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FMEA案例

【FMEA软件】RFMEA软件在汽车行业应用之P图案例

作者:admin 时间:2022-10-19

一、客户简介

中国XX集团重庆全资子公司,为工业强基工程重点产品应用示范“一条龙”示范企业,连续多届被评定为高新技术企业,

(二)客户需求

公司新进一批年轻工程师,其技术水平还比较低,质量意识浅薄,质量理念匮乏;公司希望提高他们的质量工具理论知识水平和技能水平。

DFMEA分析中有一个很重要的功能分析工具P图,公司很看重;要求其工程师们掌握此工具,清楚该工具可以做什么,可以解决什么问题。


二、P图简介

P图,又称参数图,英文为Parameter Diagram,是用于确定和描述噪声控制因素和错误状态的稳健性(Robustness)工具。

参数是功能行为的属性。

参数图是一个项目所在环境的图表展示。

参数图包括影响输入和输出之间转化功能的因素,专注于优化输出所需的设计决策。

参数图用于描述单个功能在系统或组件内的行为特点。

并非所有功能都需要参数图。

团队应当关注受新条件影响的几个关键功能,以及那些在以前的应用中具有稳健性历史问题的功能。

可能需要一个以上的参数图,以便说明FMEA团队关注的系统或组件的功能。

完整的功能描述能够为后续失效分析和风险缓解提供基础。


参数图专注于功能的实现。它可以清楚地识别该功能的所有影响因素,包括可以控制的因素(控制因素)和不能适当控制的因素(干扰因素)。


针对特定理想功能完成的参数图有助于识别以下各项:

  • 系统优化所需的因素、级别、响应和信号;

  • 作为FMEA输入的功能;

  • 可能影响功能性能的控制和干扰因素;

  • 非预期系统输出;

  • 通过创建参数图获得的信息为测试计划提供了输入。


参数图由动态输入(包括信号)、可能影响系统性能的因素(控制和干扰)、变异源和输出(预期输出和非预期输出/偏离输出)组成。


以下是参数图的示例,用以评估对产品功能的影响,包括:

  • 输入(为取得期望结果您想要输入什么)是对实现系统功能所需的信息源的描述。

  • 功能您想要发生什么)在参数图中描述,使用现在时态,主动动词后加上一个可测量的名词,并与需求相关。

  • 功能要求(为实现功能您需要什么)与功能的性能相关。

  • 控制因素(为实现功能要求,您可以做什么)被识别出来。控制因素可以调整,以使设计对干扰更不敏感(更稳健)。信号因素是控制因素的一种,它是由系统用户直接或间接设置的调整因素,可适当地改变系统响应(例如制动踏板的移动改变刹车距离)。仅动态系统才使用信号因素。没有信号因素的系统称为静态系统。

  • 非功能性要求(除功能性要求以外您需要什么)可以限制设计选择。

  • 预期输出(您希望从系统获得什么)是理想的、预期的功能输出,其量级可能会(动态系统)或可能不会(静态系统)与信号因素成线性比例(如,前照灯的近光启动、制动踏板移动导致的刹车距离)。

  • 非预期输出(您不希望从系统中获得什么)指故障行为或意外的系统输出,他们使得系统性能从理想的预期功能偏离。例如,与制动系统相关的能量理想的转化为摩擦。热量、干扰和振动是制动能量的非预期输出。转向输出可能会对热辐射、振动、电阻、流量限制造成损失。

  • 干扰因素(干扰实现预期输出的因素是什么)是指代表系统响应潜在的显著变差源的参数,从工程师的角度来看,这些参数无法控制或要控制他们不切实际。干扰以物理单位描述。


干扰因素分为以下几类:

  • 组件间的变差(在一个组件中,以及组件之间的相互干扰)

  • 随时间变化(随着使用寿命不断增加不断老化,如老化磨损)

  • 顾客使用(超出预期规范的使用)

  • 外部环境(顾客使用时的环境,例如道路状况、天气等)

  • 系统交互作用(与其他系统之间的相互干扰)

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图1 电机参数图示例


三、应用过程

下面介绍苏州国可工软公司为客户普及P图知识及其应用举例。


(一)团队组建

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图2 团队成员


(二)前期准备

1.确定分析对象

双方对分析对象——活塞进行了分析和研究。

绘制出活塞的2D图纸,提炼出了活塞的主要参数,见下图。

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图3 活塞工程示意图


2.绘制边界图(B图 /Block Diagram)

双方团队针对分析对象,梳理活塞与外部零件之间的关系,最后绘制出活塞的B图,如下:

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图4 活塞边界图


(三) P图绘制

1.确定输入

对于活塞,经团队分析,确认其输入应有:

  • 燃油;

  • 空气;

  • 曲轴带动连杆的往复运动;


2.确定功能

活塞的功能应为:

与气缸盖、气缸套、活塞环共同组成燃烧室;

承受燃气压力并通过活塞销传递给连杆。

针对上述功能,团队还将其进行了功能分解,见下图:

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图5 活塞的功能树


3.确定非预期功能、输出

经团队一同努力分析交流,最终确认活塞的非预期功能有:

  • 不能(有效)密封气体

  • 不能(有效)防止机油从曲轴箱窜进燃烧室

  • 不能(有效)承受高温、高压气体

  • 不能(有效)起导向作用

  • 不能(有效)将动力传递给连杆


4.确定噪声因素

噪声因素会影响功能的实现,上述已经谈到有5大因素可能影响产品的功能,具体有:


产品间的差异:

  • 活塞材料:金相组织、抗拉强度、硬度、体积稳定性;

  • 活塞尺寸:H、H1、H2、h3、h4、h1、h2、C1、B、t 、δ、d、d0、d1;

  • 公差:重要平面的粗糙度、平面度、垂直度;

  • 机加工和装配;


随着时间的变化:

  • 疲劳

  • 磨损

  • 腐蚀


顾客使用习惯:

  • 磨合期内超速行驶

  • 不良的驾驶习惯

  • 使用品质低的燃油


外部环境:

  • 不清洁的空气

  • 低温

  • 高温


系统交互作用:

  • 气环:在燃气作用下,紧贴在活塞环岸表面,密封气缸。

  • 油环:与活塞环槽配合,刮走机油,防止其进入燃烧室。

  • 活塞销:位于活塞销座内,将动力传递给连杆。

  • 缸套:活塞在其表面做往复直线运动。

  • 缸盖:与活塞、气环形成封闭燃烧室。

  • 气门:负责进气和排气,保证活塞做功的条件。


5.确定控制因素

团队分析有哪些可以改变的设计参数,这些参数有利于识别设计元素,控制了这些参数,就可以提高设计的稳健性。

对于活塞,分析得出如下控制因素:

  • 活塞材料、机加工、装配、活塞主要尺寸、公差;

  • 与气环、油环、活塞销、缸套、缸盖和气门之间的干涉;

  • 在规定的负荷范围内运转、使用规定型号的燃油;

  • 增强空滤的功能、增强进气的预热;


6.绘制P图

分析完成前述五大部分内容后,就可以绘制活塞的P图了。

如下是使用PowerPoint软件绘制的P图

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图6 发动机活塞P图(PPT绘制)


为了对比,国可工软团队又使用RFMEA软件绘制了活塞的参数图,

见下图:

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图7 发动机活塞参数图


四、应用结果

通过培训与技术交流,XX公司的技术人员达到了如下目标和成果:

1. 了解了P图的作用与目的;

2. 掌握了P图的绘制方法;

3. 根据所绘制P图,可深刻理解产品的功能,及功能设计过程中所需要考虑的输入、输出、功能和要求,噪声因素,控制因素;

4. P图可作为产品复杂功能的强有力辅助分析工具:

5. 可视化的工具,团队成员有效沟通;


该案例完成后,团队成员了解到:

  • 当某个功能和众多因素相互交错时,无论是功能描述,还是后续的失效分析都难以把握,很容易顾此失彼,造成失效识别的遗漏。

  • 参数图作为一种图示技术,分析了研究对象的功能及影响因素,它既考虑了细节,又给FMEA团队提供了关于这个功能的大局观。


因此,对于那些重要的功能,绘制参数图,帮助进行功能分析、失效分析甚至措施分析。