FMEA&POKA-YOKE 在制丝工艺管控中的运用

李 强，刘 畅，李 俊，宋贺萱，丁 鼎，刘学超，李家喜

（湖北中烟工业有限责任公司襄阳卷烟厂，湖北 襄阳 441000）

FMEA 是“失效模式及后果分析”的英文（Failure Mode and Effects Analysis） 缩写，可分别应用于系统（System） 失效模式及后果分析（S-FMEA）、产品设计（Design） 失效模式及后果分析（D-FMEA），过程（Process） 失效模式及后果分析（P-FMEA）。是分析、预测过程中潜在的失效，研究失效的原因及其后果，并采取必要的预防措施，以避免或减少这些潜在的失效，从而提高产品、过程可靠性的一种质量工具[1]。

POKA-YOKE（防差错法），又称愚巧法、防呆法。针对的是事件，是一种在过程失误发生之前即加以防止的手段，应用断根、保险、自动等10 大防错原理，属于个案性防差错装置或技术应用。通过该技术及装置的应用，替代以往依靠操作者完成的重复劳动，提高质量监控效率，并从根本上消除那些由于人为疏忽和经验直觉而产生的缺陷。

目前，FMEA 和防差错技术广泛应用于航空、船舶、汽车、电子等制造业。在卷烟、再造烟叶的质量管控中已见相关报道，但在制丝生产环节的应用研究尚不系统。襄阳烟厂正在创建“一流细支烟企业”，为贯彻“零缺陷、零浪费”的质量管理理念，企业积极探索运用P-FMEA 质量工具对生产过程中各个工序的潜在质量风险进行识别，并以POKAYOKE 作为预防性技术在工艺管控中应用。探索2种质量工具的融合应用，推动质量管理体系的有效运行。

1 P-FMEA 在制丝工序中的应用

1.1 制丝生产过程

在卷烟生产过程中，制丝工艺的工序最多，流程最长，工艺控制指标繁多。制丝生产过程主要是指片烟原料从出库投料到成品烟丝进入储柜风力送丝或装箱外发的整个生产过程。大体包括开箱解包、切片、松散回潮、叶片加料、切叶丝、烘叶丝、叶丝风选、掺配加香、储丝、送丝或自动装箱等工序。

制丝工艺流程图见图1。

图1 制丝工艺流程图

制丝车间FMEA 风险评估系统的建立与应用涵盖从烟叶原料、香糖料入库到成品烟丝进入储柜至送丝或装箱发出的生产运行全过程。原料包含烟叶、造纸法薄片、膨胀烟丝、外来烟丝、外来梗丝，从原料进入制丝车间循环库开始，以各工序为节点进行P-FMEA 潜在失效模式及后果分析，依据工艺流程图进行产品特性、过程特性梳理[2]。

1.2 P-FMEA 评价指标及评分准则

在正式评价失效后果程度之前，应先形成或审视修订失效后果严重度、频度、探测度的评价准则，作为评价风险和现行控制措施有效性的依据。对失效后果的严重度、频度、探测度的评价准则确立，应依据法律法规的要求和顾客的要求，结合组织的相关技术标准和生产制造过程的实际能力水平进行确定。制丝生产P-FMEA 评分指标为风险顺序数（RPN），由严重度（S）、频度（O）、可探测度（D）三者相乘得到[3]。通过RPN 值的计算，使潜在失效模式的影响程度得到量化，分值越高，则风险越大，表明潜在的质量隐患越严重。

1.2.1 严重度（S） 评分准则

严重度Severity（S） 划分为1~10 分，共10 个等级，对制丝生产环节的产品关键要求的严重程度进行分级，从对消费者健康、需求、内部顾客（下道工序、卷包车间） 和外部顾客（合作厂家） 使用、产品感官品质和外观这几个方面的影响进行评价。

制丝车间P-FMEA 严重度（S） 评分标准见表1。

表1 制丝车间P-FMEA 严重度（S） 评分标准

1.2.2 频度（O） 评分准则

频度Odds（O） 指失效模式发生的可能性，是评价现行控制方法的有效性和成熟度的指标。在FMEA 推进过程中，结合制丝环节实际需求，将频度等级划分为3 个方面，可以通过已发故障统计，计算失效发生的频度；也可以通过对生产环节中各工序的潜在质量失效事件进行归纳整理，并根据失效原因与叠加风险，以及现有的控制措施，评估失效可能发生的概率[4]。频度（O） 作为风险评估的重要指标，共划分为1~10 个等级。

制丝车间P-FMEA 频度（O） 评分标准见表2。

表2 制丝车间P-FMEA 频度（O） 评分标准

1.2.3 探测度（D） 评分准则

探测度Detectability（D） 是指与过程控制栏目中所列的最佳探测控制相关联的定级数。共划分为1~10 个等级。

制丝车间P-FMEA 探测度（D） 评分标准见表3。

表3 制丝车间P-FMEA 探测度（D） 评分标准

在制丝线上，探测度代表着各工序生产环节现行控制措施：设备设施的自伺服功能、自动检测功能、测量系统的能力和稳定性、防差错措施的作用与可靠性的强弱。预防和感知失效发生的能力越高，探测度评级分值越低。在等级划分中，10 级代表不存在具有探测能力的过程控制或不能探测或没有分析；1 级是指通过机器设计或零件设计预防错误（原因） 出现，在产品及过程设计时采用防错技术，确保不生产出有差异的零件[5]。

1.2.4 风险顺序数（RPN）

风险顺序数的大小代表潜在失效事件的严重程度。在分析综合评估现行控制措施的有效性时，根据企业工艺要求并结合制丝车间工艺管控的实际，决定采用红绿灯的可视化方法，突出潜在控制风险：严重度（S） 和频度（O） 都在7 分及以上的，为红灯；严重度（S） 和频度（O） 都在4 分及以下的，为绿灯；严重度（S） 和频度（O）） 为5~6 分的，为黄灯；严重度（S） 在8 以分上的关键要求，为黄灯；RPN 分值100 分的，为红灯；红灯为核心关注，黄灯为重点关注、绿灯为控制项。对高风险项应策划优先改进行动计划[6]。

以贮丝送丝环节的人工上丝为例：人工掺兑烟丝混牌模式的严重度（S） 为9 分，频度（O） 为2分，探测度（S） 为7 分，RPN 值=9×2×7=126 分。

人工送丝P-FMEA 分析见表4。

表4 人工送丝P-FMEA 分析

2 POKA-YOKE 在制丝工序中的应用

通过P-FMEA 对制丝生产过程中潜在失效风险的识别，除了1.2.4 中所述人工上丝的高风险项，在辊道备料、香糖料配置、回丝掺兑、膨丝掺兑、香糖料领用上料、物料进柜、出柜环节都是RPN 评分值高的工序缺陷。这些工序一些关键要求的控制主要通过操作人员的首检、互检和纸质或电子记录来保证。而人为疏忽、经验直觉往往是导致潜在失效模式变成已发故障的根本原因[7]。为了降低产品含杂、烟丝错用、产品错装等一系列操作者无法消除的潜在失效风险，企业引入质量追溯的POKAYOKE 防差错法，针对FMEA 识别出的高风险项，运用防差错技术或装置，从根本上消除或预防风险的发生[8]。

2.1 质量追溯系统的应用

通过生产流程梳理，建立制丝车间质量追溯运行流程图，确定制丝车间备料投料、糖料配置使用、辅料掺兑、香精配置使用、成品烟丝转序5 个主要质量追溯及在线校验防错模块（见图2），并以此建立物料BOM 和物料信息化编码，在编码物料使用前通过手持PDA 扫码获取物料信息，并与BOM 实时校验，实现物料在线防错。

图2 质量追溯业务图

质量追溯业务图见图2。

2.2 质量追溯防差错应用实例

以1.2.4 中人工掺兑烟丝混牌的失效模式为例，人为疏忽、未核对生产信息或箱装烟丝标识信息直接掺兑是导致失效发生的主要原因。在引进质量追溯防差错系统后，建立了质量追溯生产指令系统，以储丝房供丝的交班确认、班中换批、换牌等系统化操作，将烟丝送丝牌号、批次号、喂丝机、风管号、机台号关联起来。人工掺兑烟丝前，在PDA 上选择喂丝机，自动获取已经下达的生产批次信息，扫描录入箱体物料信息化编码，经系统BOM 校验无误后进行掺兑。

人工上丝质量追溯流程图见图3。

图3 人工上丝质量追溯流程图

通过利用自动防错原理，对错误信息提示预警，预防了混牌、混批、断料等潜在失效模式的发生。人工上丝混牌的失效模式RPN 值由改进前的126 分降低至9×1×2=18 分，使潜在失效风险得到了有效控制。人工送丝改进后P-FMEA 评价见表5。

表5 人工送丝改进后P-FMEA 评价

3 结论

运用P-FMEA 技术对制丝生产流程全面分析，质量追溯等防差错技术或装置的运用，使工序关键要求的RPN 值得到有效降低。FMEA 技术和防差错技术的融合运用为风险优化提供了新的思路和方向，通过二者的有机结合，有效降低了制丝工艺工序或控制点的质量风险，提升了制丝生产过程质量风险管控水平。