基于航空產(chǎn)品研制全過程的PFMEA應(yīng)用研究

周繼廣

（海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330000）

0 引言

航空產(chǎn)品作為一種復(fù)雜武器裝備，制造難度大、質(zhì)量要求高，因此，提高其制造可靠性，尤其是降低其潛在失效性成為提高我軍裝備能力、確保我軍戰(zhàn)斗力的有效保障。我軍發(fā)布的《故障模式、影響及危害性分析指南》（GJB/Z 1391）[1]為航空產(chǎn)品開展PFMEA分析提供了理論依據(jù)和行動指南，但其主要面對的是通用武器裝備研制的一般過程，航空產(chǎn)品的高可靠性要求需要我們制定更加嚴(yán)苛的、更加具有針對性的評價方法，同時，質(zhì)量管理的全過程控制要求需要我們將PFMEA分析貫穿整個航空產(chǎn)品研制全過程。

1 基于航空產(chǎn)品的PFMEA分析方法

結(jié)合航空產(chǎn)品的研制方式和生產(chǎn)制造流程對PFMEA分析技術(shù)進行研究，采用《工藝流程表》、《零部件-工藝關(guān)系矩陣》等工具方法能夠快速識別出工序可能的故障模式（見圖1），并按照圖2[2]的分析流程得出某制造過程的PFMEA分析表。

對此，GJB/Z 1391《故障模式、影響及危害性分析指南》已經(jīng)有十分完善的PFMEA分析流程和評價方法，能夠很好的指導(dǎo)PFMEA工作開展，但在實際操作中，我們發(fā)現(xiàn)針對航空產(chǎn)品特點，國軍標(biāo)仍具有以下幾點需要完善和改進：

1）標(biāo)準(zhǔn)中提到的《工藝流程表》只包括工序的“輸入”和“輸出”兩個維度，而制造缺陷的產(chǎn)生應(yīng)該涵蓋整個制造工藝的全過程和所有要素，在“輸入”和“輸出”兩個要素的基礎(chǔ)上，增加“資源”、“轉(zhuǎn)化活動”、“環(huán)境”、“監(jiān)測與評價”4個要素（如圖3）,形成更加全面的《工藝流程表》，能夠為后續(xù)開展故障模式的識別尤其是故障起因/機理的分析提供重要的支撐[3]。

2）雖然標(biāo)準(zhǔn)將PFMEA評價三維度之一的嚴(yán)酷度（S）制定成了10級評分制，但僅僅從災(zāi)難的、嚴(yán)重的、中等的、輕度的4個影響程度進行評價，造成了在實際操作過程中，評價人員很難依據(jù)影響程度進行量化評分。同時，正如本文一直強調(diào)的航空產(chǎn)品作為一種高可靠性的武器裝備，其對嚴(yán)酷度（S）的要求要比一般武器裝備更加嚴(yán)格，其評分的準(zhǔn)確性將對最終產(chǎn)品的失效模式分析產(chǎn)生重要影響，因此，我們在國軍標(biāo)的基礎(chǔ)上，充分考慮對最終使用者和對生產(chǎn)作業(yè)兩部分的后果嚴(yán)重程度，對最終使用者以飛行員的人身安全作為首要維度，以產(chǎn)品的使用安全與性能為次要維度，同時還引入了飛行員對缺陷的感知程度作為輔助維度；對生產(chǎn)作業(yè)而言，以生產(chǎn)人員的人身安全作為首要維度，結(jié)合研制進度、花費成本（財力、物力、人力）共同構(gòu)成三維評分，最終形成了更加細致和嚴(yán)格的航空產(chǎn)品PFMEA分析嚴(yán)酷度（S）評分準(zhǔn)則，如表1所示。

圖1 航空產(chǎn)品PFMEA分析方法

圖2 航空產(chǎn)品PFMEA分析流程

圖3 工藝過程六要素模型

表1 航空產(chǎn)品嚴(yán)酷度（S）的評分準(zhǔn)則示例（2、10級）

3）標(biāo)準(zhǔn)中針對發(fā)生頻率（O）的評分制定了十分細致、量化的準(zhǔn)則，但實際過程中，航空產(chǎn)品多是多品種小批量的生產(chǎn)模式，其單一種類零件數(shù)量較少，故障復(fù)現(xiàn)率較低，因此需要在量化的基礎(chǔ)上，結(jié)合日常生產(chǎn)管理內(nèi)容及要求以及工程技術(shù)人員的認知和經(jīng)驗判斷，增加對發(fā)生頻率（O）的定性評分維度，見表2。

表2 航空產(chǎn)品發(fā)生概率（O）的評分準(zhǔn)則示例（9、10級）

4）標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN）的計算過程采用的是傳統(tǒng)的嚴(yán)酷度(S)×發(fā)生頻率（O）×可探測度（D），該方法的優(yōu)點是計算簡單，易于理解，但計算結(jié)果不連續(xù)、誤差大、區(qū)分度低（雖然是S、O、D的組合有1000種，但其結(jié)果RPN值的范圍只有120種）；同時也未考慮不同失效模式的S、O和D三個風(fēng)險因子重要程度的差異。結(jié)合航空產(chǎn)品的特點，我們采用了基于信息公理的風(fēng)險順序數(shù)算法[4]以及置信模糊數(shù)和廣義Hausdorff距離兩個方法[5]?；谛畔⒐淼娘L(fēng)險順序數(shù)算法綜合考慮專家意見和風(fēng)險因子的權(quán)重，根據(jù)失效模式信息量的大小確定失效模式的風(fēng)險順序。置信模糊數(shù)和廣義Hausdorff距離是在評定S、O和D時，引入?yún)^(qū)間數(shù)、模糊因子、置信度這三個維度來比較專家評估之間的相似度，并采用廣義Hausdorff距離來定量計算各專家的權(quán)重，得到區(qū)間形式的RPN。這兩種方法在實踐中取得非常好的效果，尤其是在通過傳統(tǒng)方法確定了預(yù)改進項目后，采用更為精準(zhǔn)的評價方法為最終改進項目的確定以及改進資源的合理分配起到了重要的作用。

2 基于研制全過程PFMEA分析工作

航空產(chǎn)品研制全過程包含論證階段、方案階段、工程研制階段、狀態(tài)鑒定階段、列裝定型階段五大階段，PFMEA分析工作應(yīng)該貫穿始終，與工藝設(shè)計同步進行，并進行不斷更新、迭代，才能確保產(chǎn)品研制全過程的質(zhì)量可靠。主要包含以下3個部分：①在產(chǎn)品/型號研制、試制階段工藝設(shè)計過程中，開展PFEMA分析工作降低制造風(fēng)險；②在產(chǎn)品/型號設(shè)計技術(shù)狀態(tài)或工藝發(fā)生較大以上更改工藝設(shè)計過程中，在產(chǎn)品/型號較大以上改裝、排故工藝設(shè)計過程中，伺機開展PFMEA分析工作降低因更改產(chǎn)生的潛在工藝失效；③在產(chǎn)品轉(zhuǎn)階段過程中，完善、更新PFMEA分析工作提高產(chǎn)品質(zhì)量，形成知識積累。

PFMEA分析工作作為確定關(guān)鍵過程（工序）的重要手段之一[6-7]，按照傳統(tǒng)的針對AO、FO、作業(yè)指導(dǎo)書等生產(chǎn)性工藝文件開展PFMEA分析的方式，實施過程中，往往難以界定關(guān)鍵過程（工序）確定和PFMEA分析工作的前后邏輯關(guān)系。通過大量實踐研究，結(jié)合PFMEA工作應(yīng)該貫穿航空產(chǎn)品研制全過程，與工藝設(shè)計同步進行這條原則，我們發(fā)現(xiàn)在工藝設(shè)計方案階段開展PFMEA分析工作，一方面能夠更好的協(xié)助我們開展工藝方案設(shè)計、指導(dǎo)工藝指令設(shè)計，另一方面能夠理順PFMEA分析和關(guān)鍵過程（工序）確定之間的邏輯關(guān)系，形成如圖4所示的PFMEA分析與關(guān)鍵過程（工序）確定流程。

3 某型號研制過程中PFMEA分析實例

在某型號研制過程中，通過在工藝設(shè)計方案階段開展PFMEA分析確定關(guān)鍵過程控制項目，并以此開展AO、FO、作業(yè)指導(dǎo)書等生產(chǎn)性文件的PFMEA分析工作最終確定了該項目的關(guān)鍵過程（工序）目錄及其三定附卡，并將整個過程的PFMEA分析作為工藝文件評審發(fā)布的支撐材料。

以該型號機身合攏總裝為例，在合攏總裝方案策劃階段，為確保機身平尾下反角控制要求，通過容差分析，我們對其后邊條安裝過程提出了“后邊條檢驗銷當(dāng)內(nèi)側(cè)數(shù)據(jù)與外側(cè)數(shù)據(jù)差值在范圍內(nèi)（即平尾下反角控制在，左右對稱性偏差不大于0.5mm”的要求，如圖5所示。通過對其開展PFMEA分析，發(fā)現(xiàn)該要求采用傳統(tǒng)控制方法存在較大制造風(fēng)險，具體分析情況如圖6所示。

為此，在合攏總裝方案設(shè)計階段，我們對后邊條的安裝制定了兩項改進措施，①改善后邊條定位裝置采用V形定位器，提高平尾軸線定位準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，如圖7所示；②在后邊條定位安裝時，通過增加一道先制螺栓初孔，工藝固定后釋放內(nèi)部應(yīng)力的工序，通過觀察下反角變化情況，再調(diào)整制出螺栓終孔以控制下反角。通過此兩項改進措施，風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN）得到了大幅降低，如圖8所示。

圖4 PFMEA分析與關(guān)鍵過程（工序）確定流程

圖5 后邊條檢驗銷檢查示意圖（改進前）

圖6 合攏總裝后邊條安裝PFMEA分析表（改進前）

圖7 后邊條定位裝置（改進后）

同時，通過將后邊條安裝要求設(shè)置為關(guān)鍵過程控制項目，落實到后邊條安裝指令中,并針對后邊條安裝檢查指令，再次開展PFMEA分析，如圖9所示，進一步落實了定位方法、明確了檢查要求，更具有可操作性、可測量性，通過故障模式評估，RPN值由方案設(shè)計階段的[72,90]降低到[24,36]，達到了可預(yù)期接受水平。通過研制批實物驗證，制定的控制措施有效，平尾下反角能達到技術(shù)要求。

圖8 合攏總裝后邊條安裝PFMEA分析表（改進后）

圖9 后邊條安裝指令PFMEA分析表

4 結(jié)語

本文制定了適用于航空產(chǎn)品的PFMEA分析方法和準(zhǔn)則，并提出了貫穿項目研制全過程的PFMEA分析流程和工作機制，提高了項目工藝設(shè)計質(zhì)量和產(chǎn)品制造成熟度。通過在某項目的實踐運用，詳細分析了制造生產(chǎn)過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)，識別出了關(guān)鍵過程（工序），制定了改進措施并通過了實物驗證，對生產(chǎn)制造過程中潛在的故障模式進行了有效控制，效果較好。后續(xù)將繼續(xù)深入開展研制全過程的PFMEA分析研究與應(yīng)用，在產(chǎn)品轉(zhuǎn)階段過程降低制造過程中潛在失效模式的發(fā)生，提升產(chǎn)品工藝質(zhì)量和制造可靠性。