角度监控在降低座椅PFMEA分析风险优先级中的应用

摘 要：根据某车型座椅固定螺栓拧紧缺陷（拧紧状态合格，实际与座椅支架不贴合），回顾PFMEA分析该失效模式的风险优先级为Ⅰ级，需要最优先采取措施降低风险优先级。本文结合生产线使用电枪拧紧座椅螺栓的情况，通过完善拧紧过程角度监控约束条件，实现了降低风险优先级，消除缺陷逃逸风险的目的。

关键词：PFMEA;角度监控;风险优先级;电枪拧紧

1 前言

PFMEA（过程潜在失效模式及后果分析）是汽车装配过程非常重要的一个工具。它可以在车辆量产前，对各零部件模块的装配过程进行分析，得出某种具体缺陷的风险优先级，从而识别出哪些缺陷是最优先需要采取措施解决的。PFMEA分析一般从严重度（S）、发生频度（O）和探测度（D）三个方面进行量化分析，并对（S/O/D）三个取值进行矩阵计算，从而得出风险优先级。风险优先级从高到低分为（Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ）三个等级，其中Ⅰ级为最优先解决项。

PFMEA是一个持续完善和优化的过程，在生产过程中发生的质量问题需要进行回顾，对现有PFMEA进行查缺补漏，优化更新。

2 座椅装配PFMEA回顾

某车型座椅装配岗位使用Atlas电枪拧紧，发生一起固定螺栓未打紧问题（缺陷逃逸出工位），故障螺栓与座椅支架不贴合（螺牙外漏7-8牙）。使用靜态扭矩测量仪检测故障螺栓，静态扭矩为40.7N.m，符合抽检扭矩范围（32-50N.m）的要求。追溯故障螺栓的电枪拧紧数据，发现扭矩及角度均正常，并且为一次拧紧，无返修记录。故障螺栓及同座椅其他正常螺栓的拧紧数据，如表1所示。

回顾座椅安装PFMEA，没有对应的缺陷模式，需要增加对应的失效模式分析。故障螺栓未打平，座椅未有效紧固，影响安全（无预警），建议严重度（S）取10;该车型量产几个月以来该缺陷发生频次为1，建议频度（O）取3;现有探测方法为员工装配后目视检查，建议探测度（D）取7，经过计算，得出该失效模式的风险优先级为Ⅰ级。

3 降低风险优先级

3.1 改进方向

影响风险优先级的三个因素中，在车辆座椅结构未改变的情况下，严重度（S）的取值是无法降低的。在车辆量产时间短，降低频度值也不可取。只有提高缺陷探测能力，降低探测度（D）的取值，才是降低风险优先级的可行方向。

根据PFMEA探测度（D）的主要取值规则，本工位单一感官（目视/触摸等）检查，取值7;后工位100%单一感官（目视/触摸等）检查，取值8;本工位工具声光提示（无停线功能），取值5;本工位工具声光提示（有停线功能），取值3。可以看出，使用工具提高缺陷探测能力是改进方向。

3.2 解决方法

通过对比故障螺栓及正常螺栓（同车的其他座椅螺栓）的电枪拧紧曲线，发现故障螺栓转动角度小，从开始拧紧到最终拧紧扭矩合格转动角度为332.35度，对应的正常螺栓总的转动角度为3400-4600度之间，如图1所示。假设故障螺栓外漏的螺牙可以正常拧进去，其总的转动角度就和正常螺栓相似，所以，通过监控拧紧过程转动的角度是可以探测出转动角度小于某个值的的缺陷螺栓。

现行的电枪拧紧程序采用两步拧紧策略，先拧紧到第一目标扭矩（21N.m），再拧紧到最终目标扭矩（45N.m）。在拧紧过程中，角度监控也分为过程角度监控（rundown angle）和最终角度监控（final angle）两部分。常规的过程角度监控是从循环起始扭矩（紧固件与工件贴合，随着转动角度增大，扭矩开始上升的某个较小扭矩值）开始，到达过程目标扭矩（小于第一目标扭矩）时结束，如图2所示B区域。最终角度监控是从最终起始扭矩（大于第一目标扭矩，小于最终目标扭矩）开始，到最终目标扭矩结束，如图2所示C区域。从拧紧过程开始，到循环起始扭矩结束的转动角度是不做监控的，如图2所示A区域。

为了实现对整个拧紧过程的角度监控，改变过程角度监控的开始逻辑（从循环起始扭矩变为拧紧开始），实现电枪转动就开始监控角度，当扭矩上升到设定的过程结束扭矩时，过程角度结束监控，即监控A+B区域。经过统计300颗座椅螺栓的过程转动角度，集中分布在3200-7600度之间，考虑到装配过程中预紧螺栓的转动角度，以及可能存在的电枪空转的角度，将过程角度监控范围设定为2000-9000度，可以规避误报警的风险。

4 改进效果

4.1 过程角度监控对比

过程角度监控逻辑改变后，跟踪两个班次装配，员工可以正常施加扭矩，对比电枪拧紧数据，未发现由于过程角度设置不当导致的报错及返修，如表2所示。

4.2 探测有效性

为了验证改进后过程角度监控对未打平螺栓的探测能力，通过增加垫圈模拟故障，验证打紧10颗螺栓，其中3颗为模拟故障螺栓，分别使用新/旧程序拧紧。使用旧程序的电枪对10颗螺栓均可以拧紧合格，无法探测出故障螺栓，而使用新程序的电枪在拧紧故障螺栓时均出现报错，拧紧过程停止，拧紧结果不合格，可以探测出故障螺栓，如表3所示。

对于故障螺栓，由于无法拧紧合格，电枪无法完成要求的拧紧合格的颗数，不会向机运线发出合格信号，生产线就会停线，故障车辆不会逃逸出工位。缺陷的探测能力得到很大提高，探测度（D）可以取到3，经过计算，风险优先级降为了Ⅱ级。

5 结束语

本文主要针对生产线发生的座椅螺栓拧紧合格，但未与支架贴合的故障，通过回顾PFMEA进行分析，并结合电枪拧紧程序中过程角度监控逻辑的优化，实现了将该缺陷PFMEA分析风险优先级由Ⅰ级降为Ⅱ级，同时提升了座椅螺栓装配质量，降低了缺陷逃逸的风险。

作者简介

李德鑫：（1985.11—），男，汉族，山东聊城人，硕士研究生，上汽通用五菱汽车股份有限公司，工程师。