潜在的失效模式及后果分析

1、潜在的失效模式及后果分析（fmea）讲座第一节 什么（what）是潜在的失效模式及后果分析？潜在的失效模式及后果分析是一门技术，它源于美国三大汽车公司的qs9000标准，英文是 potential failare mode and effects anaiysis:缩写为 fmea。它的是在产品 /工艺 /方案的设计/设想阶段，事先对设想（设计）的系统/零件/各工序进行分析，找出所有的潜在的失效模式，并分析它们可能出现的后果及其危害，从而事先采取措施，以提高产品质量/工序的可靠性。这是一种事先预测的系统行为。一、定义：fmea 1.发现评价产品/过程潜在的失效与可能后果.2 .找出能避免/减少

2、潜在失效发生的措施.3 .将上述文件化.二、fmea的特点是：1、是事先的行为，不是事后的行为（出事故以后的分析技术是 fta,即失效树分析）；2、fmea按分析对象分为设计 dfmea、过程（工艺）pfmea、系统sfmea、材料 mfmea 等。三、区别：编号区别f m e af t a1fr*事前行为事后行为2顺序自卜而上自上市卜3整零零件一系统系统一零件4方法分级估评打分失效树分析第二节 为什么（why）作潜在的失效模式和后果分析（fmea ） ?作fmea的七个理由：1、事先预防，低成本的修改完善；2、对不同的设计方案可以用科学的评价与优选；3、有助于可靠性和可制造性（可装配性）的设

3、计；4、为制定试制计划与开发项目提供信息；5、对失效模式排序，建立设计与开发的优选控制系统6、提供公开论坛，争取更多的方案和意见；7、为以后设计提供参考：第三节 由谁（who）来作潜在失效模式和后果分析（fmea ） ?有三种人作fmea :1、产品/过程（工艺）设计主管（工程师）与（工程师）小组制定；2、有专利设计权的由专利所有人来作；3、负责项目设计的工程师自己来与其他相关部门（装配、材料、制造、质量管理和服务等）共同作。这是一个多方小组（多专业小组）的共同努力的成果。第四节 什么时间 （when） 作 i 潜在失效模式和后果分析（ fmea ） ？有四种情况应作fmea ：1、 一个设计

4、概念形成之前或形成之中；2、 产品 /工艺开发阶段或设计开始发生变化要进行修改时；3、 产品 /工艺的图纸在形成发放之前；4、 随时间、地点、条件、人员、设备的变化而不时地审时度势地加以修改 fmea ，使 之能与时俱进，最好有一定的超前发展的性质。设计 dfmea 与过程 pfmea 之间既有分工、又有联系；对汽车配件工厂而言 pfmea 作的多一些。第五节作什么地（where）作潜在失效模式和后果分析（fmea ） ?1）从部门上分： 1 、主要是产品设计部门与工艺部门作 fmea 。2 、 其他部门， 如生产制造车间除非自己有设计与工艺方面的设计任务， 否 则可能不 fmea2）从过程上

5、分：从 iso/ts16949 ： 2002 标准中有下列 9 处必须作 fmea（ 但不限于）： . 6.2.1 评审输入 补充管理评审输入应包括实际的和潜在的外部失效及其对质量、安全或环境的影响分析 （fmeas 、包括了： qfmeas 、 ifmeas 、 efmeas） . 6.4.1 与实现产品质量相关的人员安全组织应强调产品安全性和方法，以最大程度地降低对员工造成的潜在风险特别是设计和开发过程，制造过程活动中 （dfmea 、 pfmeas） . 7.3.1.1 多方论证方法组织应采用多方论证方法进行产品实现的准备工作包括:潜在失效模式及分析 （fmeas） 的开发和评审，包括采

6、取降低潜在风险的措施。 .7.323特殊特性组织应确定特殊特性（见7.3.3.d讲且：对过程控制文件包括; ：图样、 fmeas 控制计划及作业指导书，用顾客的特殊特性符号组织的等效符号或说明来加以标识， 以包括结特殊特性有影响的那些过程步骤。 7.3.3.1 产品设计输出 补充产品设计输出应以能够对照产品设计输入要求进行验证和确认的方法来表示 ,产品设计输出应包括:设计 fmea 可靠性结果。73.3.2制造过程设计输出制造过程设计输出应以能够对照制造过程输入要求进行验证和确认的形式来表示，制造过程设计输出应包括:制造过程的 fmeas. 。 .7.5.1.1控制计划组织应在度生产和生产阶段

7、都考虑有设计fmea 和制造过程fmea 输出的控制计划。 .7.2.2.2组织制造可靠性组织应在合同评审过程中，对所涉及到的产品的可行性进行研究，确认并形 成文件，包括进行风险分析。 .7.3.4.1监视应对设计和开发特定阶段的测量加以规定，分析并对汇总结果进行报告作为 管理评审的输入。注：这些测量包括质量风险成本、提前期、关键路经及其他方面。第六节 怎样（how）作潜在失效模式和后果分析（fmea ）潜在失效模式和后果分析（fmea）分为：设计 dfmea、过程（工艺）pfmea、系统sfmea、材料 mfmea 。重点是设计 dfmea、工艺 pfmea 。以汽车减振板簧为例三板付k板板

8、簧主总成板簧图1 1汽车减振板簧示意付簧主板付簧二板付簧三板付簧k板图1 2汽车减振板簧系统图一、作逻辑图：说明项目或系统内部各部 分之间的关系，可以是系统图也可以是以 流程图；一般而言，产品设计中各部件之 间的关系用系统图表达较清楚，工艺流程 过程描述用流程图表达较为准确。逻辑图可以说明信息、能量、力、流体、功能的流程和各部分的相互关系、内在的关联 与因果关系。在作潜在失效模式和后果分析时，具有辅助作用。二、填写表头：包括fmea编号、系统、子系统、零件编号和名称、设计负责人、编制人、 车型、关键日期、fmea日期、小组名单和组长姓名等。三、潜在失效模式的确定：对每个项目或功能，列出每个潜在

9、失效模式；所用语言应该使用专业术语：如裂纹、变形、断裂、松动、泄漏、粘结、擦伤、划伤、磨损、断路、短路、氧化、腐蚀、开裂、系统故障和系统崩溃等。（尽量不用方言和自己才懂的士名词，利于交流）。四、潜在失效后果的确定：失效后果是对系统、子系统或部门、部件、零件、工艺和工序的影响；包括内部、外 部的顾客的感受、首先是安全和功能方面的失效与部分失效；上一级系统的失效对下一级系统或子系统的影响后果是什么；这是一种经验的判断（不是已经发生后才去测量发现的结果， 3是于事先预测与估计判断的结果）这是一种事先预防措施；是一种积极的主动的防范。发生的措施，而不是事故或不足已经发生，再去死后验尸、亡羊补牢的补救措

10、施。其 预防的好坏完全取决于历史经验的积累。和正确的判断与应用。典型的失效后果举例：噪声、工作不正常、不良外观、间隔故障、工作不稳定、失去功 能、异味、温度升高、性能衰退等。五、评价严重度s:对失效模式发生时可能出现的后果的严重程度进行评价；按标准分为110级。最严重的定为10分，影响最轻的即无影响的定1分；六、评价发生频度 o :对失效模芭发生的可能出现概率（可能性）进行评价；按标准分为110级。最严重的定为10分，影响最轻的即无影响的定 1分； 七、评价失效模式发生的不可测度性系数d:对失效模式可能发生的预测或预见的可测可知性进行评价；按标准分为110级。最严重的定为10分，影响最轻的即无

11、影响的定1分；八、计算风顺序数 rpn:风险顺序数rpnr计算公式；rpn = s o d用rpn表示fmea分析后对项目风险顺序的评价， 是可作与不可作的判断的依据； rpn 的范围在1 1000之间。1表不'最安全、最无风险；1000表不'风险最大、此事根本不能做。 一般规定rpn应小于100、最好在6481之间。因为s、o、d、三个数各取值为 5,其乘 积125,通俗的理解为 s、o、d三项的平均水平为成败各半；最后结局很可能是成功，也 可能不成功。若 s、o、d三项的平均水平都有 60% 70%的成功把握（即失败率各为30%40%）即都有一半以上的成功把握，最后结局成功

12、的可能性会大的多，此事才有去做的价 值。当然64以下当然更好，但是这种机会不多。硬要把 rpn数压到81 64以下，不是不 可以，但是要考虑成本；这样做的成本可能很高。所以一般规定小于100即可。当第一次评价s、o、d得出的rpn数小于100,认为方案可取可行；若大于100,则诊断为方案不可取也不可行，必须重新选择新方案， 再次评价这个新方案；直到选到评价的rpn值小于100以下的方案出现为止。这就是 fmea分析的要点和步骤。附录表1和表3给出设计dfmea和过程pfmea的s、o、d的取值参考建议。 九、fmea应用举例举例1 以单向阀的阀口加工为例，作过程的 pfmea分析。表91no力

13、杀工艺流程与特点简图优点缺点1a45 锥角、车加工 止表面粗糙度 3 3.2无热处理。 45#钢制造；r皿，加工简单、成本 低；可靠性差； 密封性差； 球与锥面接 触点易磨损； 寿命低；2b45 口锥角、磨加工 止表面粗糙度 / 0.8热处理硬度38 -42hrc。45#钢制造;加工较简单、成 本较低；可靠性较差； 密封性差；球 与锥面点接 触、较易磨 损；寿命较 低；3c园弧角、车加工后光 亮成型磨磨加工；正 表面粗糙度 0.8热 必理硬度 38 42hrc。45#钢制造;可靠性较图成 本较局；密封性 好球与锥面线 接触不易磨损； 寿命较局;加工较复杂； 不利于大批 量生产4d园弧角、车加工

14、后光亮成型磨加工； 止表面粗糙度 /。.8热处理硬度36 42hrc。粉末冶金制 造；“、，加，小复杂、成 本较低、可靠性 高；密封性很 好；球与锥面线 接触不易磨损； 寿命高；仍需要成型 后成型磨磨 加工，仅适合 于大批量生 产按汽车行业大批量生产的要求，可取的方案a、b、d三个方案；对此三方案进行 pfmea分析：表92方 案简 图严重程度发生频率不可测度drpn结 论失效模式及 严重度s发生频度o识别发现 可能性da型 7rz球一锥接触 磨损后，线接 触变成凹面 接触，接触面 变大；密封变 差，失去功能9硬度低，使用寿命 不长8性能变坏 时，有一 定的预 兆，但是， 并非人人 可测知。5

15、360不 可 取b_ua 东同上9有一定的硬度，使 用寿命明显好转5同上5225仍 不 可 取d球一锥接触 磨损后，线接 触变成小凹 面接触，接触 面变不大；密 封变/、很大7加工规范，成品率 局比锥球阀局出 一倍以上。2同上570可 取最后选择方案为：粉末冶金成型 车孔圆弧倒角 磨孔圆弧倒角落清洗入库。十、设计dfmea举例方 案简 图严重程度发生频率不可测度drpn结 论失效模式及严重度s发生频度o识别发现 可能性da71板一口为面接触， 密封本来就差。磨 损后，接触面交大； 密封变得更差，更 快的失去功能；难 加工，合格率低。8硬度低，使 用寿命不 长7性能变坏 时，有一 定的预 兆，但

16、是， 并非人人 可测知。5280不 可 取p111物*b127，f球一圆弧接触为线 接触，密封好。钢 球硬度，使用寿命 长6有一定的 硬度，使用 寿命明显 好转3同上590可 取31/i,表 103举例2单向阀为例说明从表达方式103可以看出：球阀不易破碎，片阀相比之下较易破碎；其s值相差2,从出现的机会看；球阀可以自动定位，密封性较好；片阀密封较差的可能有两点：片阀上下运动时轴线不变的条件下密封口处磨损后。密封性变坏；如果其轴线变动时密封口处磨损区与非磨损区的过渡区的密封性更差，所以o值相差4。在不可测量性方面，它们都是一样的。这种判断与小型单向阀的发展趋势是一致的：片阀在减小，球阀在增加。

17、图表10-1,图表102与图10-3分别表示a、b和c三种发动机低温冷起动装置设计方案:软管图102带延时开关的电动低温冷起动装置示意图（ b方案）图103手动式低温冷起动装置示意（c方案）这三种方案中 a方案是最常见的方案，c方案是最简单成本最低的方案，b方案是成本最高，结构最复杂的方案。b方案还可以按加强储液罐的压力来源分为电动加压或手动加压 两种类型（亚型）。这三种方案各有利弊：但是从失效模式及其后果分析的角度看，a方案最不可取，b方案最理想。详情见表 1047表104 a、b、c三种方案的 dfmea 分析方 案特点严重程度发生频率不可测度drpn结 论失效模式及严重度s发生 频度o识

18、别发现 可能性da结构简单，成本 低；储液罐容易 从市场上得到。1 .储液罐承压低，软管稍长 时起动液在喷嘴处难雾化；2 .次喷液量不定；过量时或雾化不良时都容 易引起爆缸。3 .由于雾化失效，也有停喷 不，作的，f#况发生.9较 高， 特别 是储 液罐 使用 期。7不易识别6372不 可 取b储液罐承压局, 软管长时仍可 保证雾化良好： 喷液量可通过 延时控制达到 定量控制。1.在爆缸口能性变小的同 时，因结构复杂，系统出错 停止工作的可能性增大；（停止工作的危害远远比 爆缸要小得多）5很低3同上690可 取c结构最简单成 本更低1 .储液罐承压低，软管稍长 时起动液在喷嘴处难雾化；2 .次

19、喷液量不定；过量时或雾化不良时都容 易引起爆缸。3 .由于雾化失效，也有停喷 不，作的，f#况发生.9最高8同上6432最 不 可 取注意事项：1、作流程图-信息、能量、力、流体、功能、项目之间关系。2、填表头：fmea编号；系统/子系统/部件/零件/名称编号/设计/工艺编号/ 车型/年型、关键、日期、fmea小组成员名单。3、项目名称及功能：4、fmea :裂纹、变形、松动、泄漏、挥发、老化、粘合、短路、氧化、断 裂、腐蚀、周边反应、辐射、意外冲击。5、fmea 后果。6、s重要度。7、fmea起因：选材不当、寿命估计不足、压力过大、保养不当、环保不足、 计算机操作错误、润滑不足。8、fme

20、a机理：疲劳、材料不对、蠕变、磨损、腐蚀、老化、挥发、周边 反应、辐射、意外冲击。10、现场设计控制：模拟、路试、评审、计算研究、试验、试品、可行性评审、样品试验、使用试验、破坏性试验、寿命试验。（.防减0、.查明原因和措施、.查模式）11、不易知测度d:、测fme机理原因。（设计最薄弱处）、后续fmea能力的评价指数上。（d表）12、不、rpn、s方引入特注意。13、降d设计确认、设计验证。14、降o、修改设计（试验设计、修改试验计划、修改计划、材料性能） 、（实施部门、完成日期）填入措施表。15、实施情况日期、明确纠正措施。重新设计 sod、并重新计算rpn。设计的失效模式和后果分析dfm

21、ea中严重度（s）、频度（o）和不可测量度（d）准则表第10页no严重度（s）频度（o）不可测量度（s）评价值后果评价标准：后果的严重程度失效发生的可能性可能发生失效率工程能力cpk可探测性评价准则：由设计控制时可测量的可能性s/o/d1无警告 的严重 后果无任何警告的情况下，发生很严重地影响到响 行车安全或不符合政府法律法规的失效模式很高，持续性 失效> 100 个/每 1000辆车或项目<0.33绝对不 可能探 测设计时绝不可能找出潜在的失效原因和模 式、根本无法进行设计控制102有警告 的严重 后果在有警告的情况下，发生很严重地影响到响行 车安全或不符合政府法律法规的失效模式

22、）50个/每1000辆车或项目>0.33有非常 极小可 能设计时有非常极小可能找出潜在的失效原 因和模式、有非常极小的可能进行设计控制93很高车辆（或系统）不能运行，丧失基本功能高，经常性失 效）20个/每1000辆车或项目>0.33极小设计时极小可能找出潜在的失效原因和模 式、极小可能进行设计控制84高车辆（或系统）能运行，但性能不降，顾客不 满意> 10个/每1000辆车或项目>0.33很少设计时很小可能找出潜在的失效原因和模 式、很小可能进行设计控制75中等车辆（或系统）能运行，但舒适性或方便性， 顾客感觉不舒服部件不能工作中等偶然性 失效>5个/每1000

23、辆车或项目>0.33少设计时有较小可能找出潜在的失效原因和 模式、有较小可能进行设计控制66低车辆（或系统）能运行，但舒适性或方便性项 目性能下降，顾客感觉不舒适>2个/每1000辆车或项目>0.33中等设计时有中等可能找出潜在的失效原因和 模式、有中等的可能进行设计控制57很低配合，外观或失响，咔嗒响等项目不符合要求， 大多数顾客发现不缺陷低，相对很少 发生的失效> 1个/每1000辆车或项目>0.33中上等设计时有中上等的确良可能找出潜在的失效原因和模式、有中上等可能进行设计控制48轻微配合，外观或尖响，咔嗒响等项目不符合要求， 有一半顾客发现有缺陷>0

24、.5 个/每 1000辆车或项目>0.33多设计时绝不可能找出潜在的失效原因和模 式、根本无法进行设计控制39很轻微配合，外观或尖响，咔嗒响等项目不符合要求 但很少顾客发现有缺陷极低，失效不 太可能发生>0.1 个/每 1000辆车或项目>0.33很多设计时有很多可能找出潜在的失效原因和 模式、有很多可能进行设计控制210无无影响>0.01 个/每 1000辆车或项目>0.33几乎肯 设计时几乎肯定可能找出潜在的失效原因 和模式、几乎肯定可以进行设计控制1附表2潜在失效模式及后果分析的工作顺序（十步骤顺序）举例设计dfmea的格式项目名称：xx微型单向阀过程责任部

25、门； xx单向阀fmea小组长fmea编号：xx/jc js 001车型： xxx 发动机关键日期： xxxx 年xx月xx日fmea日期：xxxx 年xx月xx日主要参加人：王 xx、李xx、刘xx、张xx、孙 xx修正：xxxx 年xx月xx日页码： 第x 页 共x 页要求部件功能潜在失 效模式潜在失效 后果严 重 度s级别潜在失效 起因肌理频 度 数o现行零件设计不 易 测 度d风险 顺序 数rpn建议措施责任者及完成 时间措施结果采取措施严 重 度s频 度 数o不易 测度d风险 顺序 数rpn壳体材质a3钢强度不够7变形8316815#钢39 42hrc李x组，x年x月x日渗碳淬火54

26、360热处理未进行026hrc柱塞材质45#钢硬度不够<26hrc8耐磨性不 够74224粉末冶金（密度>7.1kg/ cm3）王x组，x年x月x日更换材料37484热处理弹簧材质t9钢疲劳强度 不够8材料表面有微裂纹6普通弹簧5240用琴钢丝张x组，x年x月x日严格热处理，而 且表面抛丸处理455100热处理保持 架材质f9钢阀片/球一 弹簧脱落 失效8配合尺寸难以保证5靠保持架与柱塞 之间的摩擦力保 持单向阀正常工 作4320保持架下沿卡 进柱塞内园环 槽中孙x组，x年x月x日保持架外径比柱 塞内园环槽内径 大 1 1.5mm。54480热处理阀片/球材质t9/cr15片阀密封

27、性不 好，稍有易 碎的可能7片阀密封 带窄而固 定不耐磨6密封带宽在 0.150.35mm之间5210改用cr15球阀刘x组，x年x月x日密封口由锥形面 改园弧倒角面并 且要精抛光34560热处理附表3过程的失效模式和后果分析pfmea中严重度（s）、频度（o）和不可测量度（d）准则表no严重度（s）频度（o）不可测量度（s）评价值后果评价标准：后果的严重程度失效发生的可能性可能发生失效率工程能力cpk可探测性评价准则：由设计控制时可测量的可能性腺s/o/d1无警告的 严重后果无任何警告的情况下，发生严重影响，使整个工 艺流程几乎失效或不符合政府法律法规；极高，失效几乎 不可避免，需开 发额外过程才 解决失效问题；> 1/2(0.5)0.33绝对不可 能探测设计时绝不可能找出潜在的失效原因和模式、 根本无法进行设计控制102有警告的 严重后果在有警告的情况下，发生很严重影响，使整个工 艺流程几乎失效或不符合政府法律法规；1/3 (0.33)>0.33有非常极 小可能设计时有非常极小可能找出潜在的失效原因 和模式、有非常极小的可能发