質(zhì)量管理工具--DFMEA的案例分析

質(zhì)量管理工具--DFMEA的案例分析

DFMEA是一種以預(yù)防為主的可靠性設(shè)計分析技術(shù),該技術(shù)的應(yīng)用有助于企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,縮短研發(fā)周期。目前,DFMEA已在航空航天以及國外的汽車行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用,并顯示出了巨大的威力;但在國內(nèi)汽車行業(yè)并沒有系統(tǒng)地展開,也沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用。以DFMEA在國產(chǎn)汽油機(jī)節(jié)流閥體的改進(jìn)設(shè)計中的實施為例,對改進(jìn)后的DFMEA的實施方法和流程進(jìn)行闡述。

發(fā)動機(jī)為完成其相應(yīng)的功能,組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜,零部件的數(shù)量也很龐大,如不加選擇地對所有的零部件和子系統(tǒng)都實施DFMEA,將會耗費(fèi)大量人力、物力和時間,對于初次實施DFMEA的企業(yè)幾乎是不可能完成的工作。為此,需要開發(fā)一種方法,能夠從發(fā)動機(jī)的子系統(tǒng)/零部件中選擇出優(yōu)先需要進(jìn)行分析的對象。

發(fā)動機(jī)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等組成,各機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)完成相應(yīng)的功能。子系統(tǒng)的下級部件或組件通常需要配合完成相應(yīng)的功能,在描述這些部件或組件的功能時,不僅應(yīng)該描述其獨(dú)立完成的功能,還應(yīng)描述與其他部件配合完成的功能。

組成發(fā)動機(jī)的零部件種類很多,不僅包括機(jī)械零部件還有電子元件,電子部件的故障模式已經(jīng)較為規(guī)范和完整,但機(jī)械系統(tǒng)及其零部件的故障模式相當(dāng)復(fù)雜,不僅沒有完整且規(guī)范的描述,二者之間還有一定的重復(fù),為DFMEA工作的開展帶來了困難,故需要為機(jī)械系統(tǒng)及其零部件建立相應(yīng)的故障模式庫。

實施DFMEA的準(zhǔn)備工作

由于在發(fā)動機(jī)設(shè)計中實施DFMEA要遇到較多困難,故作者建議,在具體實施DFMEA之前,需要做好建立較為完善的故障模式庫并確定DFMEA的詳細(xì)分析對象等準(zhǔn)備工作。

1.建立故障模式庫的方法

發(fā)動機(jī)的組成零部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,大多數(shù)零部件在運(yùn)行時還會有相互作用,導(dǎo)致零部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)的故障模式不僅復(fù)雜,各層次的故障模式還會相互重復(fù),需要為發(fā)動機(jī)建立一個故障模式庫;該模式庫不僅應(yīng)該包含發(fā)動機(jī)中所有子系統(tǒng)和零部件的故障模式,還能夠反映出該故障模式究竟屬于哪一個零部件或系統(tǒng),其建模流程如下圖所示。

（1）建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹

為建立故障模式庫,首先要建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)樹,它并不依賴于某一特定的產(chǎn)品,而是依據(jù)同一類產(chǎn)品建立。如建立一個汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)樹時,應(yīng)考慮該廠所有的汽油機(jī),分析出其共同特點后建立結(jié)構(gòu)樹;對于組成結(jié)構(gòu)有重大改變的產(chǎn)品,可以考慮為其改變的部分建立一個分支,掛接在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹的相應(yīng)節(jié)點上。

以汽油機(jī)的節(jié)流閥體為例,該閥體大致都由閥體、怠速控制閥、節(jié)氣門位置傳感器等組成,細(xì)節(jié)部分會有所不同,節(jié)流閥體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹如下圖所示。

（2）確定故障數(shù)據(jù)源

為確定故障模式,先要找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)源;建議選擇同類產(chǎn)品的試驗數(shù)據(jù)或三包數(shù)據(jù),因為這兩種數(shù)據(jù)中較為詳細(xì)地記錄了產(chǎn)品在試驗和使用過程中出現(xiàn)的故障。由于發(fā)動機(jī)可靠性試驗的成本很高,一般企業(yè)中都不會有充分的試驗數(shù)據(jù);盡管三包數(shù)據(jù)記錄的不是十分規(guī)范,但通過歸納和整理,仍然可以從中抽象出故障模式。所以,在試驗數(shù)據(jù)不充足的情況下,一般推薦采用三包數(shù)據(jù)。

（3）篩選所分析子系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)

一般來講,故障數(shù)據(jù)來自于系統(tǒng),需要將故障數(shù)據(jù)逐層篩選,才能最終得到系統(tǒng)、每一級子系統(tǒng)以及零部件的故障數(shù)據(jù),為確定其故障模式作準(zhǔn)備。

（4）確定關(guān)鍵字

三包數(shù)據(jù)來自于不同的維修點,并非由專業(yè)的試驗人員收集,難免存在不規(guī)范的現(xiàn)象,比如對于“密封不嚴(yán)”這一故障現(xiàn)象,故障數(shù)據(jù)中就會有“密封不嚴(yán)、不密封、密封性差、密封性不好”等多種描述。

針對這種現(xiàn)象,建議數(shù)據(jù)歸納人員先要了解各種故障現(xiàn)象的描述,在此基礎(chǔ)上確定關(guān)鍵字,對所選子系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類。關(guān)鍵字確定的原則是,能篩選到95%以上的同種故障現(xiàn)象,盡量做到不遺漏;不同故障現(xiàn)象間盡量做到不重復(fù)。因此,篩選同一種故障現(xiàn)象很可能需要確定幾個關(guān)鍵字。

（5）對系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分類

依據(jù)確定的關(guān)鍵字對系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,分類后的故障數(shù)據(jù)就可以用來抽象出故障模式。

（6）故障模式的抽象

根據(jù)分類后的故障數(shù)據(jù),可以抽象出相應(yīng)的故障模式。故障模式要求用術(shù)語表示,汽車產(chǎn)品可以參照標(biāo)準(zhǔn) QC—900;標(biāo)準(zhǔn)中沒有的故障模式,需由工程師商量之后統(tǒng)一確定。

（7）故障模式掛接在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹的節(jié)點上

系統(tǒng)、子系統(tǒng)及零部件等不同層次都會有相應(yīng)的故障模式,需要將其掛接在相應(yīng)的節(jié)點上,至此故障模式庫就搭建完成。隨著分析工作的深入和故障數(shù)據(jù)的持續(xù)歸納,故障模式庫會越來越完整。

對節(jié)流閥體的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行以上的處理之后,得到了各級組件及零部件的故障模式,建立了節(jié)流閥體的故障模式庫,下圖示出故障模式庫的一部分。

需要指出,實施DFMEA時分析對象的故障模式不僅來源于故障模式庫,還來自于工作小組的分析。

2.確定DFMEA的詳細(xì)分析對象

根據(jù)實施DFMEA需要耗費(fèi)大量時間的具體情況,本研究的參考文獻(xiàn)[2]提出了一種新方法來確定需要詳細(xì)實施DFMEA的對象;思路是對系統(tǒng)進(jìn)行逐級分析,根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)確定需要詳細(xì)分析的分支(以下稱為重要分支),對重要分支一直細(xì)化到最底層,不可再分的重要分支即為需要詳細(xì)分析的對象。方法分為3步,即建立系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)樹、確定閾值、選擇所需分析的對象。

（1）建立系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)樹

此處系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)樹與上述中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹類似,但本質(zhì)上不同。這里的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)樹是與系統(tǒng)的組成完全相同,依照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能逐級向下建立,直到系統(tǒng)的零部件為止(稱為組成結(jié)構(gòu)樹的葉結(jié)點),組成結(jié)構(gòu)樹的示意圖見下圖。

圖中的系統(tǒng)由子系統(tǒng)1和子系統(tǒng)2組成,兩個子系統(tǒng)分別完成相應(yīng)的功能。子系統(tǒng)1由子總成1和2組成,子總成1又可以向下劃分為零部件;子系統(tǒng)2由兩個零部件組成。其中

S12,S21,S22,S111和S112都是該組成結(jié)構(gòu)樹的葉結(jié)點。

（2）確定閾值

閾值是確定重要分支所依據(jù)的條件。根據(jù)DFMEA的原理,推薦確定重要度(S)和風(fēng)險順序數(shù)(RPN)兩個參數(shù)的閾值,只要某分支的S和RPN兩參數(shù)中的任意一個等于或超過閾值,該分支就被確定為重要分支。除S和RPN以外,DFMEA中還有發(fā)生度(O)和探測度(D)兩個參數(shù),S用來描述故障后果,O表明故障原因的發(fā)生概率,D是對探測措施有效程度的度量,RPN是S,O,D3者的乘積。O和D的閾值根據(jù)類似產(chǎn)品的故障數(shù)據(jù)確定,原則是要比DFMEA中的閾值低。

（3）選擇所需分析的對象

對產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)樹逐級向下分析,首先確定第一級分支的所有的S,O,D值,并計算得到RPN值;然后根據(jù)閾值來確定哪一個分支為重要分支,被確定為重要分支的仍然重復(fù)以上過程直到組成結(jié)構(gòu)樹的葉結(jié)點,非重要分支則不再繼續(xù)分析。

以下圖所示的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)樹為例,選擇需要分析的對象。假設(shè)S和RPN的閾值分別為6和70,組成結(jié)構(gòu)樹中分支的各參數(shù)情況如圖5所示,有“3”的部分為重要分支。

由圖可見,子系統(tǒng)S1的S和RPN都達(dá)到閾值,被確定為重要分支;子系統(tǒng)S2的RPN雖未達(dá)到閾值,但S已經(jīng)超過閾值,也被確定為重要分支;S12,S22和S111被確定為分析對象,需要對其進(jìn)行詳細(xì)的DFMEA。

分析節(jié)流閥體的故障數(shù)據(jù),確定S和RPN的閾值分別為5和30,分析結(jié)果見下圖。由分析結(jié)果可知,需要對節(jié)氣門位置傳感器、怠速控制閥、閥片、閥體本體進(jìn)行詳細(xì)的DFMEA。

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