉及安全和法律法規等，需要優化產品設計來降低風險。RPL2和RPL3的FMEA條目是中等風險，由FMEA團隊決定是否做出適用的探測和預防措施。

表2 RPL判斷方法

該汽車公司也開發出一套相應的FMEA管理機制與RPL相適用，即RPLS/1問題上升機制，以PFMEA為例，主要的工作流程如圖2所示，首先FMEA團隊針對某款汽車生產線的所有工藝過程完成FMEA分析前4個步驟，即定義范圍、結構分析、功能分析和失效分析，生成該車型生產過程的FMEA知識庫。然后工藝模塊的制造工程師對這些FMEA條目做風險評估，并整理出高風險項目清單，然后與投產工廠對應的體系工程師召開PFMEA研討會，對高風險項提出預防/探測等措施，如果某些PFMEA風險等級下降了則反饋到PFMEA知識庫；如果當前無適當的預防/探測等措施來降低風險等級，則需要整理出這些風險項的清單，其中，RPLS條目需要由產品工程領導層及制造工程領導層共同審核，商議出后續改進措施，RPL項目只需制造工程領導層審核并商議后續措施。

圖2 某汽車公司PFMEA風險分析管理制度

這一套FMEA管理機制與RPL風險評估方法相輔相成，對不同風險等級的FMEA條目區別對待，并采取適當的處理辦法。對于高風險項，還重點突出安全和法律法規相關條目(即RPLS條目)，并且強制要求產品部門參與風險評估，這樣更有利于從產品設計端降低風險等級，真正意義上從事后補救，向事前預防轉變。

3 RPL應用實際案例

某白車身的車門有一個機器人自動涂折邊膠的工藝，根據FMEA的分析步驟，FMEA團隊人員編制出自動涂折邊膠FMEA文件(表3)，其中嚴重度S=7，發生度O=4，不可探測度D=7，根據圖1和表2計算得出RPL=1，屬于高風險項。FMEA團隊必須對此條失效模式補充建議措施并組織實施。通過PFMEA研討會，提出過程改進措施，即新增涂膠拍照功能，增強了探測手段，降低不可探測度分值，最終將不可探測度由7分降低到3分，且RPL值由1降低到2，切實降低了該工藝給生產帶來的質量風險（表4）。

理論與實踐證明，RPL方法對FMEA風險評估做出了詳盡的步驟與要求，在大大提高FMEA團隊工作效率的同時，能夠快速找到高風險項，這是RPN無法做到的。

表3 某工位自動涂折邊膠FMEA文件

表4 某工位自動涂折邊膠FMEA文件(改進后)

4 結論

本文論述了FMEA傳統風險分析方法存在的缺陷，且調研了目前較為流行的幾種風險評估方法，且提出了一種更為高效的風險評估策略，即RPL打分制度，解決了傳統RPN方法中存在的RPN值不連續、同一個RPN值有多重含義、S、O、D權重分配不合理等問題。RPL給FMEA團隊提供了更加客觀、準確的風險評估結果，且存在一套合理的FMEA風險管控機制，對不同風險等級區別對待并采取適當的措施，這樣就能保證產品質量的前提下，極大地縮短工作周期，快速響應市場需求。實踐證明，該方法具有較強的工程實用性，值得推廣。