失效模式与效应分析课件

失效模式與效應分析(FMEA)講師:劉海波DELTAPOWERENG＊.FMEA定義:失效模式與效應分析(FailureMode&EffectAnalysis,FMEA)是一種系統化之工程設計輔助工具,協助工程師進行新產品,新技術開發,工程分析,使其中工程設計時早期發現潛在缺陷及其影響程度,及早謀求解決之道,避免失效之發生或降低其發生時產生之影響,提高系統之可靠度.在e-商業的作業需求下,無論是ISO品質系統,美國汽車界的系統與製程要求(QS9000),都有FMEA的規定,因此了解與推動失效分析技術,是業界進軍國際市場必備的條件之一.＊.根據美國汽車工業小組的調查報告(客戶滿意的品質杠桿研究)指出,在產品推出到市場的過程中,愈早投入品質預防的努力,愈能令客戶滿意,品質回收的利益亦愈大.產品設計開發階段100製程開發階段10生產組裝階段銷售階段售後服務階段1/2客訴處理階段1/20＊.FMEA的發展沿革FMEA是評估設計可靠度之一種方法.在1950年由美國之GRUMMAN公司針對新型噴射戰門機時,為了評估飛機操作系統某一元件之失效分析所采用之解析方法.1957年BOEING飛機公司與MARTIN公司正式將FMEA列入工程指導手冊.在同時期,美國NASA與軍方也開始應用FMEA技術,並于1974年訂定MIL-STD-1629FMEA應用程序.1993年,美國汽車工業為連貫設計,開發和製造的程序,整合各汽車公司FMEA應用程序,三大汽車公司委托ASQC整合SAE-J-1739(潛在失效模式與效應分析參考手冊).＊.FMEA的要點導入FMEA的要點為(事前)改善措施而不是(事後)矯正行動,在產品設計及製程規劃時成功地應用FMEA可以減少工程變更或容易執行變更,更可將潛在的問題事先預防.FMEA是不良預防的分析工具,是一種有條理的程序﹑系統化的分析技術,可藉由一張包含所有的失效模式的表,說明失效模式﹑失效原因與影響性,並以數據來表示風險的大小,並采取預防改善措施.＊.FMEA的目的失效模式分析(FailureModeandEffectsAnalysis,簡稱FMEA)是一有系統的跨功能小組進行的事先預防活動,其目的為:認識-產品製程的潛在失效模式評估-產品及製程的失效之影響消除或減少潛在失效發生的改善措施,確認其成效.＊.確保新產品開發成功建議導入措施1.做好商品企劃(5W2H)&Designreview(6M評估)2.進行好的顧客聲音調查(CustomVoice)3.召集及調查產品相關法規4.召集及調查分析產品相關專利地圖5.好的系統設計訓練&經驗6.應用QFD品質機能展開提高《真正需求》《產品規格&機能設計》《機構設計(Mechanism)》《零件&材料設計》.7.建立設計資料庫(設計sop)&善用技術資料庫8.嚴謹的設計審查(Designreview)及設計查驗(Designverification)9.應用實驗設計(DOEorTaguchi)提高實驗效率及Robustness10.進行詳細的預防措施DFMEAPFMEA11.使用嚴謹的專案管理措施及標示(milestone)之管制點.12.成本管理與預算管制展開詳細的BOM/周詳的開發費用管製13.善用各項品質改善手法持續改善(SPC/QC手法/VAVE/MSA)14.建立好的資訊交流管理與工作平台(管理系統與資訊化)＊.要如何有效防止品質事件發生品質系統面---QualitySystem＊QMS-ISO900＊QS9000品質程序面—QualityProcedure＊QualityFunctionDeployment＊APQP品質設計面---QualityEngineering＊可靠度設計＊DOE/TM＊DFMEA＊PFMEA品質改善面---QualityImproving＊ZPSP/8D＊QIT＊QCC品質管製面----QualityControl*SPC*防呆措施*Controlplandesign*Sensorandmonitor＊.導入FMEA的優點*為建立改善措施的優先順序提供一個原則進行預防改善.*確保所有想象得到失效模式與影響,在正常的操作情況下均被考慮到.*提供過去的資料給未來參考,協助分析失效的範圍和考慮設計的變更.*藉由適當管理工具尋找,調查造成失效的原因,予以適當的管制.*在設計審查的管理中,確保工程結構中失效預防的效果.*技術及經驗累積.＊.FMEA的適用範圍失效模式分析對產品從設計完成之後,到首次樣品的發展﹑生產製造﹑到品管驗收以至事務流程管理等階段都可適用,可以活用在三個階段.第一階段:設計階段的FMEA針對已設計的構想作為基礎,逐項檢討系統的構造﹑機能上的問題點及預防策略.對于零件的構造﹑機能上的問題點及預防策略的檢討.對于數個零件組或零件組之間可能存在的問題點作檢討.第二階段:製程階段的FMEA製程設計階段中,被預防為不良製程及預防策略的檢討.製程設計階段中,為了防止不良品發生,而改須加以管理之特性,或管理重點之檢討.第三階段:管理系統的FME(6Sigma)支援性管理流程中,為防止錯誤疏失發生,而必須加以管理或預防.＊.FMEA的應用設計(Design)--DFMEA

製程(Process)--PFMEA＊.設計的FMEA(DFMEA)

幫助選擇高可靠度和高安全性零件.徹底了解各階段機構﹑組件﹑零件之功能.設計初期階段了解製造和裝配的需求.改善設計的弱點﹑改善順序的依據.提供分析資訊,進行設計驗證與設計審查.評估設計變更和新設計的必要性.包含:主系統﹑次(子)系統﹑零件/組件/機構.＊.製程的FMEA(PFMEA)

確認製造和裝配的失效原因與製程變異,找出管制及改善方法.確認製程潛在的失效模式及影響改善順序的依據包含:設備/機器﹑工具﹑工作站﹑生產線﹑製程﹑治具＊.誰來作FMEA?(如何組小組)為防止分析時的偏差導致失之毫釐,差之千里的謬誤並能收集思廣益之功,相關人員參與是必要的,質方面也要考量各個層面的代表性,每個功能單位要有,專業技術和管理人員都有則能更具周延性.*設計—設計工程師﹑測試與研發的工程師﹑可靠度工程師﹑材料工程師﹑服務工程師﹑製造/製造工程師.*製程/裝配—設計工程師﹑製造/製造工程師﹑品質工程師﹑可靠度工程師﹑治工具工程師*管理系統—管理流程相關人員.＊.應用FMEA的時機?*新設計*新製程或製程轉移*新工法或更改*新的或重新整修的設備*應用環境變動*材料更改＊.準備階段應準備下列幾項工具﹕*確認可靠度要求及目標.*掌握系統﹑次系統的構造—列出產品所有的機構組件零件﹑製程﹑事務流程所有的步驟.*決定失效風險分析(RPN)水準.*準備失效模式分析表*時間計劃的整合-絕大部份進行此類分析的人員,都有原本的任務,一方面要能進行日常工作,另一方面要能完成分析工作,因此時間的妥善安排是非常重要的,可以專案性工作組織來進行失效模式分析可以獲得更有利的分工﹒*.風險率評估PRA-ProbabilisticRisk用數據來衡量以評估評監失效的模式—風險關鍵指數(RPN—RiskPriorityNumber)RPN由下列組成

S=嚴重度

P=發生率

D=偵測度*.RPN風險率的構成失效模式(現象)偵測度D控製發生率P原因效應(影響)嚴重度S失效模式影響

原因改變製程條件重新設計修改設計改善設計管制管製檢測難易度失效嚴重度發生機率改變製程管制方式設計管制難易度修改後RPN下降RPN(風險關鍵指數)

P

SD

PFMEADFMEA

PFMEADFMEA*.風險的評估與改善評估*.RPN的分級(5分級或10分級)等級SPD極低1沒有非常低易/早發現低2輕微低低中3重要的中中高4高高高極高5嚴重/致命非常高難/晚發現S,P&D的尺度可以不同S,P&D的分級比率應用必須持續﹑一致S,P&D的分級必須在構成要素展開之前被界定清楚S,P&D的分級必須隨著FMEA的結果一起發表對S,P&D每一個項目必須先發展出自己的等級*.失效嚴重度(S-Seriousness):指失效模式發生時引發其對零件本身或對其他零件,次系統,主系統的特性,功能,可靠度的影響程度,乃至對顧客(內外部)安全性,經濟性及環境的沖擊程度.一般而言,DFMEA小組要降低失效嚴重度只能藉助系統重新設計改善.PFMEA小組要降低失效嚴重度仍應與DFMEA小組協助改善.

*.失效發生率(P,Probability):指失效模式發生的原因造成失效發生的機率,發生率的判定著重於經驗及歷史數據發生的程序,不在於精確的數值.一般而言,DFMEA小組要降低失效發生率常利用設計修改(eg.材料,零組件),來排除失效的原因;DFMEA小組應針對影響失效控制參數進行改善.*.發生機率的範例(P-Probability;0,0ccurrence)

評價準則:可能的失效率(續)*.DFMEA實施十步驟＊列出產品所有的機構組件零件*構成要素*要求功能敘述,確認輸入輸出關系*失效模式(現象)*敘述失效的效應(影響)*失效的原因調查與記述*現行的管制方式*風險關鍵指數(RPN)評估*擬定高風險率項目之改善措施*改善與追蹤.修訂FMEA＊.構成要素系統展開

[DFMEA]設計系統依據其組成有層次排列(系統圖展開)構成要素系統展開:為了達成最終目的.目標有系統地展開手段＊.功能敘述*零件.次系統或產品必須執行的作業,以一種簡明的.精密的和容易了解的方法來敘述功能,使任何人均能了解.(1)用動詞+名詞,簡潔來表現(2)用任何人都能了解的簡單語言表現(3)不使用到零件.物體名稱(4)用肯定的功能表現,不要使用否定的表現(5)使用工程.技術人員的觀點(6)集合知識.經驗豐富者,選定產品.零組件所應具之基本使用功能.二次功能及魅力功能*功能(V+N)如下:顯示時間盛裝液體投射影像顯現影像支撐工件＊.失效的模式/現象(功能變異或喪失)零件﹑組件﹑機構裝置不能發揮原先預定功能或意圖的事項.過去之抱怨﹑故障情報;列舉因使用﹑環境條件之不良事件.*可收集過去曾發生過的相關抱怨(可能來自顧客﹑業務人員﹑品管﹑生產製造人員).*要收集邦聯的資訊情報,包括處理情形,追蹤後續的處理情形.*考慮來自使用﹑環境條件的壓力與影響,將所有預測對象部分的不良事件全部列舉出來*可能的失效模式例子:組件﹑零件一破碎﹑變形﹑異聲﹑腐蝕﹑扭力不足﹑表面磨損雜音﹑太松﹑太緊….＊.失效的效應(影響S)一個部位產生故障,都可能會連鎖地造成其他影響.因此對在構造﹑功能上相鄰接之系統的影響要能清析的記錄,才能正確分析失效模式.失效的模式發生的結果在系統﹑產品﹑製程或設備上各種影響必須被考慮.局部的--零件組件﹑系統單獨發生失效不會影響其它的組件.例:電腦之喇叭,或LED燈不亮不致影響整套系統操作,故屬局部影響效應整體的--會影響其它零件﹑組件﹑次系統﹑系統功能,甚至系統最終的功能.例:電腦之電源供應器不良,將對系統之電力供應造成系統不起動﹑當機或損毀,屬整體影響效應.其他一作業人員﹑使用者﹑設備﹑建築物.＊.失效原因分析(機率P)-BS,FB

將故障發生的原因記錄在表中.這些原因的剖析必須由小組來討論確定,集思廣益獲得最適當的原因.*質問為何發生失效的真正原因.狀況描述﹑原因分析(可能﹑重要﹑主因)*設計的原因壁厚﹑允差不良﹑應力的計算錯誤﹑材料規格錯誤﹑焊接厚度不足等.*製程的原因處理不良﹑作業不良……等.*管理的原因標示不當……等.*使用的原因操作錯誤﹑環境差異﹑干擾……等.*保養的原因休養作業不良﹑保養不落實……等.＊.現行的管制方式

(偵測D)現存管制發生失效的原因或企圖發現失效的原因的方法(包括制度面和手法面).設計面:設計的指導書圖面發放前的圖面審查設計審查設計驗證材料工程師對材料規格的簽發相關規格的指導書設計驗收實驗計劃管理面:專案控制設計工程教育訓練＊.風險率的衡量–風險關鍵指數RPNRPN=SXPXD五分級當P或D是4或5時,矯正措施必須能降到3或更低.當S是5時,P或D必須是2或更低＊.擬定高風險率項目之改善措施及實施改善措施改善與追蹤,修改FMEA表＊.PFMEA實施步驟*列出產品製程所有的步驟*製程展開*要求功能敘述,確認輸入輸出關系*失效模式(現象)*敘述失效的效應(影響)*失效的原因調查與記述*現行的管制方式*風險關鍵指數(RPN)評估*擬定高風險率項目之改善措施.*改善與追蹤﹑修訂FMEA表.＊.功能必須執行作業﹑工程的目的,以一種簡明的﹑精密的和容易了解的方法來敘述,使任何人均能了解.＊失效的模式/現象(功能變異或喪失)工法﹑設備﹑作業不能發揮原先預定功能或意圖的事項.過去之異常﹑故障情報;列舉因使用﹑環境條件之不良事件.可能的製程失效模式例子:超出尺寸﹑低於尺寸﹑龜裂﹑遺漏﹑開路﹑短路﹑缺裝﹑拋光不良﹑粗糙﹑偏心﹑不平衡﹑氣孔﹑表面損傷.＊.失效的效應/影響失效的模式發生的結果在系統﹑產品﹑製程或設備上.發生失效會影響零件﹑組件﹑次系統﹑系統的功能或下一製程*失效原因分析-腦力激盪法﹑特性要因圖.*質問為何發生失效的真正原因狀況描述(4W1H)原因分析(可能﹑重要﹑真因)*設計的原因壁厚﹑允差不良﹑應力的計算錯誤﹑材料規格錯誤﹑焊接厚度不足等﹒＊製程的原因電壓沖擊﹑污染﹑組合扭力不當﹑工具破損﹑軸程磨損﹑處理不良﹑作業不良……等.＊管理的原因檢驗錯誤﹑指示錯誤﹑標示不當……等.＊.現行的管制方式

現存管制發生失效的原因或企圖發現失效的原因的方法(包括制度面和手法面)＊製程面相關規格的指導書

SPC管制圖製程能力研究(Ca,Cp,Cpk)

外觀檢查進料的抽樣計劃

SQA承認生產驗證(QCChart&Audit)

治具的再現性與再生性研究(MSA)＊管理面作業員教育訓練＊FMEA表格