高大伟

（一汽大众汽车有限公司）

1 前言

过程失效模式及后果分析（PFMEA）是一种综合分析技术，主要用来分析和识别工艺生产或产品制造过程中可能出现的失效模式，以及这些失效模式发生后对产品质量及性能的影响，从而有针对性地制定出预防措施，以降低工艺生产和产品制造过程中缺陷发生的频次，达到控制和提升产品质量的目的[1，2]。以往许多汽车厂商均采用PFMEA方法对单一品种制造过程的失效模式进行管理控制，但随着我国汽车市场竞争的日益激烈，各汽车厂商均开始建立柔性化生产线来实现同1条生产线上同时生产2个或以上车型的方式，而仅凭单一品种生产线的经验对柔性焊装生产线进行管理控制，通常导致无法有效辨识共线生产的风险，进而造成应对风险的措施准备不充分，使得共线生产的返修成本升高和设备停台时间上升。为能够有效地对柔性化生产线的失效模式进行分析，并以此为依据制定控制方针和策略，进而降低成本，提高生产线稳定性，最终实现精益生产，本文通过对传统PFMEA方法的分析，提出了适合车身柔性生产线的PFEMA方法以及各项评估指标和评估标准，并在某柔性生产线上进行了实际应用试验。

2 柔性焊装生产线的PFMEA方法

2.1 PFMEA的作用和分析步骤

PFMEA在实际生产中的作用:可在生产系统关键组成部分的仅为潜在风险还未发生失效前就起到预防作用，并推动后续解决措施的落实；可记录和总结经验教训，为出现的问题积累经验；可有针对性地对员工进行培训，将存在的风险明确地告知员工。

PFMEA 的主要分析步骤[3，4]:

a.明确分析范围，确定被分析的内容是工艺过程（如产品设计、车身焊接等）或是管理过程（计划编订、考核评审等）；

b.评价可能发生不满足过程或设计的问题，以及其失效对产品质量和客户的潜在影响，并对其影响的严重程度进行评级；

c.针对每个潜在失效模式，尽可能找出导致失效发生或失效条件的起因或机理，并对当前的控制、防范方法进行描述；

d.编制潜在失效模式分级表，确保严重的失效模式得到优先控制；

e.根据失效模式影响的分析结果，找出系统中的薄弱环节，制定和实施各种改进措施，并跟踪控制措施的实施情况，更新失效模式分级表。

某车身柔性生产线PFMEA分析步骤如图1所示。

2.2 PFMEA的分析过程

在实际生产中，PFMEA的分析过程通常用分析表的形式表示，表1为某焊装车间针对柔性化生产线采用的PFMEA分析表。

表1 PFEMA分析表

表1中:

a.FMEA日期为编制PFMEA原始稿的日期及最新修订的日期；

b.主要参加人是指有权确定和执行任务的责任部门和个人；

c.过程功能需求是指分析的过程或工艺的失效过程对生产、质量和人员等产生的影响，要尽可能简单描述被分析的过程或工序；

d.潜在失效模式是指过程中可能发生的不满足过程要求或设计意图的形式或问题点，是对某具体工序不符合要求的描述；

e.潜在失效后果是指失效模式对产品质量和顾客可能引发的不良影响，顾客可以是下道工序（或工位）、代理商或车主，要根据顾客可能注意到或经历的情况来描述失效后果，失效后果应一律用产品或系统的性能来阐述，如噪声、不稳定、不起作用等；

f.级别（重要程度）一是指与安全和（或）法规有关，即该特性会影响到安全和（或）法规；二是指该特性的波动会影响到产品或零件的基本性能，但不会影响到安全和（或）法规，一般以特殊符号标示；

g. 潜在失效的起因/机理是指失效是怎么发生的，并依据可纠正或控制的原则来描述，针对每个潜在的失效模式在尽可能广的范围内列出每个可以想到的失效起因；

h.现行控制方法是对当前使用的、尽可能阻止失效模式发生或是探测出将发生失效模式的控制方法的描述，分为预防和探测2种方法。预防是防止失效的起因或降低出现的几率；探测是探测出失效的起因或模式，寻找相应的改正措施。

由表1可知，PFMEA是一个识别、控制和改善失效模式的管理过程，通过对过程失效模式及其后果的系统分析，可制定出相应的预防措施和行动方案，做到“事前预防”以降低失效发生的可能性。

3 柔性焊装生产线PFMEA的评估指标和准则

柔性焊装生产线PFMEA表的填写是失效模式分析的关键之一，表1中的严重度、频度、不易探测度和在此基础上计算得出的RPN值，是分析柔性生产线失效模式的最重要的评估指标和依据。

严重度是给定失效模式最严重的影响后果的级别，是指潜在失效模式发生时对顾客影响后果的严重程度，通常需要对每种失效模式的潜在影响进行评价并赋予分值，用1～10表示，分值愈高则影响愈严重。表2为某焊装车间根据生产实际情况和其它车型运行经验制定出的严重度评价准则，主要从人员安全、质量和生产影响等方面考虑。

表2 严重度评价准则

频度是指某一特定的失效起因/机理发生的频率，是一个非常重要的评估指标。对于柔性生产线失效模式来说，失效的频度将直接反映该失效模式对生产或质量的影响。柔性生产线潜在失效起因/机理发生频度数的评估也可分为1～10级。“可能的失效率”是根据过程实施中预计发生的失效来确定的，如果能从类似的过程中获取统计数据，则用这些数据确定频度数。除此以外，还可利用表3中的说明及类似过程的历史数据来进行主观评定。目前，生产线的失效频度的评价是依据该生产线的产量来判断的，不同的生产节拍将影响频度的实际时间间隔，所以频度的制定也与车型的生产节拍有着非线性的关系。表3的频度评价准则是依据10JPH来制定的。

表3 频度评价准则

不易探测度是指零部件离开制造装配工位之前，假定失效模式即将发生，然后评价所有失效模式可被探测发现的难易程度，以确保此种失效模式在发生前会被迅速地发现，阻止该工位零部件继续外流。针对柔性生产线失效模式可被发现的难易程度，将不易探测度数定义为1～10级（表4），其中10级是指目前的控制手段无法探知其失效原因，对于这类失效后续要通过采用先进的探测手段来降低其不易探测度数；定义为1级的是现行的控制手段可以通过自动检测来实现，对于这类失效不用再进行进一步分析。

表4 不易探测度评价准则

风险级（RPN）是指严重度、频度和不易探测度三者的乘积。该数值越大表明这一潜在问题越严重，应及时采取有效措施降低RPN值，即降低该失效模式的风险级。

对于某焊装车间柔性生产线区域的失效模式分析，以不影响产量完成和满足客户质量要求为前提，一般在生产系统设计时考虑允许5%的停台时间，包含由于产品质量和设备问题等造成的停台，合算到一班次的时间为22 min。如果每班次停台22 min，依据相应的评价标准，可定义严重度为6级；频度（考虑每班次1次）为4；考虑现有的控制方法可以探测到该失效发生的原因，定义不易探测度为5，则该失效模式的 RPN=6×4×5=120。

当失效模式RPN＞120时，必须对降低该失效模式可能产生的影响进行分析；反之当失效模式RPN≤120时，可认为该失效模式不影响正常生产。

4 柔性焊装生产线PFMEA应用实例

以某轿车焊装车间主焊线顶盖工位为例。此工位负责将某车型的4种顶盖（有、无天窗和有、无天线孔）安装至车身上，此工位为典型柔性混线生产工位，操作者必须清楚具体车型及该车型的具体配置要求才能装配相应的顶盖，因此顶盖错装是此工位高风险的失效模式之一。

项目启动初期，PFMEA工程分析小组针对车身共线的柔性生产线特点并结合以往PFMEA制定经验，制定了该柔性生产线顶盖工位PFMEA分析表（见表5），利用该分析表提前发现了此工位存在的高风险失效模式。

表5 某柔性生产线顶盖工位PFMEA表

由表5可知，此工位的零件错装存在严重失效风险（RPN=245），必须制定有效措施防止此失效发生造成的客户抱怨及生产停台。工程分析小组将潜在的失效起因一一列出，针对RPN＞120的情况分别制定措施。如对于员工取料错误，工程分析小组利用天窗与非天窗在形状上的差异，安装了红外线发射接收装置，并将探测结果与此工位车型识别信息进行对比（图2），如不匹配将报警。此工位车型识别信息可通过安装条形码扫描器识别车型准确信息。通过采取以上措施，将此工位的不易探测度由7降至2，RPN值由245降至70（表6），可认为采取的措施有效，该失效模式不影响正常生产。

表6 更改控制措施后的PFMEA表

5 结束语

提出了适合车身柔性焊装生产线的PFMEA方法以及各项评估指标和评估标准。以某轿车焊装车间的主焊线顶盖工位为例，利用PFMEA方法预先发现了该工位潜在的高风险失效模式，并通过采取相应控制措施避免了失效的发生，表明利用PFMEA方法进行柔性生产线的失效模式分析，可降低成本，提高生产线的稳定性，达到精益生产的目的。

1 高社生，张玲霞.可靠性理论与工程应用.北京:国防工业出版社，2002.

2 陈丽华.PFMEA与防错技术在汽车行业中的应用.机械制造，2007，45（517）:61～64.

3 周志坚.防错技术在汽车减振器装配中的应用.现场经验，2003，（5）:82～83.

4 D H Stamatis著，陈晓彤，姚绍华，译.故障模式影响分析FMEA从理论到实践.北京:国防工业出版社，2005.