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有关潜在失效模式及影响分析技术的应用研究
摘要：PFMEA作为五大质量工具之一，现在已在汽车行业领域广泛应用。在航空航天业，国外很多大企业都将PFMEA作为一种有效的预防工具在使用，而国内在这方面的应用还有待提高。本文通过对某国外转包产品机加过程的应用对这一质量工具的理解做一浅析。
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过程潜在失效模式及影响分析作为五大质量工具之一，是一种科学的质量管理方法，具有强大的质量缺陷预防功能。PFMEA的目的是:发现和评价过程中潜在的失效及后果，找到能够避免或减少这些潜在失效发生的控制措施，将上述过程形成文件，作为过程控制计划的输入。它是对制造过程的策划及完善，以明确必须做什么样的过程才能满足产品设计和顾客的要求。PFMEA是在样品或批量制造的策划阶段，对新过程或修改的过程进行早期评审和分析，以便促进预测、解决或监控潜在的过程问题，减少制造风险。
现代航空产品的质量控制也正逐步从事后补救转向事前预防，20世纪60年代美国NASA曾将PFMEA应用于研制航天飞机的过程，事实证明PFMEA在生产制造过程中具有可靠的保障作用。之后便作为一种行之有效的预防措施工具在企业中得到推广，但在汽车行业中应用更为广泛有效。
ISO9001∶2015相比旧版标准而言，强调了“基于风险思维”这一核心概念，GB/T19001∶2015,GJB9001C∶2017等标准也相应的将风险和机遇的管控提到了新的高度。事先花时间适当的完成PFMEA分析，能够更容易、低成本的对过程进行动态维护，从而减轻事后弥补带来的危机。
1、PFMEA方法
1.1FMEA
FMEA(潜在失效模式及影响分析)是可靠性分析的重要工具，用来分析产品的每一个可能产生的故障失效模式，并按其严重程度、频次及探测度来对风险程度进行排序的一种方法。ASQ的Stamatia博士提出将FMEA可具体划分为分别针对系统、设计、过程和服务的EFMEA、DFMEA、PFMEA和SFMEA，并且可利用头脑风暴法等工具来帮助完成分析。[1]
1.2PFMEA
PFMEA(过程潜在失效模式及影响分析)则是针对生产制造过程进行分析，用于评价生产工序可能的不良、改善生产工艺、提升良率、降低成本，其出发点从工序来做。PFMEA的前提假设是设计过程和前工序或材料没有任何问题。PFMEA以生产制造部为中心，除了技术人员和现场操作人员之外，评价组的成员还应包括来自如质量、检验、条保、调度等不同领域的专业人员，这样在执行FMEA的过程中，可以有效将不同领域的知识融合贯通，思路更开阔，尽可能在事前充分想到可能存在的风险点。PFMEA的完成时机一般是在工艺流程图制定好之后，试生产控制计划之前。PFMEA做好后形成文件，但不是一成不变的，应随着以下这些情况动态维护更新:新产品/新项目/新工艺/设计更改/工程变更/新环境/新场所等。生产前花费大量人力和时间评估可能出现的问题看上去比较麻烦，但若能将失效风险控制在更低的水平，减少了事后由于错误导致的返工返修甚至更严重的情况，其实是有利于降低成本的。
目前航空航天业有一份专门关于PFMEA的标准，SAEAS13004《过程失效模式及影响分析和控制计划》，该标准规定了在一个产品寿命周期内，通过应用过程流程图PFD，过程失效模式及影响分析PFMEA和控制计划，来识别、评价、减轻和预防生产制造过程中的风险。这份标准是贯穿于整个产品寿命周期的。PFMEA和PFD、控制计划以及其他几个要素和质量工具之间的关系如图1所示。
图1PFMEA和其他要素之间的关系
1.3PFMEA的评级标准
严重度(S):是失效影响的严重程度。根据失效后果来评价，分值在(1～10)分，分级详情见图2。
图2严重度(S)分级
发生频次(O):表示失效模式发生的概率(见图3)。
图3发生频次(O)分级
探测度(D):在过程中检测出失效模式的难易程度(见图4)。
图4探测度(D)分级
RPN(风险序数):综合考虑失效模式的严重度、频次和探测度来描述失效的风险大小，RPN=S•O•D。RPN值越大表明潜在问题越严重，应优先采取纠正措施。但当RPN值不大，但严重度(S)值很大时，也应优先对该项目采取纠正措施。对于不同领域的产品，RPN值设定的限值不同，一般来讲对质量安全性要求越高的，RPN值限值设定越低，高于该限值的必须采取纠正措施。
对于高风险项目采取纠正措施后，应重新给出严重度(S)、发生频次(O)、探测度(D)等级，并计算出新的RPN值。
2、PFMEA分析过程示例
以承接某国外民用非航空产品的机加过程为例，对PFMEA方法在过程中的应用做简要说明。改进前，对于粗车工序的潜在失效模式及后果分析如图5所示。
图5改进前粗车工序的潜在失效模式及后果分析
由于此产品用于地面燃机涡轮，因此RPN限值设定为100，高于100的项目必须采取纠正措施来降低其风险。在上述几个潜在失效模式中，加工不足这一项的RPN值最高达到了120，因此必须对其采取相应措施。
由于该产品是首次加工，以前无相关经验可以借鉴，因此在生产前小组成员采用头脑风暴预想出各个工序的潜在失效模式并分析原因。加工不足这一模式可能产生的原因主要是刀具磨损，按照工艺规程规定的加工参数可能导致零件加工不足从而尺寸超差。因此改进后，粗车工序的潜在失效模式及后果分析变化为图6所示。
图6改进后粗车工序的潜在失效模式及后果分析
3、结束语
PFMEA是一种动态的、持续改进的方法。在制订整改措施后，团队应在实施后对相关过程重新分析。以后，当出现产品变化、过程参数改变、设备更新等情况时，应及时针对变化情况随时重新进行PFMEA。
PFMEA不是针对某几个产品应用才有作用，而应是将PFMEA方法带入到日常工作习惯中，当工艺改进时更应将PFMEA的理念代入，这样才能最大程度发挥PFMEA的效用。
PFMEA是站在前人经验总结的基础上，不断对生产工艺改进的过程，也是一个动态维护与稳步提升的过程。充分利用好PFMEA的优势，可以达到将本增效的目的，从长远角度看能够大大节约企业成本，并不断积累企业的知识和经验这一宝贵财富。
参考文献：
[1]王君.基于PFMEA的零部件工艺风险评估研究与实践[D].厦门:厦门理工学院,2016.
刘庆珍,赵梦,刘喜山.浅析质量工具PFMEA及应用[J].计量与测试技术,2020,47(04):70-72.
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期刊名称：大学数学
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主管单位：中华人民共和国教育部
主办单位：大学数学课程教学指导委员会(原数学与统计学教学指导委员会),合肥工业大学
出版地方：安徽
专业分类：科学
国际刊号：1672-1454
国内刊号：34-1221/O1
创刊时间：1984年
发行周期：双月刊
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2020-05-29
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