运用PFMEA提升新能源汽车制造过程的 质量管理

杨维建

（宜宾职业技术学院 汽车与轨道交通学院，四川 宜宾 644003）

1 背景介绍

面对日益严峻的能源形势和环保压力，世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措。新能源汽车成为市场新的增长点。各国政府高度重视21世纪的新能源汽车研发，各大汽车厂商都投入了大量的财力和物力，研究新能源汽车的设计、制造、定型与市场投放。但是，从近年的市场反馈情况来看，新能源汽车产品质量并不能让消费者满意，质量问题频发，不论是充电自燃问题还是刹车失灵问题都给消费者带来严重的损失。

总的来说，目前新能源汽车制造厂商主要分为两大类，一类是以制造传统燃油汽车为主的制造商，在传统燃油汽车的基础上进行研发生产新能源汽车，如吉利、长城、奇瑞等；一类是原本从事地产、电器、通讯等行业的公司，在国家政策支持下投入到新能源汽车研发制造的造车新势力，如特斯拉、小鹏汽车、恒大汽车等。

新能源汽车作为一个新兴产品，从研发端到制造环节，汽车制造商们都缺乏丰富的造车经验，这也是目前市场上新能源汽车频频爆出质量问题的一个主要原因。新能源汽车和传统燃油汽车相比，发生严重质量问题时，更容易对人体造成重大伤害。比如纯电动汽车从发现冒烟到完全燃烧只需要几分钟。所以，提高新能源汽车的产品质量，减少流入市场的不良品，是新能源汽车持续发展必须攻克的难关。 要保证新能源汽车出厂质量，首先要保证的是汽车制造过程质量。在汽车制造过程中要尽可能地规避各项风险，需要用到潜在失效模式及后果分析（Potential Failure Mode and Effects Analysis,PFMEA）。但目前各大主机厂对总装PFMEA的管理并不严格，导致编制的总装PFMEA没有和生产过程、开发过程、质量管控过程紧密联系起来。这使得主机厂在新车型工艺开发过程中无法全面有效地总结经验教训，提前规避潜在失效风险，导致大量问题到了量产阶段才开始暴露，造成量产阶段进行大规模的工艺改善，极大地增加了总装过程制造费用，同时使得整车质量问题频发，无法得到有效管控，大大增加了质量管理的成本。PFMEA的编制应该严格以输入文件（如质量问题统计表、设计失效模式及后果分析（Design Failure Mode and Effects Analysis, DFMEA）、同类车型PFMEA等）为依据，这样编制的PFMEA才能有效指导新能源汽车总装生产现场，利于新能源汽车总装质量管控。

2 PFMEA的定义和意义

PFMEA 是编制车间生产一线所需的各相关工艺指导文件的基础，如特殊特性清单、作业指导书、检验作业指导书等。PFMEA 是从根本上探究问题发生的原因，从根本原因出发制定问题解决的方案，防范后期可能出现的问题，给与生产相关的各部门制定相应的规则流程。所以，采用PFMEA对新能源汽车制造过程中的潜在质量风险进行评估分析，可以避免各种制造质量问题的发生。

总装作为新能源汽车制造的最后一个环节，对整车质量保障尤为重要。做好总装PFMEA能有效提高新能源汽车整车总装工艺开发速度，提高整车装配质量，降低量产后新能源汽车出现质量问题的概率。

3 新能源汽车总装PFMEA目前存在的问题

PFMEA作为IATF质量管理的五大工具之一，是新能源汽车主机厂通过IATF体系认证的必要文件。目前，新能源汽车总装PFMEA的编制过程中大多流于形式，没能真正发挥PFMEA 的作用，不能起到提前规避质量风险的作用，只是作为一个通过行业体系审核的文件，这违背了编制PFMEA的初衷，造成这种现象的主要原因如下。

1.PFMEA编制不完整，装配要求不明确

目前大多数整车企业在编制总装PFMEA时通常只包含了总装的装配工序，并未把装配前的一些准备工序（如来料、转运等）纳入分析，这会导致PFMEA文件编制的不够完整，并未涵盖整个制造过程，不利于整车过程质量管理。

在编制每个工序的装配要求时也没有相关的技术支撑文件。借鉴同类型历史车型装配要求是目前各大企业的主要做法。但是中国新能源汽车产业始于21世纪初，发展历史约20年，大多数制造商都只生产了一款或两款车型，所以新能源汽车在开发制造过程中进行PFMEA编制时几乎找不到可以借鉴的同类型车型。在实际编制PFMEA装配要求时，新能源汽车总装PFMEA更多的是借鉴传统燃油汽车总装PFEMA，而传统汽车和新能源汽车在结构上和工作原理上有较大差异，总装采用的装配方式和手法也存在差异，故采用这种方法编制PFMEA装配要求时，对于新能源汽车特有装配工序就显得不够合理。

2.PFMEA编制不合理，措施缺乏标准化

传统整车企业编制的总装PFMEA是按总装生产线的装配顺序，依次进行的，这样编制的PFMEA便于文件的查阅和维护，但是不利于总装质量改善。因为按照这种方法编制的PFMEA文件在对同类型装配作业工序的潜在失效模式、后果分析时容易得出不同的结果和改善措施，从而导致生产现场的工具、设备很难做到统一性，装配方法不够标准化，管理困难等问题，也不利于新车型开发经验的总结和制造过程降本工作的分析。

我国的工业化与信息化现在正处在深度融合阶段，工业控制网络在保护需求、响应时间与更新周期等方面的要求较之信息网络存在较大的不同，使得目前面向信息网络的安全防御理论与技术不能直接应用到工业控制网络的安全防御之中。目前在工业控制网络的安全防御建设工作中，以下几方面的问题亟待解决：

3.PFMEA潜在失效模式确定缺乏依据

根据PFMEA编制的原则，潜在失效模式需要把所有可能发生的情况都考虑在内，故在确定潜在失效模式时，编制人员往往会把能想到的风险项都写在其中，编制的依据主要来自于编制人员的经验，这就使得编制没有统一的标准，因人而异，不同的人识别的潜在失效模式存在较大差异，容易产生争执，也致使每个工序的分析都变得很复杂，有些失效模式在历史车型中根本就没发生过也被列入其中，这无疑大大增加工装设备选型的难度和装配工艺的可执行性。

4.PFMEA和重要工序的确定脱节

新能源汽车总装工序有上百个，也是整车制造环节中人员最多的一个环节，对于其中会影响汽车重大安全性能、使用性能的工序进行重点管控，这些工序一般会被命名关键工序、重点工序、质量控制点。而这些工序的确定应该主要来自于PFMEA。PFMEA分别从严重度、发生度、探测度这三个维度对问题的性质及风险大小进行界定，根据分析的结果风险优先因子（Risk Priority Number, RPN）值和严重度等级综合来评价该工序是否纳入重要工序进行管控。PFMEA中确定的严重度等级、探测方式、RPN值应该和新能源汽车总装工艺前期开发工作紧密结合起来，作为开发阶段装配方法、工具选用的依据。

而大多数企业编制的PFMEA为了保证RPN值在安全阀值以下以便通过体系认证，会随意降低工序潜在失效模式的严重度等级和提高探测度等级，导致PFMEA不能有效地指导前期工艺开发，装配方法和工具选用不当，同时也给后期整车量产质量问题的大规模爆发埋下了伏笔。

所以，重要工序的制定缺乏科学依据，造成PFMEA评估结果出现偏差，导致过程质量管控重点偏移。

4 PFMEA如何编制能有效提高新能源汽车总装过程质量

PFMEA的编制需要以多功能小组的形式进行开展，整个多功能小组成员应该包括整车开发项目组各科室成员，如物流人员、工艺人员、设计人员、质量人员、生产人员等，通常由工艺人员进行牵头执笔编制，为了使编制的总装PFMEA能有效提高新能源汽车总装过程质量保障能力，编制时应注意以下事项。

4.1 编制工序装配要求需有明确依据

新能源汽车总装PFMEA的编制一定要包含整个总装过程的每一个工序，从物料进厂开始到整车下线结束，对于每个工序需要达到的装配要 求必须来自于技术文件、图纸或者研发输入的技术通知单，不能随意地变更和增删装配要求。因为PFMEA编制的目的是保证装配过程可以达到这些装配要求，是PFMEA工作开展的前提，这会直接影响后续装配工艺方法的选择，从而影响制造结果和制造费用。

4.2 合并分析同类型装配工序，利于制造过程

标准化

同时，PFMEA在编制过程中应该尽可能的将同类型的装配作业进行合并分析，而非单纯的按装配顺序一个工序一个工序的进行分析。合并分析同类型装配作业有利于后期PFMEA的维护和更新，有利于解决措施的标准化，有利于措施的执行和落地。

总装装配主要类型包括三种：紧固件装配、插接件装配、密封件装配。同类型的装配作业在制定措施时应该尽量一致。比如紧固件装配在选择工具时要尽量统一，特殊要求的除外。对于同种装配类型一般可以按潜在失效后果的严重程度进行细分，对于不同程度的失效后果采用不同的控制措施。对于失效后果、失效模式近似的工序则可以放在一起分析，如表1所示。

表1 总装过程PFEMA

从表1中可以看出，动力电池电源线束与动力电池端连接工序、电源线束与电机控制器端连接工序两个工序的操作要求、失效模式均相同，在编制PFMEA时应该放在一起分析，制定统一的线束插接操作要求，如表2所示。

表2 总装过程PFEMA

4.3 潜在失效模式的确定应有合理依据

潜在失效模式在编制时应该以同类型作业为依据，根据同类型作业操作发生过的质量问题进行质量风险分析。针对新能源汽车特有的装配作业，如动力电池装配，则应该以裸车、样车、试制车等等装配作业过程中遇到的问题，以及装配后车辆出现的问题为依据进行质量风险分析。潜在失效模式的分析不能完全凭自主想象，认为可能发生质量问题的都纳入分析，这样会凭空增加PFMEA后续编制的难度，同时也会出现在制定解决措施时解决措施空洞无法落地、制造设备要求 过高、费用过大等问题，从而措施无法得到实施，PFMEA与装配实际过程出现脱节，不能有效保证装配过程质量。

4.4 重要工序的确定必须结合RPN值、严重度、探测度、频度

关键工序、重点工序、质量控制点是总装过程质量管控的重心。这些重要工序主要根据PFMEA的分析结果确定，严重度等级达到7、8级的应该纳入重点工序管理；严重度等级达到9级的则纳入关键工序管理。而严重度等级的确定则需要参考DFMEA严重度等级。质量控制点的确定则主要根据频度等级和RPN值，当频度等级超过3或者RPN值超过100时则该工序应该纳入质量控制点管理。

RPN值是PFMEA三个维度的分析结果，一般要求每个工序的RPN值需要维持在100以下，才能保证该工序的制造过程质量，对于RPN值超过100的应该制定改善措施，通常以改善该工序的探测度等级为主，降低探测度等级从而减少质量问题的发生频次，从而保证RPN小于100，保证该工序的制造过程质量。只有探测度等级无法降低或者降低难度、费用太大时才考虑由设计人员改善产品结构，降低严重度等级。

重要工序是整个总装的质量管控重心，应该从前期工艺开发阶段开始就重点关注，制造费用对于重要工序的工装、设备应该适当倾斜，以确保重要工序的过程制造保证能力，以减少量产后重大质量问题爆发的风险，同时，这也能大大降低后期总装过程质量提升工艺改善的费用。

4.5 PFMEA需要定期实时更新

PFMEA是一个需要实时更新的文件，PFMEA更新的主要依据来源有制造过程中发生的过程质量问题、工艺变更、设计变更。对于制造过程中发生的每一次质量问题均应该统计到PFEMA中直至该车型停产，如此，PFMEA文件才能和生产过程紧密结合，这样形成的PFMEA文件才能有效提高新能源汽车的总装过程质量保证能力。

5 结论

将总装PFMEA分析的结果和新能源汽车总装重要工序的确立紧密结合起来，新能源汽车总装过程质量保证能力能从源头得到提升。同时日常发生的质量问题实时统计到PFMEA中，能进一步丰富完善PFMEA，整个质量管理形成良性互补循环，可以不断提高新能源汽车总装过程质量保证能力。从而在整车开发过程中，从源头上提前规避制造风险，降低后期质量管理成本。