PFMEA閉環(huán)質(zhì)量管控分析體系數(shù)字化研究

王艷敏,康 瑛,張亞靜

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司,河北 唐山 063035)

0 引言

FMEA( Failure Modes and Effects Analysis)失效模式及影響分析技術(shù),目前被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、電子、機(jī)械、汽車、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域[1],汽車行業(yè)應(yīng)用FMEA較為成熟,已形成規(guī)范的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)手冊,可供其他行業(yè)借鑒應(yīng)用。FMEA主要包含SFMEA、DFMEA、PFMEA、MFMEA等,應(yīng)用較多的是DFMEA和PFMEA。PFMEA (Process Failure Modes and Effects Analysis)過程潛在失效模式及影響分析則是 FMEA 中針對制造過程進(jìn)行分析的部分[2],是一種制造過程質(zhì)量預(yù)防工具,主要用于識別風(fēng)險(xiǎn)和尋求有效控制,從而達(dá)到預(yù)防質(zhì)量缺陷的目的。隨著用戶對軌道車輛產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、可靠性要求更加嚴(yán)格,產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益管控矛盾前移,事后評估解決逐步轉(zhuǎn)向事前預(yù)測預(yù)防。PFMEA分析結(jié)合軌道交通產(chǎn)品特點(diǎn)建立閉環(huán)質(zhì)量管控?cái)?shù)字化分析體系,建立一種系統(tǒng)識別、優(yōu)化迭代和數(shù)據(jù)傳承機(jī)制,順應(yīng)市場發(fā)展需求。

一般FMEA 都有嚴(yán)格的表單,以前用 Excel 的表格形式,現(xiàn)在根據(jù)需求,逐漸演變成 FMEA 軟件[3]。目前鐵路行業(yè)實(shí)施PFMEA分析基本使用表格樣式,各個(gè)項(xiàng)目分析內(nèi)容孤立,PFMEA分析內(nèi)容存在欠缺,且不能有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、制造、運(yùn)維及檢修全生命周期內(nèi)技術(shù)質(zhì)量問題的經(jīng)驗(yàn)積累和傳承。PFMEA、控制計(jì)劃等技術(shù)數(shù)據(jù)信息傳遞在不同表格間進(jìn)行復(fù)制粘貼,分析數(shù)據(jù)容易丟漏和錯(cuò)誤,影響技術(shù)要求的精準(zhǔn)控制,不利于技術(shù)問題的持續(xù)積累沉淀和全生命周期數(shù)據(jù)追溯。

PFMEA閉環(huán)質(zhì)量管控分析體系數(shù)字化研究正是為解決以上問題,開發(fā)軟件系統(tǒng)平臺。通過軟件系統(tǒng)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)平臺間數(shù)據(jù)貫通,進(jìn)行質(zhì)量管控,建立基礎(chǔ)PFMEA和家族PFMEA,構(gòu)建PFMEA知識庫和標(biāo)準(zhǔn)庫。形成一套鐵路行業(yè)特有的、先進(jìn)的、貫穿全生命周期的、數(shù)字化的PFMEA質(zhì)量管控分析體系,有助于提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量,改善產(chǎn)品的可靠性,減低成本損失。

1 PFMEA分析原理

1.1 PFMEA分析模式簡介

PFMEA分析模式結(jié)構(gòu)步驟包括系統(tǒng)分析、風(fēng)險(xiǎn)分析和降低、結(jié)果總結(jié)交流3個(gè)部分。首先,在系統(tǒng)分析部分進(jìn)行策劃和準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)分析、功能分析、失效分析;然后,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和優(yōu)化;最后,將結(jié)果文件化,交流溝通風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 PFMEA閉環(huán)分析體系

PFMEA分為基礎(chǔ)PFMEA、家族PFMEA和產(chǎn)品PFMEA?；A(chǔ)PFMEA 和家族 PFMEA為新的分析提供基礎(chǔ)信息,這些可選實(shí)踐提供了利用過去經(jīng)驗(yàn)和知識的最大機(jī)會,以確保在產(chǎn)品生命周期內(nèi)積累知識,并且不會重復(fù)先前的問題。此外,這種重復(fù)使用還可以減少工作量和費(fèi)用支出。基礎(chǔ)PFMEA、家族PFMEA和產(chǎn)品PFMEA關(guān)系如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)PFMEA、家族PFMEA和產(chǎn)品PFMEA關(guān)系示意圖

PFMEA是一個(gè)動(dòng)態(tài)文件,不斷持續(xù)優(yōu)化,優(yōu)化根據(jù)實(shí)際情況沉淀在基礎(chǔ)PFMEA、家族PFMEA和產(chǎn)品PFMEA。產(chǎn)品PFMEA貫穿工藝設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)階段、運(yùn)營階段和檢修階段,生產(chǎn)階段、運(yùn)營階段發(fā)生的問題失效分析均須完善到工藝設(shè)計(jì)階段PFMEA分析結(jié)果中。各個(gè)階段的優(yōu)化需要有歷史記錄,從而建立質(zhì)量問題的反饋、分析、優(yōu)化、迭代機(jī)制,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理。PFMEA分析結(jié)果落實(shí)到控制計(jì)劃,進(jìn)一步落實(shí)到工藝文件、檢查卡片等文件中,指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn),控制產(chǎn)品質(zhì)量。PFMEA閉環(huán)分析架構(gòu)如圖2所示。

圖2 PFMEA閉環(huán)分析架構(gòu)

1.3 PFMEA與控制計(jì)劃的關(guān)系

控制計(jì)劃源于IATF 16949質(zhì)量管理體系五大核心工具,控制計(jì)劃在過程分解(工藝流程)的基礎(chǔ)上,確定每個(gè)工序需要控制的產(chǎn)品和過程特性(即質(zhì)量要求),再確定對應(yīng)的控制措施?？刂朴?jì)劃從PFMEA風(fēng)險(xiǎn)分析中導(dǎo)出,并與流程圖、PFMEA的信息保持貫穿一致[4]。控制計(jì)劃大部分分析信息來自PFMEA,PFMEA與控制計(jì)劃關(guān)系如圖3所示。

圖3 PFMEA與控制計(jì)劃關(guān)系

2 PFMEA閉環(huán)質(zhì)量管控分析數(shù)字化實(shí)現(xiàn)

PFMEA閉環(huán)質(zhì)量管控分析是一套系統(tǒng)分析方法工具,分析過程較復(fù)雜,貫穿產(chǎn)品全生命周期,利用excel表格填寫信息模式,產(chǎn)品各個(gè)階段的質(zhì)量信息不能全面反饋分析,經(jīng)驗(yàn)不能有效積累傳承。開發(fā)PFMEA軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺間數(shù)據(jù)貫通,構(gòu)建PFMEA知識庫和標(biāo)準(zhǔn)庫,形成貫穿全生命周期的PFMEA質(zhì)量管控分析體系,提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.1 PFMEA軟件系統(tǒng)總體要求和系統(tǒng)架構(gòu)

PFMEA軟件系統(tǒng)形成數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化管理平臺,打通質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)PFMEA分析系統(tǒng)與制造、運(yùn)營、檢修質(zhì)量數(shù)據(jù)貫通,形成覆蓋產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營維護(hù)和檢修完整鏈條的功能、失效、原因、影響、措施的數(shù)據(jù)資源庫,實(shí)現(xiàn)PFMEA分析系統(tǒng)與BOP、控制計(jì)劃等數(shù)據(jù)的全貫通,使PFMEA分析結(jié)果以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的方式傳遞到控制計(jì)劃中。PFMEA軟件系統(tǒng)建立質(zhì)量數(shù)據(jù)的反饋、分析、優(yōu)化迭代機(jī)制,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。

PFMEA軟件系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)分析步驟為核心,輔以系統(tǒng)管理、個(gè)人工作臺、團(tuán)隊(duì)管理、權(quán)限管理、基礎(chǔ)知識庫管理、基礎(chǔ)和家族PFMEA庫管理、項(xiàng)目產(chǎn)品庫管理、變更管理、統(tǒng)計(jì)查詢、BI展示、審批等多模塊協(xié)同,以菜單的形式對各個(gè)板塊歸集管理,構(gòu)建完整的PFMEA動(dòng)態(tài)管理體系。

PFMEA系統(tǒng)提供多種接入標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線,滿足現(xiàn)有企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中目前分散多類第三方系統(tǒng)與設(shè)備軟件所有接口方式,并且提供統(tǒng)一的API接口,能夠滿足第三方系統(tǒng)的調(diào)用及對接,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的互聯(lián)與共享。在網(wǎng)絡(luò)整體設(shè)計(jì)和設(shè)備配置上提供關(guān)鍵設(shè)備的故障切換功能,保證工業(yè)互聯(lián)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)不中斷運(yùn)行。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的雙向隔離,能夠時(shí)刻滿足其中1個(gè)及以上網(wǎng)絡(luò)正常使用,并且能夠通過企業(yè)防火墻進(jìn)行雙網(wǎng)絡(luò)環(huán)境互通,通過分布式集群實(shí)現(xiàn)高并發(fā)與數(shù)據(jù)安全。

PFMEA系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu),采用Spring框架,前端基于Vue.js,數(shù)據(jù)庫采用MySQL數(shù)據(jù)庫,能夠兼容IE、Chrome、火狐、360、Safari等主流瀏覽器,并且能夠適配不同分辨率的顯示器。

2.2 PFMEA核心分析步驟實(shí)現(xiàn)

PFMEA軟件系統(tǒng)確定分析工序所屬管理層、三層結(jié)構(gòu)、功能分析、失效分析以結(jié)構(gòu)樹形式呈現(xiàn)。失效模式分析編輯界面添加抱怨來源字段,記錄生產(chǎn)制造階段、運(yùn)營階段發(fā)生失效的問題編號,進(jìn)行閉環(huán)追溯。軟件系統(tǒng)在操作界面快捷點(diǎn)擊菜單按照結(jié)構(gòu)分析、功能分析、失效分析順序進(jìn)行創(chuàng)建和修改,各個(gè)功能塊用不同符號或顏色進(jìn)行區(qū)分,如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)、功能、失效分析示意圖

功能、失效創(chuàng)建關(guān)聯(lián),形成關(guān)聯(lián)網(wǎng)。利用失效創(chuàng)建關(guān)聯(lián)帶動(dòng)功能創(chuàng)建關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)可直觀查看功能失效網(wǎng),如圖5所示。失效關(guān)聯(lián)后自動(dòng)生成PFMEA分析表格。自動(dòng)生成PFMEA結(jié)果文件,直接導(dǎo)出項(xiàng)目PFMEA分析清單,風(fēng)險(xiǎn)程度排序表,提高總結(jié)效率和結(jié)果準(zhǔn)確性。

圖5 功能失效網(wǎng)示意圖

2.3 基礎(chǔ)知識庫形成

基礎(chǔ)知識庫包括功能庫、失效庫,措施庫,以形成規(guī)范統(tǒng)一的技術(shù)描述和分析借鑒。在PFMEA各階段數(shù)據(jù)分析過程中系統(tǒng)根據(jù)分析數(shù)據(jù)所在層級自動(dòng)歸類到大類庫,選擇大類庫中小分類,數(shù)據(jù)即歸集沉淀到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)設(shè)置查重功能,在錄入數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)出現(xiàn)模糊描述彈出功能,核查已有描述是否滿足需求;不需要新數(shù)據(jù)描述時(shí)則取消錄入,借用數(shù)據(jù)庫中已有描述。以第二層過程步驟功能增加描述為例,數(shù)據(jù)選擇分類歸集及查重示例見圖6。

圖6 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)選擇分類歸集及查重示意圖

2.4 引用家族及相似產(chǎn)品PFMEA數(shù)據(jù)

為了減少產(chǎn)品PFMEA分析時(shí)間,提高分析效率,產(chǎn)品PFMEA引用家族及相似產(chǎn)品PFMEA數(shù)據(jù)。產(chǎn)品項(xiàng)目進(jìn)行PFMEA分析,先建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹,然后引用家族或相似產(chǎn)品PFMEA對應(yīng)數(shù)據(jù)分析,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性修改,編輯數(shù)據(jù)不會對家族PFEMA和相似產(chǎn)品PFMEA的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響,分析過程中增加的數(shù)據(jù)分析反饋到家族PFMEA進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化及完善。通過模板名稱進(jìn)行篩選或直接選中模板后可在頁面右側(cè)展示模板結(jié)構(gòu)樹,選中所要引用的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行引用復(fù)制,整個(gè)復(fù)制引用的操作在同一界面,簡單方便。

2.5 PFMEA數(shù)據(jù)與BOP數(shù)據(jù)貫通

PFMEA分析工序以技術(shù)流程部位劃分,BOP以現(xiàn)場節(jié)拍化工位工序?yàn)閱卧獎(jiǎng)澐?BOP通過MBOM為載體體現(xiàn),為保證PFMEA分析與BOP數(shù)據(jù)貫通,PFMEA分析工序及工步覆蓋BOP項(xiàng)點(diǎn),一份PFMEA分析數(shù)據(jù)可以關(guān)聯(lián)MBOM多個(gè)物料號。PFMEA軟件系統(tǒng)與Windchill系統(tǒng)打通,Windchill系統(tǒng)項(xiàng)目MBOM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳遞到PFMEA軟件系統(tǒng)。PFMEA分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹與項(xiàng)目MBOM結(jié)構(gòu)樹在同一界面操作,選中需要關(guān)聯(lián)的PFMEA工序和MBOM工序,直接點(diǎn)擊關(guān)聯(lián)物料即可完成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)貫通,操作簡單方便。

2.6 PFMEA數(shù)據(jù)與控制計(jì)劃數(shù)據(jù)貫通

為實(shí)現(xiàn)PFMEA分析數(shù)據(jù)與控制計(jì)劃數(shù)據(jù)貫通傳遞,PFMEA分析與控制計(jì)劃編制在一個(gè)系統(tǒng)平臺進(jìn)行,產(chǎn)品PFMEA以結(jié)構(gòu)樹工序元素為索引,將分析數(shù)據(jù)傳遞到對應(yīng)控制計(jì)劃。

PFMEA分析以字段形式設(shè)定,程序設(shè)定分析字段與控制計(jì)劃字段為對應(yīng)關(guān)系,PFMEA分析字段數(shù)據(jù)自動(dòng)傳遞到控制計(jì)字段。

PFMEA分析工序中“過程步驟編號”和“過程步驟名稱”為2個(gè)字段,自動(dòng)傳遞到控制計(jì)劃“工序號”和“工序名稱”字段。

PFMEA過程工作要素4M填寫時(shí)進(jìn)行“人員、裝備、材料、環(huán)境”分類,分類為“裝備”的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳遞到控制計(jì)劃“工藝裝備”字段。

過程步驟和過程工作要素功能描述設(shè)置為2個(gè)字段,2個(gè)字段內(nèi)容分別傳遞到控制計(jì)劃“產(chǎn)品”、“過程”和“產(chǎn)品/工藝規(guī)范/公差”字段。

PFMEA預(yù)防措施、探測措施描述直接對應(yīng)工步傳遞到控制計(jì)劃“控制方法”選擇庫中,編制控制計(jì)劃時(shí)進(jìn)行適應(yīng)性選擇。

2.7 生產(chǎn)、運(yùn)營及檢修階段質(zhì)量數(shù)據(jù)承接

PFMEA軟件系統(tǒng)開發(fā)與SAP、CS、中臺等系統(tǒng)的接口程序,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打通。優(yōu)化QM、CS系統(tǒng),增加質(zhì)量問題類型、質(zhì)量信息聯(lián)絡(luò)單號等字段,滿足PFMEA平臺數(shù)據(jù)分析的需求。QM、CS系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至PFMEA軟件平臺,檢修階段PFMEA跟新造階段PFMEA分析在同一軟件平臺進(jìn)行,分析數(shù)據(jù)互通,分析人員根據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)完善PFMEA分析,升級優(yōu)化迭代數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用效果

PFMEA軟件系統(tǒng)開發(fā)完成并應(yīng)用,分版塊創(chuàng)建基礎(chǔ)PFMEA、家族PFMEA、產(chǎn)品PFMEA大類,完成焊接、粘接、涂裝等基礎(chǔ)PFMEA,然后以譜系平臺產(chǎn)品分類創(chuàng)建家族PFMEA,涉及基礎(chǔ)技術(shù)分析引用基礎(chǔ)PFMEA數(shù)據(jù);產(chǎn)品項(xiàng)目PFMEA直接引用家族PFMEA、基礎(chǔ)PFMEA數(shù)據(jù),在引用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改動(dòng),數(shù)據(jù)直接在創(chuàng)建時(shí)分類存儲到數(shù)據(jù)庫,通過數(shù)據(jù)的復(fù)用,編制產(chǎn)品PFMEA效率明顯提高,編制周期由5天縮短為3天,效率提高了將近1倍?？刂朴?jì)劃大部分?jǐn)?shù)據(jù)由PFMEA數(shù)據(jù)傳遞,編制效率提高1倍,實(shí)現(xiàn)控制項(xiàng)點(diǎn)零丟漏,降低發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)創(chuàng)建應(yīng)用如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)創(chuàng)建應(yīng)用示例

生產(chǎn)過程及運(yùn)維過程中發(fā)生的質(zhì)量問題及處理措施,在PFMEA系統(tǒng)中以通知的形式傳遞給負(fù)責(zé)技術(shù)人員,技術(shù)人員完善相應(yīng)PFMEA分析,為下一個(gè)產(chǎn)品項(xiàng)目提供參考,通過不斷優(yōu)化,同類質(zhì)量問題明顯減少,某個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量問題數(shù)量較以前同類產(chǎn)品降低45%。

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)分析PFMEA閉環(huán)質(zhì)量管控原理和老模式的弊端,結(jié)合軌道交通產(chǎn)品特點(diǎn)開發(fā)PFMEA軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化PFMEA閉環(huán)質(zhì)量管控分析體系。PFMEA軟件系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)質(zhì)量管控分析優(yōu)點(diǎn)如下:

1)PFMEA軟件系統(tǒng)基于最新版FMEA方法論,自上而下,建1棵樹,織2張網(wǎng),規(guī)范操作流程,PFMEA分析實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。

2)PFMEA軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化,1個(gè)數(shù)據(jù)源的技術(shù)質(zhì)量數(shù)據(jù)貫穿于工藝設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營、檢修各個(gè)階段,形成覆蓋工藝設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營維護(hù)、檢修完整鏈條的功能、失效、措施的數(shù)據(jù)資源庫。

3)PFMEA軟件系統(tǒng)高效快捷,提升PFMEA分析效率,實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同和措施追蹤。

4)基礎(chǔ)PFMEA和家族PFMEA的應(yīng)用,通過關(guān)聯(lián)引用關(guān)系,為平臺系列產(chǎn)品提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫和分析模板。

5)PFMEA軟件系統(tǒng)打通質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)PFMEA分析系統(tǒng)與制造、運(yùn)營、檢修質(zhì)量數(shù)據(jù)貫通,最終建立一種系統(tǒng)識別、優(yōu)化迭代和數(shù)據(jù)傳承機(jī)制,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理。