PFMEA在整車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

柳雅琪 潘江如 黃卉 王博

摘要：新車(chē)型在設(shè)計(jì)過(guò)程中要進(jìn)行DFMEA分析，批產(chǎn)車(chē)型在生產(chǎn)過(guò)程中要進(jìn)行PFMEA分析。在批量生產(chǎn)過(guò)程中采用FMEA工具進(jìn)行分析，可以有效降低整車(chē)在裝配中存在潛在失效風(fēng)險(xiǎn)，保證高節(jié)拍正常生產(chǎn)，同時(shí)降低產(chǎn)品返工率。本文是基于PFMEA“六步法”，對(duì)批量生產(chǎn)過(guò)程中整車(chē)變速箱裝配工藝進(jìn)行分析，主要風(fēng)險(xiǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱型號(hào)不匹配及高精槍打緊離合器缸螺栓扭矩不符合要求。通過(guò)開(kāi)發(fā)防錯(cuò)裝軟件、使用套筒選擇器有效降低探測(cè)度，降低失效后果。

Abstract： New models must be analyzed by DFMEA during the design process， and PFMEA analysis must be performed during the production process for mass-produced models. The use of FMEA tools for analysis in the mass production process can effectively reduce the potential failure risk of the whole vehicle in the assembly， ensure the normal production of high cycle times， and reduce the product rework rate at the same time. This article is based on the PFMEA "six-step method" to analyze the assembly process of the vehicle gearbox during mass production. The main risks are the mismatch of engine and gearbox models and the high-precision gun tightening the clutch cylinder bolt torque does not meet the requirements. Through the development of error-proof installation software and the use of sleeve selectors， the detection degree is effectively reduced and the consequences of failure are reduced.

關(guān)鍵詞：FMEA;生產(chǎn)裝配;風(fēng)險(xiǎn)

Key words： FMEA;production assembly;risk

中圖分類(lèi)號(hào)：F273.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）18-0061-03

0? 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，潛在失效模式及后果分析），是通過(guò)對(duì)可能發(fā)生的失效模式進(jìn)行分析與判斷其可能造成的后果而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)程度的一種量化的定性分析計(jì)算方法，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小，采取有針對(duì)性的改進(jìn)，從而降低產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)成一種實(shí)現(xiàn)預(yù)防并實(shí)施改進(jìn)措施的方法工具。

FMEA是工業(yè)界最常用的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防性分析工具，用表格的方式全面地協(xié)助工程師進(jìn)行分析，使其在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡早發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)/缺陷及其影響程度，并提出解決措施，避免失效的發(fā)生，或者設(shè)計(jì)探測(cè)措施，在某些失效發(fā)生后，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)它，避免影響范圍擴(kuò)大，提高系統(tǒng)的可靠度。PFMEA（Process FMEA，過(guò)程FMEA）就是考慮整個(gè)生產(chǎn)裝配中的過(guò)程流，進(jìn)行潛在風(fēng)險(xiǎn)分析，進(jìn)而給出合適的控制措施，保證生產(chǎn)過(guò)程能完全滿足需求以達(dá)到每個(gè)工步設(shè)計(jì)時(shí)的產(chǎn)品特性要求以及生產(chǎn)安全，將“零失效”的產(chǎn)品交付給客戶。PFMEA是在假定產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足要求的前提下，查驗(yàn)產(chǎn)品和系統(tǒng)制造中所有過(guò)程的過(guò)程要求影響因素。在此過(guò)程中，會(huì)查驗(yàn)可能出現(xiàn)的偏差，并應(yīng)采取措施以確保過(guò)程和所需產(chǎn)品特性的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于制造車(chē)間說(shuō)，PFMEA文件需要根據(jù)工藝調(diào)整，零件試裝投產(chǎn)，客戶抱怨而不斷優(yōu)化，達(dá)到穩(wěn)定工藝過(guò)程，提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1? FMEA分析流程

FMEA分析步驟主要包括6個(gè)部分，分別是：

①定義范圍，包括確定哪些過(guò)程需要分析，成立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)確定能使用的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和決策。本項(xiàng)目主要分析桑塔納汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱連接工藝，成員主要包括項(xiàng)目規(guī)劃員、PFMEA協(xié)調(diào)員、制造過(guò)程工程師、質(zhì)量工程師、物流工程師、車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)高級(jí)工等相關(guān)人員。

②結(jié)構(gòu)分析，主要是識(shí)別并分解制造過(guò)程、過(guò)程步驟和作用要素;為結(jié)構(gòu)分析、功能分析提供基礎(chǔ)。本項(xiàng)目主要生產(chǎn)過(guò)程為變速箱/發(fā)動(dòng)機(jī)拿取、放置;離合器工作缸螺栓打緊。

③功能分析，主要目的是過(guò)程功能概述性描述;使用流程圖或功能網(wǎng)（基于結(jié)構(gòu)分析）建立可視化過(guò)程功能;將特性與功能、功能與過(guò)程元素進(jìn)行關(guān)聯(lián)，是失效分析的基礎(chǔ)。結(jié)合本項(xiàng)目生產(chǎn)工藝，零件拿取、放置過(guò)程中需保證型號(hào)正確、無(wú)磕碰，螺栓打緊過(guò)程中選取的螺栓及高精槍型號(hào)正確等。

④失效分析，主要目的是為過(guò)程項(xiàng)目、過(guò)程步驟和作業(yè)要素的每個(gè)功能建立失效鏈;失效分析對(duì)過(guò)程中每個(gè)元素/過(guò)程步驟進(jìn)行失效描述，它是FMEA記錄失效的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目中主要存在的失效原因有：操作人員識(shí)別方法不正確、工藝卡未規(guī)定、啟動(dòng)按鈕誤觸等;失效模式有：變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)不正確、人員識(shí)別方法不正確、螺栓打緊扭矩不符合控制要求等;失效后果：括變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)錯(cuò)裝、高精槍報(bào)警在線返工。

⑤風(fēng)險(xiǎn)分析，主要目的是預(yù)防控制措施、探測(cè)控制措施，評(píng)估每個(gè)失效鏈的嚴(yán)重度、發(fā)生度、探測(cè)度，用數(shù)字1-10表示。風(fēng)險(xiǎn)的判定，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN）的大小確定。RPN由發(fā)生度、嚴(yán)重度以及探測(cè)度3項(xiàng)指標(biāo)的乘積構(gòu)成，即：風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN）=發(fā)生度（O）×嚴(yán)重度（S）×探測(cè)度（D）。如變速箱打緊工藝，在拿取發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的過(guò)程中，潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)是2個(gè)零件型號(hào)不匹配，此失效后果導(dǎo)致的嚴(yán)重度為8，發(fā)生度為5，可探測(cè)度為7，RPN=280，即該過(guò)程存在嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，必須進(jìn)行改進(jìn)。

⑥優(yōu)化措施，主要目的是確定優(yōu)先級(jí);結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣（一種有效的風(fēng)險(xiǎn)管理工具，以嚴(yán)重度、發(fā)生度分別為橫縱坐標(biāo)，對(duì)各種失效模式進(jìn)行優(yōu)先等級(jí)劃分，應(yīng)用于潛在風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估），進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)落入紅色區(qū)域的高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，必須提出使風(fēng)險(xiǎn)最小化的建議措施并實(shí)施，同時(shí)評(píng)價(jià)其有效性;黃色區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，小組內(nèi)部討論是否需要采取措施。均在紅色區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，嚴(yán)重度高的項(xiàng)目?jī)?yōu)先考慮改進(jìn)措施，頻度高的項(xiàng)目次之，最后考慮探測(cè)度及成本。

2? 案例分析

本項(xiàng)目分析的“PFMEA在整車(chē)變速箱裝配過(guò)程中的應(yīng)用”，是基于整個(gè)生產(chǎn)裝配中的過(guò)程流，進(jìn)行了潛在風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)工廠生產(chǎn)線各關(guān)鍵工序進(jìn)行PFMEA分析全覆蓋的背景下，進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵崗位分析。此項(xiàng)目分析出了該崗位存在的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)情況，從探測(cè)角度提出了控制措施，并從可靠性、經(jīng)濟(jì)性等各角度選擇了最優(yōu)控制方案，最終投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了有效控制，真正意義上體現(xiàn)了PFMEA分析工具的價(jià)值。

2.1 分析潛在失效模式

分析變速箱安裝的整個(gè)過(guò)程，人機(jī)料法環(huán)這五個(gè)方面是組成這個(gè)完整過(guò)程的最基本要素，變速箱安裝工藝包括：①發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)安裝;②拿取發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱;③用電動(dòng)槍預(yù)緊耦合螺栓;④用高精槍緊固耦合螺栓。整個(gè)變速箱的安裝過(guò)程主要涉及車(chē)型識(shí)別、變速箱選型、發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)裝、變速箱緊固這四個(gè)方面，所以識(shí)別到的高風(fēng)險(xiǎn)主要包括2個(gè)方面，詳見(jiàn)表1。

2.2 案例一：發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱型號(hào)不匹配

風(fēng)險(xiǎn)描述：由于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器安裝時(shí)，外觀相似，只能通過(guò)人工核對(duì)裝配單進(jìn)行安裝，如圖1。工人每天裝配200臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，存在錯(cuò)裝的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)行控制預(yù)防手段為人工核對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)條碼及變速箱條碼，確保現(xiàn)場(chǎng)裝配與裝配單一致。即：

可靠性低：人工核對(duì)，存在錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)。

耗時(shí)較多：代碼信息量大，核對(duì)耗時(shí)10s。

背景：同款車(chē)型存在多種配置，現(xiàn)場(chǎng)裝配過(guò)程中存在錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)。

更改措施：自主開(kāi)發(fā)防錯(cuò)裝軟件，操作工使用掃描槍掃描條碼，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)裝配零件是否正確，無(wú)需人工識(shí)別核對(duì)裝配單，工作原理示意圖如圖2。

整個(gè)信息匹配過(guò)程用時(shí)小于5秒，正確的條碼型號(hào)匹配成功后，出現(xiàn)“匹配成功”的綠底黑字標(biāo)簽。

控制預(yù)防手段為本工位軟件自動(dòng)識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器匹配是否正確，發(fā)生度降為2。

方案驗(yàn)證：跟蹤10個(gè)月未發(fā)生潛在失效模式案例，頻度由5降到2 ，RPN值下調(diào)。

2.3 案例二：手動(dòng)擋/自動(dòng)擋離合器缸高精槍打緊易混淆拿取槍頭

安裝變速箱有兩種類(lèi)型，分別為：手動(dòng)和自動(dòng)，螺栓打緊扭矩分別為：57N·m和20N·m。

存在風(fēng)險(xiǎn)：安裝時(shí)需兩把高精槍進(jìn)行螺栓打緊，由于工位空間較小，兩把高精槍距離較近，打緊時(shí)存在高精槍錯(cuò)拿風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)行控制預(yù)防手段為工藝要求操作工取槍前必須自主選擇合適的高精槍型號(hào)，該發(fā)生度為5，探測(cè)度為7，偏高。

更改方案：使用套筒選擇器分別將打緊耦合螺母、安裝離合器工作缸這兩類(lèi)螺栓加入現(xiàn)有的高精槍中，提高裝配質(zhì)量，減小高精槍亮紅燈失誤。節(jié)省一把高精槍?zhuān)鐖D3。

具體工作原理如下：裝配工掃描車(chē)身上的條形碼，獲取車(chē)輛配置信息，拿取相應(yīng)套筒調(diào)用對(duì)應(yīng)程序進(jìn)行打緊，如果套筒選擇錯(cuò)誤套筒選擇器亮紅燈，裝配工需重新?lián)Q取套筒。

3? 總結(jié)

本案例是在PFMEA工作開(kāi)展過(guò)程中激發(fā)出來(lái)的一個(gè)新思路，通過(guò)FMEA這個(gè)工具分析得到變速箱安裝這個(gè)工序可能存在潛在失效模式的發(fā)生，通過(guò)專(zhuān)業(yè)手段去規(guī)避這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，這才構(gòu)成FMEA工作的一個(gè)閉環(huán)，也是制造體系應(yīng)該始終堅(jiān)持并傳承的。

本案例以FMEA工作開(kāi)展的完整流程為脈絡(luò)，通過(guò)分析討論最后確認(rèn)了必須要進(jìn)行控制的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，通過(guò)科學(xué)的方法和充足的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)降低RPN值。主要分析了工藝2項(xiàng)（潛在失效模式7項(xiàng)），識(shí)別出其中高風(fēng)險(xiǎn)（風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)為1）2項(xiàng)，將高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)PRN 由280、224均下調(diào)為48。

通過(guò)FMEA工作，可以幫忙我們減少甚至消除工藝和設(shè)備上可能存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，同時(shí)也可以幫助我們更好的完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)改善工作，優(yōu)化工藝過(guò)程。

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