潜在失效模式及效应分析教材详解

潛在失效模式及效應分析專題講座甲上電腦(深圳)有限公司主講:楊兵工欲善其事必先利其器目錄前言及目的--------------------------------------4FMEA概述---------------------------------------5FMEA發展歷史---------------------------------6FMEA類型--------------------------------------14設計FMEA說明--------------------------------15過程FMEA說明--------------------------------30系統FMEA說明--------------------------------49前言及目的一個公司要能提升品質水準及促進營運的成長,必須要隨著市場之需求,不斷開發出新產品來,針對營業要求所開發之產品,需要有一套新產品開發製度,加以管製所開發之新產品,來滿足顧客之品質要求.為事先預防任何產品不良,顧客抱怨,引導產品研發人員有系統的思考問題.並全面,快速過濾解決所有潛在/顯在問題,滿足顧客要求,避免過去設計錯誤的現象重複發生,是連結各次設計審查最關鍵利器.FMEA概述FMEA:FailureModeAndEffectAnalysis失效模式效應分析.可以描述為一組系統化的活動,其目的為:

1.認可并描述產品/過程中潛在失效以及該失效的後果;

2.确定能夠避免或減少這些潛在失效發生機會的措施;

3.將全部過程形成文件化;它是對确定設計或過程必須做哪些事情才能使顧客滿意這一過程的補充.FMEA發展歷史雖然工程技術人員早已在其設計和製造過程中應用了類似FMEA形式的分析方法,但第一次正式地應用FMEA技術則是六十年代中期航太工業的一項革新.即為:美國太空總曙發射太空梭,並為整個發射的過程上了“保險”.至今FMEA已經成為傳統工業及高科技行業品質持續改進的必備方法.FMEA使用原因

使用原因过程改进的方法早期过程和设计开发中，需识别和消除的问题改进内外客户满意度预防为主FMEA可能是客户需求FMEA可能是由质量系统标准所要求的FMEA怎樣做

怎样做小组确定在设计活动或过程需求中潜在的失效模式他们指定失效模式影响的严重性他们指定失效可能原因发生的频率及探測度通过严重性乘发生频率乘探測度来计算风险优先数量何时进行FMEA在过程改进研究的前期在新系统、产品、及过程进行设计时改变目前设计或过程时遗留设计有新用途时确定失效模式及其影响优先排序决定并评估行为确定失效模式的原因及控制FMEA表格FMEA程序对每个过程的输入(开始以高值输入)确定输入可能出错的方式.

对每个失效模式，确定影响.选择每个影响的严重性等级确认每个失效模式的潜在原因选择每个原因发生水平.列出每个原因目前的控制选择每个原因的可探測程度.计算风险优先数量(RPN)采取推荐行动，指定责任人，并采取行动.按优先顺序给高RPN排序须看看严重等级10指定预期的严重性，发生率及探測度，并进行比较

RPN.FMEA運作流程FMEASIPOC流程图供应商-输入-过程-输出-客户FMEA输入和输出列出预防失效原因或探測失效模式的活动所用行动的历史输入输出集思广义C&E矩阵流程图制程历史程序知识经验FMEAFMEA類型DFMEA:Design設計FMEAPFMEA:Process製程FEMASFMEA:System系統FMEA設計FMEA

設計FMEA是由負責設計的工程師/小組主要采用的一種分析技術.用以最大限度地保證各種潛在的失效模式及其相關的起因/機理已故得到充分的考慮和說明.FMEA以其最嚴密的方式總結了設計一個部件、子系統或系統時小組的設計思想(其中包括根據以往的經驗可能會出錯的一些項目的分析).這種系統化的方法體現了一個工程師在任何設計過程中正常經歷的思維過程,並使之規范化和文件化.設計FMEA的功效為客觀地評價設計,包括功能要求及設計方案,提供幫助;評價為製造,裝配,服務和回收要求年做的初步設計;提高潛在失效模式及其對系統和車輛運行影響已在設計和開發過程中得到考慮的可能性;為完整和有效的設計,開發和确認項目的策劃提供更多的信息;根據潛在失效模式後果對“顧客”的影響,開發潛在失效模式的排序清單,從而為設計改進,開發的确認試驗/分析建立一套優先控制系統;為推荐和跟蹤降低風險的措施提供一個公開的討論形式;為將來分析研究現場情況,評價設計的更改及開發更先進的設計提供參考(如獲得的教訓);設計FMEA顧客的定義設計FMEA中“顧客”的定義,不僅僅是“最終使用者”,而且也包括負責整車或更高一層總成設計的工程師/設計組以及負責生產,裝配和服務活動的生產/工藝工程師.設計FMEA的開發從列出設計期望做什么和不期望做什麼的清單,即設計意圖開始.顧客的希望和需求--可通過品質功能展開(QFD)、已知的產品要求和製造,裝配,服務,回收要求等确定.期望的特性定義越明確就越容易識別潛在的失效模式,以便采取預防/糾正措施.應從所要分析的系統,子系統或零部件的框圖開始.FMEA表格關鍵名詞及說明1.FMEA編號:填入FMEA文件編號,以便查詢;2.系統,子系統或零部件的名稱及編號:系統FMEA的範圍/子系統FMEA的範圍/部件FMEA的範圍;3.設計責任:填入整車廠、部門和小組.如適用,還

應包括供應商的名稱;4.編制者:填入負責FMEA準備工作的工程師的姓名,電話和所在公司的名稱;5.車型年/項目:填入所分析的設計將要應用和/影響的車型年/項目(如已知的話);6.關鍵日期:填入初次FMEA應完成的時間,該日期不應超過計劃的生產設計發布日期;7.FMEA日期:填入編製FMEA原始稿的日期及最新修訂的

日期;8.核心小組:列出有權确定/執行任務的責任部門的名稱和個人姓名(建議包括所有參加人員的姓名,部門,

電話,E-MAIL,地址等都應記錄在一張分發表上);9.項目/功能:填入被分析項目的名稱和其也相關信息(如編號,零件級別等),利用工程圖紙上標明的名稱并指明設計水平.10.潛在失效模式:指部件、子系統或系統有可能未達到或不能實現項目/功能欄中所描述的預期功能的情況;

對于特定的項目及其功能,列出每一個潛在失效模式.前

提是這種失效可能發生,但不是一定發生.推荐將對以往TGW(運行出錯)研究,疑慮,報告和小組頭腦風暴結果的回顧作為起點.

典型失效模例如:裂紋、變形、松動、泄漏、粘結、短

路、氧化、斷裂、信號不足、信號間斷、無信號等.11.潛在失效後果:潛在失效的後果定義為顧客感受到的失效模式對功能的影響;要根據顧客可能發現或經歷的情況來描述失效的後果,要記往顧客既可能是內部的顧客也可能是最終用戶;

失效的後果應按照所分析的具體的系統,子系統或系統之間存在著一種系統層次上的關系;

典型的失效後果可能但不限于以下情況:

雜訊、粗糙、工作不正常、不起用用、外觀不良、異

味、不穩定、運行中斷、粗糙、不起作用、不符合法規

等;12.嚴重度(Severity):是一給定失效模式最嚴重的影響後果的級別.嚴重度是單一的FMEA範圍內的相對定級結果.嚴重度數值的降低只有通過改變設計才能夠實現,嚴重

度的評估分為1到10級;13.級別:可用于對那些可能需要附加的設計或過程控制的部件,子系統或系統的產品特殊特性的分級(如關鍵,主要,重要,重點);還可用于突出高優先度的失效模式,以便在小組認為有所幫助時或部門管理者要求時進行工程度評價;14.失效的潛在起因/機理:所謂失效的起因是指設計薄弱部分的跡象,其結果就是失效模式.

典型的失效起因可包括但不限于:規定的材料不正确,設計壽命設想不足,應力過大,潤滑能力不足,維護說明書不充分,算法不正确,維護說明書不當,軟件規範不當,表面精加工規範不當,行程規範不足,過熱,規定的公差不當;

典型的失效機理包括但不限于:屈服,化學氣化,疲勞,電移,材料不穩定性,蠕變,磨損,腐蝕;15.發生度(Occurrence):是指某一特定失效起因/機理在設計壽命出現的可能性.

描述發生度級別重在其含義而不是具體的數值;

通過設計變更或設計過程變更(如設計檢查表,設計評審,設計導則)來預防或控制失效模式的起因/機理是可能影響發生度降低的唯一途徑;

潛在失效起因/機理出現頻度的評估分為1到10級,在確定評估級別需考慮:

類似零件,子系統或系統的維修史/現場經驗如何?部件是沿用先前水平的部件,子系統或系統還是與其相類似?

相對于先前水平的部件,子系統或系統還是與其相類似?部件是否與原有水平的部件有著根本的不同?

部件是否是全新的?

部件的用途是否有所變化?環境有何變化?針對該用途,是否采用了工程分析(如可靠性)來估評其預期限的可比較的發生率?是否采取了預防性控制措施?

應采用一致的發生分級規則,以保持連續性.發生度是FMEA範圍內的相對級別,它不一定反映實際出現的可能性.16.現行設計控制:是指已被或正在被同樣或類似的設計所采用的那些措施(如設計評審,失效與安全設計,數學研究,可行性評審,樣件試驗).小組應一直致力于設計控制的改進;要考慮兩種類型的設計控制:預防:防止失效的起因/機理或失效模式出現,或者降低其出現的機率.探測:在項目投產之前,通過分析方法或物理方法,探測出失效的起因/機理或者失效模式.如果可能,最好的途徑是先采用預防控制,假如預防控制被融入設計意圖并成為其一部份,它可能會影響最初的發生度定級.探測度的最初定級將以探測失效起因/機理或探測失效模式的設計控制為基礎.17.探測度(Detection):是與設計控制中所列的最佳探測控制相關聯的定級數,控測度是一個在某一FMEA範圍內的相對級別.為了獲得一個較低的定級,通常計劃的設計控制(如确認/驗證活動)必須予以改進.

18.風險順序數(RPN):是嚴重度(S)、發生度(O)、和探測度(D)的乘積即:

RPN=(S)×(O)

×(D)在單一FMEA範圍內,RPN的取值在1～1000之間,如果風險順序數很高(國際標準RPN＞60)時,設計人員必須采取糾正措施,努力改善至較小值;不管RPN數值如何,當嚴重度(S)高時,就應予特別注意.19.建議的措施:首先針對高嚴重度,高RPN值和小組指定的其它項目進行預防/糾正措施的工程評價.任何建議措施的意圖都是要依改上順序降低其風險級別:嚴重度,發生度和探測度.一般實踐中,不管其RPN值是多大,當嚴重度是9或10時,必須予以特別注意,以确保現行的設計控制或預防/糾正措施針對了這種風險.在所有的已确定潛在失效模式的後果可能會給最終用戶造成危害的情況下,都應考慮預防/糾正措施,以便通過消除,減弱或控制起因來避免失效模式的產生.

建議措施的主要目的是通過改進設計,降低風險,提高顧客滿意度.20.建議措施的責任:填入每一項建議措施的責任組織的名稱和個人的姓名以及目標完成日期.21.采取的措施:在措施實施之後,填入實際措施的簡要說明以及生效日期.22.措施的結果:在确定了預防糾正措施以後,估計并記錄嚴重度,發生度,探測度的結果.計算并記錄RPN的結果.如果沒有采取任何措施,將相關欄空白即可.明確糾正措施后計算的RPN結果,

若沒有采取措施,則空白即可.

所有修改了的定級數值應進行評審.如果認為有必要采取進一步措施的話,重復該項分析,焦點應永遠是持續改進.跟蹤措施負責設計的工程師應負責保證所有的建議措施已被實施或已妥善于落實.FMEA是一個動態文件,它不僅應體現最新的設計水平,而且還應體現最新相關措施,包括開始生產後所發生的措施;負責設計的工程師可采作用幾種方式來保證所關注的問題得到明确并且所建議的措施得到實施.這些方式包括但不限于以下內容:

保證設計要求得到實現.評審工程圖樣和規範.确認這些已反映在裝配/生產文件之中.評審過程FMEA和控制計劃.過程FMEA

過程FMEA是由負責製造/裝配的工程師/小組主要采用的一種分析技術.用以最大限度地保證各種潛在的失效模式及其相關的起因/機理已故得到充分的考慮和論述.FMEA以其最嚴密的方式總結了開發一個過程時小組的思想(其中包括根據以往的經驗可能會出錯的一些項目的分析).這種系統化的方法體現了一個工程師在任何製造策劃過程中正常經歷的思維過程,並使之規范化和文件化.過程FMEA的功效确定過程能力和要求;确定與產品和過程相關的潛在的失效模式;評價潛在失效對顧客產生的後果;确定潛在制造或裝配過程起因并确定要采取控制來降低失效產生頻度或失效條件探測度的過程變量;确定過程變量以此聚焦于過程控制;編制一個潛在失效模式的分級表,以便建立一個考慮預防/糾正措施的優選體系;記錄制造或裝配過程的結果;過程FMEA顧客的定義過程FMEA中“顧客”的定義,通常是指“最終使用者”.然而,顧客也可以是隨後或下游的制造或裝配工序,維修工序或政府法規.過程FMEA的開發負責過程的工程師掌握一些有益于過程FMEA準備工作的文件是有幫助的.FMEA從列出過程期望做什么和不期望做什麼的清單,即設計意圖開始.過程FMEA應從一般過程的流程圖開始.這個流程圖應明确與每一工序相關的產品/過程特性.如果有的話,相應的設計FMEA中所明确的一些產品影響後果應所括在內.用FMEA準備工作的流程圖復制件應伴隨著FMEA.FMEA表格關鍵名詞及說明1.FMEA編號:填入FMEA文件編號,以便查詢;2.項目:注明正在進行過程分析系統,子系統或部件的名稱和編號;3.過程責任:填入整車廠、部門和小組.如已知,還

應包括供方的名稱;4.編制者:填入負責編制FMEA的工程師的姓名,電話,E-MAIL和所有公司的名稱;5.車型年/項目:填入所分析的設計/過程將要應用和影響的車型年/項目(如已知的話);6.關鍵日期:填入初次FMEA應完成的時間,該日期不

應超過計劃的投入生產日期;7.FMEA日期:填入編製FMEA原始稿的日期及最新修訂的

日期;8.核心小組:列出有權确定/執行任務的責任部門的名稱和個人姓名(建議包括所有參加人員的姓名,部門,電

話,E-MAIL,地址等都應記錄在一張分發表上);9.過程功能/要求:填入被分析過程或工序的簡要說明.另外,建議記錄所分析的步驟的相關過程/工序編號.10.潛在失效模式:是指過程有可能不能滿足過程功能/要求欄中所描述的過程要求和設計意圖.它是對該特定工序上的不符合的描述.它可能是下一工序的某個潛要失效模式的一相關起因或者是前一工序的某個潛在失效模式的一個相關後果.

典型失效模式可能是但不局限于下列情況:彎曲、毛剌、孔錯位、斷裂、開孔太淺、漏開孔、轉運損壞、臟污、變形、開路、短路等.11.潛在失效後果:潛在失效後果是指失效模式對顧客產生的影響;要根據顧客可能發現或經歷的情況來描述失效的後果,要記往顧客既可能是內部的顧客也可能是最終用戶;如果失效模式可能影響安全性或對法規的符合性,要清楚地予以說明;

對于最終使用者來說,失效的後果應一律采用產品或系統的性能來描述:

噪音、粗糙、工作不正常、不能工作、外觀不良、異

味、不穩定、運行中斷、粗糙、不起作用、不符合法規等;

如果顧客是一道工序或後續工序,失效的後果應用過程/工序性能來描述:無法緊固、不能配合、無法鑽孔、不能連接、無法安裝、不匹配、無法加工表面、引起不裝過度磨損、損壞設備、危害操作者.12.嚴重度(Severity):是一給定失效模式最嚴重的影響後果的級別.嚴重度是單一的FMEA範圍內的相對定級結果.嚴重度數值的降低只有通過改變設計才能夠實現,嚴重度的評估分為1到10級;13.級別:可用于對那些可能需要附加的設計或過程控制的部件,子系統或系統的產品特殊特性的分級(如關鍵,主要,重要,重點);還可用于突出高優先度的失效模式,以便在小組認為有所幫助時或部門管理者要求時進行工程度評價;14.失效的潛在起因/機理:所謂失效的起因是指設計薄弱部分的跡象,其結果就是失效械式.

典型的失效起因可包括但不限于:規定的材料不正确,設計壽命設想不足,應力過大,潤滑能力不足,維護說明書不充分,算法不正确,維護說明書不當,軟件規範不當,表面精加工規範不當,行程規範不足,過熱,規定的公差不當;

典型的失效機理包括但不限于:屈服,化學氣化,疲勞,電移,材料不穩定性,蠕變,磨損,腐蝕;15.發生度(Occurrence):是指某一特定失效起因/機理在設計壽命出現的可能性.

描述發生度級別重在其含義而不是具體的數值;

通過設計變更或設計過程變更(如設計檢查表,設計評審,設計導則)來預防或控制失效模式的起因/機理是可能影響發生度降低的唯一途徑;

潛在失效起因/機理出現頻度的評估分為1到10級,在確定評估級別需考慮:

類似零件,子系統或系統的維修史/現場經驗如何?部件是沿用先前水平的部件,子系統或系統還是與其相類似?

相對于先前水平的部件,子系統或系統還是與其相類似?部件是否與原有水平的部件有著根本的不同?

部件是否是全新的?

部件的用途是否有所變化?環境有何變化?針對該用途,是否采用了工程分析(如可靠性)來估評其預期限的可比較的發生率?是否采取了預防性控制措施?

應采用一致的發生分級規則,以保持連續性.發生度是FMEA範圍內的相對級別,它不一定反映實際出現的可能性.16.現行設計控制:是指已被或正在被同樣或類似的設計所采用的那些措施(如設計評審,失效與安全設計,數學研究,可行性評審,樣件試驗).小組應一直致力于設計控制的改進;要考慮兩種類型的設計控制:預防:防止失效的起因/機理或失效模式出現,或者降低其出現的機率.探測:在項目投產之前,通過分析方法或物理方法,探測出失效的起因/機理或者失效模式.如果可能,最好的途徑是先采用預防控制,假如預防控制被融入設計意圖并成為其一部份,它可能會影響最初的發生度定級.探測度的最初定級將以探測失效起因/機理或探測失效模式的設計控制為基礎.17.探測度(Detection):是與設計控制中所列的最佳探測控制相關聯的定級數,控測度是一個在某一FMEA範圍內的相對級別.為了獲得一個較低的定級,通常計劃的設計控制(如确認/驗證活動)必須予以改進.

18.風險順序數(RPN):是嚴重度(S)、發生度

(O)、和探測度(D)的乘積即:

RPN=(S)×(O)

×(D)在單一FMEA範圍內,RPN的取值在1～1000之

間,如果風險順序數很高(國際標準RPN＞60)時,設計人員必須采取糾正措施,努力改善至較小值;

不管RPN數值如何,當嚴重度(S)高時,就應予特

別注意.19.建議的措施:首先針對高嚴重度,高RPN值和小組指定的其它項目進行預防/糾正措施的工程評價.任何建議措施的意圖都是要依改上順序降低其風險級別:嚴重度,發生度和探測度.一般實踐中,不管其RPN值是多大,當嚴重度是9或10時,必須予以特別注意,以确保現行的設計控制或預防/糾正措施針對了這種風險.在所有的已确定潛在失效模式的後果可能會給最終用戶造成危害的情況下,都應考慮預防/糾正措施,以便通過消除,減弱或控制起因來避免失效模式