基于FTA和FMEA方法的汽车装配过程质量控制研究

臧严+张新敏

1背景

车身装配是汽车制造过程的最后阶段，是决定整车最终质量的重要环节。装配质量是影响白车身生产质量的主要影响因素之一，装配质量的好坏，直接影响到整车质量。随着人们对汽车性能要求的提高，控制车身装配质量已越来越重要。

本文将FMEA与FTA 结合来进行汽车装配过程质量控制，FMEA常用于产品可靠性分析中的定性分析，FTA多用于可靠性分析中的定量分析。在工程实践中，将他们结合起来应用，可以收到事半功倍的效果。

2 FMEA分析法及FTA分析法介绍

2.1 FMEA分析法

FMEA法从可靠性角度对已完成的设计进行详细评价，对潜在的故障按其影响程度确定等级，并根据需要提出改进设计的意见，完善设计工作。

FMEA分析对象是组成元件，从低层逐步向高层次进行全面、深入的分析，分析得到的结果有：故障模式、故障原因、故障影响（高层、局部、最终）、检测方法、补偿措施、严酷度类别、故障率、故障频数比、故障模式危害度、故障影响概率、产品危害度发生可能性、现有控制方法、发生的难易度等。FMEA法是一种故障分析的归纳的方法。

FMEA的分析步骤如下图：

2.2 FTA的数学基础

由于故障树是由构成它的全部底事件的“与”和“或”的逻辑关系连接而成，因而可以用结构函数作为数学工具，建立故障树的数学表达式，以便于对故障作定性分析和定量计算。

为了简化起见，假设所分析的零、部件和系统只能取两种状态，即正常或故障，且假设零、部件的故障是相互独立的。现以由n个相互独立的底事件构成的故障树为研究对象。

设Xi为表示底事件的状态变量，取值0或1，设Φ（X）为表示顶事件的状态变量，也取值0或1，则有如下的定义：

因故障树事件是系统所不希望发生的故障状态，即Φ（X）=1；与此状态相对应的底事件状态为零部件故障状态，即Xi=1。显然，顶事件状态Φ（X）完全取决于底事件状态Xi，即顶事件状态必然是底事件状态的函数，有：Φ（X）=Φ（X1，…， Xn）

称Φ（X）为故障树的结构函数，它表示系统状态的一种逻辑函数，其自变量为该系统各组成单元的状态。在故障树中两种最常见的逻辑事件是与门和或门。

（1）“与”门的结构函数：

当Xi只取0和1时，“与”门的结构函数为：

（2）“或”门的结构函数：

当Xi只取0和1时，“或”门的结构函数为：

在故障树系统中，利用底事件的发生概率来确定系统的可靠度。在故障树中两种最常见的逻辑事件是与门和或门。假定事件T为一顶事件，其可靠度为ΦT，其底事件1到n的可靠度分别为X1，…，Xn，当故障树全部以与门连结时，系统的可靠度计算公式为：

当故障树全部以或门连结时，系统的可靠度计算公式为：

3 实例

3.1 运用FMEA對装配不良项目进行分析评定

将装配不良项目提取出来，并且按照发生情况（如重要度、不良频率等）进行排序。目前来说，为了平衡管理的人员、工时和效率，常常选取不良概率为 TOP50 位的项目（主要指故障零件）来进行排序。将严重度，发生度，可探测度分数相乘，并取乘积，可得如下的 RPN 风险顺序数，选取部分零部件不良举例如下：

3.2 运用FTA法确定故障产生原因

选取FMEA分析中RPN值最高的车窗玻璃升降开关问题进行分析，建立故障树如下：

结合FTA分析法定量分析公式，计算出故障树末端要因发生概率，结果如下表：

针对故障树分析出来的每一个末端要因设置合理的检证方法，逐步进行分析和排查，确认每一个分支项目是否真为要因，排除不是要因的因素，而针对可能导致问题的原因进行彻底研究，以便于进行后续改善。根据上表故障树末端要因发生概率，下面选取发生概率最高的玻璃升降开关进灰尘不良进行说明。

因此，结合以上分析，综合专家小组成员的讨论结果，对玻璃升降开关作出以下改善对策：通过变更 PCB 电路板上电子元器件的位置，具体来说是变更 HIC、继电器及电解电容的位置，使得灰尘进入开关内部后可以均匀分布，降低了灰尘积聚的程度，降低了不良发生的概率，更新的 FMEA 表如下所示：

4 结论

论文探索研究了整车厂实施基于FMEA和FTA的汽车装配质量控制的思路，提出了汽车装配过程实施FMEA和FTA的方法与步骤，建立了故障树和FMEA分析表，并对故障采用FTA进行定性分析，并以实例进行了失效分析，验证了实施FMEA和FTA的效果。论文成功的将FTA与FMEA结合，对复杂失效模式通过故障树分析有效的识别失效原因，大大提高了FMEA的效率和准确性。

参考文献

[1]方健.FMEA与FTA在汽车覆盖件模具项目质量管理中的应用研究[D].上海：上海交通大学硕士论文，2009.

[2]张建国，黄文敏.大型机械产品FMEA和FTA综合分析方法[J].机械设计与制造，2000（1）：1-3.

[3] 胡玺良.基于汽车可靠性技术的工艺潜在失效模式及影响分析（PFMEA）研究[D].合肥工业大学，2007.

[4]张婕.基于FTA-PFMEA方法对高压共轨系统清洁度控制的应用研究[D].上海交通大学，2010.

[5]陈朝阳，张代胜，任佩红等.基于故障树分析法的汽车故障诊断专家系统[J].农业机械学报，2003，34（5）：130-133.

[6]赵艳萍，贡文伟.模糊故障树分析及其应用研究[J].中国安全科学学报，2001，11（6）：31-35.