失效模式与后果分析FMEA

失效模式与后果分析(FMEA)潘尔顺副教授上海交通大学工业工程与管理系作为质量管理工具，旨在尚未批产前对错误进行预防，以保证产品质量

6/19/20231主要内容基本概念故障模式FMEA实施步骤设计FMEA（DFMEA）制造FMEA（PFMEA）FMEA表格及实例6/19/20232零缺陷管理20世纪60年代初，美国Martin公司的质量改进计划诞生了“零缺陷（ZeroDefect）”的概念；所有的生产过程都以“零缺陷”作为质量标准，每个人通过不懈地努力来做到“第一次就把事情做对（Doitrightthefirsttime）”；1979年，克劳斯比著作《质量免费（Qualityisfree）》；6/19/20233零缺陷管理人人皆顾客，事事皆过程Everyoneiscustomer,Everythingisprocess质量科学和管理发生着根本性的变革21世纪：质量的世纪6/19/20234零缺陷战略未来五年、十年中国制造业的发展前景和目标

更多企业的制造质量跨入世界先进水平；产品的联合、自主设计、开发将有大幅的增长；更加关注顾客，注重面向用户服务的质量问题；质量管理工作应该适应、反映此变化；质量意识向更高层次、更高要求的转化；质量管理工作要体现预防性、前瞻性；注重“两头”设计用户质量管理工作的角色调整为在世界制造业中获得持久的竞争能力，应明确将质量置于公司战略的核心地位；明确提出零缺陷质量战略；信奉为最好的质量管理6/19/20235零缺陷策略在源头实施零缺陷质量控制和预防产品设计满足顾客需求；提高首次质量（FirstTimeQuality，FTQ）；将缺陷与顾客隔绝：不接收缺陷，不制造缺陷，不传递缺陷；制造中降低偏差和减少浪费；6/19/20236零缺陷基本内涵和基本原则

基于质量战略目标，通过对经营各环节、各层次的全过程、全方位管理，保证各环节、各层次、各要素的缺陷趋向于“零”。追求整体的效益，通过系统集成的理念，从总体上保证实现零缺陷；不制造缺陷、不接受缺陷，不传递缺陷，不向市场和顾客提供有缺陷的产品与服务；根据质量体系的要求，每项工作都应建立规章制度和业务流程，按规定程序实施管理，责任落实到位，不允许存在失控的漏洞；对已产生的缺陷采取改正的措施，保证差错不延续并提前消除；必须有产品或工作可能产生的缺陷采取预防的措施，事先排除可能产生缺陷的各种成因和例外；人人都是管理者，管理以人为本，充分发挥每个员工的主观能动性，以零缺陷的工作态度和行为保证产品、经营的零缺陷；6/19/20237零缺陷总体思考充分考虑零缺陷质量意识对质量管理产生的变化。把握质量管理工作的趋势；

指导、协调、培训控制→预防性事后解决、纠错→事前预防、防错设计、前瞻性过程控制→设计控制树立积极的、主动的、超前的质量创新观念质量的定义是符合要求；质量通过预防措施来达成；质量的执行标准是零缺陷；质量要用不符合要求的代价来衡量；6/19/20238零缺陷总体思考倡导质量预防文化；研究防错技术；

正向、积极、全方位的思维方法；充分预计可能产生的各种社会、环境、系统、过程等问题；探索解决问题的方法；预防和避免问题的发生；

这是一个渐进的过程；领导的言行；员工的意识和观念；6/19/20239零缺陷总体指导思想顾客满意零缺陷思维；质量体系；质量工具；价值观根据自身的实际，应用零缺陷管理实施十四步骤推进零缺陷的决心质量改进团队的建设质量制度从源头规划质量：人、机、料、法、环、测零缺陷：产品、工作质量文化企业价值观设计工艺/制造服务企业目标SFMEA/DFMEA/PFMEA质量文化要价值观、目标相结合；6/19/2023102002.2零缺陷质量管理技术路线从源头保证质量DFMEASFMEAPFMEA标准化作业防错设计防错装置设计评审DOE8D报告……潜在失效模式结果的正确源自于过程的正确防错技术和方法6/19/202311基本概念FMEA（FailureModeandEffectAnalysis）即“失效模式和效果分析”。FMEA是一种可靠性设计的重要方法。它实际上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是“事后的行为”。为达到最佳效益，FMEA必须在故障模式被納入产品 之前进行。什么是FMEA?6/19/202312基本概念由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商/供应商以及服务有关，因此，FMEA又细分为 設計FMEA（DFMEA） 過程FMEA（PFMEA） 使用FMEA（UFMEA） 服務FMEA（SFMEA） 其中設計FMEA和過程FMEA最爲常用。什么是FMEA?6/19/202313虽然工程技术人员早已在其设计和制造过程中应用了类似FMEA形式的分析方法，但第一次正式地应用FMEA技术则是六十年代中期航天工业的一项革新：FMEA历史nFMEAismosteffectivewhenitoccursbeforeadesignisreleasedratherthan“afterthefact”.nfocusshouldbeonfailurepreventionnotdetection.nAssuch，FMEAisoftenastandardprocessusedinthedevelopmentofnewproducts.6/19/202314客户满意的质量杠杆示意图事前的防范是很重要的失效评估

6/19/2023152002.2FMEA‘s的顾客过程FMEA的顾客通常被视为“最终用户”但也可以是后续的或下一制造或装配工序，以及服务工作。FMEA中“顾客”的定义，不仅仅是指“最终使用者”，还包括负责车型设计或更高一级装配过程设计的工程师/小组，以及在生产过程中负责制造、装配和售后服务的工程师。6/19/202316FMEA分析的目的认识及评估——产品及制造过程的潜在失效模式及其影响确认可以消除或减少潜在失效发生的改善措施将此过程文件化6/19/202317运用FMEA注意事项要充分收集失效模式分析检讨对象的信息情报参与分析检讨的人员要足够考虑开发计划时间上的整合实施结果要加以追踪6/19/202318FMEA的工作流程图

想象中可能产生的缺陷缺陷的名称潜在失效的后果失效严重度评度缺陷产生的原因缺陷产生的频度缺陷被发现的概率建议纠正措施①

②⑦⑥⑤②④6/19/202319FMEA实施步骤

实施前的准备，应准备相关工具

选定失效模式分析的对象部位记述要求机能记述故障模式记述故障的影响评价影响的重要度记述故障原因6/19/202320FMEA实施步骤

记述对策事项、方法记述其他必要事项上述九个步骤可作成查核表，每个步骤责定负责人员与相关配合人员，推动的起讫时间，还有追踪情形等，依项目施行。6/19/202321FMEA重要度评价表嚴重度計分標準計分

發生此項缺點時，通常不致於對產品有顯著的影響，使用者通常不易察覺。1微小發生此項缺點時，至多僅能造成使用者之少許不便，使用者通常僅能偶爾察覺。2~3MINOR發生此缺點時，可能引起使用者之輕微不滿，使用者通常僅略感不便。4~6MAJOR發生此缺點時，引起使用者之相當不滿。7~8發生此缺點時有不符政府法令規定之慮，但不致影響安全。8~9CRITICAL發生此缺點時極為嚴重，危及安全並違反政府法令。9~106/19/202322FMEA发生度评价表

發生度計分標準計分機率發生此項缺點機率極低，+-4σ。11/10,000發生此項缺點機率低，+-5σ。2

3

4

51/5,000

1/2,000

1/1,000

1/500發生此缺點機率適中，與過去某項偶然出現的缺點之製程相似，+-2.5σ。61/200發生此缺點機率適中，與過去某項經常出現的缺點之製程相似，+-2.5σ。71/100發生此缺點之機率極高。8

9

101/50

1/20

1/106/19/202323FMEA难检度评价表

難檢度計分標準計分機率此項缺點不被檢出的機率極低。11/10,000此項缺點不被檢出的機率很低。2

3

4

51/5,000

1/2,000

1/1,000

1/500此項缺點不被檢出的機率適中。6

7

81/200

1/100

1/50此項缺點不被檢出的機率高。91/20此項缺點不被檢出的機率極高。101/106/19/202324FMEA表格區分欄位名稱欄位說明PDCA關係檢討對象系統、零件、製程之機能闡述研究對象的作用P故障模式潛在失效模式可能發生的不良或故障D失效的潛在效果不良發生可能導致的後果評價嚴重性後果的嚴重性等級(註：一般產業較不使用)故障模式失效的潛在原因與結構探討其不良原因評價發生性原因的發生機率現行對策現行管控方法目前針對不良的對策有無C評價偵測性現行管控方法的有效性綜合評價RPN(風險優先數)找出優先處理的重大議題改善對策建議對策針對前項的建議對策A建議對策負責單位負責建議對策執行採取的措施最後定案的管控方法再評價嚴重性定案方法的再評價發生性定案方法的再評價偵測性定案方法的再評價RPN(風險優先數)比較對策有效與否6/19/202325DFMEA分析的范畴针对已设计的构想作为基础，逐项检讨系统的构造、机能上的问题点及预防策略；对于零件的构造、机能上的问题点及预防策略的检讨；对于数个零件组或零件组之间可能存在的问题点检讨。

设计的失效模式效应分析（DFMEA）6/19/2023262002.2设计FMEA的作用FMEA能够通过以下几方面支持设计过程，降低失效风险有助于对设计要求和设计方案进行客观评价；有助于对制造和装配要求的最初设计；提高在设计/开发过程中考虑潜在失效模式及其对系统和车辆运行影响的可能性；为全面、有效的设计试验和开发项目的策划提供更多的信息；根据潜在失效模式对“顾客”的影响，对其进行排序列表，进而建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统；为推荐和跟踪降低风险的措施提供一个公开的讨论形式;为将来分析研究现场情况、评价设计的更改及开发更先进的设计提供参考；6/19/202327试验计划订定阶段FMEA对试验对象的选定及试验目的、方法的确定试验法有效的运用及新评价方法的确定试验之后的追踪和有效性的持续运用6/19/202328PFMEA

制造设计阶段中，被预测为不良制造过程及预防策略的讨论制造设计阶段中，为了防止不良品发生，而必须加以管理的特性的选定，或管理重点的讨论有无定单期间追踪的效益6/19/202329过程何为PFEMA？一个系统化的行动团队，目的是：确定和评价过程的潜在失效和后果确定可以消除或减少潜在失效发生机会的措施过程文件化-确定为了使客户满意，一个过程必须要做的事尽早发现问题的过程。解决已存在问题的过程6/19/202330PFMEA简介过程FMEA主要是由“负责制造的工程师/小组”采用的一种分析技术，用来保证在可能的范围内已充分地考虑到并指明各种潜在的失效模式及其相关的起因/机理。过程FMEA:确定与产品相关的过程潜在失效模式;评价失效对顾客的潜在影响;确定潜在制造或装配过程失效的起因,确定减少失效发生或找出失效条件的过程控制变量;编制潜在失效模式分级表，然后建立考虑纠正措施的优选体系;将制造或装配过程的结果编制成文件。6/19/202331PFMEA分析流程图列出各製程有關的品質特性或潛在的缺點項目說明該項目的不良模式分析不良模式的發生對客戶的影響並評估其嚴重度Severity(s)分析引起不良模式發生的原因並評估其發生度Occurrence(o)現行不良模式的管制辦法並評估其難檢度Detection(D)計算風險優先數RiskPriorityNumberRPN=S*O*D生產部門以此FMEA分析的結果，檢核各有關部門以及確實以改善後的措施執行RPN是否符合要求重新評定改善措施的RPN擬定改善現行的管制辦法的負責單位及生效或完成日期依風險優先數RPN較大者提出改善現行的管制辦法召集小組6/19/202332PFMEA的实施人,推荐小组每一个FMEA都要有相应的负责人；FMEA应由一个固定的小组来实行；负责人对该小组负责；负责人从其他与问题密切相关的职能部门中指定工作人员作为小组成员；小组成员的专业知识对建立FMEA是不可少的；质量工程师；可靠性工程师；设备工程师；工艺工程师；设计工程师；客户服务代表；……6/19/202333PFMEA‘s的目的识别潜在失效模式和后果严重性识别关键特性潜在过程缺陷等级化注意消除过程顾虑和防止问题发生 6/19/202334PFMEA’s的输出过程失效模式的清单关键特性清单已确定优先等级的推荐措施清单6/19/202335PFMEA6/19/202336PFMEA6/19/202337PFMEA

什么时候完成PFMEA是一个动态的文件，在制造和装配过程中发生任何显著变化时，文件必须更新。设计FMEA是一份动态文件，应在一个设计概念最终形成之时或之前开始，而且，在产品开发各阶段中，当设计有变化或得到其它信息时，应及时、不断地修改，并最终在产品加工图样完成之前全部结束。6/19/202338PFMEA的开发过程FMEA的开发过程FMEA应从整个过程的流程图/风险评估开始。流程图应确定与每个工序有关的产品/过程特性参数。如果可能的话,还应根据相应的设计FMEA确定某些产品影响后果。用于FMEA准备工作中的流程图/风险评估图的复制件应伴随FMEA过程。6/19/202339PFMEA的开发6/19/202340PFMEA表格的通常格式

三个组成部分；表头部分：提供信息，非强制性；主体部分：主干内容，强行性，条目不可更改；签名部分：反映权力和责任，非强制性；6/19/202341PFMEA的开发

1)FMEA编号，FMEANumber填入FMEA文件编号，以便查询。

2)系统、子系统或零部件的名称及编号System,subsystem,orcomponentnameandnumber

填入所分析系统、子系统或零部件的名称、编号。3)过程责任,Designresponsibility填入整车厂、部门和小组。如果知道，还应包括供方的名称。4)编制者,Preparedby

填入负责FMEA准备工作的工程师的姓名、电话和所在公司的名称。6/19/2023428)核心小组,Coreteam列出被授权确定和/执行任务的责任部门和个人姓名（建议所有参加人员的姓名、部门、电话、地址等都应记录在一张分发表上）。PFMEA的开发

5)车型年/车辆类型,ModelYear(s)/Vehicle填入将使用和/或正被分析的过程所影响的预期的车型年及车辆类型（如果已知的话）。6)关键日期,KeyDate

填入FMEA初次预定完成的日期，该日期不应超过计划开始生产的日期。7)FMEA日期,FMEAdate填入编制FMEA原始稿的日期及最新修订的日期。6/19/202343PFMEA的开发9）过程功能/要求,ProcessFunction/requirements填入被分析项目的名称和编号。利用工程图纸上标明的名称并指明设计水平。在最初发布之前，应使用试验性编号。用尽可能简明的文字来说明被分析项目要满足设计意图的功能，包括该系统运行的环境信息(如说明温度、压力、湿度范围)。如果该项目有多种功能，且有不同的失效模式，应把所有功能都单独列出。简单描述被分析的过程或工序(如车，钻，攻丝，焊接，装配)尽可能确切的说明6/19/202344关于失效失效

物品的功能失去原先设定的运用效果。失效的原因

错误

遗漏没有或仅部分动作产生危险有障碍6/19/202345顾客会提出什么异议？ 过程/零件怎么不能满足规范？潜在失效模式

10)潜在失效模式,PotentialFailureMode所谓潜在失效模式是指过程可能发生的不满足过程要求和/或设计意图的形式。是对某具体工序不符合要求的描述假定提供的零件/材料是合格的。列出每一个潜在失效模式。假设这种失效可能发生，但不一定非得发生。6/19/202346找寻失效模式areviewofwarrantyrecords保修记录；historicaldocumentation存档文件；customercomplaints顾客投诉；designFMEA设计FMEA;otherapplicabledocumentation其他适用文件;6/19/202347潜在失效模式

Murphy定理任何可能出错的东西都会出错Murphy定理是无处不在的；失效模式目前没有发生并不意味着它永远不会发生。6/19/202348

潜在失效模式典型的失效模式装配漏装扭矩过小开路接地上下颠倒扭矩过大短路损坏设备尺寸太小太深偏离位置不圆尺寸超差太浅粗糙尖6/19/202349潜在失效后果Apotentialeffectofthefailureistheconsequenceofitsfailureonthenextprocess,operation,product,customer,and/orgovernmentregulations.潜在失效后果指失效对下一个过程，工序（操作），产品，顾客，政府法规的产生的影响和后果。Whatdoesthecustomerexperienceasaresultofthefailuremodedescribed?Whathappensorwhatis(are)theramification(s)ofthisproblemoffailure?6/19/202350潜在失效后果指失效模式对顾客的影响。顾客可以是下一道工序，后序工序或最终用户。这些都是必须考虑到的。最终用户后续工序噪声不稳定粗糙外观不良功能欠缺异味龙头破损无法紧固无法安装到位不连接售后问题危害操作者6/19/202351潜在失效后果Toidentifythepotentialeffects,someofthedocumentsonemayreviewareHistoricaldata;WarrantydocumentsCustomercomplaintsFieldservicedataReliabilitydataFeasibilitystudiesSimilarcurrentorpastFMEAs6/19/202352严重度12)严重度（S）,Severity(S)严重度是潜在失效模式发生时对顾客影响后果的严重程度（列于前一栏中）的评价指标。严重度仅适用于失效的后果。严重度的评估分为1到10级。

6/19/202353严重度Ifthenumericalvaluefallsbetweentwonumbersalwaysselectthehighernumber;Iftheteamhasadisagreementintherankingvaluethefollowingmayhelp.ifthedisagreementisanadjacentcategory,averageoutthedifference.Forexample,ifonemembersays2andsomeoneelsesays6,therankinginthiscaseshouldbe____.ifthedisagreementjumpsonecategory,thenconsensusmustbereached.Evenwithonepersonholdingout,totalconsensusmustbereached.Noaverage,nomajority.Everyoneinthatteammusthaveownershipoftheranking.Theymaynotagree100percent,buttheycanlivewithit.6/19/202354评价指标评价指标：定性的；定量的；评估分为1到10级，也可以从1到5级；1到10级采用得最多；6/19/202355级别/关键特性CriticalcharacteristicsusuallyareassociatewithdesignFMEAbecausethehardwarebeginstobeformalizedinthedesignstage.Criticalcharacteristicsbecomeofparamountimportancebecausetheydefinetheprocessrequirements,sequences,tooling,andanythingthatcanaffectthecustomerorgovernmentregulations.

6/19/202356级别/关键特性TheidentificationofthecriticalityorsignificanceintheprocessFMEAisonlytodesignatespecialcontrolsfortheprocess,assembly,and/orserviceFMEA.FromheretheyaretransferredtothecontrolplanExamplesofpossiblecriticalitemsmaybeDimensionsSpecificationsTestsProcessesToolingUsage6/19/202357级别/关键特性CriticalcharacteristicsareidentifiedwhenProcessrequirementscanaffectsafetyProcessrequirementscanaffectcompliancewithgovernmentregulationsProcessrequirementsarenecessaryforspecialactions/controlsTheentrytothiscolumnisa“Y”foryes,or“N”forno,oranotationsymbol.Agoodindicationofcriticalityiswhenseverityisrated9or10withoccurrenceanddetectionhigherthan3.6/19/202358PFMEA的开发13)级别,Classification本栏目可用来对需要附加的过程控制的零部件、子系统或系统的一些特殊过程特性进行分级的（如关键、主要、重要、重点）。如果在过程FMEA中确定了某一级别，应通知负责设计的工程师，因为它可能会影响有关确定控制项目标识的工程文件。6/19/202359PFMEA的开发14)潜在失效的起因/机理Potentialcause(s)/MechanismofFailure所谓潜在失效起因是指失效是怎么发生的，并依据可以纠正或控制的原则来描述。在尽可能广的范围内，列出每个失效模式的所有可以想到的失效起因和/或机理。列表时应明确记录具体的错误或操作情况，应避免使用含糊不清的词语(如：操作者错误机器工作不正常)典型原因扭矩不正确工具破损未润滑 热处理不正确(时间和温度)错误进给调节零件放置错误低气压装配不正确焊接不正确—电流、时间、压力不正确；6/19/202360PFMEA的开发15)频度(O)，Occurrence(O)频度是指某一特定失效起因/机理(已列于前栏目中)出现的可能性。描述频度级别数重在其含义而不是具体的数值。只有导致相应失效模式的发生，才能考虑分级若可获得的话，用历史性数据.若无法获得历史数据，则用客观评价。潜在失效起因/机理出现频度的评估分为1到10级6/19/20236116)现行设计控制,CurrentProcessControls现行的过程控制是对尽可能阻止失效模式的发生，或者探测将发生的失效模式的控制的描述。这些控制方法可以是象防错夹具之类的过程控制方法，或者统计过程控制（SPC），也可以是过程评价。评价可在目标工序进行，也可以在后续工序进行。有三种类型的设计控制/特性可考虑，它们是:(1)防止起因/机理或失效模式/后果的出现，或减少它们的出现率;(2)查出起因/机理并就此找到纠正措施；(3)查出失效模式；PFMEA的开发6/19/202362现行过程控制过程控制举例：量具计划首件检查制造过程防错工序中的检查培训作业指导书目视检查触模(标记)零件最终测试产品审核6/19/202363PFMEA的开发17)探测度(D),Detecti