A公司动力电池包生产过程质量改善探讨

本文是一篇生产管理论文，本研究结合 A 公司电池车间现状以及其质量管控体系，生产工艺流程以及帕累托分析图，历史品质数据，指出 A 公司电池包车间在质量管理上存在一定的不足，如：生产流程上质控混乱、质量体系不健全、员工质量意识培训教育不足。这些问题及不足是导致 A 公司电池组装质量问题的原因。
第 1 章   绪论
1.1   研究问题和研究意义
1.1.1  研究问题
2021 上海车展刚刚落下帷幕，作为全球疫情之后的第一次 A 级车展，整个车展有着非同寻常的意义。国内车市在 2020 下半年开始强势拉升，各大车企都希望在今年的车展上秀一下自己的肌肉。当前国内车市，除了有大众、丰田这样的传统主机厂，蔚来、小鹏这样的新势力之外，现在还有了阿里、百度、滴滴这样的科技巨头和传统主机厂结合的模式。很多人都将这次上海车展视为传统车企发展的分水岭，尤其是随着百度、阿里、小米、华为、大疆甚至未来的腾讯、滴滴进入智能网联汽车领域，“软件定义汽车”的时代天平开始逐渐向拥有更强软件工程方面能力的那些科技巨头所倾斜[1]。
根据 IHS Markit 报告，自 2021 年初开始，中国电动汽车进入快车道，销量高速递增，未来一段时段增速稳定。预期从 2020 年的约 1.0 百万辆增加至 2025年的 4.2 百万辆，将超过美国及欧洲电动汽车销量的总和[2]。受益于新能源汽车领域的蓬勃发展，动力电池板块也实现高度繁荣。高工锂电网的预测，国内动力电池将在 2025 年实现 470GWH 的出货量，近五年的年复合增速高达 42.5%。 随着特斯拉在全球范围内取得巨大的成功，传统车企也开始纷纷进军纯电动领域。从奔驰宝马，到大众丰田，还有一众的国内自主品牌，都已经推出了一系列具有一定竞争力的纯电动车型，而且构建了比较完善的纯电动车型矩阵。尤其是像比亚迪这种还研发出安全系数较高、破解电动车自燃难题的刀片电池的厂家，更是成为市场的宠儿。投放纯电动平台，也成为不少主机厂的共识。电池包作为电动车的核心部件，其成本达到整车成本的 1/3 到 1/2，这就促使主机厂发生了从采购到自研的变化[3]。
1.2   研究过程
1.2.1  研究方法
1）文献综述法
收集整理有关 PFMEA 方法在制造业上应用的资料，整理汽车行业及其它制造业在质量管理方面的研究材料，了解目前制造业中质量管理的发展趋势，整理目前各种质量管理理论的相关成果及经验，提供适用于 A 公司动力电池包的生产过程质量管理的解决方案研究方向。
2）案例分析法
本文通过研究新能源汽车行业质量管理的案例，结合 A 公司电池包质量管理提升的实践经验和解决途径，验证该方案是否合理是否有效。
3）定量与定性分析相结合的方法
定性分析主要用于评价 A 公司电池包在生产制造、参数测试、质量检查和产品返工等环节中存在的各种潜在失效现象、严重性程度以及失效原因。通过一定的防错设计手段改善整个生产流程，通过帕累托图分析品质历史数据，对比改善前后合格率，客诉数据，客户满意度等数据，计算各失效模式的发生概率，残次情况，损伤程度，RPN（风险顺序数）等，定量分析各项指标的权重范围。
4）实证分析法
通过目前 A 公司动力电池包的质量管理实施成果的介绍，整理出适用于 A公司电池包的质量管理方案。通过在各工艺生产中导入该管理方法，从而验证该方法的有效性，为 A 公司动力电池包的质量提升构建可行的管理方案。
第 2 章   相关理论及研究
2.1   质量管理概述
2.1.1  质量的定义
关于质量的定义不同行业和公司都有各自的理解，其中最为大家认可的要数质量大师朱兰对质量的定义。质量是能够满足顾客的需求从而使顾客满意的那些产品的特征[4]。在质量管理基础和术语中，质量是指物质实体的若干固有属性迎合需求的程度[5]。这个定义中包含了 3 个术语，一个是“实体”，一个是固有特性，一个则是要求。
物质实体的定义是“可感知或想象的任何事物”  [6]。固有属性，就是任何一个实体所具有的特征，这个特征使得一个实体得以区别于其它的实体。在 ISO 9000:2015 标准中，特性（Characteristic）被简单地定义为：“可区分的属性”[7]。任何事物都是因为有了特性，才使之独立存在，而要求（Requirement），是指明确的、常识隐含的或必须满足的需求或期望。要求可以来自于外界，比如：顾客，法规机构，也可以内化，来自于自身。综合以上的 3 个定义，我们可以了解到，质量是将“固有特性”与“要求”比较出来的。世界上的任何事物，一旦有了要求，就会有质量，而没有要求，就谈不到质量。
2.1.2  质量管理的发展
1）手工作坊时代
在手工作坊时代，物资紧缺的时代主要强调数量上的增长，而在质量控制上缺乏系统的管理，面临一系列质量问题。据史书记载，我国早在 2400 多年以前，为规范青铜制刀枪武器生产就建立了质量检验制度，这一时期主要是依靠经验和粗糙量测来评估质量，也被称为“初级手工业质量管理时代”[8]。
2）工业化时代
进入上世纪以来，世界处于高度竞争和动荡不堪的时代，激烈的社会竞争加剧了社会生产的演进，生产机械化、经营规模化、产业集群化，直到工业化时代从人工转向自动化并开始进入智能化。质量管理也实现了空前的发展，从初级的质量检验到数字时代质量统计学，再到整体思维下的全面质量控制[9]。
2.2   IATF16949 质量管理体系
IATF16949 是国际标准化组织(ISO)于 2002 年 3 月公布的一项汽车行业性的质量体系要求。最新版于 2016 年更新，也就是现行的标准 IATF16949:2016[17]。该标准的目标是在供应链中开发提供持续改进、强调缺陷预防，以及减少变差和浪费的质量管理体系。将相互关联的过程作为一个体系加以理解和管理，有助于组织有效和高效地实现其预期结果。过程方法包括按照组织的质量方针和战略方向，对各过程及其相互作用，系统地进行规定和管理，从而实现预期结果。
Potential Failure Mode and Effects Analysis（简称 FMEA）即潜在失效模式及影响分析[18]。它是指在产品设计、生产、服务等过程中寻找潜在的失效因素，构建失效模型，分析可能产生的影响，预估风险，采取风险响应措施，做到提前预防，改进产品质量管理，减少失效程序，优化产品质量流程，提高产品质量与可靠度，更高更好满足客户的需求。FMEA 就产品程序而言，更为注重事前预防，属于风险控制类工具，是产品先期策划（APQP）体系中的重要输出部分。根据应用领域的不同分为设计类 DFMEA（设计 FMEA)和过程类 PFMEA(过程 FMEA)等。本研究主要是基于 PFMEA 即过程故障模式与效果分析的研究，在产品生产前开始构建生产过程中的失效模型并综合考虑零件、组装、总成等各个环节的制作过程,其涉及对象包括全过程的所有零部件、程序[19]。在生产运用中 PFMEA 不是通过减少用户需要的设计来弥补质量缺陷，而是强调生产设计参数控制来完美契合用户需求。
第 3 章   A 公司动力电池车间质量管理体系及质量问题分析 ............................. 14
3.1   A 公司动力电池车间质量管理体系 .......................... 14
3.2   A 公司动力电池包的主要制造过程 .................................. 16
第 4 章   基于 PFMEA 方法的产品过程质量改善分析 ........................... 31
4.1   工作思路 ................................... 31
4.2   A 公司电池车间二级程序流程的建立 ........................... 31
第 5 章   基于 PFMEA 方法的产品质量改善措施及效果分析 ............................. 51
5.1   质量改善流程 ......................................... 51
5.1.1  确定优先改善内容 .................................. 51
5.1.2  运用防错设计法制定预防和改善措施 ...................... 53
第 5 章   基于 PFMEA 方法的产品质量改善措施及效果分析
5.1   质量改善流程
5.1.1  确定优先改善内容
根据风险顺序数 RPN 值确定 AP 等级，A 公司规定 AP 优先级为 H 的必须优先解决。如表 5.1 所示，即：电芯混料，模组虚焊，气密不良以及功能不良这几种失效问题。 AP 优先级矩阵：同时考虑了严重度，频率和探测度。H 为风险等级高，要求必须采取综合防治措施；M 为风险等级适中，要求有必要时，采取相应的措施；L 为风险等级较低，应当留意，但不必采取针对性措施，可通过日常改进来解决。《FMEA 手册》第五版 AP 风险矩阵表见附件。
第 6 章  结论与展望
6.1  主要结论
质量是制造业的生命，在漫长的质量研究过程中诞生了无数优秀的质量控制方法，本研究就借鉴了前人提出的 PFMEA 方法。为了更好的说明 PFMEA 在质量控制中的作用，论文以 A 公司的动力电池生产车间为研究对象，将 PFMEA 引入到电池车间的生产过程中，结合运用该方法后电池产品的质量改进效果得出如下结论：
1）结合 A 公司电池车间现状以及其质量管控体系，生产工艺流程以及帕累托分析图，历史品质数据，指出 A 公司电池包车间在质量管理上存在一定的不足，如：生产流程上质控混乱、质量体系不健全、员工质量意识培训教育不足。这些问题及不足是导致 A 公司电池组装质量问题的原因。
2）通过对电池包模块生产进行 PFMEA 分析，梳理出生产过程中存在的失效模式及质量后果，通过计算 RPN 值，确定 AP 优先级。根据 AP 优先级确定改善对象和解决措施。对比改善前后的质量数据，可以发现应用 PFMEA 方法改善A 公司电池包产品质量是成功的，效果非常显著。
3）根据对公司质量管理体系的梳理，可以明显发现良好完整的质量管理系统对产品质量控制极为重要。将 PFMEA 文件整合到质量体系文件中，可以支持和引导质量管理逻辑，规范质量管理办法和质量控制方向。A 公司电池车间通过运用 PFMEA 方法，制定了保证电池质量的各类流程和规范，降低了错误率，提升了电池总装质量。
参考文献（略）