DFMEA标准教材PPT课件(PPT 77页)

1、设计潜在失效模式及后果分析DFMEA第1页，共77页。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第2页，共77页。DFMEA Design Potential Failure Model And Effect Analysis DFMEA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 - 其它行业第3页，共77页。DFMEA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FMEA参考手册

2、。2001年7月发布FMEA第三版。2008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。第4页，共77页。DFMEA基本概念DFMEA避免晚期更改，降低开发成本多专业、跨部门合作及时性、动态、沟通企业经验的积累，为后续工作提供宝贵参考第5页，共77页。DFMEA介绍减少失效风险满足顾客要求保持竞争力改进产品质量DFMEA第6页，共77页。 “早知道就不会”早知道 会造成舟曲泥石流就不会滥砍滥伐早知道 冬天狼没有吃的，会到村子里来，就不会 让阿猫自己在门口剥豆豆，被狼叼了去早知道 这只股票会跌，就不会 让我损失35元有些 早知道 是必需的！有些 就不会 是不允许发生的有效运

3、用 DFMEA 可减少事后追悔DFMEA介绍第7页，共77页。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。第8页，共77页。DFMEA介绍 DFMEA中的失效形式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。第9页，共77页。DF

4、MEA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。设计及制造等相关工作人员团队要求 - 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；多方参与应用DFMEA，有助于理清产品和过程分析、评审的思路第10页，共77页。失效的定义失效在规定条件下, (环境、操作、时间)不能完成既定功能。在规定条件下, 产品参数值不能维持在规定的上下限之间产品在工作范围內, 导致零部件的破裂、断裂、卡死、损坏现象在规定条件下，法律法规的符合性第11页，共77页。FMEA启动条件新设计、新技术对现有设

5、计或过程的修改将现有的设计或过程用于新的环境、场所FMEA第12页，共77页。FMEA实施说明DFMEA介绍-APQP过程图 策划 产品设计和开发 过程设计和开发 产品与过程确认生产概念提出和批准项目批准样件试生产投产计划和确定项目产品设计和开发验证过程设计和开发验证产品和过程确认DFMEAPFMEA反馈、评定和纠正措施第13页，共77页。FMEA的作用阶 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 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、

6、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、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克服第14页，共77页。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

7、，作为改进的依据。关键性分析(Critical analysis) 对每一个失效模式，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内容第15页，共77页。FMEA介绍-总原则总原则：对“失效的结果”分析，应能量化失效模式没有纠正导致的风险设计零件功能潜在失效模式失效的后果失效的原因现有设计控制确定严重度确定频度确定不易探测度探测度第16页，共77页。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 别潜在失效的起因/机理频 度 数现行设计控制不易探测度数D风险顺序数RPN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

8、度数不易探测度数R.PN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第17页，共77页。设计潜在的失效模式及后果分析Design of Failure Model And Effect Analysis 设计FMEA（DFMEA）第18页，共77页。DFMEA简介由“设计主管工程师多方论证小组”制定在最大范围內保证已充份的考虑到潜在失效模式及与其相关的后果起因机理，并指明采取的控制以其最严密的形式总结了设计一个零

9、部件、子系统或系统时，工程师小组的设计思想开始于一个设计概念最终形成之时或之前。WhoHowWhatWhen第19页，共77页。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第20页，共77页。DFMEA信息相互关系流程功能框图DFMEA设计验证计划和报告、PFMEA等第21页，共77页。DFMEA的目的为客观评价设计、包括功能要求及设计方案提供帮助；减少风险和损失，提高产品可靠性；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；有助于可制造性和装配性的早期考虑，实施同步工程技术；为制定试验计划、质量控制计划提供根据；发挥集体的经验、智慧；经验积累；提供改进设计的优先控制依据，

10、引导资源分配；第22页，共77页。DFMEA团队的努力在最初的DFMEA 中，负责设计的工程师能够直接地主动地联系所有相关部门（设计、制造、装配、售后服务、质量、可靠性等方面）的代表。 DFMEA应成为促进不同部门之间充分交换意见的催化剂，从而提高整个集体的工作水平。第23页，共77页。在设计概念最终形成之时或之前开始。在产品开发各阶段中，当设计有变化或得到其他信息时，应及时修改。最终在产品加工图样完成（定型）时全部结束。动态的DFMEA第24页，共77页。DFMEA要求：要保证制造和装配能够实现设计意图。 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

11、DFMEA的拓展第25页，共77页。DFMEA的拓展要考虑产品维护（服务）及产品回收的技术/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）第26页，共77页。DFMEA的拓展要为顾客着想，产品使用的方便性、经济性。操作简单、易上手；购买方便、便宜。为社会的贡献资源的节约资源的可获取性环境的保护性第27页，共77页。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

12、相互作用，包括信息、能量（热）、力或流体的流。框图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。第28页，共77页。功能框图示例零部件研发室：李晗第29页，共77页。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F243155系统名称：闪光灯工作环境极限条件温度：-20160F耐腐蚀性：规范B冲击：6英尺下落外部物质：灰尘湿度：0100RH连接方法： 1.不连接（滑动）2.铆接3.螺纹连接4.卡扣连接5.压紧连接不属于此DFMEA第30页，共77页。常用的一种

13、DFMEA结构2022年7月20日31第31页，共77页。DFMEA实施的路径列出所有功能（“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列出”）确定每一功能的失效可能性列出每一失效模式的一系列结果对每一结果的严重性进行评价对高风险项目定义推荐措施第32页，共77页。列出所有功能期望特性的定义越明确，就越容易识别潜在的失效模式第33页，共77页。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 材料清单第34页，共77页。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

14、、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第35页，共77页。潜在失效模式（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）列出所有失效，不一定肯定发生，因此 “潜在”；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的现

15、行；利用经验和头脑风暴。第36页，共77页。失效模式举例-盘式制动系统1、活塞piston2、固定钳fixed caliper3、制动液压油hydraulic pressure4、制动蹄片（摩擦块）brake pad5、制动盘brake disc第37页，共77页。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

16、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38页，共77页。THANK YOUSUCCESS2022/7/2039可编辑第39页，共77页。第四版的一种推荐形式2022年7月20日40第40页，共77页。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。第41页，共77页。潜在

17、的失效后果举例-盘式制动系统第42页，共77页。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）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，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。第43页，共

18、77页。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

19、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第44页，共77页。潜在起因/机理起因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 腐蚀第45页，共77页。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

20、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。第46页，共77页。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，如没有在恰当时候采用放错设计。第47页，共77页。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？第48页，共77页。潜在原因的分析应注意对特定

21、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。具体问题具体分析关注经验的传承确实起到控制产品质量的作用第49页，共77页。失效起因/机理举例第50页，共77页。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。第51页，共77页。注意！频度（O）确定频度时，应考虑类似产品运行不良记录

22、?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）来估计其预期频度吗？是否加入了预防控制？第52页，共77页。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1050个，每个1000辆车/项目9高：经常性失效20个，每个1000辆车/项目810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62个，每个1000辆车/项目51个，每个1

23、000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30.1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第53页，共77页。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

24、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。第54页，共77页。现行设计控制设计控制包括：类比设计、设计评审、数学验算、计算机模拟程序、设计确认、采用的设计标准和道路试验、失效/安全试验、台架/实验室试验、可靠性/耐久性试验、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。第55页，共77页。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。

25、第56页，共77页。现行设计控制确定设计控制方法列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和失效模式。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。第57页，共77页。现行设计控制举例第58页，共77页。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

26、排序。为了达成更低的排序，必须改善设计控制（如：设计评审、确认、和/或验证活动）。第59页，共77页。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

27、中上多的机会能找出潜在的起因/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第60页，共77页。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。第61页，共77页。风险顺序数（RPN）RPN举例：

28、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）RPNA744112B92590第62页，共77页。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;对某个具体原因没有建议措施，在对应栏内注明“无”第63页，共77页。建议措施降低严重度(S)只有设计变更一种方法；降低频度(O)通过设计更改可消除一个或多个失效模式的起因/机理时，才可降低频度（O）。为消除失效模式的防错设计；修改设计以降低应力或替代薄弱（高失效可能性）零部件。增大设计余量；修改材料规范；将采取的措施明确的表达出来，为后来者提供经验。降低探测度（D）防错增加设计验证、确认修改试验计划实验设计（DOE）第64页，共7