基于PFMEA的型號產品生產質量風險分析

張永和，李永春，王旭紅，景兆梅

（蘭州空間技術物理研究所，甘肅 蘭州 730000）

在日益加劇的市場競爭中，產品質量是決定優勝劣汰的關鍵因素。航天強國建設已經進入新的發展階段，在集團公司提出的“三高”發展中高質量排在首位，高質量發展是“十四五”乃至更長時期的發展主題，需要長期堅持，久久為功。

產品既是設計出來的，也是制造出來的。先進的工藝方法是實現高性能、高可靠、高質量、低成本的重要保障。隨著型號研制任務的增多、周期的縮短和可靠性要求的提高，需要進一步優化航天產品工藝風險分析管理流程，提升風險分析的有效性，將質量控制的重點從事后補救向事前預防轉變，將產品研制過程中可能發生的與生產相關的工藝故障和風險進行提前評估和判斷，確定需要重點避免的故障和風險，從而推動事業部產能、質量、效率和效益的全面提升。因此，需要積極采取合理的管理及規避措施，降低產品質量風險和損失，形成高效高質的工作方式和持續改進的工作作風，確保產品研制和交付順利進行。

過程失效模式及影響分析PFMEA( process failure mode and effects analysis )以其最嚴密的形式總結了人們在生產制造過程中防范于未然、追求卓越的思想，通過對工藝和制造過程要求和功能的系統分析，憑借以往的經驗，在最大范圍、充分考慮到那些潛在的失效模式及其相關的起因與后果。通過對近三年產品質量問題的統計（不合格品處理單、技術質疑單等），暴露出生產過程的工藝風險識別和控制措施仍有較大提升空間，人員的質量意識、風險意識、責任意識仍需進一步提高，保成功、保交付形勢依然嚴峻。

本課題通過對型號產品研制過程中真實工藝和操作中影響因素的調研，將PFMEA質量控制技術應用于針對產品實現薄弱環節和工藝質量管控的失效風險評估及改進，通過對工序實現方法、工裝胎具、工藝設備等因素與工序之間的相互影響關系進行分析，致力于識別生產過程中潛在的工藝失效并評價其可能造成的影響，進而制定并實施能夠預防或控制失效發生的有效措施，力爭將工藝質量風險規避到最小程度，提升我所型號產品質量，助推“三高”發展和“雙一流”的建設。

1 PFMEA方法

PFMEA作為一種質量管理工具，用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法，主要針對制造過程進行分析，是事件發生之前的行為，并非事后補救。美國NASA從20世紀中期就已經將該方法作為一種有效的預防工具應用于航天飛機的研制過程中，PFMEA完成以后可以作為生產計劃、工藝文件、產保要求、檢測試驗等文件的編制依據。

該方法實施采用如表1所示，表格中各部分的意義在此不再累述，感興趣的人員可以查閱相關資料學習了解。在多品種小批量定制生產模式下，潛在工藝失效模式的不確定性程度高，且可供借鑒的歷史數據與經驗相對缺乏，故在航天產品研制過程中PFMEA技術的應用還需要進一步推廣。

表1 PFMEA分析表

該方法的關鍵是把嚴重度、頻度和檢測難度從定性轉化為定量，通過計算三者的乘積來計算潛在失效模式的風險級別，該數值越大表明潛的問題風險越嚴重，應優先采取相應的糾正措施。實施團隊或者管理者可以根據風險程度制定對應的管控策略和措施，確保項目或產品達到預期目標，有利于降低成本，提高工作效率。

2 典型產品生產過程PFMEA分析

在項目實施時，成立了以技術總監為核心的PFMEA分析風險小組，成員包括產品工藝師、產保師、生產調度員、操作員和檢驗員，專門對我所典型產品進行PFMEA分析管理；風險分析與識別過程中，要求各部門均要參與進來，將以往同類產品、相似產品出現的風險及新出現的風險進行統一的評估論證，制定詳細應對方案和策略；在項目實施后，會對涉及的各部門進行監督和效果評價，確保梳理出的風險得到有效管控，形成長效工作機制。

2.1 表貼組件回流焊PFMEA應用研究

目前，印制板組件裝配主要以元器件表面貼裝和通孔插裝為主要形式，無論采用何種方式，元器件、電路板、焊點三者都與電子產品的質量和壽命息息相關。因此，印制板組件電裝工藝就成為保證產品質量，提高產品可靠性的關鍵因素。

通過對智能表貼生產線電路板回流焊工藝流程和影響產品質量的環節梳理，形成如圖1所示的需要進行PFMEA分析的環節。如果這些質量問題不能及時進行預防控制，就會對電子產品的質量帶來嚴重影響，從而產生返修耽誤交付進度，造成巨大的經濟損失和聲譽影響。因此，生產制造部提出了基于PFMEA的智能表貼線回流焊質量風險分析。

圖1 表貼工藝流程分析

統計分析發現，表貼過程質量問題和風險主要出現在回流焊過程中，容易出現器件引腳潤濕不良、焊接不良等問題。按照PFMEA分析流程制定了回流焊環節各種影響因素及風險系數，具體如表2所示。

表2 回流焊PFMEA分析

針對表2所列嚴重度大于5，風險等級大于30的潛在失效模式及其原因制定了如下措施：

規范生產線防靜電措施，對生產線增加設備接地自動檢測設備，并在回流焊設備進出口現場配置離子風機，及時釋放第一道AOI檢測后和回流焊焊接完產生的靜電。

規范設備管理和生產流程，每天第一次生產時利用試件進行爐溫檢測確定，確保爐溫顯示曲線與實際溫度相符，如有偏差及時調整，確保爐溫滿足要求后再開始生產。

對產品的過爐方式進行規定，要求尺寸超過150×150mm時，要使用如圖2所示的專用工裝進行支撐和保護，確保PCB受熱不發生彎曲。

圖2 印制板表貼專用工裝

改進后的回流焊PFMEA分析如表3所示。

表3 改進后的回流焊PFMEA分析

2.2 LIPS200推力器PFMEA應用研究

同樣的方法，生產制造部對LIPS200推力器產品的裝配過程開展了PFMEA分析，由于產品十分復雜，涉及過程工序多，表4僅列出了風險等級超過100的工序過程。

表4 LIPS200推力器產品PFMEA分析

針對上述潛在失效模式及其原因制定了如下措施：

對所有標識不清的磁鋼，利用磁通計等工具在裝配前對極性進行確認和再標識，確保在后續裝配和檢測過程中標識清晰；

對導線接頭的裸露部分套熱縮管，并規定熱縮管保護必須完全覆蓋，對熱縮后的接頭進行拍照檢查和記錄。多裝配過程的多余物進行嚴格控制，利用30倍放大鏡進行多余物檢測，必要時可利用X光進行局部的無損檢測；

對焊接后的鎧裝加熱絲進行X光無損檢測，確保無微裂紋、無未焊透等缺陷，對焊接接頭進行拉伸強度測試，確保焊點強度滿足設計要求；加熱絲纏繞前后均進行通斷檢測，確保不斷絲；

改進后的回流焊PFMEA分析如表5所示。

表5 改進后的LIPS200推力器產品PFMEA分析

3 效果評價

智能表貼生產線在采用了如表3所示的措施后，風險值有較大程度的降低，改善效果明顯，各項影響因素的風險系數都降低到了20以下，回流焊后產品合格率提升到了98%以上，有效控制了回流焊實施過程的質量風險產品質量和可靠性得到了顯著提升。

LIPS200推力器產品采用了如表5所示的措施后，風險值同樣獲得了較大的降低，產品裝配后的一次交檢合格率提升到96%，有效解決了識別出的風險。

4 經驗體會

在開展PFMEA分析過程中，并不是依靠改變產品設計來克服過程缺陷，而是應盡可能地采用多種問題解決方法和工具，如組織小組開展頭腦風暴，或者采用因果圖、試驗設計以及質量屋等方法等，實現制造或裝配過程有關的產品設計特性參數。

PFMEA分析不是工藝師一個人的事情，而應該讓設計師、產保師、操作工、檢驗員等都參與進來，形成一個多功能團隊，這樣才能夠從各個角度和方面提出不同的預防措施。

在產品實現過程中，要系統考慮從單個零件到總裝的所有制造環節和工序，但在分析每一工序時，僅需要針對該步驟開展，所列的失效原因不能太籠統，而要具體。

風險程度的等級劃分沒有唯一的標準，可以根據自身的經驗和產品特點確定，但在同一個部門或相似產品之間，應采用相同的尺度，以確保相互之間具有可比性。

當前，航天型號產品研制過程中風險分析的及時性、充分性、規范性和有效性還有待進一步加強，識別和發現的故障信息重用率不高，建議盡早構建適用于全所的基于工藝知識庫、SOP規范等的PFMEA工作平臺，優化型號產品工藝風險分析管理流程，提升風險分析的充分性和有效性。