PFMEA在生產過程設計中的應用實例

2021-01-07 動力電池技術

在實際應用中衍生出來的各種FMEA中,除了DFMEA以外,PFMEA也是比較常用的一種。過程FMEA,是針對生產過程中的潛在失效展開工作的,主要由負責裝配、製造的工程師去具體運用實施。在生產過程設計初步文成時,相關人員組織分析討論,該生產過程可能存在的失效模式。PFMEA作為一種成熟的方法論,對生產過程設計規範化起到提示性的作用。

1 PFMEA標準表格簡介

PFMEA的典型工具標準表格中,各個項目與DFMEA差異不大,具體解釋可以參照昨天的文章《怎樣運用FEMA分析汽車零部件潛在失效風險》裡面有逐個項目含義的解說。這裡,只把PFMEA和DFMEA表格中項目含義差異較大的項目,拎出來單說。

過程功能/要求,填寫生產製造過程中某個過程的名稱,比如車削、高壓箱組裝等,名稱最好與相關文件上的名稱和編號有對應關係,比如過程工藝卡片之類。如果同一個工序步驟可能出現幾種不同的潛在失效模式,可以按照幾個過程功能在表格中逐一列出。

潛在失效模式,生產過程中可能出現的失效模式可以歸納成兩類,一種是本過程生產出的產品影響後續過程的進行;另一種是本過程的生產結果,影響整個產品的功能。因此,過程FMEA不但要考慮生產相關技術問題,還需要考慮設計意圖和最終產品的需求。

潛在失效的後果,承接失效模式的考慮方式考慮失效後果。

嚴重度S,定義與DFMEA類似,是一個FMEA系統內的相對值,需要注意的是,嚴重度的降低只有通過設計變更才能實現,也就是說失效結果的影響根本原因在於過程設計。

級別,標示工序的重要性,級別確定以後,需要向前反饋給設計工程師。

潛在失效起因/機理,追究潛在失效模式的原因,在製造過程中,失效原因可能來自產品設計,可能來自過程設計,也可能來自前面的製造程序。

頻度O,潛在失效起因可能的發生頻率,與DMEA分級方式類似。

現行過程控制,與DMEA思路一致,同樣是包含兩種措施,預防和探測。措施一旦確定,需要經過小組討論,並回頭重新衡量,這些措施是否對頻度有影響,需要作出調整。

不可探測度D,現行過程控制中的探測手段對應的對失效原因的探測能力評定數值。有文獻特別強調,在PFMEA中,隨機抽查不能作為有效探測手段降低不可探測度的數值,而統計學為基礎的抽樣則可以作為一種有效的探測控制。

風險順序數RPN,嚴重度、頻度和不可探測度三者的乘積。

建議措施,著重提出,失效模式中,可能對裝配操作人員造成人身傷害的,必須列出預防和糾正措施,不論其RPN值是多少?

汽車線束製造的PFMEA

汽車線束,組成部分多,形式比較龐雜,容易出現各種製造質量問題。將PFMEA應用於汽車線束製造,來提高其良品率,降低成本,提高顧客滿意度。本案例來自於作者孫繼旭的題目為《汽車電線束及連接器設計中的關鍵技術和製造中的質量控制方法》的論文。以電線剪剝工序為例。

電線剪剝,是整個線束生產工作的第一步,剪剝工序分成剪和剝兩步完成,對工藝過程的描述如下:

1 按剪剝操作作業指導書要求的線標、線規、顏色領用所需電線,領電線時必須自驗線標,線規包括電線的外徑,線芯直徑和根數、顏色是否正確電線的表面光滑、不起泡,線芯不發黑。領出的電線放在有合格標識的容器內,電線不能放在地上,且必須作標識,標識上註明線標,線規和顏色。

2 剪剝時,嚴格按線束的剪剝操作作業指導書規定的剪線長度和剝頭長度和進行剪剝。剪線長度公差和剝頭長度公差符合線束的剪剝操作作業指導書的要求線規和電線顏色正確剪、剝的斷面平整,線芯不允許散亂;不允許線芯斷裂。剪剝時嚴禁損傷電線的絕緣層。每一種電線批量生產前必須按上述要求進行首件自驗,同時自驗線芯是否有氧化發黑現象,線芯與絕緣層是否結合緊密,不能出現線芯自動抽出現象。自驗合格後交專檢進行首件檢驗。首件檢驗合格後進行批量生產,首件檢驗不合格應重新生產並重交首件檢驗。在生產過程中自驗線芯是否有氧化發黑現象,線芯與絕緣層是否結合緊密,是否出現線芯斷裂,是否損傷電線的絕緣層。

3 為了防止轉運過程中損傷電線或剝頭,必須規定電線的綑紮方式和剝頭的保護措施。如規定電線的綑紮數量和綑紮方式,在剝頭時儘量不剝掉電線絕緣層;電線截面積大時難實現,採用半剝方式,壓接端子或接頭焊接時再去掉剝頭的絕緣層或者在剝頭端套防護筒和防護紙。

4 為了實現製造過程可以追溯和識別,在剪剝完一種電線後必須在電線束上貼上標籤,註明該電線用於的車型、線束號、電路名稱和數量。

完成電線剪剝工序的PFMEA

過程功能

電線剪剝工序的目的是生產合格產品,提供給下一個工序,於是把工程功能表述為「保證獲取合格電線」;

失效模式

根據過程功能——針對獲得合格電線這個目標,羅列全部可能的潛在失效模式,每一個佔用一行,以便後續逐一分析原因評估嚴重度等級等。

針對前面的一個過程功能,可能出現的失效模式有5個:規格不符合,顏色不符合,線標不符合,電線整體長度不合格,電線剝頭長度不合格。於是分別在一行裡,分別討論後續項目。

規格不符合的潛在失效後果,表現在兩個方面:電線過載造成燒毀;端子壓接工序不能正常壓接。

顏色不符合的潛在失效後果,表現兩個方面:生產人員無法正確識別;客戶使用時無法正確識別。

線標不符(此處的不符是指不同類型的線纜線標混淆了)的潛在失效後果,有可能造成線纜燒毀;也可能絕緣性能不同的線纜混淆,造成絕緣性能達不到設計要求。

剪線長度不符,尤其線纜裁剪短於設計線長,失效模式是無法走線到設計位置。

電線剝頭長度不符,與端子連接的長度不足造成電阻過大;或者線纜與連接器裝配時,裝入困難。

潛在失效後果

以「剪線長度不符」為例,線長不符,可能更長也可能更短,如果更長,則浪費原材料;如果更短,則無法走線到設計位置。

嚴重度數

5級以上為必須採取處置措施的,5級以下可以酌情處理。以「剪線長度不符」為例,本文給出的嚴重度級別為4。

潛在的失效起因/機理

每一種失效模式,聯繫其設計、製造過程,列舉全部可能的失效原因。

以「剪線長度不符」為例,分析可能的原因兩個方面,一個可能是機器磨損造成測量不準;另一個可能是認為設置的長度不正確。

頻度

在一個FMEA系統中,只要使用的是統一的分級標準即可。繼續以「剪線長度不符」為例,評估者根據工廠的實際情況,認為「機器磨損造成測量不準」帶來的剪線長度問題低於人為設置錯誤頻率低,當兩者出現的機率都不太高,則「機器磨損」給頻度數2,「人為設置錯誤」給頻度數3。

現行工藝控制

文章中總結的主要方法是:首件檢驗和巡檢(1件/3h)。這裡的巡檢和隨機檢驗是什麼關係,是否符合PFMEA原則中的「隨機抽查不能作為有效探測手段降低不可探測度的數值,而統計學為基礎的抽樣則可以作為一種有效的探測控制」原則,暫時不能確定。了解相關領域的童鞋,可以給補充。

部分剪剝工序的PFMEA標準表格完整填寫如下圖所示:

本文整理自下列文獻:

1 嵇國光,TS16949五大核心工具應用手冊;

2 劉俊紅,門鎖潛在設計失效模式及後果分析;

3 孫繼旭,汽車電線束及連接器設計中的關鍵技術和製造中的質量控制方法;

4 作者不詳,設計失效分析DFMEA經典案例剖析。

(圖片來自網際網路公開資料)

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