PFMEA在整車生產領域的應用

柳雅琪 潘江如 黃卉 王博

摘要：新車型在設計過程中要進行DFMEA分析，批產車型在生產過程中要進行PFMEA分析。在批量生產過程中采用FMEA工具進行分析，可以有效降低整車在裝配中存在潛在失效風險，保證高節拍正常生產，同時降低產品返工率。本文是基于PFMEA“六步法”，對批量生產過程中整車變速箱裝配工藝進行分析，主要風險為發動機和變速箱型號不匹配及高精槍打緊離合器缸螺栓扭矩不符合要求。通過開發防錯裝軟件、使用套筒選擇器有效降低探測度，降低失效后果。

Abstract： New models must be analyzed by DFMEA during the design process， and PFMEA analysis must be performed during the production process for mass-produced models. The use of FMEA tools for analysis in the mass production process can effectively reduce the potential failure risk of the whole vehicle in the assembly， ensure the normal production of high cycle times， and reduce the product rework rate at the same time. This article is based on the PFMEA "six-step method" to analyze the assembly process of the vehicle gearbox during mass production. The main risks are the mismatch of engine and gearbox models and the high-precision gun tightening the clutch cylinder bolt torque does not meet the requirements. Through the development of error-proof installation software and the use of sleeve selectors， the detection degree is effectively reduced and the consequences of failure are reduced.

關鍵詞：FMEA;生產裝配;風險

Key words： FMEA;production assembly;risk

中圖分類號：F273.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0061-03

0? 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，潛在失效模式及后果分析），是通過對可能發生的失效模式進行分析與判斷其可能造成的后果而產生的風險程度的一種量化的定性分析計算方法，并根據風險的大小，采取有針對性的改進，從而降低產品風險，達成一種實現預防并實施改進措施的方法工具。

FMEA是工業界最常用的風險預防性分析工具，用表格的方式全面地協助工程師進行分析，使其在設計過程中盡早發現潛在風險/缺陷及其影響程度，并提出解決措施，避免失效的發生，或者設計探測措施，在某些失效發生后，能夠及時發現它，避免影響范圍擴大，提高系統的可靠度。PFMEA（Process FMEA，過程FMEA）就是考慮整個生產裝配中的過程流，進行潛在風險分析，進而給出合適的控制措施，保證生產過程能完全滿足需求以達到每個工步設計時的產品特性要求以及生產安全，將“零失效”的產品交付給客戶。PFMEA是在假定產品設計滿足要求的前提下，查驗產品和系統制造中所有過程的過程要求影響因素。在此過程中，會查驗可能出現的偏差，并應采取措施以確保過程和所需產品特性的實現。

對于制造車間說，PFMEA文件需要根據工藝調整，零件試裝投產，客戶抱怨而不斷優化，達到穩定工藝過程，提升產品質量的目的。

1? FMEA分析流程

FMEA分析步驟主要包括6個部分，分別是：

①定義范圍，包括確定哪些過程需要分析，成立項目團隊確定能使用的相關經驗教訓和決策。本項目主要分析桑塔納汽車發動機與變速箱連接工藝，成員主要包括項目規劃員、PFMEA協調員、制造過程工程師、質量工程師、物流工程師、車間現場高級工等相關人員。

②結構分析，主要是識別并分解制造過程、過程步驟和作用要素;為結構分析、功能分析提供基礎。本項目主要生產過程為變速箱/發動機拿取、放置;離合器工作缸螺栓打緊。

③功能分析，主要目的是過程功能概述性描述;使用流程圖或功能網（基于結構分析）建立可視化過程功能;將特性與功能、功能與過程元素進行關聯，是失效分析的基礎。結合本項目生產工藝，零件拿取、放置過程中需保證型號正確、無磕碰，螺栓打緊過程中選取的螺栓及高精槍型號正確等。

④失效分析，主要目的是為過程項目、過程步驟和作業要素的每個功能建立失效鏈;失效分析對過程中每個元素/過程步驟進行失效描述，它是FMEA記錄失效的基礎。本項目中主要存在的失效原因有：操作人員識別方法不正確、工藝卡未規定、啟動按鈕誤觸等;失效模式有：變速箱和發動機型號不正確、人員識別方法不正確、螺栓打緊扭矩不符合控制要求等;失效后果：括變速箱與發動機錯裝、高精槍報警在線返工。

⑤風險分析，主要目的是預防控制措施、探測控制措施，評估每個失效鏈的嚴重度、發生度、探測度，用數字1-10表示。風險的判定，依據風險順序數（RPN）的大小確定。RPN由發生度、嚴重度以及探測度3項指標的乘積構成，即：風險順序數（RPN）=發生度（O）×嚴重度（S）×探測度（D）。如變速箱打緊工藝，在拿取發動機和變速箱的過程中，潛在的失效風險是2個零件型號不匹配，此失效后果導致的嚴重度為8，發生度為5，可探測度為7，RPN=280，即該過程存在嚴重風險，必須進行改進。

⑥優化措施，主要目的是確定優先級;結合風險矩陣（一種有效的風險管理工具，以嚴重度、發生度分別為橫縱坐標，對各種失效模式進行優先等級劃分，應用于潛在風險的評估），進行風險評估，對落入紅色區域的高風險項，必須提出使風險最小化的建議措施并實施，同時評價其有效性;黃色區域的風險項，小組內部討論是否需要采取措施。均在紅色區域的風險項，嚴重度高的項目優先考慮改進措施，頻度高的項目次之，最后考慮探測度及成本。

2? 案例分析

本項目分析的“PFMEA在整車變速箱裝配過程中的應用”，是基于整個生產裝配中的過程流，進行了潛在風險分析，對工廠生產線各關鍵工序進行PFMEA分析全覆蓋的背景下，進行的一個關鍵崗位分析。此項目分析出了該崗位存在的嚴重風險情況，從探測角度提出了控制措施，并從可靠性、經濟性等各角度選擇了最優控制方案，最終投入現場實施，對風險進行了有效控制，真正意義上體現了PFMEA分析工具的價值。

2.1 分析潛在失效模式

分析變速箱安裝的整個過程，人機料法環這五個方面是組成這個完整過程的最基本要素，變速箱安裝工藝包括：①發動機進行預安裝;②拿取發動機和變速箱;③用電動槍預緊耦合螺栓;④用高精槍緊固耦合螺栓。整個變速箱的安裝過程主要涉及車型識別、變速箱選型、發動機預裝、變速箱緊固這四個方面，所以識別到的高風險主要包括2個方面，詳見表1。

2.2 案例一：發動機和變速箱型號不匹配

風險描述：由于發動機和變速器安裝時，外觀相似，只能通過人工核對裝配單進行安裝，如圖1。工人每天裝配200臺發動機，存在錯裝的風險。現行控制預防手段為人工核對發動機條碼及變速箱條碼，確保現場裝配與裝配單一致。即：

可靠性低：人工核對，存在錯裝風險。

耗時較多：代碼信息量大，核對耗時10s。

背景：同款車型存在多種配置，現場裝配過程中存在錯裝風險。

更改措施：自主開發防錯裝軟件，操作工使用掃描槍掃描條碼，系統自動檢測現場裝配零件是否正確，無需人工識別核對裝配單，工作原理示意圖如圖2。

整個信息匹配過程用時小于5秒，正確的條碼型號匹配成功后，出現“匹配成功”的綠底黑字標簽。

控制預防手段為本工位軟件自動識別發動機與變速器匹配是否正確，發生度降為2。

方案驗證：跟蹤10個月未發生潛在失效模式案例，頻度由5降到2 ，RPN值下調。

2.3 案例二：手動擋/自動擋離合器缸高精槍打緊易混淆拿取槍頭

安裝變速箱有兩種類型，分別為：手動和自動，螺栓打緊扭矩分別為：57N·m和20N·m。

存在風險：安裝時需兩把高精槍進行螺栓打緊，由于工位空間較小，兩把高精槍距離較近，打緊時存在高精槍錯拿風險。現行控制預防手段為工藝要求操作工取槍前必須自主選擇合適的高精槍型號，該發生度為5，探測度為7，偏高。

更改方案：使用套筒選擇器分別將打緊耦合螺母、安裝離合器工作缸這兩類螺栓加入現有的高精槍中，提高裝配質量，減小高精槍亮紅燈失誤。節省一把高精槍，如圖3。

具體工作原理如下：裝配工掃描車身上的條形碼，獲取車輛配置信息，拿取相應套筒調用對應程序進行打緊，如果套筒選擇錯誤套筒選擇器亮紅燈，裝配工需重新換取套筒。

3? 總結

本案例是在PFMEA工作開展過程中激發出來的一個新思路，通過FMEA這個工具分析得到變速箱安裝這個工序可能存在潛在失效模式的發生，通過專業手段去規避這個風險發生，這才構成FMEA工作的一個閉環，也是制造體系應該始終堅持并傳承的。

本案例以FMEA工作開展的完整流程為脈絡，通過分析討論最后確認了必須要進行控制的風險點，通過科學的方法和充足的現場經驗降低RPN值。主要分析了工藝2項（潛在失效模式7項），識別出其中高風險（風險優先級為1）2項，將高風險項PRN 由280、224均下調為48。

通過FMEA工作，可以幫忙我們減少甚至消除工藝和設備上可能存在的風險點，同時也可以幫助我們更好的完成生產現場改善工作，優化工藝過程。

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