「案例分析」产品设计过程中的DFMEA的运用

想要一招搞定DFMEA的利用，就想要清楚的知道什么是DFMEA？

DFMEA(Design Failure Mode and Effects Analysis,设计失落效模式及后果剖析)

什么是DFMEA

DFMEA是指设计阶段的潜在失落效模式及后果剖析,是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段,是如何在设计研发阶段担保产品在正式生产过程中交付客户过程中如何知足产品质量的一种掌握工具。
由于同类型产品的相似性的特点，以是的DFMEA阶段常常会借鉴以前量产过或正在生产中的产品干系设计上的优缺陷评估后再针对新产品进行的改进与改进。

DFMEA基本原则

DFMEA是在最初生产阶段之前,确定潜在的或已知的故障模式,并供应进一步纠正方法的一种规范化剖析方法;常日是通过部件、子系统/部件、系统/组件等一系列步骤来完成的。
最初生产阶段是明确为用户生产产品或供应做事的阶段,该阶段的定义非常主要,在该阶段开始之前对设计的修正和更正都不会引起严重的后果,而之后对设计的任何变更都可能造成产品本钱的大幅提高。

DFMEA应该由一个以设计任务工程师为组长的跨职能小组来进行,这个小组的成员不仅应该包括可能对设计产生影响的各个部门的代表,还要包括外部顾客或内部顾客在内。
DFMEA的过程包括产品功能及质量剖析、剖析故障模式、故障缘故原由剖析、确定改进项目、制订纠正方法以及持续改进等6个阶段。

DFMEA的案例剖析

DFMEA是一种以预防为主的可靠性设计剖析技能,该技能的运用有助于企业提高产品质量,降落本钱,缩短研发周期。
目前,DFMEA已在航空航天以及国外的汽车行业得到了较为广泛的运用,并显示出了巨大的威力;但在海内汽车行业并没有系统地展开,也没有发挥其应有的浸染。
本文以DFMEA在国产汽油机节流阀体的改进设计中的履行为例,对改进后的DFMEA的履行方法和流程进行阐述。

一、履行DFMEA存在的困难

发动机为完成其相应的功能,组成构造繁芜,零部件的数量也很弘大,如不加选择地对所有的零部件和子系统都履行DFMEA,将会耗费大量人力、物力和韶光,对付初次履行DFMEA的企业险些是不可能完成的事情。
为此,须要开拓一种方法,能够从发动机的子系统/零部件中选择出优先须要进行剖析的工具。

发动机由曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、进气系统、冷却系统和润滑系统等组成,各机构和系统完成相应的功能。
子系统的下级部件或组件常日须要合营完成相应的功能,在描述这些部件或组件的功能时,不仅该当描述其独立完成的功能,还应描述与其他部件合营完成的功能。

组成发动机的零部件种类很多,不仅包括机器零部件还有电子元件,电子部件的故障模式已经较为规范和完全,但机器系统及其零部件的故障模式相称繁芜,不仅没有完全且规范的描述,二者之间还有一定的重复,为DFMEA事情的开展带来了困难,故须要为机器系统及其零部件建立相应的故障模式库。

二、履行DFMEA的准备事情

由于在发动机设计中履行DFMEA要碰着较多困难,故作者建议,在详细履行DFMEA之前,须要做好建立较为完善的故障模式库并确定DFMEA的详细剖析工具等准备事情。

1.建立故障模式库的方法

发动机的组成零部件多、构造繁芜,大多数零部件在运行时还会有相互浸染,导致零部件、子系统和系统的故障模式不仅繁芜,各层次的故障模式还会相互重复,须要为发动机建立一个故障模式库;该模式库不仅该当包含发动机中所有子系统和零部件的故障模式,还能够反响出该故障模式究竟属于哪一个零部件或系统,其建模流程如下图所示。

（1）建立系统构造树

为建立故障模式库,首先要建立系统的构造树,它并不依赖于某一特定的产品,而是依据同一类产品建立。
如建立一个汽油机的构造树时,应考虑该厂所有的汽油机,剖析出其共同特点后建立构造树;对付组成构造有重大改变的产品,可以考虑为其改变的部分建立一个分支,挂接在系统构造树的相应节点上。

以汽油机的节流阀体为例,该阀体大致都由阀体、怠速掌握阀、节气门位置传感器等组成,细节部分会有所不同,节流阀体的系统构造树如下图所示。

（2）确定故障数据源

为确定故障模式,先要找到相应的数据源;建议选择同类产品的试验数据或三包数据,由于这两种数据中较为详细地记录了产品在试验和利用过程中涌现的故障。
由于发动机可靠性试验的本钱很高,一样平常企业中都不会有充分的试验数据;只管三包数据记录的不是十分规范,但通过归纳和整理,仍旧可以从中抽象出故障模式。
以是,在试验数据不充足的情形下,一样平常推举采取三包数据。

（3）筛选所剖析子系统的故障数据

一样平常来讲,故障数据来自于系统,须要将故障数据逐层筛选,才能终极得到系统、每一级子系统以及零部件的故障数据,为确定其故障模式作准备。

（4）确定关键字

三包数据来自于不同的维修点,并非由专业的试验职员网络,难免存在不规范的征象,比如对付“密封不严”这一故障征象,故障数据中就会有“密封不严、不密封、密封性差、密封性不好”等多种描述。

针对这种征象,建议数据归纳职员先要理解各种故障征象的描述,在此根本上确定关键字,对所选子系统的故障数据进行归类。
关键字确定的原则是,能筛选到95%以上的同种故障征象,只管即便做到不遗漏;不同故障征象间只管即便做到不重复。
因此,筛选同一种故障征象很可能须要确定几个关键字。

（5）对系统的故障数据进行分类

依据确定的关键字对系统的故障数据进行分类,分类后的故障数据就可以用来抽象出故障模式。

（6）故障模式的抽象

根据分类后的故障数据,可以抽象出相应的故障模式。
故障模式哀求用术语表示,汽车产品可以参照标准　QC—900;标准中没有的故障模式,需由工程师商量之后统一确定。

（7）故障模式挂接在系统构造树的节点上

系统、子系统及零部件平分歧层次都会有相应的故障模式,须要将其挂接在相应的节点上,至此故障模式库就搭建完成。
随着剖析事情的深入和故障数据的持续归纳,故障模式库会越来越完全。

对节流阀体的故障数据进行以上的处理之后,得到了各级组件及零部件的故障模式,建立了节流阀体的故障模式库,下图示出故障模式库的一部分。
须要指出,履行DFMEA时剖析工具的故障模式不仅来源于故障模式库,还来自于事情小组的剖析。

2.确定DFMEA的详细剖析工具

根据履行DFMEA须要耗费大量韶光的详细情形,本研究提出了一种新方法来确定须要详细履行DFMEA的工具;思路是对系统进行逐级剖析,根据一定的标准确定须要详细剖析的分支(以下称为主要分支),对主要分支一贯细化到最底层,不可再分的主要分支即为须要详细剖析的工具。
方法分为3步,即建立系统的组成构造树、确定阈值、选择所需剖析的工具。

（1）建立系统的组成构造树

此处系统的组成构造树与上述中的系统构造树类似,但实质上不同。
这里的系统组成构造树是与系统的组成完备相同,依照系统的构造和功能逐级向下建立,直到系统的零部件为止(称为组成构造树的叶结点),组成构造树的示意图见下图。

图中的系统由子系统1和子系统2组成,两个子系统分别完成相应的功能。
子系统1由子总成1和2组成,子总成1又可以向下划分为零部件;子系统2由两个零部件组成。
个中S12,S21,S22,S111和S112都是该组成构造树的叶结点。

（2）确定阈值

阈值是确定主要分支所依据的条件。
根据DFMEA的事理,推举确定主要度(S)和风险顺序数(RPN)两个参数的阈值,只要某分支的S和RPN两参数中的任意一个即是或超过阈值,该分支就被确定为主要分支。
除S和RPN以外,DFMEA中还有发生度(O)和探测度(D)两个参数,S用来描述故障后果,O表明故障缘故原由的发生概率,D是对探测方法有效程度的度量,RPN是S,O,D3者的乘积。
O和D的阈值根据类似产品的故障数据确定,原则是要比DFMEA中的阈值低。

（3）选择所需剖析的工具

对产品的组成构造树逐级向下剖析,首先确定第一级分支的所有的S,O,D值,并打算得到RPN值;然后根据阈值来确定哪一个分支为主要分支,被确定为主要分支的仍旧重复以长进程直到组成构造树的叶结点,非主要分支则不再连续剖析。

以下图所示的系统组成构造树为例,选择须要剖析的工具。
假设S和RPN的阈值分别为6和70,组成构造树等分支的各参数情形如图5所示,有“3”的部分为主要分支。

由图可见,子系统S1的S和RPN都达到阈值,被确定为主要分支;子系统S2的RPN虽未达到阈值,但S已经超过阈值,也被确定为主要分支;S12,S22和S111被确定为剖析工具,须要对其进行详细的DFMEA。

剖析节流阀体的故障数据,确定S和RPN的阈值分别为5和30,剖析结果见下图。
由剖析结果可知,须要对节气门位置传感器、怠速掌握阀、阀片、阀体本体进行详细的DFMEA。

三、履行DFMEA的流程

为增加DFMEA的可用度,使初次进行DFMEA的事情职员也能顺利地履行DFMEA,针对发动机设计的特点,对DFMEA的流程进行了进一步的归纳和改进(见下图)。

为加深对履行阶段的理解,提高剖析效率,将履行阶段分成确定根本项、确定衍生项及天生DFMEA报告等3步。

履行阶段中,功能、潜在故障模式、潜在故障影响、故障缘故原由和现有掌握方法等5个加“3”的为根本项,它们的剖析是决定DFMEA履行成功与否的关键;S,O,D,RPN和建议的纠正方法为衍生项;根本项确定之后,衍生项可以随之确定。

1.剖析根本项

（1）功能

剖析项目的功能,用尽可能简明的笔墨来解释被剖析项目知足设计意图的功能;阀体的功能是与阀片合营担保最小流量;与怠速掌握阀合营担保怠速流量;与节气门位置传感器合营担保主进宇量。

（2）潜在故障模式

每项功能会对应一种或一种以上的故障模式,填写故障模式要遵照"毁坏功能"的原则,即只管即便列出毁坏该功能的所有可能的模式;故障模式大部分来源于故障模式库,还有一部分是新涌现的故障模式以及小组剖析的结果,阀体的潜在故障模式为磨损、裂纹、断裂以及积碳等。

（3）潜在故障后果

每种故障模式都会有相应的故障后果;剖析故障后果时,应尽可能剖析出故障的终极影响,即最严重的影响;阀体的潜在故障后果为发动机无力、燃油花费率高、怠速高。

（4）潜在故障起因

所谓故障的潜在起因是指设计薄弱部分的迹象,其结果便是故障模式;根据阀体构造和对其进行的功能剖析,可以知道阀体磨损的潜在故障缘故原由为,阀体喉口与阀片直径不匹配;阀杆与阀片螺钉孔的位置不匹配;怠速掌握阀与怠速通道的孔径不匹配;怠速通道的孔系不同轴。

（5）现有掌握方法

根据故障的潜在起因可确定预防与探测的方法,这些都是已有的或将要有的方法。

阀体的现有掌握方法为合营设计阀体喉口和阀片直径,担保其合营间隙;合营设计阀杆和阀片螺钉孔位置,担保其同心度;合营设计怠速掌握阀和怠速通道的孔径,担保其合营间隙。

2.剖析衍生项

根据潜在故障后果确定S,根据潜在故障缘故原由以及同型产品的三包数据确定O,根据探测方法确定D;根据确定的S,O,D打算得到RPN值。
如果须要改动,可以提出适当的建议方法,作为改进的依据,末了天生统一的DFMEA报告。

美国汽车工业行动集团(AIAG)颁布的FMEA标准中,供应了严重度、O和D的评定准则[3],个中,O准则非常直不雅观,根据打算得到的频率即可得。

D和严重度剖断准则的操作性较差,作者推举企业根据AIAG的D准则,结合企业现有的掌握方法制订适用于企业自身的D剖断准则。

至于严重度的剖断,提倡仍沿用AIAG的准则,但为了增强其可操作性,作者对其进行了进一步的归纳总结,天生如下图所示的流程;根据该流程即可很随意马虎地剖断每种故障的严重度。

阀体磨损的严重度影响了发动机的基本功能,但未完备损失,以是严重度为7;阀体磨损的O根据故障数据的统计结果,结合专家组的剖析,确定O为3;阀体磨损的检测度现有的掌握方法除硬度检测外,均为对两零部件的合营检测,有较多的机会能找出潜在的起因,检测度为4。

专家组确定S和RPN的阈值为7和80,当S超过7(含7),RPN超过80(含80)时,必须对其进行改进。
因此,提出了以下建议方法:a)阀体喉口和阀片直径、阀片和阀杆影响全闭泄露量,除担保其合营间隙外,还应通过设计担保装置后阀体喉口和阀片的同轴度,并进行全闭泄露量检测;b)怠速掌握阀和怠速通道影响怠速流量,先须要通过设计担保怠速通道孔系的同轴度,然后担保怠速掌握阀和怠速通道的同轴度和间隙。

完成以上剖析后,要根据建议方法对设计进行改动(实际采纳的方法可能与建议方法不同),改动后再重复以上步骤,直至S和RPN低于确定的DFMEA的S和RPN阈值。

3.天生DFMEA报告

完成每轮DFMEA之后,要及时天生DFMEA报告,包括需改进的零部件、建议方法和改进方法等。