本文原载于《质量与可靠性》年第5期
作者：*婉如，倪勇*，孙习武，任斐，梁鑫光
（上海航天设备制造总厂有限公司）
引言
PFMEA是工艺技术风险分析中最为常用的工具。为提升工艺风险分析的有效性和准确性，一些公司开发了相关软件，比较著名的FMEA分析软件有美国的ITEM公司开发的FMEA软件、Relex可靠性系列软件，瑞蓝公司开发的XFMEA分析软件等。近年来，国内相关高校和研究院所也相应地开发了一些应用软件，如国防科技大学、中国机械科学研究院、北京航空航天大学等单位都从事过该方面的研究，但由于缺乏必要的数据支持和系统规范的软件管理技术，软件使用起来不够方便。此外，该类软件大多局限于电子产品可靠性的分析方面，通用的软件尚未成熟。故障信息库是工艺FMEA分析的重要支撑，以往产品的故障信息对提高在研产品的可靠性来说，是最为宝贵的财富。建立航天产品工艺故障模式库，使其切实在工艺风险分析工作中发挥作用，将会对产品工艺可靠性和质量的提高产生明显的效果。目前国内没有发现可直接应用于航天型号产品工艺FMEA分析的商业软件，也没有现成的工艺故障模式数据库，针对航天产品工艺故障相关信息相对匮乏，尚没有形成系统的PFMEA分析平台和完善的工艺故障信息库。
目前一些航天制造企业已开展了PFMEA相关工作，在以往型号开展工艺可靠性工作的过程中，可靠性专业人员或工艺设计人员主要依靠现有的相关标准，利用以往的工程经验，采用WORD、EXCEL等软件工具对产品制造工艺开展故障模式影响分析及危害性评价，PFMEA分析结果的检查主要依靠手工编制报告和对最终报告的编校审批，不同型号的PFMEA工作开展主要依靠传统的手工和个人管理方式。随着型号研制任务的增多、周期的缩短和可靠性要求的提高，制造过程中关键的可靠性工作PFMEA的时效性、准确性和可追溯性等方面的问题日益突显。PFMEA工作平台是面向工艺设计的可靠性分析与管理的技术工作平台，应基于PFMEA工作平台规范工艺可靠性工作管理、PFMEA分析工作及数据管理，使各工艺部门人员能协同高效地开展PFMEA和工艺风险分析。通过PFMEA工作平台，可对现有PFMEA工作体系进行完善，开展航天产品生产过程的PFMEA分析工作，并通过任务管理、故障信息推送、风险提醒等功能，提升PFMEA分析的有效性和规范性，积累工艺故障信息，提升产品的可靠性水平，保证型号产品生产过程的持续稳定性。1PFMEA工作平台的建设目标和思路
1.1建设目标
针对目前航天产品制造过程风险分析的规范性、有效性不足，故障信息无法重用等问题，构建基于工艺知识库的PFMEA工作平台，优化航天产品工艺风险分析管理流程，提升风险分析的有效性。工作平台的建设目标如下：
1）明确分析源头：将产品数据管理（PDM）系统中的PBOM及工艺文件作为PFMEA的分析源头，实现工艺文件与PFMEA分析数据源的一致性；
2）掌握分析方法：根据PFMEA分析的经典“六步法”（流程分析、功能及要求分析、失效及影响分析、原因分析、控制分析、改进分析），设计工作平台相关分析流程和工作表单；
3）提升分析有效性：通过工艺知识库的构建和推送，风险等级的提示和自动判断等实现PFMEA分析过程的有效性，提升分析效率；
4）纳入研制流程：结合企业工艺风险分析的工作流程，建立风险控制、报告自动生成、流转签署等工作机制，将PFMEA分析方法纳入型号研制工作流程。
1.2建设思路
PFMEA工作平台总体框架见图1。PFMEA工作平台建设可从流程管理、系统集成、知识库支撑3个方面开展，通过流程管理实现PFMEA分析的规范性，通过系统集成实现将PFMEA分析纳入型号工艺工作流程，通过知识支撑实现PFMEA分析的全面性和有效性，是PFMEA分析平台的核心内容。结合本企业的工作现状，将平台建设的总体思路归纳为“1个流程，2个软件集成、2个故障库”。“1个流程”是指在PDM系统中发起关键工艺故障分析流程，“2个软件”包括企业产品数据管理PDM软件系统和基于故障模式库的工艺故障分析软件，“2个故障库”包括工艺故障模式库和工艺故障经验库。
2PFMEA工作平台的建设研究
2.1平台架构
平台前端采用MINIUI框架，方便系统功能和界面展示，同时易于人机交互；支持windows下常用快捷键，与office工具操作方式相近。系统采用基于B／S的MVC架构，采用SSM作为基础技术框架，以此为基础，构建一套全新的、高扩展、高性能、易维护、自主化的PFMEA工作平台。PFMEA工作平台的功能架构如图2所示。
1）接口集成层平台具有二次开发功能，并实现与PDM系统的集成。
2）数据库层
提供统一的数据库存储，包括数据存储、文件存储等。
3）基础平台层
提供平台的各类基础组件、服务和引擎，是软件权限管理、定制功能、安全管理的核心。
4）业务管理层
按照航天设备总厂的管理要求、产品特点、组织机构及权限划分，二次开发和定制的各功能模块是业务管理的软件逻辑表达。
5）展示层
软件用户对逻辑层和组件功能的调取和应用，包括信息录入、查询、报警、工作台及报表图形输出等。
2.2工艺故障库构建研究
2.2.1工艺故障库的组成
PFMEA分析中最主要的工作就是识别可能的工艺故障模式，在以往的PFMEA分析中存在的主要问题是故障模式识别不准确、不全面，因此建立完备的工艺故障模式库可以在PFMEA分析过程中辅助分析人员开展故障模式的识别，从而有效解决上述问题。
然而工艺故障模式并不是凭空产生的，而是通过以往的分析结果、历史质量数据等归纳总结出来的，因此该平台将历史质量信息作为故障经验库，并与故障模式库进行匹配，确保故障模式库的完整性和真实性。同时故障经验库中的故障原因和控制措施可用于PFMEA分析过程的知识推送。航天产品具有多品种小批量的特点，在以往的质量信息数据中往往很难找到相同产品，难以实现经验库的重复利用。因此，为了更准确地实现故障原因及控制措施的知识推送，需要根据企业在研产品的产品特性和工艺特性划分整理，构建产品类型库。通过工艺类别和产品类型的匹配共同实现经验库中故障原因及措施的推送。2.2.2工艺故障模式库的构建及用途工艺故障模式库应结合航天产品研制特点，按照工艺类型、工序类型进行分级分类梳理，对每种故障模式列举常见的故障原因。库中每个故障模式给定一个唯一的标识码，用于PFMEA分析过程中匹配实现故障模式的调用，用以辅助工艺人员开展PFMEA工作。工艺故障模式库应由各级主管部门，会同工艺、质量、操作等有关人员，结合FMEA、故障树分析（FTA）等工作，并参考曾出现过的、已知的故障模式，对各专业、工序的故障模式进行梳理，确定工艺故障模式清单。工艺故障模式库建成后要定期组织审核、确认和修正完善工作。
故障模式清单的属性信息包括：工艺类别、工序类别、故障模式、故障描述、标识号、发生概率，各属性构建原则如下：1）工艺类别：按工艺专业划分，如焊接、铸造、机加工、电子装联等；
2）工序类别：梳理各工艺类别对应细分工序类别，按工艺防范划分，如焊接可分为熔化焊、电阻焊、摩擦焊、激光焊等；
3）故障模式：结合历史问题及技术经验，梳理对应工艺和工序类别所有可能的故障模式；
4）故障描述：对于不易理解的故障模式进行详细描述；
5）标识号：系统给定每个故障模式一个唯一编码；
6）发生概率：根据故障经验库数据直接映射，“／”前为该故障模式发生的次数,“／”后为该工艺类型和工序类型故障发生次数，主要用于PFMEA分析过程中对发生度判定的参考。前提条件是故障经验库所有故障记录均按照工艺类别和故障模式归类。
2.2.3故障经验库构建及用途提取企业质量归零问题、不合格品单中的相关信息，加入工艺故障模式相关信息，形成故障经验库，用于故障信息的查询，同时实现对故障模式库的完善。故障经验库与工艺故障模式库具有相辅相成的关系，根据质量单据信息在工艺故障模式库中选取产品类型、工艺类型、故障模式等与工艺故障模式库进行匹配，用于故障信息的查询，实现对故障模式库的完善、故障原因推送、发生度评级参考。2.3PFMEA分析流程管理
根据PFMEA分析的经典“六步法”（流程分析、功能及要求分析、失效及影响分析、原因分析、控制分析、改进分析）设计工作平台相关分析流程和工作表单，通过工艺知识库的构建和推送，风险等级的提示和自动判断等实现PFMEA分析过程的有效性，提升分析效率。结合企业工艺风险分析的工作流程，建立风险控制、报告自动生成、流转签署等工作机制，将PFMEA分析方法纳入型号研制工作流程。
1）工艺流程分析工艺流程分析是识别生产顺序和步骤，搭建流程框架和确认分析对象的过程。PFMEA分析的对象为产品的工艺过程，需要产品的结构树及工艺流程信息，而这些在企业内一般是在PDM系统中进行管理的。用户在PDM发起请求后，由PFMEA工作平台自动获取产品的产品分解结构、工艺文件、工艺流程信息并加载至工艺流程分析表中，免去用户构建相关信息的工作，提高了PFMEA工作效率。
2）功能及要求分析工艺流程分析是识别生产顺序和步骤，搭建流程框架和确认分析对象的过程。PFMEA工作平台支持2种项目构建方式：手工创建或者从PDM发起PFMEA分析请求自动创建。其中从PDM发起PFMEA分析请求通过PDM接口集成实现，用户在PDM发起请求后，PFMEA工作平台自动获取产品的产品分解结构、工艺文件、工艺流程信息并加载至工艺流程分析表中（见表1）。
3）故障模式及影响分析该过程包含故障模式分析、故障影响分析、严重度评级。故障模式是过程要求的反面，每一个要求都应有对应的故障模式。PFMEA分析表支持故障模式库调用，在工艺流程表选择工艺类别后，平台按照工艺类别获取故障模式库匹配记录并插入到PFMEA分析表中。严重度是评估故障影响严重程度的等级，评级标准可依据相关标准要求制定适合本企业的评级标准，但企业内部一般使用统一的评级标准和评级系统。本平台支持严重度评级标准的定制管理，系统支持在评级时提示评级标准，以提升评级的准确性。
4）原因分析针对潜在故障模式，分析出产生失效模式的原因，并完成发生度的评级。一种故障模式可能由多种原因导致。系统支持根据产品类别、工艺类型和潜在故障模式匹配故障经验库相关故障信息，以弹窗形式显示匹配到的故障信息供用户参考，用户可以选择弹窗中故障信息，将其故障原因和纠正措施自动添加为当前潜在失效模式的故障原因和建议改进措施。
5）控制分析对现行的过程控制进行分析，识别现行过程控制中采用哪些预防和探测的控制手段，并完成探测度的评级。在所有的控制方法中，通过消除失效原因产生的可能性的控制方法是最为推荐的，属于Ⅰ类控制，影响发生度评级。探测失效原因的方法属于Ⅱ类控制，探测失效模式的方法属于Ⅲ类控制，影响探测度评级。
6）改进分析由于资源、时间、技术等条件的限制，小组必须决定改进项目的优先顺序，制定改进措施并对措施实施的结果进行评价。风险优序数RPN=严重度（S）×发生度（O）×探测度（D），是判定工艺风险高低的重要指标，平台支持RPN值的自动计算。但在风险评估中RPN值不是判定风险严重度的唯一指标，因为上述3个指标中我们更