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      基于FMEA的汽車零部件質(zhì)量追溯過程分析

      2018-05-24 10:18:53漢陽專用汽車研究所陳小強王維顧錦祥
      專用汽車 2018年5期
      關(guān)鍵詞:庫所變速器產(chǎn)品質(zhì)量

      漢陽專用汽車研究所 陳小強 王維 顧錦祥

      由于產(chǎn)品質(zhì)量問題而導致的損失和種種負面影響巨大,構(gòu)建產(chǎn)品的全程質(zhì)量追溯體系已經(jīng)成為加強產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管的重要手段之一。但是,由于產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程涉及產(chǎn)品全生命周期的各類組織及各個生產(chǎn)環(huán)節(jié),其中存在著諸多不確定性因素,使得產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程具有高度的復雜性,因此加強對產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程的可靠性、有效性研究具有重要意義。提出以Petri網(wǎng)為工具建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型,通過失效模式和后果分析(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)方法識別產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程中可能潛在的缺陷點,分析造成缺陷及問題的原因,提出有效的預防和改進措施,并以汽車零部件為例對上述方法進行了實證研究。

      隨著產(chǎn)品生產(chǎn)過程的日益復雜化,企業(yè)對產(chǎn)品的生產(chǎn)、物流、存儲和產(chǎn)品質(zhì)量管理等環(huán)節(jié)的信息化管理難度不斷提高,對于可能造成產(chǎn)品質(zhì)量潛在缺陷的不穩(wěn)定因素或人為因素的控制難度也大大增加。這就要求企業(yè)必須對產(chǎn)品全生命周期中的各類生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量信息進行完整的采集,以保證能夠根據(jù)客戶需要及時對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的各環(huán)節(jié)進行質(zhì)量追溯,以減少由于偶然因素對產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響[1]。

      “可追溯性”在ISO9000:2000族標準中的定義為“追溯所考慮對象的歷史、應(yīng)用情況或所處場所的能力”,即通過各種記錄和標志追溯產(chǎn)品的生產(chǎn)歷史、應(yīng)用現(xiàn)狀和放置場所的能力[2]。提出產(chǎn)品質(zhì)量可追溯性要求的目的,是在發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題之后,可以將同一批次的缺陷產(chǎn)品追回,以便采取補救和糾正措施,防止產(chǎn)生更大問題。

      產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程是綜合利用信息技術(shù)及數(shù)據(jù)采集手段對產(chǎn)品在生產(chǎn)及物流等過程中的信息進行標識和記錄,跟蹤產(chǎn)品在其生命周期中流動的全過程,收集產(chǎn)品在物流和生產(chǎn)等過程各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息數(shù)據(jù),實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程和物流過程的信息化管理,保證對各類過程數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量信息的完整采集,以便能夠根據(jù)需要對產(chǎn)品的整個流程進行質(zhì)量追溯。目前,條形碼技術(shù)及RFID技術(shù)是其中較常用的方法,被廣泛用于食品、電器、汽車生產(chǎn)等行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯中[3-4]。其中的信息采集、標識及數(shù)據(jù)管理等若干技術(shù)問題得到了高度重視并進行了深入的研究。但是在產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程中,除了產(chǎn)品質(zhì)量信息的標識和記錄問題外,如何對其中可能潛在的缺陷進行識別和分析,從而采取有效的措施提前預防問題的產(chǎn)生,對于產(chǎn)品的制造企業(yè)和客戶來講同樣具有極為重要的意義,而目前針對這一問題的研究還相對欠缺。鑒于此,本文重點針對汽車零部件的裝配生產(chǎn)過程研究如何建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型,探討以失效模式和后果分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)為工具對產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程中可能潛在的問題進行分析的步驟和方法。

      基于Petri網(wǎng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯模型的建立

      1.產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程分析

      由于產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程涵蓋產(chǎn)品全生命周期中的各類組織及生產(chǎn)環(huán)節(jié),其中的各個節(jié)點都涉及到產(chǎn)品質(zhì)量信息的采集、保存和傳遞,所以,在對產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程的研究中,建立產(chǎn)品質(zhì)量的追溯過程模型和對其中的關(guān)鍵控制點進行分析至關(guān)重要。

      建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型是為了直觀地描述產(chǎn)品質(zhì)量信息的傳遞和追溯過程,既要考慮到生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)流、信息流,同時還應(yīng)反映出其中各個節(jié)點質(zhì)量信息的采集、存儲和傳遞方式。本文以Petri網(wǎng)為工具建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯模型,描述生產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)流以及產(chǎn)品質(zhì)量信息流動過程中的標識、記錄、綁定和更新等內(nèi)容。

      Petri網(wǎng)(Petri nets)是由德國Carl Adam Petri于1962年在其博士論文中首先使用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模擬通信系統(tǒng),用庫所、變遷等描述了一種新的建模工具。由于Petri網(wǎng)能簡潔、深刻地描述生產(chǎn)系統(tǒng)以及并發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),并能對它的動態(tài)性質(zhì)進行分析,使其對物流、信息流等操作單元的描述更具直觀性,因而被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)的作業(yè)流程的設(shè)計、分析中,既可描述生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部的信息流,又可描述系統(tǒng)內(nèi)部的物流[5]。

      圖1 產(chǎn)品生產(chǎn)過程示意圖

      圖1所示為一個普通的從原材料入庫、生產(chǎn)制造、零部件裝配到成品出庫的生產(chǎn)過程示意圖。通過對整個生產(chǎn)過程進行分析,可以把產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯過程劃分為一系列的過程單元,具體到其中的每一個過程單元,單元所在的地點用庫所Pi表示,其中的下標i表示該單元是整個過程中的第i個控制節(jié)點;在控制節(jié)點中的變遷Tij對應(yīng)于產(chǎn)品質(zhì)量信息在第i個控制節(jié)點中所進行的第j個采集、存儲和傳遞等具體操作內(nèi)容,為該控制節(jié)點的控制要素;每個控制要素Tij前 的庫所Pij則表示進行變遷前信息流或物質(zhì)流過程中生產(chǎn)系統(tǒng)所處的狀態(tài),當Pij中 接受令牌(token)時才能觸發(fā)Tij;所有的控制節(jié)點和其中的控制要素共同構(gòu)成一個完整的產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯過程。在此基礎(chǔ)上,可形成如圖2所示的基于Petri網(wǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯過程模型。

      圖2 基于Petri的產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型

      在圖2中,在P1庫所中的圓點表示庫所P1中的令牌,它是庫所中的動態(tài)對象,只有當庫所中擁有令牌時才能發(fā)生變遷且從一個庫所移動至另一個庫所;在P1控制節(jié)點同時進行的操作內(nèi)容用并行的變遷T11…T1i來表示;在P2控制節(jié)點順序發(fā)生的操作內(nèi)容,用串行的變遷T21…T2j來表示;另外,還可以是這兩種方式的混合,如 其 中 的Pi節(jié) 點,既包含串行的變 遷Ti1…Tik, Tij… Tim,也包含并行的變遷Ti1… Tij, Tik… Tim等。

      以Petri網(wǎng)為工具建立的產(chǎn)品質(zhì)量追溯模型,能夠較好地整合及體現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量信息和物質(zhì)流動過程的信息,明確其中的關(guān)鍵控制節(jié)點及控制要素,為產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯過程的分析創(chuàng)造了條件。

      2.基于Petri網(wǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程建模實例

      本文以汽車變速器裝配生產(chǎn)過程為例進行了實證研究。在汽車變速器裝配生產(chǎn)過程中,包括零件存儲、部裝、總裝、成品入庫四大環(huán)節(jié),涉及生產(chǎn)計劃管理部門、配套件倉庫、部裝車間、總裝車間、成品倉庫以及計算機控制等相關(guān)部門,如圖3所示。

      圖3 汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯流程圖

      分別對汽車變速器裝配生產(chǎn)過程中在不同的地點所進行的具體操作內(nèi)容進行分析:

      (1)在配套件倉庫中所進行的操作內(nèi)容:零件入庫、將零件質(zhì)量信息寫入RFID標簽并貼上→生產(chǎn)部門列出清單→庫存區(qū)工作人員根據(jù)清單領(lǐng)料→發(fā)料到裝配車間。

      (2)在部裝車間進行的操作內(nèi)容:裝配車間清洗零件→用周轉(zhuǎn)容器將零件轉(zhuǎn)運至工位旁→裝配工人安裝零部件→檢驗。

      (3)在總裝車間進行的操作內(nèi)容:在變速器殼體上貼RFID標簽并進行批次檢測→總裝→進行氣密性檢測→試機→噴漆→貼銘牌→包裝。

      (4)在成品倉庫進行的操作內(nèi)容:成品入庫→根據(jù)銷售部門提供的客戶訂單發(fā)貨→客戶。

      通過上述分析,建立基于Petri網(wǎng)的汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型,如圖4所示。其中,庫所Pi表示進行操作的地點(如配套件倉庫、部裝車間、總裝車間、信息數(shù)據(jù)庫、客戶等);變遷Tij表示在該地點進行的若干項具體操作內(nèi)容;庫所Pij表示進行每個變遷Tij前信息流或物質(zhì)流過程中生產(chǎn)系統(tǒng)所處的狀態(tài)。從方向上來講,產(chǎn)品的物質(zhì)流動過程和產(chǎn)品質(zhì)量的追溯過程相反。

      圖4 基于Petri的汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程

      表1 汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程的控制節(jié)點及控制要素列表

      表1列出了在本實例中的Pi、 Pij、 Tij的具體含義,其中包括了汽車變速器產(chǎn)品的物流過程、從零件到部件及成品所經(jīng)歷的裝配流程中的控制節(jié)點及其中進行產(chǎn)品質(zhì)量信息流過程中的標識和記錄等操作的控制要素。

      3.模型有效性驗證

      有色Petri網(wǎng)Coloured Petri Net(CPN)以圖形的方式深刻簡潔地描述系統(tǒng)的動態(tài)過程精確描述事件的時序關(guān)系[6]。有色Petri網(wǎng)仿真工具CPN tools支持功能強大、擴展性比較強的元語言(ML),運用CPN tools構(gòu)建模型能形象地體現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)過程并能驗證其有效性[7]。

      如圖6是汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程CPN仿真模型結(jié)束狀態(tài),仿真結(jié)束后,最終P6成功獲得3個token A,說明生產(chǎn)過程中的信息token及反饋追溯的token正確傳遞,證明此產(chǎn)品質(zhì)量追溯模型的有效性。

      通過建立基于Petri網(wǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型,并運用仿真工具CPN tools驗證其有效性,不僅可以明確整個產(chǎn)品質(zhì)量追溯流程的組成及動態(tài)過程,其中的每一節(jié)點都可以向上追溯或向下追蹤到鏈中的任一節(jié)點;而且還可確定其中的關(guān)鍵控制點,以便對關(guān)鍵控制點加強控制。

      為了保證產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程的有效性,即在整個產(chǎn)品的物流過程中產(chǎn)品的質(zhì)量信息流動過程與零件的RFID標簽所記錄的信息保持正確的對應(yīng)關(guān)系,本文進一步采用FMEA方法分析其中可能存在的問題并提出解決辦法和改進措施。

      基于FMEA產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程有效性分析

      1.FMEA概述

      根據(jù)FMEA在ISO/TS 16949標準中的定義,失效模式和后果分析(FMEA)作為一種用作預防措施的工具,其目的是發(fā)現(xiàn)、評價產(chǎn)品/過程中潛在的失效及其后果,找到能夠避免或減少潛在失效發(fā)生的措施并不斷地完善[8]。采用FMEA的目的是分析并評價生產(chǎn)過程中潛在失效以及失效后果、提出能夠消除或減少潛在失效發(fā)生機會的建議措施并將其實施過程形成有效文件[9]。由于FMEA的易操作性和強大的質(zhì)量缺陷預防功能,現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于宇航、核工業(yè)、電子設(shè)備、機械制造業(yè)等領(lǐng)域。

      根據(jù)C.I/I.C-6.8.2中對FMEA的描述,F(xiàn)MEA分析的具體步驟包括建立FMEA項目、明確分析范圍、確定失效模式、分析失效模式、嚴重度分析、影響后果分析、確定失效起因、評估事故頻率、驗證有效性及形成書面文件等步驟[10],具體流程如圖7所示。

      在FMEA的分析結(jié)果中,嚴重度(S)是潛在失效模式對顧客的影響效果的嚴重程度,包括十種嚴重度等級,對應(yīng)的S值從10依次變化至1;頻度(O)指具體的失效原因發(fā)生的可能性,由十種可能性組成,對應(yīng)的O值從10依次變化至1;探測度(D)描述了現(xiàn)行的系統(tǒng)無法識別失效模式或原因的可能性,由十種探測度組成,對應(yīng)的D值從10依次變化至1;風險順序數(shù)(r.s.p.i.r.t.number,RPN)是嚴重度(S)、頻度(O)和探測度(D)的乘積RPN=(S)×(O)×(D),取值在1到1000之間。RPN值確定了行動的優(yōu)先級,RPN值越高,意味著發(fā)生失效的風險越大,必須采取糾正措施對排列在最前面的問題和最關(guān)鍵的項目加以預防[11]。

      圖5 汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程CPN模型(仿真初始)

      如圖5是汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程CPN仿真模型初始狀態(tài),仿真運行開始,變遷T1觸發(fā)后,token A、B分別通過弧開始傳遞,經(jīng)過一系列并行結(jié)構(gòu)、串行結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程,token按正確弧路線傳遞,變遷有序正常發(fā)生。

      圖6 汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程CPN模型(仿真結(jié)束)

      圖7 FMEA的實施過程

      2.基于FMEA的產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程分析

      在建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型的基礎(chǔ)上,本文按照FMEA的分析步驟對汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯過程中的關(guān)鍵控制點進行分析,發(fā)現(xiàn)其中可能潛在的問題,并提出完善措施和改進建議。

      第一步:進行前期準備。明確分析范圍為整個產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程,通過對質(zhì)量追溯過程模型中的每個控制環(huán)節(jié)及其中每個環(huán)節(jié)中所有的控制要素以及對應(yīng)控制要素中的控制點進行分析,找出可能出現(xiàn)失效模式的信息流環(huán)節(jié)。

      第二步:進行系統(tǒng)分析?;贔MEA的產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程系統(tǒng)分析過程是對汽車零配件生產(chǎn)流程的每個步驟進行詳細的分析,包括其中可能存在失效模式、失效影響、失效原因及當前的控制方式等,得出它們的嚴重度、發(fā)生頻率、可探測度,計算出風險順序數(shù),提出相應(yīng)的建議及改進措施。

      第三步:實施改善方案并驗證其有效性,最后得出結(jié)論,制作成標準的過程FMEA表,形成書面文件并發(fā)放相關(guān)部門。

      表2~6分別是該實例中嚴重度(S)、頻度(O) 、探測度(D)、風險順序數(shù)(RPN)的評分標準表。表6中給出了FMEA分析過程表,表7給出了實施結(jié)果表。按表7中給出的實施改進建議措施,進行驗證的結(jié)果:

      表2 嚴重度(S)評分標準

      表3 頻度(O)評分標準

      表4 探測度(D)

      表5 風險順序數(shù)(RPN)

      對于P1節(jié)點內(nèi)的控制要素T14,添加防錯代碼以及增加核查操作后,保證零配件出庫后庫存信息正確更新,降低了意外條件下的操作不規(guī)范導致數(shù)據(jù)丟失的可能,在數(shù)據(jù)追蹤上確保了零配件信息的可追溯性;對于P2節(jié)點內(nèi)的控制要素T21,使用標簽容器后,使部裝時標簽附在正確對應(yīng)的零件上面,排除了部裝前后標簽放置不正確的可能性,保證了追溯信息的正確;對于P3節(jié)點內(nèi)的控制要素T31,運用顏色批次管理后,部裝零件的批次嚴格對應(yīng),避免了引部裝時未區(qū)分不同批次零件產(chǎn)生的失效后果,使追溯信息的準確性得到提高。

      驗證結(jié)果后,汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型可變化為如圖8所示,其中增加的控制要素T14'為庫存信息核查,T21'為使用容器標簽,T31'為運用顏色批次管理。對改進后的汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型通過了CPNtools得有效性驗證。

      表7 汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程FMEA實施結(jié)果

      結(jié)語

      以Petri網(wǎng)為工具建立產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型,能直觀地反映整個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量信息流動過程和物質(zhì)流動過程的集成,同時,還可明確其中的控制節(jié)點及控制要素。通過采用FMEA方法對產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型進行分析,能夠識別產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程中的潛在失效點,發(fā)現(xiàn)其中可能潛在的問題,同時,還可提出適當?shù)拇胧ζ渲袧撛诘膯栴}加以預防,保證產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯過程的可靠性。本文通過汽車零部件的產(chǎn)品實例驗證了上述方法的有效性。

      圖8 改進后的汽車變速器產(chǎn)品質(zhì)量追溯過程模型

      [1]李民.流程產(chǎn)品質(zhì)量可追溯性.西北工業(yè)大學學報[J].2002(3).:506-510.

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