角度監控在降低座椅PFMEA分析風險優先級中的應用

摘 要：根據某車型座椅固定螺栓擰緊缺陷（擰緊狀態合格，實際與座椅支架不貼合），回顧PFMEA分析該失效模式的風險優先級為Ⅰ級，需要最優先采取措施降低風險優先級。本文結合生產線使用電槍擰緊座椅螺栓的情況，通過完善擰緊過程角度監控約束條件，實現了降低風險優先級，消除缺陷逃逸風險的目的。

關鍵詞：PFMEA;角度監控;風險優先級;電槍擰緊

1 前言

PFMEA（過程潛在失效模式及后果分析）是汽車裝配過程非常重要的一個工具。它可以在車輛量產前，對各零部件模塊的裝配過程進行分析，得出某種具體缺陷的風險優先級，從而識別出哪些缺陷是最優先需要采取措施解決的。PFMEA分析一般從嚴重度（S）、發生頻度（O）和探測度（D）三個方面進行量化分析，并對（S/O/D）三個取值進行矩陣計算，從而得出風險優先級。風險優先級從高到低分為（Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ）三個等級，其中Ⅰ級為最優先解決項。

PFMEA是一個持續完善和優化的過程，在生產過程中發生的質量問題需要進行回顧，對現有PFMEA進行查缺補漏，優化更新。

2 座椅裝配PFMEA回顧

某車型座椅裝配崗位使用Atlas電槍擰緊，發生一起固定螺栓未打緊問題（缺陷逃逸出工位），故障螺栓與座椅支架不貼合（螺牙外漏7-8牙）。使用靜態扭矩測量儀檢測故障螺栓，靜態扭矩為40.7N.m，符合抽檢扭矩范圍（32-50N.m）的要求。追溯故障螺栓的電槍擰緊數據，發現扭矩及角度均正常，并且為一次擰緊，無返修記錄。故障螺栓及同座椅其他正常螺栓的擰緊數據，如表1所示。

回顧座椅安裝PFMEA，沒有對應的缺陷模式，需要增加對應的失效模式分析。故障螺栓未打平，座椅未有效緊固，影響安全（無預警），建議嚴重度（S）取10;該車型量產幾個月以來該缺陷發生頻次為1，建議頻度（O）取3;現有探測方法為員工裝配后目視檢查，建議探測度（D）取7，經過計算，得出該失效模式的風險優先級為Ⅰ級。

3 降低風險優先級

3.1 改進方向

影響風險優先級的三個因素中，在車輛座椅結構未改變的情況下，嚴重度（S）的取值是無法降低的。在車輛量產時間短，降低頻度值也不可取。只有提高缺陷探測能力，降低探測度（D）的取值，才是降低風險優先級的可行方向。

根據PFMEA探測度（D）的主要取值規則，本工位單一感官（目視/觸摸等）檢查，取值7;后工位100%單一感官（目視/觸摸等）檢查，取值8;本工位工具聲光提示（無停線功能），取值5;本工位工具聲光提示（有停線功能），取值3。可以看出，使用工具提高缺陷探測能力是改進方向。

3.2 解決方法

通過對比故障螺栓及正常螺栓（同車的其他座椅螺栓）的電槍擰緊曲線，發現故障螺栓轉動角度小，從開始擰緊到最終擰緊扭矩合格轉動角度為332.35度，對應的正常螺栓總的轉動角度為3400-4600度之間，如圖1所示。假設故障螺栓外漏的螺牙可以正常擰進去，其總的轉動角度就和正常螺栓相似，所以，通過監控擰緊過程轉動的角度是可以探測出轉動角度小于某個值的的缺陷螺栓。

現行的電槍擰緊程序采用兩步擰緊策略，先擰緊到第一目標扭矩（21N.m），再擰緊到最終目標扭矩（45N.m）。在擰緊過程中，角度監控也分為過程角度監控（rundown angle）和最終角度監控（final angle）兩部分。常規的過程角度監控是從循環起始扭矩（緊固件與工件貼合，隨著轉動角度增大，扭矩開始上升的某個較小扭矩值）開始，到達過程目標扭矩（小于第一目標扭矩）時結束，如圖2所示B區域。最終角度監控是從最終起始扭矩（大于第一目標扭矩，小于最終目標扭矩）開始，到最終目標扭矩結束，如圖2所示C區域。從擰緊過程開始，到循環起始扭矩結束的轉動角度是不做監控的，如圖2所示A區域。

為了實現對整個擰緊過程的角度監控，改變過程角度監控的開始邏輯（從循環起始扭矩變為擰緊開始），實現電槍轉動就開始監控角度，當扭矩上升到設定的過程結束扭矩時，過程角度結束監控，即監控A+B區域。經過統計300顆座椅螺栓的過程轉動角度，集中分布在3200-7600度之間，考慮到裝配過程中預緊螺栓的轉動角度，以及可能存在的電槍空轉的角度，將過程角度監控范圍設定為2000-9000度，可以規避誤報警的風險。

4 改進效果

4.1 過程角度監控對比

過程角度監控邏輯改變后，跟蹤兩個班次裝配，員工可以正常施加扭矩，對比電槍擰緊數據，未發現由于過程角度設置不當導致的報錯及返修，如表2所示。

4.2 探測有效性

為了驗證改進后過程角度監控對未打平螺栓的探測能力，通過增加墊圈模擬故障，驗證打緊10顆螺栓，其中3顆為模擬故障螺栓，分別使用新/舊程序擰緊。使用舊程序的電槍對10顆螺栓均可以擰緊合格，無法探測出故障螺栓，而使用新程序的電槍在擰緊故障螺栓時均出現報錯，擰緊過程停止，擰緊結果不合格，可以探測出故障螺栓，如表3所示。

對于故障螺栓，由于無法擰緊合格，電槍無法完成要求的擰緊合格的顆數，不會向機運線發出合格信號，生產線就會停線，故障車輛不會逃逸出工位。缺陷的探測能力得到很大提高，探測度（D）可以取到3，經過計算，風險優先級降為了Ⅱ級。

5 結束語

本文主要針對生產線發生的座椅螺栓擰緊合格，但未與支架貼合的故障，通過回顧PFMEA進行分析，并結合電槍擰緊程序中過程角度監控邏輯的優化，實現了將該缺陷PFMEA分析風險優先級由Ⅰ級降為Ⅱ級，同時提升了座椅螺栓裝配質量，降低了缺陷逃逸的風險。

作者簡介

李德鑫：（1985.11—），男，漢族，山東聊城人，碩士研究生，上汽通用五菱汽車股份有限公司，工程師。