質量管理工具--DFMEA的案例分析

時間：2023-05-01 02:29:26 資料我要投稿

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質量管理工具--DFMEA的案例分析

DFMEA是一種以預防為主的可靠性設計分析技術,該技術的應用有助于企業提高產品質量,降低成本,縮短研發周期。目前,DFMEA已在航空航天以及國外的汽車行業得到了較為廣泛的應用,并顯示出了巨大的威力;但在國內汽車行業并沒有系統地展開,也沒有發揮其應有的作用。以DFMEA在國產汽油機節流閥體的改進設計中的實施為例,對改進后的DFMEA的實施方法和流程進行闡述。

發動機為完成其相應的功能,組成結構復雜,零部件的數量也很龐大,如不加選擇地對所有的零部件和子系統都實施DFMEA,將會耗費大量人力、物力和時間,對于初次實施DFMEA的企業幾乎是不可能完成的工作。為此,需要開發一種方法,能夠從發動機的子系統/零部件中選擇出優先需要進行分析的對象。

發動機由曲柄連桿機構、配氣機構、燃油供給系統、進氣系統、冷卻系統和潤滑系統等組成,各機構和系統完成相應的功能。子系統的下級部件或組件通常需要配合完成相應的功能,在描述這些部件或組件的功能時,不僅應該描述其獨立完成的功能,還應描述與其他部件配合完成的功能。

組成發動機的零部件種類很多,不僅包括機械零部件還有電子元件,電子部件的故障模式已經較為規范和完整,但機械系統及其零部件的故障模式相當復雜,不僅沒有完整且規范的描述,二者之間還有一定的重復,為DFMEA工作的開展帶來了困難,故需要為機械系統及其零部件建立相應的故障模式庫。

實施DFMEA的準備工作

由于在發動機設計中實施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的詳細分析對象等準備工作。

1.建立故障模式庫的方法

發動機的組成零部件多、結構復雜,大多數零部件在運行時還會有相互作用,導致零部件、子系統和系統的故障模式不僅復雜,各層次的故障模式還會相互重復,需要為發動機建立一個故障模式庫;該模式庫不僅應該包含發動機中所有子系統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,其建模流程如下圖所示。

（1）建立系統結構樹

為建立故障模式庫,首先要建立系統的結構樹,它并不依賴于某一特定的產品,而是依據同一類產品建立。如建立一個汽油機的結構樹時,應考慮該廠所有的汽油機,分析出其共同特點后建立結構樹;對于組成結構有重大改變的產品,可以考慮為其改變的部分建立一個分支,掛接在系統結構樹的相應節點上。

以汽油機的節流閥體為例,該閥體大致都由閥體、怠速控制閥、節氣門位置傳感器等組成,細節部分會有所不同,節流閥體的系統結構樹如下圖所示。

（2）確定故障數據源

為確定故障模式,先要找到相應的數據源;建議選擇同類產品的試驗數據或三包數據,因為這兩種數據中較為詳細地記錄了產品在試驗和使用過程中出現的故障。由于發動機可靠性試驗的成本很高,一般企業中都不會有充分的試驗數據;盡管三包數據記錄的不是十分規范,但通過歸納和整理,仍然可以從中抽象出故障模式。所以,在試驗數據不充足的情況下,一般推薦采用三包數據。

（3）篩選所分析子系統的故障數據

一般來講,故障數據來自于系統,需要將故障數據逐層篩選,才能最終得到系統、每一級子系統以及零部件的故障數據,為確定其故障模式作準備。

（4）確定關鍵字

三包數據來自于不同的維修點,并非由專業的試驗人員收集,難免存在不規范的現象,比如對于“密封不嚴”這一故障現象,故障數據中就會有“密封不嚴、不密封、密封性差、密封性不好”等多種描述。

針對這種現象,建議數據歸納人員先要了解各種故障現象的描述,在此基礎上確定關鍵字,對所選子系統的故障數據進行歸類。關鍵字確定的原則是,能篩選到95%以上的同種故障現象,盡量做到不遺漏;不同故障現象間盡量做到不重復。因此,篩選同一種故障現象很可能需要確定幾個關鍵字。

（5）對系統的故障數據進行分類

依據確定的關鍵字對系統的故障數據進行分類,分類后的故障數據就可以用來抽象出故障模式。

（6）故障模式的抽象

根據分類后的故障數據,可以抽象出相應的故障模式。故障模式要求用術語表示,汽車產品可以參照標準 QC—900;標準中沒有的故障模式,需由工程師商量之后統一確定。

（7）故障模式掛接在系統結構樹的節點上

系統、子系統及零部件等不同層次都會有相應的故障模式,需要將其掛接在相應的節點上,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據的持續歸納,故障模式庫會越來越完整。

對節流閥體的故障數據進行以上的處理之后,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的詳細分析對象

根據實施DFMEA需要耗費大量時間的具體情況,本研究的參考文獻[2]提出了一種新方法來確定需要詳細實施DFMEA的對象;思路是對系統進行逐級分析,根據一定的標準確定需要詳細分析的分支(以下稱為重要分支),對重要分支一直細化到最底層,不可再分的重要分支即為需要詳細分析的對象。方法分為3步,即建立系統的組成結構樹、確定閾值、選擇所需分析的對象。

（1）建立系統的組成結構樹

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

圖中的系統由子系統1和子系統2組成,兩個子系統分別完成相應的功能。子系統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2由兩個零部件組成。其中

S12,S21,S22,S111和S112都是該組成結構樹的葉結點。

（2）確定閾值

閾值是確定重要分支所依據的條件。根據DFMEA的原理,推薦確定重要度(S)和風險順序數(RPN)兩個參數的閾值,只要某分支的S和RPN兩參數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中還有發生度(O)和探測度(D)兩個參數,S用來描述故障后果,O表明故障原因的發生概率,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的閾值根據類似產品的故障數據確定,原則是要比DFMEA中的閾值低。

（3）選擇所需分析的對象

對產品的組成結構樹逐級向下分析,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以上過程直到組成結構樹的葉結點,非重要分支則不再繼續分析。

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

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

分析節流閥體的故障數據,確定S和RPN的閾值分別為5和30,分析結果見下圖。由分析結果可知,需要對節氣門位置傳感器、怠速控制閥、閥片、閥體本體進行詳細的DFMEA。

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