防錯(cuò)技術(shù)在齒輪類(lèi)零件加工中的應(yīng)用
2018-12-3 來(lái)源：西安法士特汽車(chē)傳動(dòng) 中鋼集團(tuán)西安重機(jī) 作者：糾永杰 黃引團(tuán)
摘要： 本文結(jié)合齒輪類(lèi)零件生產(chǎn)加工實(shí)際，采用 PFMEA 和防錯(cuò)方法，以預(yù)防為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中識(shí)別出潛在的缺陷發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行有效改善，最大可能的規(guī)避了質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，使生產(chǎn)質(zhì)量水平得到了大幅的提高。
關(guān)鍵詞： PFMEA；防錯(cuò)；齒輪加工
0 引言
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，同時(shí)顧客對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，面對(duì)這種形勢(shì)，企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，必須提升自身的質(zhì)量觀，將顧客的需求作為質(zhì)量符合的標(biāo)準(zhǔn)。以前“逐步改善”的質(zhì)量模式已跟不上新形式的發(fā)展，制造業(yè)的大多數(shù)企業(yè)都面臨著質(zhì)量升級(jí)的瓶頸。“
零缺陷”質(zhì)量管理以極高的生產(chǎn)效率、極低的不良成本，體現(xiàn)了一個(gè)企業(yè)的管理水準(zhǔn)和競(jìng)爭(zhēng)力。
1 、零缺陷質(zhì)量管理
在質(zhì)量管理的發(fā)展歷程上，20 世紀(jì) 60 年代，由美國(guó)的菲利普·克勞士比最早提出“零缺陷”的口號(hào)。強(qiáng)調(diào)預(yù)防系統(tǒng)控制和過(guò)程控制，要求全體工作人員“從開(kāi)始就正確地進(jìn)行工作”，“第一次就把事情做對(duì)”，使產(chǎn)品符合對(duì)顧客的承諾要求，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和工作質(zhì)量。
零缺陷理論在質(zhì)量定義上，質(zhì)量是滿(mǎn)足顧客的需求；在系統(tǒng)上是預(yù)防，預(yù)防產(chǎn)生質(zhì)量；工作標(biāo)準(zhǔn)是零缺陷，堅(jiān)信缺陷的發(fā)生是有根源的，缺陷是可以避免的。零缺陷理論被廣泛應(yīng)用于制造過(guò)程的改善，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)預(yù)防，質(zhì)量成本可以永久的降低。
設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)充分的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，尋找缺陷產(chǎn)生的根源，通過(guò)有效的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和檢測(cè)，將生產(chǎn)運(yùn)行中可能遇到的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)化解在初始階段，同時(shí)利用防錯(cuò)方法來(lái)有效避免缺陷的發(fā)生，最大程度消除產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中可能發(fā)生的缺陷，直至全制造過(guò)程達(dá)到一次合格的目標(biāo)。
2 、過(guò)程失效模式與后果分析
過(guò)程失效模式及后果分析（PFMEA）是一種綜合分析技術(shù)，其目的是通過(guò)分析和識(shí)別產(chǎn)品制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的失效模式，及這些失效模式可能引發(fā)的后果，有的放矢地制定預(yù)防措施，從而最大限度的降低質(zhì)量不過(guò)關(guān)的可能性，確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)。PFMEA 內(nèi)容包括識(shí)別與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程潛在失效模式；評(píng)價(jià)對(duì)過(guò)程和顧客的潛在影響；識(shí)別潛在制造或過(guò)程失效模式；評(píng)價(jià)對(duì)顧客的影響；識(shí)別潛在制造或裝配失效的原因，確定減少失效或找出失效條件的過(guò)程控制變量；對(duì)潛在失效模式分級(jí)，建立考慮糾正措施的優(yōu)選體系。PFMEA 的主要分析步驟：
①明確分析范圍；
②評(píng)價(jià)可能會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格的問(wèn)題，并分析這些問(wèn)題一旦出現(xiàn)可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和客戶(hù)造成的潛在影響，同時(shí)對(duì)這些影響就嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)級(jí)；
③針對(duì)每個(gè)潛在失效模式，盡量找到其失效原因和原理，然后有針對(duì)性的制定預(yù)防措施；
④編制潛在失效模式分級(jí)表，優(yōu)先控制可能會(huì)造成巨大不利影響的失效模式；
⑤根據(jù)失效模式影響的分析結(jié)果，找出系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，制定和實(shí)施各種改進(jìn)措施，并跟蹤控制措施的實(shí)施情況，更新失效模式分級(jí)表。
潛在模式的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估最終歸結(jié)為風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN），RPN 是嚴(yán)重度（S），頻度（O）和探測(cè)度（D）的乘積，RPN 越高，意味著風(fēng)險(xiǎn)越大，它使我們能夠?qū)?wèn)題的輕重緩急進(jìn)行排序，但確定“可接受”風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候必須意識(shí)到優(yōu)先級(jí)別的選取應(yīng)當(dāng)建立在對(duì)嚴(yán)重度、發(fā)生頻度、探測(cè)度的分析上，而不是通過(guò) RPN 閥值來(lái)決定。 我公司對(duì) RPN 的規(guī)定為：一般情況下，不管 RPN 的結(jié)果如何，當(dāng)嚴(yán)重度 S>8 時(shí)，必須采取糾正措施。
PFMEA 應(yīng)始終反映最新水平及最近的相關(guān)措施，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)文件。PFMEA 是質(zhì)量管理的升級(jí)，它將“持續(xù)改進(jìn)”上升到“提前預(yù)防”。相關(guān)人員應(yīng)更新自身思路，適應(yīng)PFMEA
要求，最大限度的避免質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
3 、防錯(cuò)技術(shù)概述
PFMEA 找出了過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，但 PFMEA 自身并不是解決問(wèn)題的工具，解決問(wèn)題需要采取防錯(cuò)技術(shù)，防錯(cuò)技術(shù)是指通過(guò)運(yùn)用一些技術(shù)、裝置和標(biāo)準(zhǔn)，去預(yù)測(cè)、阻止或者發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零缺陷的過(guò)程方法。防錯(cuò)技術(shù)以人為本，預(yù)防為主，在缺陷發(fā)生之前就及時(shí)得到發(fā)現(xiàn)。
防錯(cuò)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
①可以對(duì)產(chǎn)品全檢，但不增加操作者的勞動(dòng)負(fù)荷；
②只有滿(mǎn)足規(guī)定的操作要求，作業(yè)過(guò)程才能繼續(xù)；
③差錯(cuò)發(fā)現(xiàn)及時(shí)，可以快速糾正；
④設(shè)置成本低。
運(yùn)用防錯(cuò)方法除了消除產(chǎn)品缺陷、減少返工返修，提高產(chǎn)品合格率外，還能提高人員的作業(yè)效率，縮短新員工的培訓(xùn)周期，提高換型時(shí)間，改善作業(yè)安全性等作用。根據(jù)防錯(cuò)的有效性，防錯(cuò)可分成以下三個(gè)等級(jí)：
①不制造缺陷：通過(guò)工藝設(shè)計(jì)，確保零件在制造過(guò)程中避免質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生，對(duì)于可能發(fā)生的缺陷在預(yù)先得以設(shè)防，其中工藝工程師是建立防錯(cuò)體系的主導(dǎo)者。
表 1同步器滑動(dòng)齒套 PFMEA 分析案例
表 2 同步器滑動(dòng)齒套 PFMEA 分析案例
②不傳遞缺陷：缺陷在某個(gè)工序產(chǎn)生并被當(dāng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用各種技術(shù)方式防止缺陷流入下道工序。
③不接受缺陷：此工序發(fā)現(xiàn)前道工序造成的缺陷。其中不制造缺陷是有效性級(jí)別最高的，成本也最低。機(jī)加工過(guò)程中的防錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用主要有零件夾緊定位防錯(cuò)、斷刀監(jiān)測(cè)、刀具識(shí)別、零件加工尺寸防錯(cuò)、零件漏工序加工防錯(cuò)、零件類(lèi)型防錯(cuò)等幾種類(lèi)型。
防錯(cuò)的思路要遵循工業(yè)工程中的 ECRS 原則。針對(duì)存在的問(wèn)題，要盡可能從源頭上消除，如果不能消除，則考慮采用替代的方式，避免依賴(lài)于操作者的技能或責(zé)任心去防止差錯(cuò)。在必須依賴(lài)于操作者的作業(yè)環(huán)境中，應(yīng)盡量采用重組、合并等方法，簡(jiǎn)化操作步驟，以減少差錯(cuò)環(huán)節(jié)，同時(shí)采用檢測(cè)手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)。
綜上，生產(chǎn)線的防錯(cuò)設(shè)計(jì)應(yīng)基于過(guò)程失效模式及后果分析（PFMEA）。在工藝規(guī)劃的初期，工藝方案一旦確定，由工藝工程師主導(dǎo)，質(zhì)量工程師、維修工程師、生產(chǎn)線調(diào)度等參加的工作小組，必須對(duì)每一道工序展開(kāi)透徹的工藝過(guò)程潛在失效模式分析，將所關(guān)心的每道工序中可能發(fā)生的缺陷的危害性即嚴(yán)重度、缺陷形成原因所決定的頻度、缺陷控制方法所決定的不可探測(cè)度等要素通過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)予以量化，評(píng)判出各種失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施，據(jù)此作出詳盡的質(zhì)量控制計(jì)劃，對(duì)其中高風(fēng)險(xiǎn)的工藝過(guò)程制訂周密的防錯(cuò)計(jì)劃。
工藝工程師借助工藝過(guò)程失效模式及后果分析，從諸多的工藝過(guò)程中找到質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)施極具針對(duì)性的防錯(cuò)計(jì)劃，保證生產(chǎn)線穩(wěn)定可靠地制造出高品質(zhì)的產(chǎn)品。
4 、防錯(cuò)技術(shù)在齒輪加工中的應(yīng)用
齒輪是汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部件，在變速箱和車(chē)橋中大量使用。在齒輪加工過(guò)程中，防錯(cuò)技術(shù)的合理有效運(yùn)用具有十分重要的作用。由于齒輪零件的質(zhì)量直接影響到變速箱總成的質(zhì)量，為了避免出現(xiàn)更多的產(chǎn)品問(wèn)題，齒輪加工車(chē)間應(yīng)該將防錯(cuò)重點(diǎn)放在關(guān)鍵零部件的關(guān)鍵工序上，采取先進(jìn)的防錯(cuò)檢測(cè)方法，加強(qiáng)制造過(guò)程的控制，才能實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的零缺陷。
以某齒輪生產(chǎn)車(chē)間加工的鎖銷(xiāo)式同步器滑動(dòng)齒套插齒工序?yàn)槔枰哉f(shuō)明。同步器滑動(dòng)齒套在變速箱內(nèi)與驅(qū)動(dòng)齒輪和減速齒輪采用花鍵連接，齒套外嚙合齒與驅(qū)動(dòng)輪或減速輪的內(nèi)嚙合齒同步后相嚙合。該齒套工藝流程為：鍛造毛坯—粗車(chē)成型—精車(chē)—鉆孔、倒角—插齒—倒圓角—去毛刺—熱處理—熱后車(chē)撥叉槽—最終檢驗(yàn)—涂油、入庫(kù)。其中插齒工序包括正、反兩面插齒，因此零件裝反和漏工序是此工序高風(fēng)險(xiǎn)的兩種失效模式。項(xiàng)目啟動(dòng)初期，PFMEA 工程分析小組針對(duì)插齒特點(diǎn)并結(jié)合以往 PFMEA 制定經(jīng)驗(yàn)，制定了該工序 PFMEA 分析表（見(jiàn)表 1），利用該分析表提前發(fā)現(xiàn)了此工序存在的高風(fēng)險(xiǎn)失效模式。
由表 1 可知，此工序的零件裝反存在失效風(fēng)險(xiǎn)（RPN=96），必須制定有效措施防止此失效發(fā)生。工程分析小組在機(jī)床夾具旁邊安裝一個(gè)距離電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，如圖 1 所示，使機(jī)床能夠識(shí)別工件是否裝夾正確，裝夾時(shí)如果工件裝反，在機(jī)床啟動(dòng)時(shí)，機(jī)床報(bào)警，提示工件裝反，消除撞機(jī)造成的影響。
同時(shí)通過(guò)在后工序的制動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)漏插齒失效模式的探測(cè)，工程分析小組采用在后工序夾具上增加防錯(cuò)銷(xiāo)，如果漏插齒工序，則后工序無(wú)法加工，從而杜絕漏工序失效模式的發(fā)生。通過(guò)采取以上措施，將此工序的頻度由 4 降 至 1，RPN 值 由96 降至 24 （見(jiàn)表 2），可認(rèn)為采取的措施有效。
5 、結(jié)語(yǔ)
防錯(cuò)不僅是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，而且是實(shí)現(xiàn)“零缺陷”的有效手段，更是以預(yù)防為主的零缺陷質(zhì)量管理體系中的核心組成部分。在進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)，只有在正確評(píng)估各種失效模式的風(fēng)險(xiǎn)程度，準(zhǔn)確地對(duì)關(guān)鍵工序、關(guān)鍵步驟進(jìn)行防錯(cuò)設(shè)計(jì)，才能取得事半功倍的效果。
此外，生產(chǎn)線防錯(cuò)經(jīng)驗(yàn)的及時(shí)總結(jié)，以制造工程師牽頭，質(zhì)量工程師、維修工程師和生產(chǎn)線調(diào)度、班組長(zhǎng)等多方參與組成的工作小組，定期共同審核過(guò)程失效模式及后果分析，通過(guò)回顧生產(chǎn)線運(yùn)行狀況，總結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的最新經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)修訂 PFMEA，依此對(duì)防錯(cuò)系統(tǒng)進(jìn)行重新評(píng)估，以決定增加必要的防錯(cuò)裝置，優(yōu)化防錯(cuò)機(jī)構(gòu)，不斷改善整個(gè)防錯(cuò)系統(tǒng)，才能逐步實(shí)現(xiàn)“零缺陷”的質(zhì)量目標(biāo)。
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