基于高风险FMEA管控机制的风险评估方法

储祥伟 陈丹丹

（上汽通用汽车有限公司，上海 201201）

主题词：FMEA 汽车制造 RPN 风险评估等级

1 前言

随着现代科学技术的发展以及全球工业化进步，客户对汽车产品的质量要求也越来越高，甚至提出了零缺陷的要求，这就需要企业不断完善自身的质量管理体系。在质量管理科学理论逐步完善的今天，从以往的事后补救，向事前预防逐渐转变。事前行为可以带来各种好处和优点，例如降低生产成本、报废率，减少产品缺陷和客户抱怨等。但是如何全方位分析产品的失效模式以及其产生原因，从而达到有效预防呢？失效模式与后果分析(FMEA)作为一种预防性的质量工具，可以很好地管理产品的失效模式及生产质量风险[1]。

FMEA是通过对可能发生的失效模式进行分析与判断，对其可能造成的后果定性分析，并根据风险的大小，采取有针对性的改进，从而降低产品设计和制造过程的风险。高大伟[1]研究过PFMEA在汽车制造方面的应用，能帮助工厂预先发现潜在的高风险失效模式，从而采取相应的措施以降低风险。

使用FMEA这一工具主要分为6个步骤，即定义范围、结构分析、功能分析、失效分析、风险评估和改进优化。从PFMEA的角度看，定义范围是为了描述制造过程中所有产品及制造过程；结构分析是识别并分解制造过程、过程步骤和作业要素；功能分析是确保产品/过程的预期功能/要求得到适当分配；失效分析是识别失效原因、失效模式及失效影响；风险评估目的是评估严重度、发生度和不可探测度，并优先考虑采取行动的必要性。改进优化是落实降低风险的行动并评估这些行动的有效性，从而将产生不符合客户利益和相关方期望的产品风险降至最低。

2 FMEA风险评估方法

2.1 传统风险评估方法RPN

根据第四版FMEA参考手册[2]，RPN是失效模式的严重度(S)、发生度(O)和不可探测度(D)的乘积，见公式（1），这三个参数S、O和D可以被赋值为1到10，RPN最终数值范围是1到1 000。

严重度(S)由失效模式对客户产生的影响决定，数值越高，影响越大。发生度(O)反映了特定原因发生的可能性，非常可能发生打10分，几乎不可能发生打1分。不可探测度(D)是当前的设备/人员测探出失效发生的能力。当几乎探测不出失效的发生时打10分，当失效模式很容易探测时打1分。然而在实际RPN的应用过程中，RPN出现了好很多不合理的地方[3-4]，主要有：

(1)不切实际地假设RPN中3个要素是相同权重的；

(2)出现相同RPN值时，需要进一步评估；

(3)FMEA团队成员之间的评级可能不一致；

(4)单一乘积排序缺乏科学依据。

2.2 改进的风险评估方法

由于RPN在FMEA使用过程中出现了很多客观制约影响，许多FMEA使用者对此提出疑义并做出相应改进措施。在最新的FMEA参考手册[5]中已经不再采用RPN的做法，改为行动优先级(AP,Action Priority)。AP表为FMEA团队提供S、O和D数值的1 000种所有组合的逻辑细节，可以根据每个S、O和D数值和这些值的组合的单独评估来确定行动的优先次序，以确定可能的行动需求。AP值分为3个等级，分别为

(1)优先级高AP=H：必须采取一定措施；(2)优先级中AP=M：应该采取一定措施；

(3)优先级低AP=L：FMEA团队决定后续措施。

表1 行动优先级AP表[5]

Sankar[6]等在传统的RPN方法上进行了优化。他们扩展了S-O-D的数值范围，从原来的1到10分扩展到1到100分甚至更多。最终得到的RPN值等级越高的失效优先级越高。这种方法解决了传统RPN技术的一些缺点。

陈政平[7]等提出了定性与定量相结合的风险评估方法。首先，优先将严重度为9&10分的失效模式作为高风险项，必须通过改进措施降低该风险的；对于严重度低于9分的失效模式，将该失效模式所有项目的失效概率乘以相应费用损失，即费用损失期望值，根据期望值的高低排序，采取相应的控制措施或预防手段。该方法操作简单，现场工作人员即可完成，具有较强的实用性，但是对费用方面的计算比较费时费力，效率不高。

Pelaez C E等人[8-11]提出了基于模糊算法的FMEA风险等级评估，借助模糊集合的基本概念或连续隶属度函数的理论，将FMEA定量分析过程中的3因素模糊化，然后通过确定专家权重以达到主观量化模糊语言的目的，最后再将模糊数清晰化得到新的失效模式风险排序。该方法充分考虑到S、O、D各自所占有的权重，即使在相同RPN值的情况下，也能区分风险程度的差异，并且降低了个人主观因素对打分结果的影响，更加客观地评估风险等级。

2.3风险评估等级Risk Priority Level（RPL）

最近几年，汽车行业对于法律法规及安全等要求尤为重视，需要对严重度9分和10分的条目重点看待，由此某汽车公司采用RPL来进行风险分析。RPL跟AP表相似，S、O和D的数值确定后，就可以输出RPL数值。根据图1 RPL判定矩阵分别算出严重度S-发生度O逻辑矩阵数值(即SxO)与严重度S-不可探测度D逻辑矩阵数值(即SxD)，然后对照表2，根据上述步骤得出的S、SxO与SxD的数值，得出RPL值。图1与表2中的数字是根据工程经验的来的，可根据当前产品特性/制造工艺过程等需求做出修正。

图1 某汽车公司RPL判定矩阵，SxO和SxD

所有的失效模式的风险顺序数分为4个等级，分别为 RPLS、RPL1、RPL2，RPL3。其中 RPLS和RPL1是高风险项，FMEA团队必须对这些FMEA项目补充建议措施并组织实施，或者由管理层审核并确定目前的措施是适当的。一般情况下，RPLS的条目都是涉及安全和法律法规等，需要优化产品设计来降低风险。RPL2和RPL3的FMEA条目是中等风险，由FMEA团队决定是否做出适用的探测和预防措施。

表2 RPL判断方法

该汽车公司也开发出一套相应的FMEA管理机制与RPL相适用，即RPLS/1问题上升机制，以PFMEA为例，主要的工作流程如图2所示，首先FMEA团队针对某款汽车生产线的所有工艺过程完成FMEA分析前4个步骤，即定义范围、结构分析、功能分析和失效分析，生成该车型生产过程的FMEA知识库。然后工艺模块的制造工程师对这些FMEA条目做风险评估，并整理出高风险项目清单，然后与投产工厂对应的体系工程师召开PFMEA研讨会，对高风险项提出预防/探测等措施，如果某些PFMEA风险等级下降了则反馈到PFMEA知识库；如果当前无适当的预防/探测等措施来降低风险等级，则需要整理出这些风险项的清单，其中，RPLS条目需要由产品工程领导层及制造工程领导层共同审核，商议出后续改进措施，RPL项目只需制造工程领导层审核并商议后续措施。

图2 某汽车公司PFMEA风险分析管理制度

这一套FMEA管理机制与RPL风险评估方法相辅相成，对不同风险等级的FMEA条目区别对待，并采取适当的处理办法。对于高风险项，还重点突出安全和法律法规相关条目(即RPLS条目)，并且强制要求产品部门参与风险评估，这样更有利于从产品设计端降低风险等级，真正意义上从事后补救，向事前预防转变。

3 RPL应用实际案例

某白车身的车门有一个机器人自动涂折边胶的工艺，根据FMEA的分析步骤，FMEA团队人员编制出自动涂折边胶FMEA文件(表3)，其中严重度S=7，发生度O=4，不可探测度D=7，根据图1和表2计算得出RPL=1，属于高风险项。FMEA团队必须对此条失效模式补充建议措施并组织实施。通过PFMEA研讨会，提出过程改进措施，即新增涂胶拍照功能，增强了探测手段，降低不可探测度分值，最终将不可探测度由7分降低到3分，且RPL值由1降低到2，切实降低了该工艺给生产带来的质量风险（表4）。

理论与实践证明，RPL方法对FMEA风险评估做出了详尽的步骤与要求，在大大提高FMEA团队工作效率的同时，能够快速找到高风险项，这是RPN无法做到的。

表3 某工位自动涂折边胶FMEA文件

表4 某工位自动涂折边胶FMEA文件(改进后)

4 结论

本文论述了FMEA传统风险分析方法存在的缺陷，且调研了目前较为流行的几种风险评估方法，且提出了一种更为高效的风险评估策略，即RPL打分制度，解决了传统RPN方法中存在的RPN值不连续、同一个RPN值有多重含义、S、O、D权重分配不合理等问题。RPL给FMEA团队提供了更加客观、准确的风险评估结果，且存在一套合理的FMEA风险管控机制，对不同风险等级区别对待并采取适当的措施，这样就能保证产品质量的前提下，极大地缩短工作周期，快速响应市场需求。实践证明，该方法具有较强的工程实用性，值得推广。