潛在失效模式與后果分析（FMEA）落地鋼鐵企業的開發與應用

李 娜，杜秀珍，李 紅，郝志琴

（1.河鋼集團唐鋼公司技術中心，河北 唐山 063000；2.河鋼集團唐鋼公司質量管理部，河北 唐山 063000）

引言

潛在失效模式與后果分析（FMEA），是一種以預防為主的可靠性設計分析技術，有助于企業在產品設計及生產階段對生產過程可能出現的風險進行充分識別，并提前制定解決方案。是企業質量管理過程降低成本并提高用戶滿意度的必要工具。

數據表明，FMEA在國內鋼鐵行業尤其是汽車鋼等高端主導產品領域并未系統開展，發揮其應有的作用。全球化的鋼鐵行業市場競爭越發激烈，如何有效識別和預防產品及過程失效風險的發生，是目前鋼鐵企業汽車鋼產品急需研究的方向。河鋼唐鋼決定利用新版FMEA轉版時機，在重點領域完成實戰化的、系統的“潛在失效模式及后果分析”。在現有管理基礎上利用信息化管理平臺，推動FMEA工具在鋼鐵企業的落地及信息化管控。

1 FMEA工具使用現狀

河鋼唐鋼針對近年來質量管理體系審核報告以及相關產品和過程控制暴露出的問題分析發現，在產品設計及生產過程運用FMEA工具時存在以下幾個問題：

1）實施FMEA工具分析失效模式、失效原因、失效后果的邏輯不清，現行預防措施和探測措施有效性差。

2）FMEA的動態管理不規范，不能對過去的經驗和知識進行很好的積累。

3）FMEA的嚴重度、頻度、探測度尚未形成嚴格、統一和切合實際的標準。

4）FMEA分析輸出與《控制計劃》控制要求脫節、不一致等。

為盡快解決問題，利用核心工具指導鋼鐵企業產品設計及生產過程，河鋼唐鋼決定開展FMEA工具轉版。基于新版FMEA工具變化點，河鋼唐鋼制訂了理論培訓加實戰操作的方案，逐步導入新版FMEA工具，實現以點帶面，以典型案例帶動FMEA工具在所有汽車鋼產品的應用。

2 新版FMEA工具結構分析

新版FMEA發布前，大部分企業所使用的是AIAG（美國汽車工業行動集團）在2008年所發行的FMEA手冊第四版。2019年AIAG和VDA（德國汽車工業協會）聯合發布新版FMEA[1]。新版FMEA結合AIAG表格層次清晰、評價標準更合理及VDA五步法結構化的優點，在此基礎上創建了七步法，強調了FMEA工具的層級化。新版FMEA的變化點主要體現在：表格變、思維變、步驟變、新增分析方法、評價規則變。

3 新版FMEA工具導入實踐

3.1 案例構建

在深度解讀新版FMEA結構變化后，從鋼鐵企業產品設計及制造實用性角度出發，河鋼唐鋼從現有成熟汽車鋼產品中選擇有代表性的工序流程完善的兩個鋼種：380CL（車輪鋼）、CR3（鍍鋅超低碳深沖鋼），構建實戰演練案例。

3.2 項目團隊組建

在兩個案例鋼種原項目組成員的基礎上，增加協調員、新增工序負責人等成員，成立以設計工程師為主的產品團隊（核心團隊）和以過程/制造工程師為主的制程團隊（拓展團隊），涵蓋技術、生產、營銷、自動化等多部門，形成新的演練項目團隊，并對每個組員進行明確職責分工。

3.3 項目演練

對產品設計過程而言，新版FMEA工具與舊版相比，輸出結果為組合文檔，包括：DFMEA文檔、客戶需求清單、產品支付內控標準和控制計劃。

1）產品團隊從充分識別汽車主機廠及配件廠的特殊要求、關注點及各種失效入手，形成更為細致的客戶需求清單。演練過程根據客戶關注點，識別出了服役狀態這一客戶使用性能，從環境友好功能出發，識別出報廢回收這一使用性能。

2）對所有工序產品特性進行識別，明確生產過程評價、控制基準，形成產品交付內控標準，并與新版控制計劃控制要求保持一致。項目團隊識別出連鑄工序中全氧含量（T（O））、碳當量（CE）、鉛含量（Pb）和砷含量（As）等產品特性。識別出了打包工序為遺漏工序，包裝方式為產品特性等。

3）DFMEA文檔與舊版對比，表頭即步驟一信息更為詳細。項目團隊從步驟二至步驟五結合客戶需求清單中識別的客戶加工性能及潛在失效模式、產品支付標準中識別出的產品特性，根據新版FMEA層級推進原則，對上一級要素失效影響（FE）、關注要素失效模式（FM）、下一級要素失效原因（FC）、當前預防控制措施（PC）、探測控制措施（DC）逐級開展結構分析，并在步驟六確認是否對預防措施、探測措施進行優化。

4）步驟七即要求兩個項目團隊形成文檔初稿后，開展DFMEA（開發/優化）階段報告，這是對項目的階段性總結及回顧，包括階段開發目的、目標、范圍任務、團隊成員介紹、階段實施進展和改進措施計劃等內容。與舊版FMEA工具相比，步驟七使DFMEA輸出結果文件化，便于以往知識及經驗的查閱、傳遞。

5）項目演練完成，兩個項目團隊輸出設計階段組合文檔：DFMEA、客戶需求清單、產品支付內控標準、控制計劃，并形成對歷史知識、經驗的積累和動態管理。并厘清了失效模式、失效原因、失效后果的邏輯，標志著新版FMEA工具在河鋼唐鋼的順利落地。

4 新版FMEA導入過程中的有效改善

4.1 形成企業工藝質量技術風險數據庫

河鋼唐鋼將新版FMEA工具導入過程識別到的產品設計及過程控制的潛在風險點，完善至原有的質量管理體系風險臺賬，形成全新的企業工藝質量技術風險數據庫，指導企業產品研發過程的風險預防及控制。

4.2 更新控制計劃版本

通過研究當前風險點預防控制和探測措施，對所有風險點進行評價并排序，通過現場控制試驗驗證已優化的現場工藝控制參數，形成了新版產品內部控制計劃標準并在企業內部應用。

4.3 團隊能力提升

在培訓及項目演練過程，輔導專家定期就項目推進進度、實施效果進行評價、答疑，并開創性地進行了產品團隊向制程團隊就產品要求“技術交底”的活動。以更貼近散裝料生產企業S.O.D評級標準為內容的“產品/制程特殊特性（量化判據）的識別與應用方法”專題講解等。在實戰過程，充分調動了項目團隊的所有資源及才智，提升了組員的執行力、凝聚力，每個組員都在參與團隊活動中收獲了全新的體系管理思維及熟練使用體系工具的能力，效果良好。

5 應用階段

從創新產品設計開發思維、提升研發效率出發，河鋼唐鋼已投入使用一套研發項目信息化管控系統，實現了以鋼鐵企業為代表的散裝料生產流程的研發數字化管控目標。這套系統同時支持新版FMEA、SPC、MSA等多個質量工具的應用。

380CL車輪鋼產品交付內控標準中共有25種產品特性，其中18種為特殊特性，包括：C、Mn、S、P、Si、Als、Ti、N、As、Pb、橫向抗拉強度Rm、橫向屈服強度Rel、斷后伸長率A、橫向180°彎曲和表面質量。嚴重度（S）評分7分的43項，9分的5項。發生頻度（O）評分5分的43項，2分的2項。探測難度（D）評分5分的43項，2分的2項。風險評價（AP）結果為：H、0項；M、43項；L、2項。識別出表面存在劃傷、凹坑、麻點問題、承載時發生變形、承載時發生開裂、卷圓加工困難、漲型困難、輥壓加工開裂、焊接困難或虛焊、正常服役期限內發生疲勞斷裂和環境不友好等9項潛在失效模式（FM）。

結合上述鋼種識別的特殊特性和潛在失效等結合信息化系統，項目團隊按照信息化系統運行規范將鋼種案例成功導入系統新版FMEA工具模塊，實現了新版FMEA工具在河鋼唐鋼的信息化應用。FMEA等核心工具在信息化系統的應用，使產品設計開發行為更加規范有序，能夠實現項目跨部門快速協作及研發數據在企業范圍內的有效共享和利用，提升企業整體研發素質及水平。

6 結語

河鋼唐鋼利用新版FMEA工具轉版時機，通過兩個鋼種項目團隊的實戰演練，形成新版FMEA應用案例，完成新版FMEA工具的導入，并實現應用案例在信息化平臺的貫通，實現了新版FMEA工具在鋼鐵企業的落地與有效應用。此次FMEA工具轉版，給企業在未來面臨質量體系其他核心工具轉版及改版操作時提供了可借鑒的成功經驗。