【中國汽車智能制造百人會】FMEA工具在汽車涂裝工藝中的應用

0　引言

　　隨著汽車行業的快速發展，以及市場競爭的日趨激烈，汽車購買者在注重汽車的安全性、舒適性和價格等的同時，對汽車整車外觀質量要求也越來越高，汽車外觀裝飾性已經成為快速提升汽車競爭力的手段之一。汽車主機廠涂裝工程師聯合涂料供應商、設備供應商等，也致力于提高整車外觀藝術質感，努力打造超越涂層本身具備的保護作用和裝飾作用，達到刺激消費者購買欲望的效果。

　　傳統提升外觀裝飾性的措施首先是開發不同的顏色，但是在實際乘用車市場中，主流顏色還是白色、黑色、銀色和紅色等，開發過多的顏色不僅帶來生產上的困難也提高了制造成本；其次，進行套色處理，套色并非適用于所有的車型，滿足個性化的需求；最后，致力于提升主流顏色的質感，即提高漆膜目視的通透感和深邃感以及陰影效果。例如，日本某汽車公司將白色和銀色做成超音速白/銀，通過鋁粉的定向排列實現陰影感，將乘用車的棱線外觀體現得淋漓盡致；通過應用黑色清漆和紅色清漆來提升黑色漆膜和紅色漆膜的通透感和深邃感。?

　　自主品牌也紛紛對紅色、白色、黑色等銷量大的顏色進行外觀品質提升，因此在涂料配方、工藝方面較傳統的涂料和工藝有新的改變。為了縮短調試周期，保證新顏色順利上市，特在工藝設計過程中應用FMEA質量工具，以減少制造過程中的風險。本文以紅色外觀提升過程中FMEA應用案例進行描述。

1　FMEA質量工具簡介

　　首次采用FMEA這種概念與方法的是在20世紀60年代中期美國的航天工業，后來美國的海軍和國防部相繼推廣應用這項技術，并制訂了相關的標準。在1993年2月，作為設計評審的一種工具，美國三大汽車公司聯合編寫了FMEA手冊，并正式出版。此后在國內汽車行業中開始推廣應用此質量工具。

　　FMEA是在產品設計階段和過程設計階段，對構成產品的子系統、零件，對構成過程的各個工序逐一進行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預先采取必要的措施，以提高產品的質量和可靠性的一種系統化的活動。其主要作用是在設計前期成立多功能小組，花時間很好地完成FMEA分析，充分識別新設計、新過程在量產過程中可能會出現的問題，因此在設計階段進行預防，這樣可以降低后期更改帶來的成本增加和質量降低。

　　FMEA質量工具實施步驟為：首先組織與產品或過程相關的人員（如產品設計、工藝設計、工裝設計、設備、材料供應商、檢驗、品質等）組成多功能小組，小組成員針對具體的設計進行討論，識別產品功能、產品要求，識別可能出現的問題即潛在失效模式，然后從4M1E即人、機、料、法、環等方面進行分析導致失效的起因或機理，對失效起因和機理采取預防和探測措施，以避免質量問題的發生。小組成員對上面內容進行討論后，由設計人員進行FMEA文件整理，在工藝和產品設計時應用此文件，對其中的預防措施和探測措施進行實施，以達到滿足質量要求的目的。最后依據使用過程中出現的問題繼續完善FMEA文件。如此循環，FMEA文件越來越完善充分。

2　魅力紅新顏色/工藝開發PFMEA分析

2.1　魅力紅新顏色開發背景及變化點

　　為了提升紅色的通透感和深邃感，不僅需要開發新的顏色，同時還需要將傳統的面漆噴涂工藝進行改進。通過在傳統的鋁粉底色漆上增加一道紅色素色漆的設計，這樣光線透過第一層紅色顏料在第二層鋁粉的反射下重新渲染第一層的紅色顏料。從表面看去，第一層和第二層的紅色進行重疊，變成了深度的紅色，因此漆膜呈現出通透和深邃感。其工藝對比如圖1所示。

　　變化點1，涂料發生變化：傳統的紅色BASE為鋁粉漆，而魅力紅BASE站需要兩種漆，一種為鋁粉漆，另外一種為高彩度素色漆，高彩度素色漆類似于紅色清漆，需要與鋁粉漆和清漆濕碰濕噴涂。

　　變化點2，噴涂工藝發生變化：傳統面漆噴涂工藝BASE兩站均為同一種鋁粉漆，而魅力紅第一站為鋁粉漆，第二站噴涂高彩度素色漆。

　　以應用魅力紅漆作為專業課題，從4M即材料、設備、工藝、人員４個方面，結合涂裝線現場實際情況運用FMEA系統分析。

2.2　末端因素識別

　　將因素進行歸納匯總，得出10項末端因素。

　　材料4項：BASE1和BASE2之間的互溶性、紅色漆流掛極限、紅色漆遮蓋力、紅漆與焊縫密封膠的相容性等。

　　工藝5項：色差控制（分別為內外板色差、與保險杠之間的色差以及返工色差控制）、噴涂時相鄰不同漆種的漆霧干擾性、三層濕膜同時烘烤性、紅色漆與現場清洗溶劑的匹配性等。

　　人員1項：紅色漆的修補技能培訓。

2.3　分析末端因素的FMEA確認

　　對分析出來的10項末端因素，利用FMEA思想，將末端因素作為潛在的失效起因/機理，利用失效鏈來識別潛在失效模式以及對末端因素采取的預防和探測措施。以紅色漆霧干擾性為例來進行說明，紅色樹脂漆與其他金屬漆體系不同，但是都在面漆噴漆室里共線噴涂，在噴涂過程種，噴涂飛散的顏料/樹脂可能會成為另一個顏色顆粒缺陷，這是失效起因和機理，那么導致的失效模式就是“紅色樹脂漆與其他金屬漆之間漆霧不相溶，導致噴涂中出現異色顆粒”。那么如何進行預防控制呢？擬采取的措施就是在實驗室提前開展試驗，模擬現場噴涂過程和環境，對不同顏色的和不同金屬漆與素色漆的漆霧進行干擾試驗，確認紅色素色漆與其他金屬漆噴涂過程中漆霧不會造成另外一種漆的顆粒等弊病。按此邏輯方式，對其他9個末端因素進行潛在失效模式和對策識別。

2.4　將識別的因素進行FMEA文件設計

　　將以上末端因素的FMEA確認過程，按照FMEA文件的形式進行梳理，見表1所列。

3　魅力紅顏色實現過程

3.1　FMEA文件的實施

　　通過多功能小組的FMEA分析，將紅色漆可能出現的風險進行識別，同時從4M因素出發進行了失效起因和機理識別以及對策，在涂料噴涂之前，在涂料廠家以及在投罐之后進行了試驗，降低風險系數。按照新顏色投罐、調試流程，對魅力紅新顏色進行投罐，以及在實驗室對FMEA中的建議措施開展工作，同時將試驗結果應用于現場過程中。

　　雖然如此，但是在量產生產過程中，發現有2輛車出現類似的問題。一個是右前門把手處，一個是后背門下部，都出現了白色的印記，需要進行修補處理。

3.2 　FMEA完善過程

3.2.1　問題描述

　　此兩臺車前后均為魅力紅色車，也非開線前幾臺車，沒有明顯的規律，另外后背門和右前門為不同的機器人噴涂。

3.2.2　失效原因識別

　　通過放大鏡觀察，該缺陷處鋁粉排列與周邊不同，初步判斷問題發生在色漆層，不是清漆層的問題。同時針對白色印記的形狀進行分析，類似手印。排查同線體其他顏色車，不存在此問題。

　　依據FMEA失效原因識別原則“只要存在失效的可能，如果時間足夠長，這種失效遲早會發生”。因此將確定此項為新增失效模式，即白色印記。

　　對A3大小的試板進行電泳、中涂，在中涂試板上，按照正常噴涂流程進行擦凈、吹凈、黏性擦布擦凈，3塊樣板中出現了一處白色缺陷；隨后，進行極限樣本試驗，在中涂試板上裸手觸摸，不進行擦凈，直接噴涂魅力紅，白色缺陷再現。推論紅色底漆對底材潔凈性敏感度差，影響鋁粉排列。

3.2.3　對策

　　選取去污能力強的擦拭溶劑進行處理。現場用無紡布蘸擦拭溶劑對中涂車身進行擦凈，然后吹凈和黏性擦布擦凈，問題得以解決。

3.3　FMEA文件標準化

　　通過以上實踐案例，增加FMEA失效模式：白色印記，失效起因為中涂車身局部不潔凈，預防措施為為紅色車在面漆擦凈工位，增加一道溶劑擦凈。將上述失效模式、失效起因和預防對策增加到FMEA文件中，見表2所列。

4　結語

　　以上對魅力紅新顏色開發過程中FMEA工具的應用，不僅提前做到了預防，保證了一次性做好。同時針對生產過程中的問題，將措施完善到了FMEA中。在開發類似涂料時借鑒應用預防措施。涂裝質量問題涉及到化學反應等，比較復雜， 一個質量問題的產生往往是多種因素綜合作用的結果。要從這些錯綜復雜的因素中理出頭緒，抓住關鍵因素，就需要利用科學方法，從質量問題這個“結果”出發，FMEA就是根據結果尋找原因的一種高級質量工具。工程師需要提前將汽車涂裝中易出現的質量問題從各類失效起因、失效后果進行分析以及對策，這樣在現場出現問題時，對高風險度的項目進行排查。如果所查出來的失效起因不在已有的FMEA表格中，就應立即將新發現的原因加入進去，不斷完善FMEA表格，進行經驗積累，為下一個項目奠定基礎。