P-FMEA在軌道車輛制造業過程設計開發中的應用研究

任東軍

（長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司，吉林 長春 130062）

1 P-FMEA與過程設計開發介紹

P-FMEA是利用表格進行工程分析，使其在設計早期發現潛在缺陷及其影響程度，并及早進行解決，以避免失效的發生或降低其發生時產生的影響，于1975年在波音提出，1963年被NASA在航空領域應用，1980德國推出相關的DIN25448，1998年AIAG手冊發行，2019年AIAG和VDA聯合發布AV-FMEA手冊，或稱紅藍手冊。我國則對應發布了GB/T 7826-2012以支持FMEA在工業領域的應用。過程設計開發（簡稱PrcD）也是隨著ISO/TS22613體系而引入我國鐵路制造業，P-FMEA作為過程設計開發的一項核心工作，從過程設計開發的輸入一直持續到驗證與確認，緊密相關。

依據對鐵路制造行業的調查，目前我國鐵路制造各企業在進行PrcD時，僅是簡單地將P-FMEA分析作為PrcD的一個獨立子任務包而完成，并未將P-FMEA貫穿整個PrcD工作，其后果是決策基于經驗而非基于風險數據，企業絕大多數陷入為分析而分析，為使用工具而使用工具，為體系認證而認證的怪圈，浪費大量的人力物力。

2 P-FMEA應用介紹

2.1 成立團隊

2.2 確定P-FMEA分析對象

在PrcD階段，TE技術人員根據該產品的工序清單，確定初始P-FMEA的過程對象，形成初始P-FMEA清單。首車試制階段，TE技術人員根據初始P-FMEA清單，確定P-FMEA的過程對象，形成P-FMEA清單。序列化生產階段，FMEA小組需根據已經發生的失效模式，對未失效過程進行潛在失效模式分析。根據已發生失效的過程，更新P-FMEA清單。

2.3 確定過程風險及失效模式

由于P-FMEA是基于數據的風險分析工具，FMEA小組需要知道過程存在哪些風險。目前，業內多采用頭腦風暴和群體決策等手段搜集風險，但其缺點明顯，即企業風險分析工作沒少做，但生產過程和產品總是出現意外風險。

依據PMP項目管理對風險的定義，風險從發生的概率和后果分為已知-已知風險、已知-未知風險、未知-已知風險和未知-未知風險四類。

對已知-已知風險，通常由企業的知識管理體系主導收集，包括但不限于以下幾項：以往P-FMEA文件；以往項目總結；NCR報告；8D報告；現場故障報告；顧客投訴單。

對已知-未知風險和未知-已知風險，通常由PFMEA工程師從以下方面搜集：D-FMEA；工序清單；過程流程圖；關鍵工序清單；部件關鍵特性表；交付質量驗收清單或失效模式清單。

2.4 潛在失效模式后果及原因分析

常見的失效模式可以按6個維度進行分析：不滿足合同要求、技術文件要求、法律法規、相關行業標準、下道工序要求，以及過程參數失效。

對于最終顧客來說，失效的結果應采用產品或系統的性能來描述（例如：噪音；粗糙；異味；工作減弱；不穩定；泄漏；外觀不良；返工/返修；車輛控制減弱；報廢，等）。

術后的腸鳴音恢復時間、肛門排氣時間、排便時間和胃管留置時間，觀察組均明顯比對照組更短，均差異有統計學意義（P<0.05）。見表2。

如果顧客是下一道工序或后續工序/工位，失效的后果應用過程/工序性能來描述（例如：無法緊固；不能配合；無法鉆孔/攻絲；不能連接；不匹配；損壞設備；危害操作者，等）。

FMEA小組同時需要對潛在的失效模式進行原因分析。分析工具包括但不限于以下幾項：QFD；FTA；QC七大手法；8D；頭腦風暴；專家判斷/會診；以往P-FMEA經驗數據。

2.5 量化風險及分級控制

FMEA小組根據上述失效模式發生頻度（O）、嚴重度（S）及探測度（D）計算每一失效模式的風險優先數，風險優先數計算公式：

關于S值，O值，D值的確定，既可以是FMEA小組進行多輪打分確定，也可以是FMEA工程師參照現有的評價指南進行確定，如果企業建立了P-FMEA分析軟件，則可以通過軟件來進行打分。

同時，FMEA小組需要建立一個預防/糾正措施的優先體系。當出現S值是9或10時即使其RPN值很小，也要制定改進措施。如一個過程有多種失效模式，先對S值為9或10的失效模式制定改進措施，再考慮該過程的其他失效模式。

FMEA小組可以將以往項目相似的P-FMEA的改進措施進行評估，納入新項目P-FMEA分析文件中。

FMEA小組可分別從降低S值、O值、D值方面制定改進措施。改進措施要按“嚴重度→頻度→探測度”順序以降低其風險級別。實施相關改進措施和方案包括但不限于：改進工裝工具設備；改進工藝方法；改進設計；改進生產操作；增加監測控制點；防錯。

FMEA工程師可采用以下幾種方式來驗證措施得到實施，包括但不限于以下內容：保證過程/產品要求得到實現；評審工程圖樣、過程/產品規范以及過程流程；確認這些已反映在裝配/生產文件之中，并執行；評審作業指導書和其他過程控制類文件。

2.6 動態更新P-FMEA

在實施改善措施后，FMEA小組需根據實際情況重新評估RPN值。

對于實施改善后的RPN值或單項S值、O值、D值仍在不可接受范圍內，或風險發生的情況，要進行記錄，并在項目執行時重點監控。

如所識別的風險在執行改善措施后，對車輛產品仍有重大影響，由TE技術人員將該風險作為項目風險，提交到項目風險管理小組進行風險管理。

當項目實際過程發生失效時，FMEA小組可查閱以往FMEA文件，若找到相同的失效模式、原因或影響時，可應用已分析過的改進措施；否則更新現行FMEA文件。

TE技術人員應不斷累積FMEA文件，并加以整理匯編成技術資料數據庫，作為FMEA工程師參考資料和培訓教材。

3 過程設計開發PrcD中應用P-FMEA

PrcD是TE技術人員依據產品與項目的要求，在一定時間內至少完成產品生產制造測試的工作策劃和資源保障工作。PrcD的輸出通常包括：合同需求清單，產線工序清單，M-BOM，工藝裝備需求清單，工藝流程，產線布局，作業指導書，P-FMEA文件，培訓需求，工裝工具，試驗報告，及調試完成的軌道車輛。PrcD工作的績效包括有效果和高效率兩個維度，其中高效率為工作管理績效，而有效果則為工作質量績效，其衡量的方法是產品和過程達到質量驗收標準和滿足顧客需求。

依據ISO22163體系要求，PrcD的輸出眾多，但其核心是提供合適的人、機、料、法、環、測（5M1E）以保證產品和過程達到質量驗收標準和滿足顧客需求。因此，PrcD的風險也可以歸結為：不合適的5M1E（單因素或多因素）導致產品、過程未達到質量驗收標準或無法滿足顧客需求，這也是P-FMEA的風險類別和風險原因。

以新加坡地鐵項目某工序P-FMEA分析為例，會存在一種失效模式，其改善措施是通過提升Machine因素，即通過制作工裝、購買工具和設備而降低風險。在Material方面可通過防止物料損傷的產品防護等降低風險。在Man方面通過技能理論培訓，實作培訓，考試，定期試樣制作等降低風險。在Method方面通過工藝過程驗證試驗降低風險。在Measurement方面通過購買高精度計量器具和試驗儀器來降低風險。

因此，組織可以通過P-FMEA分析→風險決策→5M1E保障及改善的思路落實ISO22163中“基于風險的決策”思想。這在進行PrcD時，也極大地減少了重復工作和經驗主義，提升效率。

4 P-FMEA軟件信息化分析

由于P-FMEA是基于數據的風險分析工具，其自身具有先天的軟件開發優勢。因此，汽車行業應用逐漸成熟。但對于軌道交通制造行業，由于FMEA應用起步晚，很多企業并無相關的P-FMEA案例積累，同時由于在風險量化打分時，軌道交通制造業與汽車行業的巨大差異，無法用大數據及數據回歸分析等手段進行自動評分。

目前，我國軌道交通制造業發展迅猛，已經對西門子和阿爾斯通等歐洲鐵路巨頭造成壓力，國外軟件因市場壁壘而無法購買。而國內的軟件則大多數由汽車行業軟件改版而來，應用上與軌道交通行業要求差異巨大。作者所在企業采取的信息化戰略則很好地支持了P-FMEA的軟件信息化，并結合公司其他信息化平臺系統進行了接口和二次開發。因此，企業應選擇自主開發戰略，建立有企業自主特色的P-FMEA軟件。而對于體量較小的公司，則可以選擇“智豬博弈”策略來發展自身的信息化。

以本公司新加坡地鐵項目為例，企業基于龐巴迪的產品管理體系，建立了基于產品的PBS（Product breakdownstructure）編碼管理的軟件開發系統，以方便數據的歸集和檢索。而在SOD打分評價上，該系統采用了FMEA團隊綜合打分法和歷史評分推薦法兩種算法進行FMEA評分。該系統具備深度學習的功能，可自動累積失效模式，建立失效模式數據庫，并定期對失效模式進行評審和編碼。通過該軟件，極大地提高了整個FMEA團隊的效率，并提升了風險評價的準確率，從而更有效地降低風險控制成本。

5 結束語

本文以新加坡地鐵為例，通過梳理P-FMEA的應用過程，過程設計開發的績效與輸出以及過程設計開發與P-FMEA之間的關系，建立了以5M1E識別風險類別的思路。建立起P-FMEA與過程設計開發互為補充和支持的關系，從而滿足ISO22163標準中“基于風險的決策”要求。通過該方法，企業可以有效地避免文案工作和浪費人力物力，真正提升企業對風險的管理能力和過程設計開發水平。這為軌道車輛行業需要通過ISO22163體系認證和提升管理水平的企業提供了借鑒。