【中国汽车智能制造百人会】FMEA工具在汽车涂装工艺中的应用

0　引言

　　随着汽车行业的快速发展，以及市场竞争的日趋激烈，汽车购买者在注重汽车的安全性、舒适性和价格等的同时，对汽车整车外观质量要求也越来越高，汽车外观装饰性已经成为快速提升汽车竞争力的手段之一。汽车主机厂涂装工程师联合涂料供应商、设备供应商等，也致力于提高整车外观艺术质感，努力打造超越涂层本身具备的保护作用和装饰作用，达到刺激消费者购买欲望的效果。

　　传统提升外观装饰性的措施首先是开发不同的颜色，但是在实际乘用车市场中，主流颜色还是白色、黑色、银色和红色等，开发过多的颜色不仅带来生产上的困难也提高了制造成本；其次，进行套色处理，套色并非适用于所有的车型，满足个性化的需求；最后，致力于提升主流颜色的质感，即提高漆膜目视的通透感和深邃感以及阴影效果。例如，日本某汽车公司将白色和银色做成超音速白/银，通过铝粉的定向排列实现阴影感，将乘用车的棱线外观体现得淋漓尽致；通过应用黑色清漆和红色清漆来提升黑色漆膜和红色漆膜的通透感和深邃感。 

　　自主品牌也纷纷对红色、白色、黑色等销量大的颜色进行外观品质提升，因此在涂料配方、工艺方面较传统的涂料和工艺有新的改变。为了缩短调试周期，保证新颜色顺利上市，特在工艺设计过程中应用FMEA质量工具，以减少制造过程中的风险。本文以红色外观提升过程中FMEA应用案例进行描述。

1　FMEA质量工具简介

　　首次采用FMEA这种概念与方法的是在20世纪60年代中期美国的航天工业，后来美国的海军和国防部相继推广应用这项技术，并制订了相关的标准。在1993年2月，作为设计评审的一种工具，美国三大汽车公司联合编写了FMEA手册，并正式出版。此后在国内汽车行业中开始推广应用此质量工具。

　　FMEA是在产品设计阶段和过程设计阶段，对构成产品的子系统、零件，对构成过程的各个工序逐一进行分析，找出所有潜在的失效模式，并分析其可能的后果，从而预先采取必要的措施，以提高产品的质量和可靠性的一种系统化的活动。其主要作用是在设计前期成立多功能小组，花时间很好地完成FMEA分析，充分识别新设计、新过程在量产过程中可能会出现的问题，因此在设计阶段进行预防，这样可以降低后期更改带来的成本增加和质量降低。

　　FMEA质量工具实施步骤为：首先组织与产品或过程相关的人员（如产品设计、工艺设计、工装设计、设备、材料供应商、检验、品质等）组成多功能小组，小组成员针对具体的设计进行讨论，识别产品功能、产品要求，识别可能出现的问题即潜在失效模式，然后从4M1E即人、机、料、法、环等方面进行分析导致失效的起因或机理，对失效起因和机理采取预防和探测措施，以避免质量问题的发生。小组成员对上面内容进行讨论后，由设计人员进行FMEA文件整理，在工艺和产品设计时应用此文件，对其中的预防措施和探测措施进行实施，以达到满足质量要求的目的。最后依据使用过程中出现的问题继续完善FMEA文件。如此循环，FMEA文件越来越完善充分。

2　魅力红新颜色/工艺开发PFMEA分析

2.1　魅力红新颜色开发背景及变化点

　　为了提升红色的通透感和深邃感，不仅需要开发新的颜色，同时还需要将传统的面漆喷涂工艺进行改进。通过在传统的铝粉底色漆上增加一道红色素色漆的设计，这样光线透过第一层红色颜料在第二层铝粉的反射下重新渲染第一层的红色颜料。从表面看去，第一层和第二层的红色进行重叠，变成了深度的红色，因此漆膜呈现出通透和深邃感。其工艺对比如图1所示。

　　变化点1，涂料发生变化：传统的红色BASE为铝粉漆，而魅力红BASE站需要两种漆，一种为铝粉漆，另外一种为高彩度素色漆，高彩度素色漆类似于红色清漆，需要与铝粉漆和清漆湿碰湿喷涂。

　　变化点2，喷涂工艺发生变化：传统面漆喷涂工艺BASE两站均为同一种铝粉漆，而魅力红第一站为铝粉漆，第二站喷涂高彩度素色漆。

　　以应用魅力红漆作为专业课题，从4M即材料、设备、工艺、人员４个方面，结合涂装线现场实际情况运用FMEA系统分析。

2.2　末端因素识别

　　将因素进行归纳汇总，得出10项末端因素。

　　材料4项：BASE1和BASE2之间的互溶性、红色漆流挂极限、红色漆遮盖力、红漆与焊缝密封胶的相容性等。

　　工艺5项：色差控制（分别为内外板色差、与保险杠之间的色差以及返工色差控制）、喷涂时相邻不同漆种的漆雾干扰性、三层湿膜同时烘烤性、红色漆与现场清洗溶剂的匹配性等。

　　人员1项：红色漆的修补技能培训。

2.3　分析末端因素的FMEA确认

　　对分析出来的10项末端因素，利用FMEA思想，将末端因素作为潜在的失效起因/机理，利用失效链来识别潜在失效模式以及对末端因素采取的预防和探测措施。以红色漆雾干扰性为例来进行说明，红色树脂漆与其他金属漆体系不同，但是都在面漆喷漆室里共线喷涂，在喷涂过程种，喷涂飞散的颜料/树脂可能会成为另一个颜色颗粒缺陷，这是失效起因和机理，那么导致的失效模式就是“红色树脂漆与其他金属漆之间漆雾不相溶，导致喷涂中出现异色颗粒”。那么如何进行预防控制呢？拟采取的措施就是在实验室提前开展试验，模拟现场喷涂过程和环境，对不同颜色的和不同金属漆与素色漆的漆雾进行干扰试验，确认红色素色漆与其他金属漆喷涂过程中漆雾不会造成另外一种漆的颗粒等弊病。按此逻辑方式，对其他9个末端因素进行潜在失效模式和对策识别。

2.4　将识别的因素进行FMEA文件设计

　　将以上末端因素的FMEA确认过程，按照FMEA文件的形式进行梳理，见表1所列。

3　魅力红颜色实现过程

3.1　FMEA文件的实施

　　通过多功能小组的FMEA分析，将红色漆可能出现的风险进行识别，同时从4M因素出发进行了失效起因和机理识别以及对策，在涂料喷涂之前，在涂料厂家以及在投罐之后进行了试验，降低风险系数。按照新颜色投罐、调试流程，对魅力红新颜色进行投罐，以及在实验室对FMEA中的建议措施开展工作，同时将试验结果应用于现场过程中。

　　虽然如此，但是在量产生产过程中，发现有2辆车出现类似的问题。一个是右前门把手处，一个是后背门下部，都出现了白色的印记，需要进行修补处理。

3.2 　FMEA完善过程

3.2.1　问题描述

　　此两台车前后均为魅力红色车，也非开线前几台车，没有明显的规律，另外后背门和右前门为不同的机器人喷涂。

3.2.2　失效原因识别

　　通过放大镜观察，该缺陷处铝粉排列与周边不同，初步判断问题发生在色漆层，不是清漆层的问题。同时针对白色印记的形状进行分析，类似手印。排查同线体其他颜色车，不存在此问题。

　　依据FMEA失效原因识别原则“只要存在失效的可能，如果时间足够长，这种失效迟早会发生”。因此将确定此项为新增失效模式，即白色印记。

　　对A3大小的试板进行电泳、中涂，在中涂试板上，按照正常喷涂流程进行擦净、吹净、黏性擦布擦净，3块样板中出现了一处白色缺陷；随后，进行极限样本试验，在中涂试板上裸手触摸，不进行擦净，直接喷涂魅力红，白色缺陷再现。推论红色底漆对底材洁净性敏感度差，影响铝粉排列。

3.2.3　对策

　　选取去污能力强的擦拭溶剂进行处理。现场用无纺布蘸擦拭溶剂对中涂车身进行擦净，然后吹净和黏性擦布擦净，问题得以解决。

3.3　FMEA文件标准化

　　通过以上实践案例，增加FMEA失效模式：白色印记，失效起因为中涂车身局部不洁净，预防措施为为红色车在面漆擦净工位，增加一道溶剂擦净。将上述失效模式、失效起因和预防对策增加到FMEA文件中，见表2所列。

4　结语

　　以上对魅力红新颜色开发过程中FMEA工具的应用，不仅提前做到了预防，保证了一次性做好。同时针对生产过程中的问题，将措施完善到了FMEA中。在开发类似涂料时借鉴应用预防措施。涂装质量问题涉及到化学反应等，比较复杂， 一个质量问题的产生往往是多种因素综合作用的结果。要从这些错综复杂的因素中理出头绪，抓住关键因素，就需要利用科学方法，从质量问题这个“结果”出发，FMEA就是根据结果寻找原因的一种高级质量工具。工程师需要提前将汽车涂装中易出现的质量问题从各类失效起因、失效后果进行分析以及对策，这样在现场出现问题时，对高风险度的项目进行排查。如果所查出来的失效起因不在已有的FMEA表格中，就应立即将新发现的原因加入进去，不断完善FMEA表格，进行经验积累，为下一个项目奠定基础。