基于PFMEA的型号产品生产质量风险分析

张永和，李永春，王旭红，景兆梅

（兰州空间技术物理研究所，甘肃 兰州 730000）

在日益加剧的市场竞争中，产品质量是决定优胜劣汰的关键因素。航天强国建设已经进入新的发展阶段，在集团公司提出的“三高”发展中高质量排在首位，高质量发展是“十四五”乃至更长时期的发展主题，需要长期坚持，久久为功。

产品既是设计出来的，也是制造出来的。先进的工艺方法是实现高性能、高可靠、高质量、低成本的重要保障。随着型号研制任务的增多、周期的缩短和可靠性要求的提高，需要进一步优化航天产品工艺风险分析管理流程，提升风险分析的有效性，将质量控制的重点从事后补救向事前预防转变，将产品研制过程中可能发生的与生产相关的工艺故障和风险进行提前评估和判断，确定需要重点避免的故障和风险，从而推动事业部产能、质量、效率和效益的全面提升。因此，需要积极采取合理的管理及规避措施，降低产品质量风险和损失，形成高效高质的工作方式和持续改进的工作作风，确保产品研制和交付顺利进行。

过程失效模式及影响分析PFMEA( process failure mode and effects analysis )以其最严密的形式总结了人们在生产制造过程中防范于未然、追求卓越的思想，通过对工艺和制造过程要求和功能的系统分析，凭借以往的经验，在最大范围、充分考虑到那些潜在的失效模式及其相关的起因与后果。通过对近三年产品质量问题的统计（不合格品处理单、技术质疑单等），暴露出生产过程的工艺风险识别和控制措施仍有较大提升空间，人员的质量意识、风险意识、责任意识仍需进一步提高，保成功、保交付形势依然严峻。

本课题通过对型号产品研制过程中真实工艺和操作中影响因素的调研，将PFMEA质量控制技术应用于针对产品实现薄弱环节和工艺质量管控的失效风险评估及改进，通过对工序实现方法、工装胎具、工艺设备等因素与工序之间的相互影响关系进行分析，致力于识别生产过程中潜在的工艺失效并评价其可能造成的影响，进而制定并实施能够预防或控制失效发生的有效措施，力争将工艺质量风险规避到最小程度，提升我所型号产品质量，助推“三高”发展和“双一流”的建设。

1 PFMEA方法

PFMEA作为一种质量管理工具，用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法，主要针对制造过程进行分析，是事件发生之前的行为，并非事后补救。美国NASA从20世纪中期就已经将该方法作为一种有效的预防工具应用于航天飞机的研制过程中，PFMEA完成以后可以作为生产计划、工艺文件、产保要求、检测试验等文件的编制依据。

该方法实施采用如表1所示，表格中各部分的意义在此不再累述，感兴趣的人员可以查阅相关资料学习了解。在多品种小批量定制生产模式下，潜在工艺失效模式的不确定性程度高，且可供借鉴的历史数据与经验相对缺乏，故在航天产品研制过程中PFMEA技术的应用还需要进一步推广。

表1 PFMEA分析表

该方法的关键是把严重度、频度和检测难度从定性转化为定量，通过计算三者的乘积来计算潜在失效模式的风险级别，该数值越大表明潜的问题风险越严重，应优先采取相应的纠正措施。实施团队或者管理者可以根据风险程度制定对应的管控策略和措施，确保项目或产品达到预期目标，有利于降低成本，提高工作效率。

2 典型产品生产过程PFMEA分析

在项目实施时，成立了以技术总监为核心的PFMEA分析风险小组，成员包括产品工艺师、产保师、生产调度员、操作员和检验员，专门对我所典型产品进行PFMEA分析管理；风险分析与识别过程中，要求各部门均要参与进来，将以往同类产品、相似产品出现的风险及新出现的风险进行统一的评估论证，制定详细应对方案和策略；在项目实施后，会对涉及的各部门进行监督和效果评价，确保梳理出的风险得到有效管控，形成长效工作机制。

2.1 表贴组件回流焊PFMEA应用研究

目前，印制板组件装配主要以元器件表面贴装和通孔插装为主要形式，无论采用何种方式，元器件、电路板、焊点三者都与电子产品的质量和寿命息息相关。因此，印制板组件电装工艺就成为保证产品质量，提高产品可靠性的关键因素。

通过对智能表贴生产线电路板回流焊工艺流程和影响产品质量的环节梳理，形成如图1所示的需要进行PFMEA分析的环节。如果这些质量问题不能及时进行预防控制，就会对电子产品的质量带来严重影响，从而产生返修耽误交付进度，造成巨大的经济损失和声誉影响。因此，生产制造部提出了基于PFMEA的智能表贴线回流焊质量风险分析。

图1 表贴工艺流程分析

统计分析发现，表贴过程质量问题和风险主要出现在回流焊过程中，容易出现器件引脚润湿不良、焊接不良等问题。按照PFMEA分析流程制定了回流焊环节各种影响因素及风险系数，具体如表2所示。

表2 回流焊PFMEA分析

针对表2所列严重度大于5，风险等级大于30的潜在失效模式及其原因制定了如下措施：

规范生产线防静电措施，对生产线增加设备接地自动检测设备，并在回流焊设备进出口现场配置离子风机，及时释放第一道AOI检测后和回流焊焊接完产生的静电。

规范设备管理和生产流程，每天第一次生产时利用试件进行炉温检测确定，确保炉温显示曲线与实际温度相符，如有偏差及时调整，确保炉温满足要求后再开始生产。

对产品的过炉方式进行规定，要求尺寸超过150×150mm时，要使用如图2所示的专用工装进行支撑和保护，确保PCB受热不发生弯曲。

图2 印制板表贴专用工装

改进后的回流焊PFMEA分析如表3所示。

表3 改进后的回流焊PFMEA分析

2.2 LIPS200推力器PFMEA应用研究

同样的方法，生产制造部对LIPS200推力器产品的装配过程开展了PFMEA分析，由于产品十分复杂，涉及过程工序多，表4仅列出了风险等级超过100的工序过程。

表4 LIPS200推力器产品PFMEA分析

针对上述潜在失效模式及其原因制定了如下措施：

对所有标识不清的磁钢，利用磁通计等工具在装配前对极性进行确认和再标识，确保在后续装配和检测过程中标识清晰；

对导线接头的裸露部分套热缩管，并规定热缩管保护必须完全覆盖，对热缩后的接头进行拍照检查和记录。多装配过程的多余物进行严格控制，利用30倍放大镜进行多余物检测，必要时可利用X光进行局部的无损检测；

对焊接后的铠装加热丝进行X光无损检测，确保无微裂纹、无未焊透等缺陷，对焊接接头进行拉伸强度测试，确保焊点强度满足设计要求；加热丝缠绕前后均进行通断检测，确保不断丝；

改进后的回流焊PFMEA分析如表5所示。

表5 改进后的LIPS200推力器产品PFMEA分析

3 效果评价

智能表贴生产线在采用了如表3所示的措施后，风险值有较大程度的降低，改善效果明显，各项影响因素的风险系数都降低到了20以下，回流焊后产品合格率提升到了98%以上，有效控制了回流焊实施过程的质量风险产品质量和可靠性得到了显著提升。

LIPS200推力器产品采用了如表5所示的措施后，风险值同样获得了较大的降低，产品装配后的一次交检合格率提升到96%，有效解决了识别出的风险。

4 经验体会

在开展PFMEA分析过程中，并不是依靠改变产品设计来克服过程缺陷，而是应尽可能地采用多种问题解决方法和工具，如组织小组开展头脑风暴，或者采用因果图、试验设计以及质量屋等方法等，实现制造或装配过程有关的产品设计特性参数。

PFMEA分析不是工艺师一个人的事情，而应该让设计师、产保师、操作工、检验员等都参与进来，形成一个多功能团队，这样才能够从各个角度和方面提出不同的预防措施。

在产品实现过程中，要系统考虑从单个零件到总装的所有制造环节和工序，但在分析每一工序时，仅需要针对该步骤开展，所列的失效原因不能太笼统，而要具体。

风险程度的等级划分没有唯一的标准，可以根据自身的经验和产品特点确定，但在同一个部门或相似产品之间，应采用相同的尺度，以确保相互之间具有可比性。

当前，航天型号产品研制过程中风险分析的及时性、充分性、规范性和有效性还有待进一步加强，识别和发现的故障信息重用率不高，建议尽早构建适用于全所的基于工艺知识库、SOP规范等的PFMEA工作平台，优化型号产品工艺风险分析管理流程，提升风险分析的充分性和有效性。