DFMEA标准教材

1、 课程目的 掌握DFMEA的概念 和运用时机 发现、评价产品设计中 潜在的失效及其后果 找到能够避免或减少这 些潜在失效发生的措施 将上述过程总结形成文 件 DFMEA Design Potential Failure Model And Effect pDFMEA应用的主要行业 - 航空业 复杂的体系，产品和过程， 小批量生产 - 汽车业复杂的体系，产品和过程， 大批量生产 - 其它行业 pDFMEA发展简史 正式使用DFMEA技术是美国六十年代的 阿波罗登月计划。 1993年美国汽车工业行动集团组织编制年美国汽车工业行动集团组织编制 FMEA参考手册。参考手册。 2001年年7月发布月发布

2、FMEA第三版。第三版。 2008年发布第四版。年发布第四版。 能否预测人类第一次登月会出现 的后果以及提前采取对策。 DFMEA基本概念 DFMEA 避免晚期更改，避免晚期更改， 降低开发成本降低开发成本 多专业、跨部多专业、跨部 门合作门合作 及时性、动态、及时性、动态、 沟通沟通 企业经验的积累，企业经验的积累， 为后续工作提供为后续工作提供 宝贵参考宝贵参考 DFMEA介绍 减少减少 失效失效 风险风险 满足顾满足顾 客要求客要求 保持竞保持竞 争力争力 改进产改进产 品质量品质量 DFMEA “早知道早知道就不会就不会” 早知道早知道 会会造成舟曲泥石流就不会就不会滥砍滥伐 早知道早

3、知道 冬天狼没有吃的，会到村子里来，就不会就不会 让 阿猫自己在门口剥豆豆，被狼叼了去 早知道早知道 这只股票会跌，就不会就不会 让我损失35元 有些 早知道早知道 是必需的！有些 就不会就不会 是不允许发生的 有效运用 DFMEA 可减少事后追悔 DFMEA介绍 DFMEA介绍 及时性是成功实施DFMEA的最重要因素之一。 它是“事前的预防”而不是“事后的追悔”。 事先花时间进行DFMEA分析，能够容易且低成本地对产品 设计或制程进行修改，从而减轻事后修改的危机。 DFMEA能够减少或消除因修改而带来更大损失的机会，它 是一个相互作用的过程，永无止境的改善活动。 DFMEA介绍 DFMEA中

4、的失效形式 1、实体破坏 硬式失效 2、操作功能终止 3、功能退化 软式失效 4、功能不稳定 24项物品机能因老化、退化或不稳定而不能 满足原设定的要求标准，因而失效现象及研判 准则必须量化。 DFMEA实施 团队方法：DFMEA是由一个多方论证（跨职能）的小组来开发 和维护的。小组通常由负责设计的工程师领导由负责设计的工程师领导。 q设计及制造等相关工作人员 q团队要求 - 经验/过去问题处理积累的知识，转变为公司的无形资产； - 有效的团队管理； - 对所有活动的结果文件化； q多方参与应用DFMEA，有助于理清产品和过程分析、评审的 思路 失效的定义 失效 在在规定规定条件下条件下, ,

5、 ( (环境、操作、环境、操作、 时间时间) )不能完成不能完成 既定功能。既定功能。 在在规定条件规定条件下下, , 产品参数值不能产品参数值不能 维持在维持在规规定的上定的上 下限之间下限之间 产品在工作范产品在工作范 围內围內, , 导致零导致零 部件的破裂、部件的破裂、 断裂、卡死、断裂、卡死、 损坏现象损坏现象 在规定条件在规定条件 下，法律法下，法律法 规的符合性规的符合性 FMEA启动条件 FMEA FMEA实施说明 DFMEA介绍-APQP过程图 策划策划 产品设计和开发产品设计和开发 过程设计和开发过程设计和开发 产品与过程确认产品与过程确认 生产生产 概念提 出和批 准 项

6、目批准样件试生产 投产 计划和确定计划和确定 项目项目 产品设计和产品设计和 开发验证开发验证 过程设计和过程设计和 开发验证开发验证 产品和过程确认产品和过程确认 DFMEA PFMEA 反馈、评定和反馈、评定和 纠正措施纠正措施 FMEA的作用 阶阶 段段 1、设计阶段 2、开发阶段 3、生产阶段 4、客户服务/抱怨阶段 作作 用用 1、发掘所有可能的失效模式 2、根据现有的技术进行设计变更 3、必要时，采用可靠性高的零部件 1、明确把握失效原因，并实施适当改善 2、零件安全范围的确定 3、寿命、性能、强度等 1、利用工艺设计，改善过程上的弱点 2、利用DFMEA的过程制定必要防错措施 1

7、、不同环境产生的失效，用DFMEA克服 2、不同使用法产生的失效，用DFMEA克服 利用表格方式协助工程师进行工程分析，使其在工程设计早期发 现潜在缺陷及其影响程度，及早谋求解决之道，以避免失效发生 或降低其发生时产生的影响。 失效模式分析（Failure Mode analysis) 由下而上分析，即由零、组件至系统，确定在系统内不同结构 层或功能层次的失效模式。 失效效应分析（Failure effect analysis) 对每一个失效模式，确定其失效对其上一层级及最终系统的失 效影响，了解其部件界面失效的关联性，作为改进的依据。 关键性分析(Critical analysis) 对每一

8、个失效模式，依其严重等级和发生概率综合评估并予以 分类，以便确定预防或改正措施的内容和优先顺序。 FMEA内容内容 FMEA介绍-总原则 总原则：对总原则：对“失效的结果失效的结果”分析，应能量化失效模式没有纠正分析，应能量化失效模式没有纠正 导致的风险导致的风险 设计零件功能设计零件功能 潜在失效模式潜在失效模式 失效的后果失效的后果 失效的原因失效的原因 现有设计控制现有设计控制 确定严重确定严重 度度 确定频确定频 度度 确定不确定不 易探测易探测 度度 探测度探测度 FMEA的顺序 过程 功能 要求 潜在 失效 模式 潜在 失效 的后 果 严 重 度 数 S 级 别 潜在 失效 的 起

9、因/ 机理 频 度 数 现行设 计控制 不 易 探 测 度 数 D 风 险 顺 序 数 R P N 建议 措施 责任 和目 标完 成日 期 措施结果 预 防 探 测 采取的 措施 严 重 度 数 频 度 数 不 易 探 测 度 数 R. P N 功能 、特 征或 要求 会有什么问题 无功能 部分功能 功能过强 功能降级 功能间歇 非预期功能 有多 糟糕 起因 是什 么 后果 是什 么 发生 频率 如何 怎样 预防 和探 测该方法在 探测时有 多好 能做些什么 设计更改 过程更改 特殊控制 采用新程序 或指南的更 改 跟踪 评审 确认 控制计划 设计潜在的失效模式及后果分析 Design of

10、Failure Model And Effect 设计FMEA（DFMEA） DFMEA简介 由由“设计主管工程师多设计主管工程师多 方论证小组方论证小组”制定制定 在最在最大大范围內保证已充份范围內保证已充份 的考虑到潜在失效模式及的考虑到潜在失效模式及 与其相关的后果起因机与其相关的后果起因机 理理，并指明并指明采取的控制采取的控制 以其最严密的形式总结了设以其最严密的形式总结了设 计一个零部件、子系统或系计一个零部件、子系统或系 统时，工程师小组的设计统时，工程师小组的设计 思想思想 开始于一个设计概念最终开始于一个设计概念最终 形成之时或之前。形成之时或之前。 Who How What

11、When DFMEA范围 新产品设计阶段 设计更改阶段 产品使用环境变化时 DFMEA信息相互关系流程 功能框图功能框图 DFMEA 设计验证计划和设计验证计划和 报告、报告、PFMEA等等 DFMEA的目的 A.为客观评价设计、包括功能要求及设计方案提供帮助； B.减少风险和损失，提高产品可靠性； C.有助于对设计要求和不同的设计方案给予客观真实的评价； D.有助于可制造性和装配性的早期考虑，实施同步工程技术； E.为制定试验计划、质量控制计划提供根据； F.发挥集体的经验、智慧； G.经验积累； H.提供改进设计的优先控制依据，引导资源分配； DFMEA团队的努力 在最初的DFMEA 中，

12、负责负责设计设计的工程师能的工程师能够够直接地主动地直接地主动地 联系所有联系所有部门部门（设计、制造、装配、售后服务、质量、（设计、制造、装配、售后服务、质量、 可靠性等方面）可靠性等方面）的代表的代表。 DFMEA应成为促进不同部门之间充分交换意见的，从 而提高整个集体的工作水平。 在设计概念最终形成开始。 在产品开发各阶段中，当设计 时，应及时修改。 最终在产品加工图样全部结束。 动态的DFMEA DFMEA要求： 要保证和能够实现设计意图。 例如： 必要的拔模（斜度） 要求的表面处理 装配空间/工具可接近 要求的钢材强度 过程能力/性能 DFMEA的拓展 DFMEA的拓展 B. 要考虑

13、产品（服务）及产品的技 术/身体的限制。 便利的维修工具 简便的诊断方法 材料的分类符号（用于回收） DFMEA的拓展 C. 要为顾客着想，产品使用的方便性、经济性。 操作简单、易上手； 购买方便、便宜。 D. 为社会的贡献 资源的节约 资源的可获取性 环境的保护性 功能框（边界）图 一般由代表产品的主要零部件的框和连接框的线组成， 这些线反映产品零部件间如何关联或接口。 DFMEA应从大到小按系统、子系统、部件方块图逻辑顺 序展开。 框图可标示出零件和产品之间的逻辑关系。 框图根据产品、方法等不拘格式。 可指明设计范围内的零部件和子系统的相互作用，包括 信息、能量（热）、力或流体的流。 框图

14、说明了分析中包括的各项目之间的主要关系，并建 立了分析逻辑顺序。 注意！ 1.关注零件的空间关系，避免干涉； 2.用于DFMEA开发工作的框图应随DFMEA文件一起保存。 功能框图示例 零部件研发室：李晗 系统、子系统和零部件框图。 灯罩 A 开/关 C 灯泡总成 D 极板 E 电池 B 弹簧 F 2 4 3 1 55 系统名称：闪光灯系统名称：闪光灯 工作环境极限条件工作环境极限条件 温度：温度：-20160F 耐腐蚀性：规范耐腐蚀性：规范B 冲击：冲击：6英尺下落英尺下落 外部物质：灰尘外部物质：灰尘 湿度：湿度：0100RH 连接方法：连接方法： 1.不连接（滑动）不连接（滑动） 2.铆

15、接铆接 3.螺纹连接螺纹连接 4.卡扣连接卡扣连接 5.压紧连接压紧连接 不属于 此 DFMEA 常用的一种DFMEA结构 2021年8月1日 31 DFMEA实施的路径 u列出所有功能列出所有功能（“如果项目或接口里有多个含有潜在失如果项目或接口里有多个含有潜在失 效模式的功能，则强烈建议将每个功能及其相应的失效模式分开效模式的功能，则强烈建议将每个功能及其相应的失效模式分开 列出列出”） u确定每一功能的失效可能性确定每一功能的失效可能性 u列出每一失效模式的一系列结果列出每一失效模式的一系列结果 u对每一结果的严重性进行评价对每一结果的严重性进行评价 u对高风险项目定义推荐措施对高风险项

16、目定义推荐措施 列出所有功能列出所有功能 希望、不希望 顾客的期望 （QFD） 车辆要求的文件 产品的制造/装配 /服务/回收要求 期望特性的定义越期望特性的定义越 明确，就越容易识明确，就越容易识 别潜在的失效模式别潜在的失效模式 确定功能的方法 以下罗列可以帮助小组确定DFMEA 的范围： 功能模式 方块图 界面图 过程流程图 关系矩阵图 示意图 材料清单 项目/功能 列出被分析项目的名称和其他相关信息（如编号、 零件级别、设计水平） 简洁的文字说明满足设计意图的功能，包括运行 环境（温度、压力、湿度、寿命等），度量/测量 变量 如项目有多种功能，则分别列出失效模式 潜在失效模式 （指零件

17、、子系统、系统可能潜在地不能满足或者实现项目栏里描述的（指零件、子系统、系统可能潜在地不能满足或者实现项目栏里描述的 预期功能的状态）预期功能的状态） 列出所有失效，不一定肯定发生，因此列出所有失效，不一定肯定发生，因此 “潜在潜在”； 在特殊情况下的失效应予以考虑（营销战略、产品定位）；在特殊情况下的失效应予以考虑（营销战略、产品定位）； 潜在失效模式也可能是上级子系统或系统的潜在失效模式的潜在失效模式也可能是上级子系统或系统的潜在失效模式的 原因，或者是一个下级零部件的失效模式导致的结果；原因，或者是一个下级零部件的失效模式导致的结果； 应当考虑特定条件（热、冷、干燥、灰尘环境等），特定状

18、应当考虑特定条件（热、冷、干燥、灰尘环境等），特定状 态（超过平均里程、不平路段、仅在市内行驶等）；态（超过平均里程、不平路段、仅在市内行驶等）； 失效模式用规范化的技术术语，不必描述成顾客能够注意到失效模式用规范化的技术术语，不必描述成顾客能够注意到 的现行；的现行； 利用经验和头脑风暴。利用经验和头脑风暴。 失效模式举例-盘式制动系统 1、活塞piston 2、固定钳fixed caliper 3、制动液压油hydraulic pressure 4、制动蹄片（摩擦块）brake pad 5、制动盘brake disc 失效模式举例-盘式制动系统 项目功能要求失效模式 盘式刹车系统按要求停止

19、车辆行驶 （考虑环境情况如 湿度、干燥等） 在干燥的 沥青公路上， 用规定的力量在规定的距 离内停止车辆行驶。 车辆不能停止。 车辆在超过规定的距离外停止。 车辆在超过双倍的制动力下停止。 允许未受制动的车辆在没 有系统要求下继续行 驶。 没有行驶要求下活动；或汽车行驶 部分受阻。 没有行驶需要下活动； 汽车不能行 驶。 刹车转轴允许传动力从刹车片到 轮轴。 必须递送规定转矩抗力到 轮轴。 未能有效递送转矩抗力。 第四版的一种推荐形式 2021年8月1日 39 潜在的失效后果 失效的潜在后果应按顾客所察觉的功能的失效模式的后果 进行规定，就如同顾客感受的一样。 后果应根据指定的所分析的系统、子

20、系统或部件来阐述。 部件、子系统和系统级别之间存在的等级关系。 查阅历史或类似的DFMEA报告、保修信息、质量信息、市 场抱怨等，或其他公司类似的例子，如质量召回信息、事 故新闻等。 潜在的失效后果举例-盘式制动系统 严重度（Severity） 严重度是潜在失效模式对顾客影响（后果）的严重 程度的评价。（接受、规避、转移、降低）（接受、规避、转移、降低） 严重度仅针对“后果”。 一般地，只有设计变更才能改变严重度。 严重度建立了失效模式与风险等级之间的联系。 对一个失效模式，如果有多种后果，对影响最大的进行 打分。 严重度分1-10级，9、10级（不满足法律法规要求的情形，（不满足法律法规要求

21、的情形， 导致人身伤亡的情形等）导致人身伤亡的情形等）的评分情况要重点关注。1级不 用进一步分析。 对超出小组成员经和知识的评级，（如顾客组装或最终 用户改装等），应向其设计DFMEA人员、设计工程师或 顾客咨询。 如果是内部顾客，小组应听取下游作业人员的意见。 严重度（严重度（S） 后果评定准则：后果的严重度严重度 无警告的 严重危害 这是一种非常严重的失效形式，它是在没有任何失效预兆的情况下影响到行车安全 或不符合政府的法规 10 有警告的 严重危害 这是一种非常严重的失效形式，是在具有失效预兆的前提下所发生的，影响到行车 安全和/或不符合政府的法规 9 很高车辆/项目不能运行，基本功能丧

22、失8 高车辆/项目可运行，基本功能降低，顾客非常不满意7 中等车辆/项目可运行，次要功能丧失，但舒适性/方便性项目不能运行，顾客不满意6 低 车辆/项目可运行，次要功能降低，但舒适性/方便性项目的性能下降，顾客有些不 满意 5 很低 配合和外观/尖响和卡嗒响等项目不舒服。大多数顾客（75%以上）能感觉到有缺 陷 4 轻微配合和外观/尖响和卡嗒响等项目不舒服。50%的顾客能感觉到有缺陷3 很轻微 配合和外观/尖响和卡嗒响等项目不舒服。有辨识能力的顾客（25%以下）能感觉 到有缺陷 2 无无可辨别的后果1 潜在起因/机理 起因起因 机理机理 规定材料不正确 设计寿命设想不足 应力过大 润滑能力不足

23、 维护说明书不充分 算法不正确 表面精加工规范不当 形成规范不足 规定的摩擦材料不当 过热 公差不当 屈服 化学氧化 疲劳 电移 材料不稳定 蠕变 磨损 腐蚀 潜在起因/机理 头脑风暴法 尽可能对每一失效模式清楚完整的列出每一种 潜在的失效机理（分栏填写。为了不产生歧义， 这一点非常重要）； 对系统来说，零部件的失效机理传导导致的系 统失效； 同一失效机理可以引起几种互相关联的失效模 式。也就是说，几种不同的失效模式可能是一 种原因引起的。 潜在起因/机理 DFMEA有二个假设前提： 失效模式是由设计缺陷造成，和装配 没有关系； 制造/装配错误是由设计缺陷而起，即 设计缺陷可造成组装过程的错误

24、，如 没有在恰当时候采用放错设计。 潜在起因/机理 假设一（设计缺陷）出现时 什么原因导致的这种失效？ 在什么情况下零件的功能失常？ 为什么可能会造成零件与工程规范的偏差？ 假设二（设计缺陷导致装配缺陷）出现时 工程规范对功能重要吗？ 会装配颠倒吗？ 工程规范和公差是否与制造、装配相适应？ 潜在原因的分析应注意潜在原因的分析应注意 对特定的失效原因要使用简洁明了的描述， 如“没有提出密封要求” 、“设计选择材 料强度不够” 等。不能使用“设计薄弱” ， “不恰当的设计等” ； 尽可能将每个失效模式/失效机理的每个潜 在原因简洁、完整的列出，进而采取不同 的衡量、控制、纠正措施。 具体问 题具体

25、 分析 关注经 验的传 承 确实起 到控制 产品质 量的作 用 失效起因/机理举例 频度 是指设计的寿命中某一特定失效起因/机理 发生的可能性。 发生可能性的等级评估代表的是相对意义，而 不是绝对的值。 通过设计更改或设计过程控制可预防或控制失 效起因或机理，以有效降低频度。 注意！频度（O） 确定频度时，应考虑 类似产品运行不良记录? 零部件是否为延用其他零部件、子系统或系统？还是 和其类似？ 项目与先前版本项目做了多大程度的变更？ 是否全新开发，完全不同于先前版本项目？ 用途有无变化？ 如果是，做了工程分析（如可靠性）来估计其预期频度吗？ 应用环境是否变化？ 如果是，做了工程分析（如可靠性

26、）来估计其预期频度吗？ 是否加入了预防控制？ 频度（O） 失效发生可能性可能的失效率频度 很高：持续性失效 100个，每个1000辆车/项目10 50个，每个1000辆车/项目9 高：经常性失效 20个，每个1000辆车/项目8 10个，每个1000辆车/项目7 中等：偶然性失效 5个，每个1000辆车/项目6 2个，每个1000辆车/项目5 1个，每个1000辆车/项目4 低：相对很少发生的失效 0.5个，每个1000辆车/项目3 0.1个，每个1000辆车/项目2 极低：失效不太可能发生0.010个，每个1000辆车/项目1 现行设计控制 现行设计控制 指已经或已具备的用于确保设计功能和可

27、靠性要求足够而执行的活动。 活动分两类：预防和探测： 预防： 消除（预防）失效的机理的要因或失效模式的发生，或降低发生率。 探测： 在项目放行到生产前，通过解析方法或物理方法，查出失效或失效模式的起 因/机理。 如果可行，更建议使用预防控制方法。让预防控制方法作 为设计意图的一部分，因为其将影响到最初的频度。 探测控制应象探测要因一样包括识别探测失效模式的那些活 动。 建议：DFMEA小组应考虑分析、试验、评价和其他活动以确 保设计充分。 现行设计控制 设计控制包括：设计控制包括：类比设计、设计评审、数学验算、计算机模拟程序、设计确认、类比设计、设计评审、数学验算、计算机模拟程序、设计确认、

28、采用的设计标准采用的设计标准和和道路试验、失效道路试验、失效/安全试验、台架安全试验、台架/实验室试验、可靠性实验室试验、可靠性/耐久性耐久性 试验、样件试验、破坏性试验、材料试验、车队试验等。试验、样件试验、破坏性试验、材料试验、车队试验等。 预防的控制方法 基准研究。 自动防故障装置设计。 设计和材料标准（内部的和外部的）。 文件-类似设计中最好实践的记录、以往的教 训等。 模拟研究-确定设计要求的概念分析。 防错。 现行设计控制 探测的控制方法 设计评审。 原型试验。 验证试验。 模拟研究-设计验证。 设计试验，包括可靠性试验。 使用类似零部件的模型。 现行设计控制 确定设计控制方法 列

29、出所有历史上曾经用过的设计评估技术、审 查历史测试报告、产品验证报告等。 确定并列出所有可用于失效模式的技术，从最 严重的失效模式开始。 同时考虑失效模式的起因失效模式的起因和失效模式失效模式。 目的是根除原因，或降低发生的频率。 潜在的设计缺陷，需要在设计验证过程中进行 测试。 现行设计控制举例 探测度 指零部件、子系统或系统量产前，用现行 的设计控制方法来探测（测量）潜在的失 效起因/机理（设计薄弱环节）能力的评价 指标。 现有设计控制探测度的建议方法是假设失效已经发生， 然后评价现有设计控制探测失效模式的能力。 探测度是在单独的DFMEA 范围内相对的排序。 为了达成更低的排序，必须改善

30、设计控制（如：设计 评审、确认、和/或验证活动）。 探测度（D） 探测度准则：设计控制可能探测出来的可能性 探测度 定级 绝对不肯定 设计控制将不能和/或不可能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式，或 根本没有设计控制 10 很极少设计控制只有很极少的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式9 极少设计控制只有极少的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式8 很少设计控制有很少的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式7 少设计控制有较少的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式6 中等设计控制有中等的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式5 中上设计控制有中上多的机会能找出潜在的

31、起因/机理及后续的失效模式4 多设计控制有较多的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式3 很多设计控制有很多的机会能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式2 几乎肯定设计控制几乎肯定能找出潜在的起因/机理及后续的失效模式1 风险顺序数（RPN） 公式： RPN=S*O*D 目的是对失效模式风险进行排序。 在单独的DFMEA 范围内，1 RPN 1000。 通常，S 9时，无论RPN为多少，应特别关注， 以确保制定有设计控制或预防纠正措施。另外， 只有设计修改才能降低严重度等级。 不建议设立RPN的门槛去决定是否采取行动。 风险顺序数（RPN） RPN举例： 以下哪种风险应优先采 取措施？ 项目 严重度（S）频度（O）探测度（D）RPN A744112 B92590 建议的措施 建议措施 以“预防”为主，兼顾用“探测”的方法。 工作的顺序是降低S-O-D; 对某个