基于FMEA的閥門裝配質(zhì)量改善

周天導(dǎo) 周炳海

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海201804)

近年來(lái)，以中國(guó)為代表的發(fā)展中國(guó)家和中東地區(qū)閥門需求快速增長(zhǎng)，逐步取代西方國(guó)家成為全球閥門行業(yè)增長(zhǎng)的領(lǐng)跑者。國(guó)內(nèi)閥門行業(yè)整體上也保持著持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，景氣程度高于全球水平。而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，不斷提升閥門產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)發(fā)展和生存的關(guān)鍵。A廠在生產(chǎn)一款新型閥門過(guò)程中，低溫環(huán)境下試驗(yàn)一次通過(guò)率僅為20.5%。通過(guò)分類統(tǒng)計(jì)，由于卡滯原因?qū)е碌拈y門失效模式占82.8%，如圖1所示。由其導(dǎo)致的返修及二次裝配嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度、成本以及顧客滿意度，亟待改進(jìn)。

圖1 A廠閥門裝配失效模式柏拉圖

失效模式和影響分析（FMEA）作為推動(dòng)制造過(guò)程進(jìn)行深層次質(zhì)量改進(jìn)的一種可靠性分析技術(shù)，可以降低生產(chǎn)成本，并對(duì)制造、裝配進(jìn)行更改和完善，從而減輕事后更改情況的發(fā)生，最大限度地保證產(chǎn)品的性能和可靠性。在閥門裝配過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用FMEA方法，能夠幫助確定閥門卡滯導(dǎo)致失效模式的潛在薄弱環(huán)節(jié)，研究每個(gè)潛在薄弱環(huán)節(jié)的原因和失效機(jī)理，評(píng)價(jià)失效形式的影響程度，并計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)，然后針對(duì)主要的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行工藝上的改善，排除或降低其影響程度。本文以A廠的閥門裝配過(guò)程質(zhì)量改善項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹了如何使用FMEA方法對(duì)潛在的制造過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估，提出改善措施，最終達(dá)到提高閥門裝配質(zhì)量的目的。

1 FMEA方法

FMEA是可靠性分析中的一種定性方法。該方法對(duì)分析系統(tǒng)中潛在的失效模式及其對(duì)產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，并把每一個(gè)潛在的失效模式按它的失效影響進(jìn)行分類。根據(jù)分析情況，提出可采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

失效模式可能存在于設(shè)計(jì)、過(guò)程或工藝、服務(wù)、外包供應(yīng)商、服務(wù)以及設(shè)備等方面。FMEA方法可以對(duì)正在研究的對(duì)象可能發(fā)生的失效模式進(jìn)行分析、評(píng)估，從而提出行之有效的改進(jìn)措施，消除或把潛在的風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受的水平。

1.1 FMEA實(shí)施過(guò)程

FMEA實(shí)施時(shí)首先要收集有關(guān)資料，掌握分析對(duì)象。FMEA能否取得預(yù)期效果，就必須全面、透徹地了解所分析的對(duì)象。實(shí)施FMEA分析時(shí)，要列舉出能夠考慮到的失效模式形式、研究失效模式帶來(lái)的影響、起因和失效機(jī)理以及嚴(yán)酷度，提出改善措施并進(jìn)行效果驗(yàn)證。FMEA報(bào)告作為FMEA的輸出，應(yīng)包含失效判據(jù)、嚴(yán)酷度定義、FMEA過(guò)程、表格、結(jié)果等。FMEA報(bào)告應(yīng)進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后分析結(jié)束，如未通過(guò)則需要修改過(guò)程并繼續(xù)以上的流程。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)

風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)是FMEA分析中的一個(gè)重要參數(shù)，目的是對(duì)產(chǎn)品的每一個(gè)失效模式的嚴(yán)酷度、頻繁度以及可探測(cè)度情況進(jìn)行綜合分析，全面評(píng)價(jià)每一個(gè)潛在失效模式的影響。通過(guò)根據(jù)RPN值進(jìn)排出先后順序，對(duì)RPN值較大的項(xiàng)目?jī)?yōu)先采取改善措施，減小RPN值，以消除不良、降低風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)是嚴(yán)酷度S、頻度O和探測(cè)度D的乘積。RPN（Risk Priority Number）=嚴(yán)酷度 S（Severity）×頻度O（Occurrence）×可探測(cè)度D（Detect ability）

1.2.1 嚴(yán)酷度 S

嚴(yán)酷度是指某種失效模式發(fā)生時(shí)最嚴(yán)重的影響后果。由于產(chǎn)品和過(guò)程的不同，嚴(yán)酷度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則可能是不同的，因此并不要求數(shù)值上的絕對(duì)準(zhǔn)確，只需要有區(qū)分度。嚴(yán)酷度評(píng)分準(zhǔn)則如表1所示。

表1 嚴(yán)酷度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

1.2.2 頻度O

頻度是指失效原因發(fā)生的可能性的多少。頻度的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則應(yīng)考慮以往或同類產(chǎn)品的性能和原理、新方法運(yùn)用、環(huán)境變化、歷史經(jīng)驗(yàn)等因素，并通過(guò)協(xié)商討論達(dá)成一致。頻度評(píng)分準(zhǔn)則如表2所示。

表2 頻度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

1.2.3 可探測(cè)度D

可探測(cè)度是指對(duì)現(xiàn)行控制措施的有效程度，也是對(duì)產(chǎn)品中潛在的失效在使用之前的可檢測(cè)性進(jìn)行評(píng)估。評(píng)分準(zhǔn)則如表3所示。

表3 可探測(cè)都評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

1.2.4 計(jì)算RPN值

選擇應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)RPN，來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)以及過(guò)程潛在的失效模式實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，即，RPN=S × O× D值的大小進(jìn)行先后排序，可以用來(lái)確定失效原因的等級(jí)。RPN值的范圍可以在1~1000之間，RPN數(shù)值越大表示潛在的問(wèn)題越嚴(yán)重，F(xiàn)MEA應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行改進(jìn)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)嚴(yán)酷度達(dá)到5（S=5）時(shí)，即意味著產(chǎn)品性能已經(jīng)衰退。當(dāng)頻度達(dá)到5（O=5）時(shí)，即意味著有很大失效發(fā)生的可能性。當(dāng)可探測(cè)度達(dá)到5時(shí)（D=5）時(shí)，即意味著能夠通過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。因此可以將RPN=125作為一個(gè)臨界點(diǎn)，即當(dāng)RPN=125時(shí)，必須采取行動(dòng)。表4是A廠對(duì)RPN值的建議評(píng)價(jià)規(guī)則。

表4 A廠RPN建議評(píng)價(jià)規(guī)則

2 A廠FMEA應(yīng)用實(shí)例

A廠生產(chǎn)的閥門在裝配過(guò)程中通過(guò)低溫介質(zhì)合格率過(guò)低，需要進(jìn)行返修及二次裝配，嚴(yán)重影響生產(chǎn)成本及交貨期。因此成立質(zhì)量改善小組，實(shí)施FMEA對(duì)閥門裝配卡滯的主要潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并實(shí)施改善措施。

2.1 FMEA項(xiàng)目和工作團(tuán)隊(duì)確定

本次FMEA項(xiàng)目由閥門生產(chǎn)的相關(guān)部門組成跨職能團(tuán)隊(duì)，包括了設(shè)計(jì)師、工藝師、質(zhì)量師、閥門裝配工、閥門實(shí)驗(yàn)工以及閥門殼體機(jī)加工、表面處理等相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員等。通過(guò)各級(jí)各類、不同職能人員的充分參與，保障數(shù)據(jù)收集的全面性和準(zhǔn)確性，保證分析的科學(xué)性和合理性，確保結(jié)論的正確性和有效性。

通過(guò)開(kāi)展FMEA項(xiàng)目小組內(nèi)部培訓(xùn)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人講述了FMEA的理論知識(shí)和案例分享，使每位成員統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，明確項(xiàng)目意義、實(shí)施步驟和方法，便于相關(guān)工作開(kāi)展，如圖2所示。

圖2 FMEA過(guò)程演示

2.2 FMEA分析

結(jié)合該閥門產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及閥門開(kāi)關(guān)過(guò)程的流程圖，對(duì)閥門卡滯影響裝配質(zhì)量的影響因素從人、機(jī)、料、法、環(huán)幾個(gè)方面開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，繪制魚(yú)刺圖，并確認(rèn)最主要的潛在因素導(dǎo)致閥門卡滯，如圖3所示。

圖3 魚(yú)刺圖

圍繞魚(yú)刺分析圖中的主要因素展開(kāi)，將閥門卡滯對(duì)應(yīng)的潛在失效模式、原因及影響制成FMEA工作表。小組成員集體討論并按評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估后，最終確定失效模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先度。

由表5可得：

（1）閥門卡滯質(zhì)量問(wèn)題最主要的導(dǎo)致因素是閥門的設(shè)計(jì)，其次是裝配工藝的問(wèn)題。

（2）通過(guò)FMEA分析，可得出閥門裝配過(guò)程選用的O膠圈并不適用于低溫工況，其在低溫工況下會(huì)存在功能失效是最主要的風(fēng)險(xiǎn)，RPN值為448。

（3）根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)值的大小，以及A廠的RPN值建議評(píng)價(jià)規(guī)則，確定各潛在失效模式的嚴(yán)酷度等級(jí)及提出并采取相對(duì)應(yīng)的改善措施。

2.3 FMEA結(jié)果

在實(shí)行就在預(yù)防措施改進(jìn)后，對(duì)閥門裝配過(guò)程再次進(jìn)行FMEA分析評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定數(shù)有顯著下降，達(dá)到公司內(nèi)部要求，如表6所示。

最后匯總以上FMEA分析的內(nèi)容，填寫(xiě)閥門裝配質(zhì)量問(wèn)題的FMEA記錄和表格（改善前及改善后），編寫(xiě)FMEA報(bào)告，并歸檔。

3 結(jié)語(yǔ)

FMEA作為一種識(shí)別并消除或減少潛在問(wèn)題的方法被廣泛運(yùn)用，是具有邏輯性和積累性的潛在故障分析方法。通過(guò)有效使用FMEA方法，能夠有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，減少缺陷降低成本，提高用戶滿意度，增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。閥門的裝配過(guò)程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各類環(huán)境下不同閥門的失效模式種類繁多，相關(guān)的數(shù)據(jù)在收集過(guò)程中還能再全面再細(xì)化。因此需要設(shè)計(jì)、工藝、操作以及服務(wù)保障人員集體協(xié)作，共同努力，通過(guò)不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)試驗(yàn)流程，提高閥門裝配質(zhì)量，提升用戶滿意度。

表5 A廠閥門裝配潛在失效模式及影響分析表

表6 A廠閥門裝配潛在失效模式及影響分析表(改善后)