DFMEA的案例分析案例一：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産品質量,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;但在國内汽車行業并沒有系統地展開,也沒有發揮其應有的作用。本文以DFMEA在國産汽油機節流閥體的改進設計中的實施為例,對改進後的DFMEA的實施方法和流程進行闡述。

　　一、實施DFMEA存在的困難　　發動機為完成其相應的功能,組成結構複雜,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,将會耗費大量人力、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。　　發動機由曲柄連杆機構、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範和完整,但機械系統及其零部件的故障模式相當複雜,不僅沒有完整且規範的描述,二者之間還有一定的重複,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。　

　二、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确定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、結構複雜,大多數零部件在運行時還會有相互作用,導緻零部件、子系統和系統的故障模式不僅複雜,各層次的故障模式還會相互重複,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産品,而是依據同一類産品建立。如建立一個汽油機的結構樹時,應考慮該廠所有的汽油機,分析出其共同特點後建立結構樹;對于組成結構有重大改變的産品,可以考慮為其改變的部分建立一個分支,挂接在系統結構樹的相應節點上。　　以汽油機的節流閥體為例,該閥體大緻都由閥體、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）确定故障數據源　　為确定故障模式,先要找到相應的數據源;建議選擇同類産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産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範,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,需要将故障數據逐層篩選,才能最終得到系統、每一級子系統以及零部件的故障數據,為确定其故障模式作準備。

（4）确定關鍵字　　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,難免存在不規範的現象,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,在此基礎上确定關鍵字,對所選子系統的故障數據進行歸類。關鍵字确定的原則是,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複。因此,篩選同一種故障現象很可能需要确定幾個關鍵字。

（5）對系統的故障數據進行分類　　依據确定的關鍵字對系統的故障數據進行分類,分類後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　　根據分類後的故障數據,可以抽象出相應的故障模式。故障模式要求用術語表示,汽車産品可以參照标準　QC—900;标準中沒有的故障模式,需由工程師商量之後統一确定。

（7）故障模式挂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,需要将其挂接在相應的節點上,至此故障模式庫就搭建完成。随着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後,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.确定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确定需要詳細實施DFMEA的對象;思路是對系統進行逐級分析,根據一定的标準确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、确定阈值、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。這裡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,兩個子系統分别完成相應的功能。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）确定阈值　　阈值是确定重要分支所依據的條件。根據DFMEA的原理,推薦确定重要度(S)和風險順序數(RPN)兩個參數的阈值,隻要某分支的S和RPN兩參數中的任意一個等于或超過阈值,該分支就被确定為重要分支。除S和RPN以外,DFMEA中還有發生度(O)和探測度(D)兩個參數,S用來描述故障後果,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的阈值根據類似産品的故障數據确定,原則是要比DFMEA中的阈值低。　　

（3）選擇所需分析的對象　　對産品的組成結構樹逐級向下分析,首先确定第一級分支的所有的S,O,D值,并計算得到RPN值;然後根據阈值來确定哪一個分支為重要分支,被确定為重要分支的仍然重複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的阈值分别為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都達到阈值,被确定為重要分支;子系統S2的RPN雖未達到阈值,但S已經超過阈值,也被确定為重要分支;S12,S22和S111被确定為分析對象,需要對其進行詳細的DFMEA。　　分析節流閥體的故障數據,确定S和RPN的阈值分别為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。

三、實施DFMEA的流程　　為增加DFMEA的可用度,使初次進行DFMEA的工作人員也能順利地實施DFMEA,針對發動機設計的特點,對DFMEA的流程進行了進一步的歸納和改進(見下圖)。

為加深對實施階段的理解,提高分析效率,将實施階段分成确定基礎項、确定衍生項及生成DFMEA報告等3步。　　實施階段中,功能、潛在故障模式、潛在故障影響、故障原因和現有控制措施等5個加“3”的為基礎項,它們的分析是決定DFMEA實施成功與否的關鍵;S,O,D,RPN和建議的糾正措施為衍生項;基礎項确定之後,衍生項可以随之确定。　

　1.分析基礎項　　

（1）功能　　分析項目的功能,用盡可能簡明的文字來說明被分析項目滿足設計意圖的功能;閥體的功能是與閥片配合保證最小流量;與怠速控制閥配合保證怠速流量;與節氣門位置傳感器配合保證主進氣量。　　

（2）潛在故障模式　　每項功能會對應一種或一種以上的故障模式,填寫故障模式要遵循"破壞功能"的原則,即盡量列出破壞該功能的所有可能的模式;故障模式大部分來源于故障模式庫,還有一部分是新出現的故障模式以及小組分析的結果,閥體的潛在故障模式為磨損、裂紋、斷裂以及積碳等。　　

（3）潛在故障後果　　每種故障模式都會有相應的故障後果;分析故障後果時,應盡可能分析出故障的最終影響,即最嚴重的影響;閥體的潛在故障後果為發動機無力、燃油消耗率高、怠速高。　　

（4）潛在故障起因　　所謂故障的潛在起因是指設計薄弱部分的迹象,其結果就是故障模式;根據閥體結構和對其進行的功能分析,可以知道閥體磨損的潛在故障原因為,閥體喉口與閥片直徑不匹配;閥杆與閥片螺釘孔的位置不匹配;怠速控制閥與怠速通道的孔徑不匹配;怠速通道的孔系不同軸。　

　（5）現有控制措施　　根據故障的潛在起因可确定預防與探測的措施,這些都是已有的或将要有的措施。　　閥體的現有控制措施為配合設計閥體喉口和閥片直徑,保證其配合間隙;配合設計閥杆和閥片螺釘孔位置,保證其同心度;配合設計怠速控制閥和怠速通道的孔徑,保證其配合間隙。

2.分析衍生項　　根據潛在故障後果确定S,根據潛在故障原因以及同型産品的三包數據确定O,根據探測措施确定D;根據确定的S,O,D計算得到RPN值。如果需要修正,可以提出适當的建議措施,作為改進的依據,最後生成統一的DFMEA報告。　

　美國汽車工業行動集團(AIAG)頒布的FMEA标準中,提供了嚴重度、O和D的評定準則[3],其中,O準則非常直觀,根據計算得到的頻率即可得。　　

D和嚴重度判定準則的操作性較差,作者推薦企業根據AIAG的D準則,結合企業現有的控制措施制定适用于企業自身的D判定準則。　

　至于嚴重度的判定,提倡仍沿用AIAG的準則,但為了增強其可操作性,作者對其進行了進一步的歸納總結,生成如下圖所示的流程;根據該流程即可很容易地判定每種故障的嚴重度。

　閥體磨損的嚴重度影響了發動機的基本功能,但未完全喪失,所以嚴重度為7;閥體磨損的O根據故障數據的統計結果,結合專家組的分析,确定O為3;閥體磨損的檢測度現有的控制措施除硬度檢測外,均為對兩零部件的配合檢測,有較多的機會能找出潛在的起因,檢測度為4。　

　專家組确定S和RPN的阈值為7和80,當S超過7(含7),RPN超過80(含80)時,必須對其進行改進。因此,提出了以下建議措施:a)閥體喉口和閥片直徑、閥片和閥杆影響全閉洩漏量,除保證其配合間隙外,還應通過設計保證裝配後閥體喉口和閥片的同軸度,并進行全閉洩漏量檢測;b)怠速控制閥和怠速通道影響怠速流量,先需要通過設計保證怠速通道孔系的同軸度,然後保證怠速控制閥和怠速通道的同軸度和間隙。　　完成以上分析後,要根據建議措施對設計進行修正(實際采取的措施可能與建議措施不同),修正後再重複以上步驟,直至S和RPN低于确定的DFMEA的S和RPN阈值。　　

3.生成DFMEA報告　　完成每輪DFMEA之後,要及時生成DFMEA報告,包括需改進的零部件、建議措施和改進措施等。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!