作者：admin 時間：2022-06-16
可靠性檢測過程需要做PFMEA分析嗎？怎樣分析？
在制造過程的設計中，總是要在制造工序間設置單獨的檢測步驟，這些檢測步驟也是一個流程圖的組成部分，例如，一個零件在焊接完畢后，對其部質量進行進行超聲波檢測；也可能是對其上游多個操作過程的綜合探測，例如在智能音響中的所有聲學零件組裝成一個聲學模組后，要進行聲學項目的檢測（還不是產品最終檢測），我們把這樣的檢測過程叫做專檢過程。
下圖是一套產品過程流程圖片段的示例，紅色部分為檢測過程。
我們知道，PFMEA是以產品過程流程圖作為分析基礎的，那么其中的檢測過程需要做PFMEA分析嗎？怎樣分析它們的失效模式和失效起因呢？我們只研究它們的探測度或只做MSA可以嗎？
這是在業界爭議比較多的問題，本文就嘗試展開討論一下，供大家參考。
首先，為了避免再產生不的爭議，我們先參考一下在2020年在汽車行業發布的新版AIAG-VDA FMEA手冊（以下簡稱“FMEA手冊”），其中在該書的3.1.2條“ PFMEA項目識別和邊界”中有這么一段話：
工廠內會影響產品質量且可考慮進行PFMEA分析的過程包括：接收過程、零件和材料儲存、產品和材料交付、制造、裝配、包裝、標簽、成品運輸、儲存、維護過程、檢測過程以及返工和返修過程等。
可見，在新版的FMEA手冊中，檢測過程是需要做PFMEA的，然而FMEA手冊中卻沒有給出具體的方法和案例。
我們再看FMEA手冊中3.5.3條關于“當前探測控制（DC）”的描述：
定義-當前探測控制是指在產品離開過程或發運給顧客前，通過自動或手動方法探測是否存在失效起因或失效模式。
可見，對位于操作過程下游的檢測過程來說，它既是產品制造過程流程圖中需要做PFMEA的一個步驟，同時也可以看作是對前一個或多個操作過程的失效模式的探測。
二者并不矛盾，也并不重復，它們的作用和目的是不同的！作者建議我們先要對操作過程的當前探測措施和探測度進行分析、評價以及優化，在確定不再需要進一步優化之后，再單獨對該檢測過程進行PFMEA的分析，以便輸出對檢測過程的控制措施，從而減少測量誤差和誤判率！
我們先了解一下操作過程的探測措施。
它分為對失效起因的探測和對失效模式的探測，但是在實際的生產線和生產過程的設計時，人們往往不喜歡尋求防止失效起因的出現的預防措施，或者發現失效起因的探測措施，而是習慣于尋求對失效模式的探測，也就是我們常吐槽的“事后檢驗”、“死后驗尸”，這似乎已經成為了一種天經地義的事情！這其實是一種非常落后的質量控制理念！通過下圖，從同一個焊接過程中，我們可以全面了解這幾種控制理念和方法.
對于焊接、熱處理、鑄造、電鍍、注塑等過程，相當多的特性，如機械性能，是不能通過對產品的檢測而得知的，這就識別出失效起因，對失效起因采取預防或者探測措施。即使是可以進行事后檢測的產品，一旦發現不合格，也是一種浪費，因此，評價一個探測措施，我們需要分為這樣幾種情況：
對失效起因的探測，好于對失效模式的探測；在工位內失效模式的探測，好于下游工位的探測；儀器探測，好于人工目測；機器探測，好于人工探測；防錯探測，好于一般機器/儀器探測。在FMEA手冊的探測度D的打分指導中就是遵循此理念，讀者可自行查閱。
因此，在對當前探測措施進行優化時，我們就要按上述“檔位”做出改變，也就是升級為比當前更加的探測方法，這也是衡量一個過程設計是否的重要依據之一。一旦一個探測方法被確定下來，這個檢測過程就形成了，我們就要對它加以管理，包括研究它的失效模式、失效起因，以及輸出對它的控制計劃。
那么怎樣分析檢測過程的PFMEA呢？它與MSA分析有什么關系呢？
下面我們來探討一下如何進行檢測過程的PFMEA分析。
首先，我們要明確一個檢測過程的功能是什么，很顯然，執行檢測，就是為了要把產品（注：在此處也包括零件、半成品，以下同）中的不合格的挑選出來，同時把合格的流到后面的工序當中去，因此，一個檢測過程的失效模式應當是：把不合格的產品當作了合格的產品（接收不合格）、把合格的產品當作了不合格的產品（拒收合格），還可能在檢測時把產品損壞了，例如特性的改變、損傷等。
它的失效影響和嚴重度S怎樣分析呢？
如果是把不合格產品判斷為合格產品，這相當于被檢特性所對應的加工過程的失效模式和失效影響，例如，一個機加工過程，尺寸過大是這個加工過程的一個失效模式，可能會造成后續不能裝配，如果它的專檢工序失效，這個尺寸過大的零件就會被放行，同樣也會造成后續不能進行裝配。
如果是把合格產品判斷為不合格產品，就會產生誤報警，造成不的生產線停線事故。一家管理成熟的工廠都會有快速反應規則，包括生產線暫停運行，例如，如果是所檢特性是一個關鍵特性，只要發現一次或幾次問題，則會造成產線的暫停，這時S為7-8這個程度（請讀者自行查閱一下FMEA手冊的S打分指導）；如果是一個次要特性，則只有達到數量或比例后才使生產線暫停，所以要看所檢特性的重要度。
如果是因為檢測而造成產品的損壞，這要根據受到影響的特性的重要度來確定S的值，例如檢測過程損傷的是產品的表面質量，S僅僅是3-4。
如何分析檢測過程的失效起因？
檢測過程的影響因素，不同于加工過程的4M1E（人、機、料、法、環），而是SWIPE：S-標準、方法，W-工件，I-儀器/量具，P-測量者或者測量程序，E-測量環境。
如何進行檢測過程PFMEA的風險分析與控制措施的優化？
這是基于檢測過程的當前預防措施和探測措施進行的分析和評價，同樣也有著各自的Occurrence 和Detection。
預防措施是針對失效的起因采取的，對于檢測過程，就是上述展開的SWIPE因素。
關于測量的方法（S）和發生頻度（O）。當前的預防措施一般是源自于其他產品同類檢測過程使用過的、已經證明是可靠的檢測方法，一般是做成檢測指導書的形式。分析和評價的目的是確認現有檢測方法（檢測指導書）是否會導致產生較高的測量誤差或損傷。具體可以從這幾個方面考慮：
? 是否分析過設計要求？
? 是否考慮過產品加工過程的特點（易出問題的地方）？
? 測量原理或過程是否與產品的運行過程和客戶的使用工況相匹配？
? 測量方法是否存在產生較大測量誤差或產生產品損傷的可能？
? 是否做過不同方法的MSA的分析和結果（測量誤差）的對比？等等。
在設計一個檢測過程時，如果這些方面沒有充分研究過，則就有可能產生較大的測量誤差，這也是確保一種檢測方法可靠的預防控制措施。
檢測過程失效起因發生頻度O的打分，我們可以參考FMEA手冊中的“過程的潛在頻度O”的打分指導，例如，如果檢測過程是一鍵控制式的自動化測量，且被測產品的定位也是自動化定位，那么關于方法這個因素的O就1分；如果是手工測量，例如使用卡尺或者目測，則要看檢測方法指導書上有沒有確定性、明確的、圖文并茂的規定。
下面是作者在之前企業工作時遇到的一個典型案例。一個板金零件需要測量它的角度α，如下圖所示，由于板金件在折彎機上折彎時，下面的工裝支架產生了松動，使得兩端的角度α1和α2不一致，如果不在檢測指導書中規定一個明確的測量位置，則就會存在很大的重復性誤差（即同一檢驗員使用同一把量具，也會產生不一致的結果）。
對于被測量的工件（W），其實這也與測量方法有關系。只要其特性不會隨著時間的推移而發生變化，就不會影響測量的結果，而有些則是會隨著時間而發生變化的，例如，零件的平面度，如果存在內應力，它會在加工完畢后隨著應力的釋放而發生變化；塑料件的尺寸會隨著儲存環境溫度的變化而變化；電容的漏電量，不同時間是有變化的；壓力（水壓、氣壓）試驗時壓力隨時間衰退，等等，這些特性的變化，就會大大影響測量結果，會產生較大的誤判。
對于這樣的被測量對象，我們采取相應的預防控制措施，即在測量方法中規定好測量的時間限制、補償的系數等，否則，就會影響測量的結果。對于一般的特性穩定的產品工件，這個因素，是不打O值的。
測量的儀器/量具（I）和測量人員/程序（P）及它們的O值。量具與測量者是兩個重要的測量誤差來源，對于量具來說，它的細分因素包括量具、試驗臺（平整度、是否有減震措施等）、測量設備和量檢具出廠時的精度和穩定性（隨使用環境因素變化）、夾具（夾緊力、夾持位置等）；對于測量人員來說，是否在上崗前進行過的培訓和資質的認證，以及是否經常輪換（會產生較大的再現性誤差）等。
以上這些因素，在設計一個測量過程時，要事先充分考慮，并進行一一的策劃與確認，采取相應的預防控制措施，例如，在三座標測量室中，應有溫度控制措施，對于測量/試驗臺，應增加減振措施，對于量具的出廠精度，應依據要測量的零件設計精度要求（例如分辨率為公差范圍的1/10以上），并對這些細分因素進行MSA的分析或者進行方差分析來對比研究，選擇測量誤差最小的方式。
關于這兩個因素的O值打分，我們可以根據檢測過程的MSA分析中量具和測量者的誤差分量，再結合FMEA手冊中的O值打分指導來進行打分。下面是如何將MSA的分析結果轉化為O值的評價理論依據和示例：
下圖是一個基準值為XT，偏倚為B，精度為σm的測量系統的一系列測量值所構成的分布（假設為正態），當我們研究量具的影響時，可以通過研究量具能力和GRR來獲得單純的量具偏倚（B）和重復性誤差（σe），同理，當我們研究測量者之間或者量具之間的誤差時，我們則使用再現性誤差（σo）。
我們可以通過查尋或者通過統計軟件計算正態累積概率函數來獲得誤判的類型和概率。
例如，一個測量系統，它測量一個零件的長度。經過測量系統分析得知，其偏倚B = 0.05，R&R的標準差也是0.05。如果測量一個基準值為0.4的零件長度，它的規格為0.6 – 1.0，那么有多大的概率產生誤判？
圖片
對該結果的解釋：雖然這個零件的基準值（0.4）在規格范圍以外，是不合格的，但是，由于存在測量誤差，理論上存在0.135%的誤判風險（不合格判為合格）。在FMEA手冊的過程潛在頻度O（備選）打分指導中，這屬于O值5-6的程度。
關于控制措施的優化，先看主要誤差的類型，如果是偏倚而且恒定的，則可以采用補償，否則，就需要矯正或者更換新量具；如果是精度誤差較大，先看這個量具的出廠說明或制造標準中的理論測量精度，如果這個理論精度也達不到產品的測量要求（例如分辨率為公差范圍的1/10以上），那么就應更換精度更高的量具類型，如果是因為磨損老化導致，則進行修理、矯正，或者更換。
對于測量環境（W）。測量環境對測量結果的影響，要看測量的產品和特性的類型，例如機械加工件，可能會對環境溫度有較高的要求，如果是一個聲學產品，則需要對環境噪聲有高的要求，需要在專門的、遠離車間環境的聽音室中進行檢測。這些影響因素，在設計一個測量過程時要考慮、策劃，并采取的預防措施。
檢測過程的探測（D）
檢測過程本身對應的是操作過程的失效模式探測，而檢測過程自己的探測措施所要針對的則是對檢測誤差的發現機會和能力。我們怎樣才能及時、有效地探測到一個檢測過程（測量系統）產生的誤差呢？這包括：對測量者的考核（頻次、內容、標準）、對量具的校準（頻次及機構）、測量系統分析MSA（指標、標準、頻次、方法）等等，例如，這些類型的活動一次也沒有做，則D應當為10分。
對檢測過程的探測措施的優化包括提升校準/MSA的頻次、增加樣品的數量、改進抽樣方案，以及執行這些活動計劃是通過人工提醒，還是自動化提醒的方式等等。
綜上所述，研究一個檢測過程，實際上包括了MSA工作，且把MSA分析的結果應用于改進和優化檢測過程。在業界的MSA培訓和學習時，存在一種不好的習慣，就是只注重分析那幾個測量系統的統計指標（偏倚、線性、穩定性、重復性、再現性），而忽視了對測量系統的構成（影響）因素的識別，忽視了把MSA統計指標應用于系統因素的進一步分析和上，其實這才是MSA的真正目的。
那么，有人會產生一個疑問：我們對檢測過程進行MSA分析不就行了嗎？為什么還要進行PFMEA呢？
對檢測過程進行PFMEA分析，與單純的MSA還是不一樣的，檢測過程PFMEA是面向整條產線上的所有檢測過程，通過分析它們的S、O、D來確定是否需要優化（AP），怎樣優化，優化完成后，再制定針對檢測過程各影響因素的控制計劃，用來管控這個檢測過程不出現過大的測量誤差，這才是對檢測過程進行PFMEA分析的最終目的，這也是通常容易被忽視了的！這個控制計劃就包括：是否做MSA分析，做哪些MSA指標，以及做MSA的頻次，因此檢測過程的PFMEA要比MSA高一個層次。
R-FMEA軟件，支持P圖分析可靠性，并可與FMEA分析關聯。祝您更好地識別產品功能，助力失效風險識別。
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作者姜傳武
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