-
产品中心
产品体验
质量管理解决方案
质量管理案例
-
服务与支持
-
关于我们
-
联系我们
FMEA在汽车焊装夹具设计中的应用
- 【导读】
- 通过应用DFMEA分析方法。对汽车后行李箱焊装夹具的最初设计方案进行可靠性评价。依据评价结果提出并实施改进措施，提高了焊装夹具的设计质量，缩短研发周期，降低设计成本。
摘要：介绍了潜在失效模式和后果分析(FMEA)方法及在汽车焊装夹具设计中的基本应角。通过应用DFMEA分析方法。对汽车后行李箱焊装夹具的最初设计方案进行可靠性评价。依据评价结果提出并实施改进措施，提高了焊装夹具的设计质量，缩短研发周期，降低设计成本。
近年来，国内汽车领域的很多汽车零部件制造企业被整车厂要求强制执行ISO／TSl6949标准。在ISO／TSl6949标准的7．3．3．1产品设计输出一补充条款中，明确要求：产品设计输出应以能对照产品设计输入的要求进行验证和确认的方式来表示，产品设计输出应包括设计FMEA及可靠性结果。
FMEA分析方法是一种以预防为主的可靠性分析技术，在汽车零部件的设计和制造过程中应用广泛，但FMEA分析方法在汽车焊装夹具设计领域的应用基本空白。本文介绍了对汽车焊装夹具设计进行FMEA分析方法的应用，通过对汽车后行李箱焊装夹具设计的潜在失效模式及后果分析，评估有关设计功能和使用方面的潜在失效导致的风险，制定相应的控制和改进措施，控制和解决设计方面的问题，为提高汽车焊装夹具设计的可靠性提供一种必要的设计分析工具。
1 设计FMEA的基本概念及应用方法
1．1 设计FMEA的基本概念
FMEA实际上是故障模式分析(FMA)和故障影响分析(FEA)的组合。作为风险评估方面的一种工具，FMEA被认为是一种识别失效潜在后果的严重度以及为减轻测量和减轻风险提供输入的一种方法。
FMEA包含设计FMEA(DFMEA)和制造过程FMEA(PFMEA)。DFMEA作为产品设计阶段进行风险评估的工具，侧重于分析设计缺陷和设计的薄弱环节。通过DFMEA小组的一系列活动，分析设计中所有可能产生的故障模式及其起因，并评估其对系统造成的所有可能的影响，按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类归纳，并制定行动来消除或减少失效发生的机会。
1．2 DFMEA的应用方法
1．2．1运用DFMEA的时机
FMEA程序成功执行的最重要因素之一是及时 性。这意味着它是一种事前行为，而不是一种事后演习。DFMEA应该在设计的早期阶段开始，必须将故障模式的识别和分析纳入产品制造之前进行。通常在以下阶段进行：
1)设计概念形成时，设计方案初步确定时：
2)对现有的设计方案进行设计变更时：
3)在整个设计开发各阶段中，当有变更或获得新增信息时：
4)现有的设计应用到其他环境或状态时。
1．2．2 DFMEA的分析步骤
开展DFMEA分析是一个重要的活动，工作内容涉及到跨部门和多学科，为了确保DFMEA分析结果的充分性和有效性，分析步骤见图1。
1．2．3 DFMEA分析报告的编制
要编制一份实用性和有效性较高的DFMEA分析报告，必须要明确产品的设计要求、产品的功能、 使用环境及结构特点，还应搜集以往类似产品的设计经验和实际失效状况。
图l DFMEA分析步骤图
1．2．4 DFMEA的风险评价
DFMEA过程的重要步骤之一是评价风险。风险从三个方面来评价：严重度Severity(S)、发生率Oc-currence(0)及探测度Detection(D)。严重度是失效对顾客产生影响的级别的一种评估：发生率是失效的要因可能发生的频繁程度：探测度是对产品或过程控制探测失效要因或失效模式程度的一种评价。
风险优先系数RPN(Risk Priority Number)是对设计风险性的度量。使用风险优先系数是协助把措施优先排序的一种方法。
计算公式：
RPN=严重度(S)X发生率(O)×探测度(D) (1)
FMEA小组根据风险评价的结果，提出相应的建议措施，意图是减少严重度、发生率和探测度的分值，以确保通过设计控制或预防／纠正措施，减少或消除设计风险。
2汽车后行李箱焊装夹具设计应用DFMEA分析实例
以某款轿车的汽车后行李箱焊装夹具设计为例，由对汽车后行李箱焊装夹具设计具有影响的各部门代表组成的跨部门DFMEA小组，应用DFMEA分析方法。对夹具设计的潜在的失效模式及相关原因／机制进行分析和风险评价，评估现有设计的风险及控制能力。根据评价标准计算风险优先指数(RPN)，以确定应优先采取的改进措施。
2．1 产品信息
在汽车白车身制造中，行李箱外板分为上下外板两个零件，在焊装夹具上完成整个后行李箱的装配和焊接工作，形成整体的行李箱外板(见图2)。产品材料表见表l。
图2 行李箱外板
2．2 DFMEA分析方法在汽车焊装夹具设计中的应用
汽车后行李箱属于面积较大的车身覆盖件，且薄板件易变形．焊装夹具的设计缺陷将影响后行李箱的装配质量和外观质量。现应用DFMEA分析方法作为汽车焊装夹具设计开发过程中的一个开发工具，减少或消除设计缺陷，保证焊装夹具的设计质量。
DFMEA小组成员依据焊装夹具已设计的构想或方案作为基础，逐项分析评价系统的构造及功能特性，分析评价零件的构造及功能特性，分析系统各模块之间可能存在的问题点或可能发生的各类故障。根据DFMEA分析的结果，列出潜在的失效模式：由设计缺陷造成的焊装夹具缺陷、瑕疵或其它不满意的情况。
许多失效模式有不止一种影响，失效的后果通常表现为从直接后果到对客户的最终后果等一系列连锁反应。以焊装夹具中压块、压头为例，DFMEA分析的功能是“提供夹紧”，其潜在失效模式有变形、磨损以及松动等。
2．2．1 焊装夹具DFMEA分析流程
DFMEA小组为了实现汽车后行李箱焊装夹具的设计，能够满足零件的焊接工艺及装配关系，满足承受一定载荷的刚性及重复装夹后的一致性的要求，制定DFMEA分析流程见图3。
图3 DFMEA分析流程图
DFMEA小组按照流程，首先确定焊装夹具DFMEA的分析对象是：
1)夹具设计应满足汽车车身零件的定位要求。
2)夹具设计应满足焊接要求，如操作高度、焊钳通过性、操作者位置。
3)夹具设计应满足汽车生产的规划要求，如生产的节拍、焊点的分配。
4)夹紧机构的可靠性，并在焊接时能阻止焊件产生变形。
5)保证焊件焊后能获得正确的几何形状和尺寸。
6)具有合适的强度和刚度，足以承受重力和焊件变形所引起的各个方面的力，避免造成产品损坏或威胁人身安全，以确保使用的安全。
7)夹具应便于操作，在保证强度与刚度的前提 下，应轻便灵巧：定位、夹紧和松开应省力而又迅速。
8)夹具应容易制造和便于维修，尽量采用标准化、通用性元器件，易磨损的零件要便于更换。
9)夹具结构合理，易于校正，降低制造成本和制造周期。
2．2．2焊装夹具项目、功能及潜在失效模式分析
DFMEA小组负责确定汽车后行李箱焊装夹具设计潜在失效模式的分析范围，将焊装夹具系统可以看作是由各个子系统及部件组成。根据焊装夹具已设计的构想或方案，明确系统、子系统和部件潜在失效的含义，建立项目、功能及潜在失效模式分析图，作为汽车后行李箱焊装夹具DFMEA分析报告的输入。
DFMEA小组必须确定系统、子系统或部件的组成，划分系统、子系统和部件的实际界限，注明适当的分析级别并填入被分析的系统、子系统或部件的名称。子系统之间可能会存在交互作用，即一个子系统的变化可能会引起另一个子系统的变化，每个子系统的DFMEA都应将其接口包括在其各自的子系统DFMEA分析中。
确定焊装夹具设计项目及功能后，DFMEA小组推导出各种失效模式的潜在后果，其后果可能是功能完全丧失、性能或质量下降。例如夹具不能将焊接零件固定住，失效模式为夹具弯曲处出现裂缝，原因是设计方案中弯曲半径太小，无法承受较大的应力。
通过焊装夹具设计的DFMEA分析结果，提出焊装夹具设计方案中的改进建议或措施，进行设计变更或采取相应的控制方法，以降低严重性、发生频度及可探测度的评分，消除或减小潜在失效的风险，避免其后果的发生。采取的措施主要有以下几方面：
1)更改设计，减轻严重度，以控制其后果；
2)更改设计，降低发生率，以控制其产生原因；
3)改进试验或模拟方法，以改进风险的探测。
2．2，3 制定焊装夹具DFMEA风险评定标准
DFMEA小组根据FMEA参考手册建议的评分标准，结合夹具设计中的失效模式分析，形成汽车后行李箱焊装夹具设计的风险评定标准见表2-表4。
2．2．4焊装夹具DFMEA分析及解决过程说明
DfMEA小组根据制定的风险评定标准，对焊装夹具的系统、子系统和部件进行逐项的潜在失效模式分析。DFMEA风险评估及解决过程见图4。
现以夹紧系统失效模式“变形”为例，分析其导致的潜在失效影响有以下几种：不能夹紧，夹紧的力度不够或损坏工件。
1)根据失效后果严重度评定标准，“不能夹紧”属于评分标准中“主要功能失效”一栏中的“夹具，项目不能运行(丧失基本功能，不影响安全操作)”，因此“严重度(S)”评为8分。其可能的潜在失效原因有结构设计不合理，材料强度不足或压力过大。
2)根据失效发生率评定标准，“不能夹紧“失效模式的评定发生率(O)为5分。现有的控制措施为 图4风险评估及解决过程图设计评审和在实验室中进行测试。
3)根据失效发生可探测度评定标准，“不能夹紧”失效模式的可探测度(D)评定为4分。
4)其风险系数(RPN)：RPN=S×O×D=8×5×4=160，建议采取设计变更的控制措施来降低风险系数。
DFMEA小组建议的措施有更改设计参数、更改设计结构及更换材料等。实际焊装夹具设计工作中最
终更改设计参数和更换材料的措施，将可探测度降低至3分，发生率降低至3分。此时重新计算RPN值为72．焊装夹具设计失效风险得到有效控制。
2．2．5 编制汽车后行李箱焊装夹具DFMEA分析报告
编制DFMEA的基本方法，是根据潜在失效模式及后果评定的三个方面，按照严重度、发生率及可探测度的评分标准进行风险评价，评价过程顺序和具体内容见表5。
3 结论
FMEA是一种用来评估系统、设计、过程或服务等所有可能会发生失效方法。在汽车焊装夹具的设计阶段推行DFMEA是非常必要的，通过DFMEA的分析及采取相应的控制措施和改进措施，如更换材料，改变设计结构和尺寸参数等，尽可能消除因焊装夹具的设计缺陷而造成的各种风险。如定位元件的松动和变形，夹紧元件的变形和磨损。并通过提高对失效模式的探测度，从而确保实现焊装夹具的设 计目标，满足设计要求，提高焊装夹具设计的质量、可靠性和安全性。
产品视频
下载产品资料 
服务与支持 
