基于FTA和FMEA方法的汽車裝配過程質量控制研究

臧嚴+張新敏

1背景

車身裝配是汽車制造過程的最后階段，是決定整車最終質量的重要環節。裝配質量是影響白車身生產質量的主要影響因素之一，裝配質量的好壞，直接影響到整車質量。隨著人們對汽車性能要求的提高，控制車身裝配質量已越來越重要。

本文將FMEA與FTA 結合來進行汽車裝配過程質量控制，FMEA常用于產品可靠性分析中的定性分析，FTA多用于可靠性分析中的定量分析。在工程實踐中，將他們結合起來應用，可以收到事半功倍的效果。

2 FMEA分析法及FTA分析法介紹

2.1 FMEA分析法

FMEA法從可靠性角度對已完成的設計進行詳細評價，對潛在的故障按其影響程度確定等級，并根據需要提出改進設計的意見，完善設計工作。

FMEA分析對象是組成元件，從低層逐步向高層次進行全面、深入的分析，分析得到的結果有：故障模式、故障原因、故障影響（高層、局部、最終）、檢測方法、補償措施、嚴酷度類別、故障率、故障頻數比、故障模式危害度、故障影響概率、產品危害度發生可能性、現有控制方法、發生的難易度等。FMEA法是一種故障分析的歸納的方法。

FMEA的分析步驟如下圖：

2.2 FTA的數學基礎

由于故障樹是由構成它的全部底事件的“與”和“或”的邏輯關系連接而成，因而可以用結構函數作為數學工具，建立故障樹的數學表達式，以便于對故障作定性分析和定量計算。

為了簡化起見，假設所分析的零、部件和系統只能取兩種狀態，即正常或故障，且假設零、部件的故障是相互獨立的。現以由n個相互獨立的底事件構成的故障樹為研究對象。

設Xi為表示底事件的狀態變量，取值0或1，設Φ（X）為表示頂事件的狀態變量，也取值0或1，則有如下的定義：

因故障樹事件是系統所不希望發生的故障狀態，即Φ（X）=1；與此狀態相對應的底事件狀態為零部件故障狀態，即Xi=1。顯然，頂事件狀態Φ（X）完全取決于底事件狀態Xi，即頂事件狀態必然是底事件狀態的函數，有：Φ（X）=Φ（X1，…， Xn）

稱Φ（X）為故障樹的結構函數，它表示系統狀態的一種邏輯函數，其自變量為該系統各組成單元的狀態。在故障樹中兩種最常見的邏輯事件是與門和或門。

（1）“與”門的結構函數：

當Xi只取0和1時，“與”門的結構函數為：

（2）“或”門的結構函數：

當Xi只取0和1時，“或”門的結構函數為：

在故障樹系統中，利用底事件的發生概率來確定系統的可靠度。在故障樹中兩種最常見的邏輯事件是與門和或門。假定事件T為一頂事件，其可靠度為ΦT，其底事件1到n的可靠度分別為X1，…，Xn，當故障樹全部以與門連結時，系統的可靠度計算公式為：

當故障樹全部以或門連結時，系統的可靠度計算公式為：

3 實例

3.1 運用FMEA對裝配不良項目進行分析評定

將裝配不良項目提取出來，并且按照發生情況（如重要度、不良頻率等）進行排序。目前來說，為了平衡管理的人員、工時和效率，常常選取不良概率為 TOP50 位的項目（主要指故障零件）來進行排序。將嚴重度，發生度，可探測度分數相乘，并取乘積，可得如下的 RPN 風險順序數，選取部分零部件不良舉例如下：

3.2 運用FTA法確定故障產生原因

選取FMEA分析中RPN值最高的車窗玻璃升降開關問題進行分析，建立故障樹如下：

結合FTA分析法定量分析公式，計算出故障樹末端要因發生概率，結果如下表：

針對故障樹分析出來的每一個末端要因設置合理的檢證方法，逐步進行分析和排查，確認每一個分支項目是否真為要因，排除不是要因的因素，而針對可能導致問題的原因進行徹底研究，以便于進行后續改善。根據上表故障樹末端要因發生概率，下面選取發生概率最高的玻璃升降開關進灰塵不良進行說明。

因此，結合以上分析，綜合專家小組成員的討論結果，對玻璃升降開關作出以下改善對策：通過變更 PCB 電路板上電子元器件的位置，具體來說是變更 HIC、繼電器及電解電容的位置，使得灰塵進入開關內部后可以均勻分布，降低了灰塵積聚的程度，降低了不良發生的概率，更新的 FMEA 表如下所示：

4 結論

論文探索研究了整車廠實施基于FMEA和FTA的汽車裝配質量控制的思路，提出了汽車裝配過程實施FMEA和FTA的方法與步驟，建立了故障樹和FMEA分析表，并對故障采用FTA進行定性分析，并以實例進行了失效分析，驗證了實施FMEA和FTA的效果。論文成功的將FTA與FMEA結合，對復雜失效模式通過故障樹分析有效的識別失效原因，大大提高了FMEA的效率和準確性。

參考文獻

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