互连网创设情势下质量工具集成的探究与运用,

作者: ca88手机版会员登录中心  发布:2019-09-24

FMEA(失效模式与影响分析)

在设计和制造产品时,通常有三道控制缺陷的防线:避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具。

针对现在网络制造模式下持续质量改进过程中存在的问题,分析了常用质量工具之间的关系,提出了质量工具的集成模型,给出了一个通用型网络化集成质量管理系统的体系结构,设计并开发了网络化制造模式下的集成质量管理系统,并将其应用于某起重设备公司的产品设计与制造过程的质量持续改进之中。结果表明,应用IQMS系统不仅可以优化设计或制造过程,而且可以有效缩短产品设计周期,降低成本,实现了质量的持续改进。

在设计和制造产品时,通常有三道控制缺陷的防线:避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具。

FMEA是一种可靠性设计的重要方法。它实际上是FMA和FEA的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析,以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一,它是一个“事前的行为”,而不是“事后的行为”。为达到最佳效益,FMEA必须在故障模式被纳入产品之前进行。

0 前言

FMEA是一种可靠性设计的重要方法。它实际上是FMA和FEA的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析,以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一,它是一个“事前的行为”,而不是“事后的行为”。为达到最佳效益,FMEA必须在故障模式被纳入产品之前进行。

FMEA实际是一组系列化的活动,其过程包括:找出产品/过程中潜在的故障模式;根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估;列出故障起因/机理,寻找预防或改进措施。

信息技术和计算机网络技术的迅速发展,使得制造业环境发生了根本性的变化, 建立一种以市场需求驱动的、 具有快速响应机制的网络化制造模式,是制造企业摆脱困境,赢得市场,掌握竞争主动权的关键。在动态多变的市场环境下,质量问题也越来越受到制造业的普遍重视,提高产品质量已成为制造业适应激烈市场竞争的永恒主题。 在实现产品/过程质量的持续改进过程中, 许多制造企业使用各种质量工具或软件来提高企业的质量水平, 如新旧七种工具、质量功能展开、 发明问题解决理论故障模式和效应分析、 价值工程、 统计过程控制、 响应曲面分析 和田口方法等。 然而, 在网络化制造环境下大多数企业中的持续质量改进或处于概念阶段, 或以失败而告终。 究其原因, 我们发现, 这些企业中产品设计、 制造和服务为各自独立的部门, 工具软件的使用也是独立的,动态多变的顾客需求在企业各部门彼此之间难以有效地沟通和协调, 本应关联的质量工具却没有共享的数据库, 因而很难使工程设计人员和生产人员对产品的设计和生产有一个整体的认识, 不易发现质量瓶颈,难以实现持续改进。 导致产品的开发周期长、 质量低劣、 成本高、 错失商机和部门的互相指责。

FMEA实际是一组系列化的活动,其过程包括:找出产品/过程中潜在的故障模式;根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估;列出故障起因/机理,寻找预防或改进措施。

由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商/供应商以及服务有关,因此FMEA又细分为设计FMEA、过程FMEA、使用FMEA和服务FMEA四类。其中设计FMEA和过程FMEA最为常用。

面对顾客需求驱动的全球市场, 网络化制造模式下的企业为保持或获得市场竞争优势, 必须持续地提高产品和服务质量、 缩短设计周期、 降低成本、 提高效益, 以现代质量管理理念为基础, 应用系统工程的观点和方法, 以现代科学与管理技术为手段, 综合产品全生命周期的质量特征, 将企业运作模式与质量管理作为一个有机的整体来研究。 因此, 建立一种面向并行工程、 基于网络环境的、 有效实现质量工具集成的集成模型, 并开发相应的质量管理系统, 将有助于企业从质量形成的角度对各种过程进行跟踪和协调,满足网络化制造模式下的过程和数据管理, 实现多元化、 全过程的持续质量改进。

由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商/供应商以及服务有关,因此FMEA又细分为设计FMEA、过程FMEA、使用FMEA和服务FMEA四类。其中设计FMEA和过程FMEA最为常用。

设计FMEA(也记为d-FMEA)应在一个设计概念形成之时或之前开始,并且在产品开发各阶段中,当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改,并在图样加工完成之前结束。其评价与分析的对象是最终的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。需要注意的是,d-FMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图。因此,虽然d-FMEA不是靠过程控制来克服设计中的缺陷,但其可以考虑制造/装配过程中技术的/客观的限制,从而为过程控制提供了良好的基础。进行d-FMEA有助于:

有鉴于此, 本文将致力于从产品设计、 过程优化和控制等各阶段质量工具的集成研究, 开发相应的质量集成管理系统, 并将其应用到网络化制造企业之中。

设计FMEA(也记为d-FMEA)应在一个设计概念形成之时或之前开始,并且在产品开发各阶段中,当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改,并在图样加工完成之前结束。其评价与分析的对象是最终的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。需要注意的是,d-FMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图。因此,虽然d-FMEA不是靠过程控制来克服设计中的缺陷,但其可以考虑制造/装配过程中技术的/客观的限制,从而为过程控制提供了良好的基础。进行d-FMEA有助于:

设计要求与设计方案的相互权衡;

1 质量工具集成模式研究

· 设计要求与设计方案的相互权衡;

制造与装配要求的最初设计;

不同的质量工具应用于质量形成的不同阶段, 为实现网络化制造企业的持续质量改进, 有必要分析各种质量工具之间的内在关系。

· 制造与装配要求的最初设计;

提高在设计/开发过程中考虑潜在故障模式及其对系统和产品影响的可能性;

1.1 常用质量工具及其关系分析

· 提高在设计/开发过程中考虑潜在故障模式及其对系统和产品影响的可能性;

为制定全面、有效的设计试验计划和开发项目提供更多的信息;建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统;

从整个产品开发、 制造过程来看, QFD是面向顾客的产品设计与开发的一种计划过程, 是把顾客需求或市场的要求转化为设计要求、 零件特性、 工艺要求、 生产要求的多层次演绎进行分析的方法;TRIZ着眼于通过把握技术系统的演变规律, 运用创造性的思维方式彻底消除系统冲突, 以获得最终理想的解决方案;VE旨在通过产品功能分析为顾客提供价值高的产品, 价值是其考虑的重点;FMEA是依据由质量目标所制定的技术文件, 根据经验分析产品设计与生产工艺中存在的弱点和可能产生的缺陷, 以及这些缺陷产生的后果与风险, 并在决策过程中采取措施加以消除; 实验设计探求的是变量之间的真实详尽的交互影响和关系; 田口方法旨在把产品和过程设计成相对于不可控制因素是稳健的, 产品和过程的稳健性是其考虑重点;SPC则从制造的角度来对产品质量数据进行分析, 区分产品质量的正常与异常波动。

· 为制定全面、有效的设计试验计划和开发项目提供更多的信息;建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统;

为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考。

当进行持续质量改进时,TRIZ.VE.FMEA.田口方法及SPC等的重点都在工程技术方面, 对顾客的需求, 市场的变化缺乏系统、 全面的考虑。 QFD以结构化的方式把顾客的需求展开到产品规划、 产品设计、 工艺计划和生产计划中, 为TRIZ.VE.FMEA.田口方法及SPC等提供了方向, 弥补了这些工具单独使用时的不足。 作为各种问题解决的工具,TRIZ.VE.FMEA.田口方法及SPC等又共同为QFD的顾客满意目标的实现提供强有力的支持。

· 为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考。

过程FMEA(也记为p-FMEA)应在生产工装准备之前、在过程可行性分析阶段或之前开始,而且要考虑从单个零件到总成的所有制造过程。其评价与分析的对象是所有新的部件/过程、更改过的部件/过程及应用或环境有变化的原有部件/过程。需要注意的是,虽然p-FMEA不是靠改变产品设计来克服过程缺陷,但它要考虑与计划的装配过程有关的产品设计特性参数,以便最大限度地保证产品满足用户的要求和期望。 p-FMEA一般包括下述内容:

因而, 在网络化制造业实现持续质量改进的过程中, 质量工具及方法的集成是必需的, 而且是必要的, 它们的集成有助于企业实现产品的并行、 创新、可靠、 稳健及优化性设计, 同时可优化产品的设计与制造过程。

过程FMEA (也记为p-FMEA)应在生产工装准备之前、在过程可行性分析阶段或之前开始,而且要考虑从单个零件到总成的所有制造过程。其评价与分析的对象是所有新的部件/过程、更改过的部件/过程及应用或环境有变化的原有部件/过程。需要注意的是,虽然p-FMEA不是靠改变产品设计来克服过程缺陷,但它要考虑与计划的装配过程有关的产品设计特性参数,以便最大限度地保证产品满足用户的要求和期望。 p-FMEA一般包括下述内容:

确定与产品相关的过程潜在故障模式;

1.2 基于网络制造环境下质量工具的集成模型

· 确定与产品相关的过程潜在故障模式;

评价故障对用户的潜在影响;

基于上述持续质量改进过程中质量工具关系的集成分析,笔者提出网络化制造模式下持续质量改进的质量工具集成框架结构, 如图1 所示。

· 评价故障对用户的潜在影响;

确定潜在制造或装配过程的故障起因,确定减少故障发生或找出故障条件的过程控制变量;

质量持续改进活动贯穿产品设计和制造, 它们通过质量工具实现集成。

· 确定潜在制造或装配过程的故障起因,确定减少故障发生或找出故障条件的过程控制变量;

编制潜在故障模式分级表,建立纠正措施的优选体系;

在初始设计阶段, 有两个主要的数据源输出: 顾客需求和基准比较分析信息。

· 编制潜在故障模式分级表,建立纠正措施的优选体系;

将制造或装配过程文件化。

在概念设计阶段, 可以通过QFD确定产品的关键质量特征, DOE可以用来研究质量特征间的关系。 通过对顾客需求的功能分析, VE为恰当地把顾客需求转换为设计要求提供了系统方法。 根据设计要求的权重、 顾客基准比较分析结果和技术基准比较分析结果, 可以确定出设计要求的目标值, 田口方法为设计要求目标值的确定提供了稳健性设计方法。在对设计要求进行冲突分析基础上, 一方面运用TRIZ可以彻底消除重要的设计要求之间的冲突, 另一方面对于冲突程度较弱的设计要求可以运用参数设计进行稳健性优化设计。 为了保证产品设计的可行性、 可靠性和安全性, 可在质量计划评审中系统地使用FMEA, 这对于发现设计潜在缺陷是至关重要的。

· 将制造或装配过程文件化。

FMEA技术的应用发展十分迅速。50年代初,美国第一次将FMEA思想用于一种战斗机操作系统的设计分析,到了60年代中期,FMEA技术正式用于航天工业。1976年,美国国防部颁布了FMEA的军用标准,但仅限于设计方面。70年代末,FMEA技术开始进入汽车工业和医疗设备工业。80年代初,进入微电子工业。80年代中期,汽车工业开始应用过程FMEA确认其制造过程。到了1988年,美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统的设计及分析都必须使用FMEA。1991年,ISO-9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计。1994年,FMEA又成为QS-9000的认证要求。目前,FMEA已在工程实践中形成了一套科学而完整的分析方法。

在集成化产品/工艺设计阶段, 一个重要工作是利用DOE设计和优化产品/工艺参数和容差。 在此阶段, CAD/CAM/CAPP(也是重要的技术支撑。

FMEA技术的应用发展十分迅速。50年代初,美国第一次将FMEA思想用于一种战斗机操作系统的设计分析,到了60年代中期,FMEA技术正式用于航天工业。1976年,美国国防部颁布了FMEA的军用标准,但仅限于设计方面。70年代末,FMEA技术开始进入汽车工业和医疗设备工业。80年代初,进入微电子工业。80年代中期,汽车工业开始应用过程FMEA确认其制造过程。到了1988年,美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统的设计及分析都必须使用FMEA。1991年,ISO-9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计。1994年,FMEA又成为QS-9000的认证要求。目前,FMEA已在工程实践中形成了一套科学而完整的分析方法。

集成化产品设计完成后, 要进行基于设计FMEA的设计评审。 在投入生产前, 通过过程FMEA发现生产过程的潜在缺陷, 过程FMEA可以为确定过程控制点提供重要信息。 同时运用TRIZ中的技术、 原理及知识库对设计过程中的冲突问题进行分析, 寻求获得最终理想的解决方案。

在生产过程中, 出口方法、 RSM和SPC可以联合使用, 持续减少过程变异, 提高质量。

现场服务和顾客反馈数据可以用于发现质量问题和瓶颈, 保证持续改进

文章来源:盖世汽车网)

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