潜在失效模式及影响分析

潜在失效模式及影响分析FMEA–(Potential)FailureModeandEffectsAnalysis

本讲义的参考资料ASQC/AIAGFMEA手册ASQC:美国质量控制协会;AIAG:美国汽车部和汽车工业行动集团;FMEA的标准化工作是在以上两个组织的主持下,由将克莱斯勒、福特和通用汽车公司共同完成的;什么是FMEAFMEA(FailureModeandEffectsAnalysis)是一种可靠性分析方法。它的大致的意思是为了尽可能地消除产品的故障,不仅要知道产品有哪些故障模式,而且还要依赖预知的能力，设想将会有哪些故障模式,把这些故障模式全部排列出来,并根据他们不同的性质分析后果影响,对风险较大的故障模式则预先制订相应的措施,避免产品在使用过程发生故障。这种思想是企图实现产品既定的设计和制造意图，自始至终不出差错地、顺利地完成制造的全过程和确保产品预期的性能和可靠性；什么是FMEA

“

FMEA可以描述为一组系统化的活动，其目的是：（a）认可并评价产品/过程中的潜在失效以及该失效的后果；（b）确定能够消除或减少潜在失效发生机会的措施；（c）将全部过程形成文件。FMEA是对确定设计或过程必须做哪些事情才能使顾客满意一过程的补充。所有的FMEA都关注设计，无论是产品设计或者是过程设计；”——AIAGFMEA手册（第三版）FMEA的分类FMEA按照AIAG手册的分类可以分为：

DFMEA：DesignFailureMode&EffectsAnalysis的缩写，即设计失效模式与后果分析；

PFMEA：ProcessFailureMode&EffectsAnalysis的缩写，即过程失效模式与后果分析；故名思意：

设计FMEA（DFMEA）工业/产品设计过程FMEA（PFMEA）制程改善为什么要研究FMEA？顾客满意是一切工具/系统的最终目的产品设计的问题风险控制顾客的需要“顾客”的定义：设计FMEA中“顾客”的定义，不仅仅是“最终使用者”，而且也包括负责整车或更高一层总成设计的工程师/设计组以及负责生产、装配和服务活动的生产/工艺工程师。过程FMEA中“顾客”的定义通常是指“最终使用者”。然而，顾客也可以的随后或下游的制造或装配工序，维修工序或政府法规。生产制程的风险来源讲义的内容第一部分：简介第二部分：FMEA的工作程序第三部分：设计FMEA（练习）第四部分：过程FMEA第五部分：FMEA工作内容、职责及推动方法练习——实施FMEA的工具使用第一部分：简介一、历史——FMEA的历史和演变二、FMEA的概念、分类、适用范围、意图三、产品设计和FMEAFMEA的演变FMEA/FMECAGrummanAircraftCompanyBoeing&MartinariettaAerospaceCompanyNationeronauticsandSpaceAdministrationNASA)DefenseDepartmentInternationalElectricalCommission(IEC)Chrysler,FordGM,ASQC,AIAG1950FMEA飞机主操纵系统失效分析1957工程手册中正式列出FMEA程序1960FMEA成功地应用于航太计划1974出版Mil-STD-1629FMECA1980出版Mil-STD-1629AFMECA1985出版IEC812FMEA1993出版FMEA手册1995出版FMEA手册2001出版FMEA手册FMEA的演变FMEA的前身为FMECA，是在1950由格鲁曼飞机提出，用在飞机主控系统的失效分析。波音与马丁公司在1957年正式编订FMEA的作业程序，列在其工程手册中。60年代初期，美太空总署将FMECA成功地应用于太空计划。美军同时也开始应用FMECA技术，并于1974年出版MIL-STD-1629FMECA作业程序。1985由国际电工委员会（IEC）出版的FMECA国际标准（IEC812),即参考MIL-STD-1629A修改而成。FMEA是QS9000五大工具之一，最新版为第三版。QS-9000五大工具FMEA是QS9000五大工具之一，最新版为第三版:FMECAFailureModes,effectsandCriticalityAnalysis失效模式、后果及危险程度分析包括两部分：1）失效模式及后果分析；(FMA+FEA)2）危险程度分析。(FCA)FMEA的定义是一组系统化的活动，其目的是：–

发现、评价产品／过程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。–

书面总结上述过程。

是对设计（产品/过程）过程的完善，以明确什么样的设计才能满足顾客要求。FMEA的进行时机和应用范围5.1应用FMEA的时机序号情形FMEA的范围1新技术、新设计、新过程全部设计、技术或过程2对现有设计或过程的修改（假设对现有设计或过程已有FMEA集中于对设计或过程的修改、由于修改可能产生的相互影响以及现场的历史情况3将现有设计或过程用于新的环境、场所（假设对现有设计或过程已有FMEA）新环境或场所对现有设计或过程的影响预防观念FMEA对工艺过程及设计改变的影响失效发现得太迟的后果FMEA的意图改进所评估产品的质量、可靠性及安全性降低产品开发周期及成本确定降低风险的措施辅助开发设计验证计划帮助工程师确定改进的优先顺序提高客户/消费者满意度FMEA是一种事前的行为事前改进，非事后总结减少后续更改的危机在设计和制造产品时，通常有三道控制缺陷的防线：避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具。FMEA的种类设计FMEA：关注由设计失误引起的产品潜在失效模式。过程FMEA：关注由制造或装配过程失误引起的产品失效模式。FMEA过程失效(Failure)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。产品在工作范围内,导致零组件的破裂、断裂、卡死等损坏现象。关于“Failure”的翻译

含义包括，失败、失效、故障、事故、中断、损坏、折断、衰退、缺少、不足等最佳的FMEA在适当的时间点完成FMEA应用稳健工程工具考虑所有的界面和杂讯（Noisefactors)从系统层面开始，分解信息和要求到元件和过程采取适当的措施降低风险及时完成所有的建议措施第二部分FMEA的工作程序FMEA三大步骤：1.失效排列；2.失效评定；3.采取措施。FMEA的工作程序FMEA的具体工作程序如下：1)确定被分析的对象（系统、子系统或零部件，或者过程）；2)确定分析责任者；3)分析对象的展开按照《工艺流程图》进行；4)获取用于分析的有关信息；5)对特定项目及其功能，列出每一个潜在失效模式；6)描述潜在失效后果；7)确定失效模式的严重度；8)对分析对象的特性进行分级；9)列出每一个失效模式的所有可以想到的失效起因和/或机理；10)分析失效起因或机理的可能性；11)分析可探测度；12)计算风险序数；13)指出现行的控制方法14)对风险序数较大的失效模式采取措施；15)纠正后调整风险序数。FMEA的顺序第二部分设计FMEA是由负责设计的工程师采用的一种分析技术，用以最大限度地保证各种潜在失效模式及其起因/机理已得到充分的考虑。反映一个设计工程师在设计过程中正常的思维过程。产品设计流程客户需求VOCCTO概念设计/参数设计公差设计系统设计分析/改进验证设计完成Critical-To-Quality(CTQ)品质关键点企业提供的产品和服务必须满足客户要求的品质特征.在SixSigma(六西格玛)中,通常用Y来表示.很多公司都是把其作为一个输出的衡量性指标（OutcomeIndicator）举个例子来说，麦当劳顾客减少，此时的关键指标就是平均每天顾客人数(person/day)不同的项目有不同的指标的。DFMEA什么叫产品设计？明确依据/标准/规范产品的结构/组成（爆炸图，3D图，BOM）参数及公差关键产品特性用户手册其他FMEA与APQP的关系DFMEA小组设计工程师直接地、主动地联系必要的支持小组成员，不同阶段联系不同的人核心小组：设计工程师、制造工程师支持小组：质量、检测、SQE、客服、材料、供应商、生产等单位的专家或负责人小组的作用促进沟通，合作核心小组：1）具有纠正技能2）职责需明确支持小组：提供专门的知识稳健工程（Ford)建立产品结构框图（boundarydiagram，blockdiagram）建立P-diagram质量功能展开（QFD）头脑风暴法（BrainStorming)DFMEA–范围设计FMEA应从所要分析的系统、子系统或另部件的框图（Boundarydiagram)开始。框图说明了分析中的各项目之间的主要关系，并建立了要分析的逻辑顺序。列出要分析的项目/功能设计FMEA的层次框图–手电筒设计FMEA的输入客户要求/设计目标初始材料清单初始特殊特性清单类似产品的保修信息以往类似产品客户抱怨及不良统计资料设计FMEA的输出潜在设计失效模式潜在关键设计要求设计问题/额外风险新设计要求设计验证计划特殊特性更新制造可行性设计FMEA标准表格（AIAG）QFDP图(参数图)-用于设计FMEA分析P图的作用有助于识别：

–

潜在失效的原因（Noisefactor)

–

失效模式

–

潜在的失效后果(出错的状态）

–

确定现行的控制（控制因素）

–

建议措施（控制因素）设计FMEA例-橡胶油封失效模式：外围渗漏原因：材料之耐久性；后果：污染；

目前之控制方法：加速寿命试验。原因：材料之兼容性；后果：污染；

目前之控制方法：产品兼容性研究原因：允容设定；后果：污染；

目前之控制方法：最差的公差设定研究设计FMEA分析方法硬件法针对零件清单上的每一个零件，一次一个的逐个分析，直到整个产品分析完。功能法针对该产品之所有功能予以列表出来，然后逐个功能项目来加以分析。功能块法成组的零件／组成／次组成或子系统结合成功能块,其对功能之影响性，影响性最大者将得到较多的注意和优先权。设计FMEA分析方法（续）可靠度块法将产品组合成可靠度块，然后依据其重要性来分析每一个区块。由上而下法由最上层分析到最下层由下而上法由最下层分析到最上层AIAGDFMEA范例1.FMEA编号填入FMEA文件编号,以便可以追踪使用例如,设计FMEA表编号可表示如下:

编号□□□□-□□项目号月份公历年的末两位2.系统、子系统或零件名称及编号填入将被分析的系统、子系统或零件名称和编号3.设计责任填入OEM部门和小组,适用时还包括供应商名称。4.编制人填入负责编制FMEA的工程师的姓名、电话和所在公司的名称5.车型年/项目填入所分析的设计将要应用和/或影响的车型年/项目(如已知的话)可以调整为：客户/项目代号6.关键日期填入初次FMEA应完成的时间，它不可以超过计划产品设计发行日期。7.FMEA日期填入最初FMEA被完成日期和最新被修订日期8.核心小组列出有权确定和/或执行任务的责任部门的名称和个人的姓名（建议所有参加人员的姓名、部门、电话地址都应记录在一张分发表上。）9.项目／功能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。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(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。Omnex及Ford要求明确规格功能可测量功能应顾及所有质量项目质量的定义：功能、性能、可靠性、安全性、可维修性、环境适应性、外观等TS16949之主要质量概念：“3F”项目和功能全面的考虑10.潜在失效模式部件、子系统或系统有可能会未达到或不能实现项目/功能栏中所描述的预期功能的情况（未达到设计意图）。它可能引起更高一级子系统、系统的潜在失效，也可能是它低一级的零部件潜在失效的影响后果。对每一个特定项目及其功能，列出每一个潜在失效模式。前提是这种失效可能发生，但不是一定发生。可以将以往TGW(运行不良)的研究，问题报告以及小组的集思广益的评审做为出发点。10.潜在失效模式针对所有功能及可测量的项目，考虑如下四个方面：–

无功能（NoFunction）–

功能不全/功能过剩/一段时间内性能下降（Partial/OverFunction/DegradedOverTime）–

间隙性功能（IntermittentFunction）–

非预期的功能（UnintendedFunction）11.潜在失效后果

定义为顾客感受到的失效模式对功能的影响要根据顾客可能发现或经历的情况来描述失效的后果，要记住顾客既可能是内部的顾客也可能是最终用户。如果失效模式可能影响安全性或对法规的符合性，要清楚地予以说明。失效的后果应按照所分析的具体的系统、子系统和系统之间存在着一种系统层次上的关系。例如，一个零件可能会断裂，这样会引起总成的振动、从而致一个系统间歇性运行。系统的间歇性运行可能会造成性能的下降并最终导致顾客的不满。11.潜在失效后果（续）分析的意图就是在小组所拥有的知识层次上,尽可能地预测到失效的后果.常见的失效效应包括:噪音、漏气、操作费力、电动窗不作用、煞车不灵、跳动、乱档、冷却不够、车辆性能退化,产生臭气,外观不良、不稳定、粗糙等。12.严重度严重度是相应于失效模式所引起的最严重效应的评分。严重度对每个FMEA是相对的分数。推荐的评价准则：小组对评定准则和分级规则应意见一致，即使因为个别产品分析做了修改也应一致。不要修改附表评分准则打分为9,10的值，失效模式其严重度为1分的不需要更进一步的分析。12.严重度评分后果评定准则：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违反了政府的有关章程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，并影响到行车安全或违反了政府的有关章程9很高车辆(或系统)不能运行，丧失基本功能8高车辆(或系统)能运行，但性能下降，顾客不满意7中等车辆(或系统)能运行，但舒适性或方便性项部件不能工作，顾客感觉不舒服6低车辆(或系统)能运行，但舒适性或方便性项目性能下降，顾客感觉有些不舒服5很低配合、外观或尖响、卡嗒响等项目不符合要求，大多数顾客发现有缺陷(大于75%)4轻微配合、外观或尖响、卡嗒响等项目不符合要求，有一半顾客发现有缺陷3很轻微配合、外观或尖响、卡嗒响等项目不符合要求，但很少顾客发现有缺陷(少于25%)2无无影响113.等级本栏目可用于对那些可能需要附加的设计或过程控制的部件、子系统或系统的产品特殊性的分级（如关键、主要、重要、重点）。本栏目还可用于突出高优先度的失效模式，以便在小组认为有所帮助时或部门管理者要求时进行工程评价。产品或过程特殊特性符号及其使用服从于特定的公司规定。Ford特殊特性的识别及符号FMEA类型分级指示准则措施要求设计YC一个潜在的关键特性（启动PFMEA）严重度=9，10PFMEA小组须关注设计YS一个潜在的重要特性（启动PFMEA）严重度=5-8，且频度=4-10PFMEA小组须关注过程▽关键特性严重度=9，10有过程过程SCHI重要特性高影响严重度=5-8，且频度=4-10严重度=5-8，且频度=4-10有强调过程OS作业人员安全严重度=9或10安全认可14.潜在失效原因/机理

设计薄弱的环节，其作用结果就是失效模式。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模式。尽可能简明扼要、完整地将起因／机理列出来，使得对相应的起因能采取适当的纠正措施。14.潜在失效原因/机理（续）典型的失效起因可能包括但不限于下列情况：–

规定的材料不符–

设计寿命估计不当–

应力过大–

润滑不足–

维修保养说明不当–

环境保护不够–

计算错误。14.潜在失效原因/机理（续）P图（考虑5个杂迅因素-noisefactor)鱼骨图14.潜在失效原因/机理（续）典型的机理可能包括但不限于–

屈服–

疲劳–

材料不稳定性–

蠕变–

磨损和腐蚀15.（发生）频度*频度:是指某一特定失效起因或机理出现在设计寿命内的可能性。通过设计变更或设计过程变更(例如设计检查表、设计评审、设计规范等)是唯一能降低发生度的影响。*频度，有人翻译为发生率15.频度（续1）假设

–

另部件的生产制造在规范范围内

–

设计必须考虑制造的可能变差15.频度（续2）1~10分，评分考虑下列问题：

–

类似零部或子系统的维修档案及维修服务经验？

–

相对先前水平的零部件或子系统所做的变化有多显著？

–

零部件的用途有无变化？

–

有那些环境改变

–

针对该用途，是否作了工程分析来估计其预期的可比较的频度数？DFMEA频度评价准则-半英文DFMEA频度评价准则16.现行设计控制现行的控制是指那些已经用于或正在用于相同或相似设计中的那些措施。保证该设计对于所考虑的失效模式和／或机理来说是恰当的。例子：道路试验、设计评审、防错与安全设计《如，减压阀》、数学研究、台架／试验室试验、可行性评审、样件试验和使用试验等。16.现行设计控制小组应当持续关注改善设计控制，例如，在实验室创建新的系统测试，或创建新的系统模型运算法则。例：尿布的吸水性，洗衣机衣物磨损，电子产品热冲击。客户之例子……16.现行设计控制（续）有二种型式的设计控制–

预防：预防失效的原因／机制或预防失效模式的发生，或降低它们发生的概率。–

探测：检测失效的原因／机制或失效模式，不管是用分析或物理的方法，在这个项目放行到生产之前。对评分的影响：–

假如预防性控制被融入设计意图并成为其一部分，它可能性会影响最初的频度定级；–

探测度的最初定级将以探测失效起因/机理或探测失效模式的设计控制为基础。16.现行设计控制（续）表格栏位的设置–

两栏：即单独的预防控制栏和探测控制栏，以帮助小组清楚地区分这两种类型的设计控制。这可迅速而直观地确定这两种设计控制均已得到考虑。最好采用这样的两栏表格。–

单栏：应使用下列前缀。在所列的每一个预防控制前加上一个字母“P”。在所列的每一个探测控制前加上一个字母“D”。17.（不易）探测度*探测度的分数是相应于列在设计控制栏中最佳的探测控制。探测度对每一个个别的FMEA是一个相对的分数。为了得到一个较低的分数，通常规划的设计控制(例如：确认或验证活动)必须改进。DFMEA探测度评价准则（一）DFMEA探测度评价准则（二）18.风险顺序数风险顺序数是严重度（S）、频度（O）、探测度（D）的乘积RPN=SEV×OCC×DET19.建议措施工程人员针对预防或纠正措施应首先针对高严重度、高风险顺序数或则其它团队设计的项目。建议措施降低分数的排序如下：首先是严重度，再来是发生度，最后是不易探测度。在一般的实践中当严重度是9或10时，不管风险顺序是如何都必须特别注意确认是否已利用现行的设计控制或预防／纠正措施。在所有已识别的失效模式的后果会导致最终使用者伤害的，必须考虑使用预防或纠正措施来消除、减轻或控制失效原因。19.建议措施完成对严重度为9或10的特别注意后，工作小组必须再面对其它的失效模式，企图再降低严重度、发生度、不易探测度。可以考虑下列措施，但不局限于此–

变更设计几何／公差–

变更材料规格–

试验设计(特别是在多种因素或相互作用时)或其它问题解决手法–

变更试验计划19.建议的措施无建议则填上“无”20.负责人与日期对每一个的建议措施的填入负责单位或个人,和预定完成的日期。21.采取的措施措施执行后,填入简短的已实施的行动及生效日期。22.措施结果当明确了预防／纠正措施后，估算并记录下纠后的严重度、出现频次及不易探测度数。计算并计载RPN的结果。如没采取什么预防／纠正措施，将“纠正后的RPN”栏及对应的取值栏空白即可。所有的纠正后的RPN都应复查，而且如果有必要考虑更进一步的措施，应重复分析。始终关注持续改进。措施跟踪图纸更改规范更改应用到过程FMEA，控制计划等文件中设计FMEA是一份动态文件在一个设计概念最终形成之时或之前开始在产品开发的各个阶段，发生更改或获得更多的信息时，持续予以更新在产品加工图样完工之前全部完成。DFMEA实例练习及讲评请介绍产品请绘制框图请按零件/功能分小组练习报告/讲评设计FMEA与过程FMEA的关系第三部分过程失效模式及影响分析过程FMEA是一份动态的文件在可行性阶段或之前进行在生产用工装到位之前考虑到从单个部件到总成的所有的制造工序不要忽视任何高风险的环节，如搬运、储存假定

产品设计能满足要求，不可以建议采用改进产品设计的方法一般假设材料是合格的，除非特别明确过程FMEA开发的责任制造工程师（工艺工程师）直接地、主动联系所有有关领域的代表。这些领域包括（但不限于）设计、装配、制造、材料、质量、服务和供方，以及负责下一层次装配的领域过程设计流程过程FMEA的输入特性矩阵客户抱怨及退货信息/市场调研纠正/预防措施过程流程图设计FMEA（如果有）类似产品的DFMEA/PFMEA过程FMEA–输出过程/零件潜在失效模式清单潜在关键及重要特性清单消除或减少产品潜在失效的过程措施清单（输入到控制计划/作业指导书）过程FMEA表头信息项目

–

根据过程所属的系统、子系统或零部件进行分类，包括名称和编号。年型/车型

–

汽车的车型/年型，非汽车用户填产品名称核心小组

–

过程评估小组成员名称、部门和电话过程FMEA表头信息过程责任部门

–

整车厂商（OEM）、部门和责任小组关键日期

–

过程设计初步完成日期编制人、日期过程FMEA表头信息过程功能和要求

–

与过程流程图中的作业编号和说明相同，简要说明过程的目的（如：焊接，钻孔等）

–

说明对应的产品及过程规范，如尺寸，保持力，插入力、拔出力过程FMEA表头信息潜在失效模式

–

对某一作业可能发生的不符合性的描述

–

以工序为单位，先用头脑风暴法列出所有可能的失效，经过评审后确定那些应列入FMEA表中。潜在失效的后果潜在影响是指失效模式对客户的影响客户：

–

最终用户

–

主机厂

–

后道工序

–

社区、政府严重度Severity潜在失效模式对客户影响的严重程度评价确实理解“后果”，询问：

–

客户（主机厂、最终用户）

–

后道一般地，只有设计变更才能改变严重度PFMEA严重度评价准则PFMEA严重度评价准则（续）级别Classification特殊产品或过程特性的分级(例如：关键、主要、重要、重点)关注重点Ford特殊特性的识别及符号潜在的失效起因/机理原因·

缺乏控制·

用错工具·

铸模裂开·

用错材料·

机器故障·

缺少标准的指导书·

无预防性维护·

疲劳·

磨损的工具·

光线不够频度Occurrence失效原因/机理预计发生频度频度的评价准则失效发生的可能性可能的失效率Ppk频度现行过程控制预防：防止失效模式或其起因/机理的发生，或减少出现频率或者探测将发生的失效模式或其起因/机理，导致纠正措施不易探测度（D)先行控制方法查出失效模式的（不）可能性PFMEA探测度评价准则PFMEA探测度评价准则（续）风险顺序数风险顺序数是严重度（S）、频度（O）、探测度（D）的乘积RPN=SEV×OCC×DETRISKPRIORITYNUMBER第四部分总结FMEA的应用设计FMEA与过程FMEA的关系推动说明FMEA的作用预防分析问题的工具员工培训的工具设计FMEA与过程FMEA的关系福特汽车PFMEA查核表过程FMEA质量目标

（优先考虑特定的项目要求）1．过程改进

推动过程改进作为主要目标，重点在防错方法。2．高风险失效模式

小组对识别的所有高风险失效模式都引起重视，并有可实施的措施计划。其他失效模式也要考虑。3．控制计划

试生产和生产控制计划对来自过程FMEA的失效模式均加以考虑。4．综合

FMEA与过程流程图和过程控制计划相结合并且相一致。如果有，要考虑设计FMEA。5．吸取的教训

FMEA将所有的“教训”（如高的保修费用、召回、不合格品、顾客抱怨等）作为识别失效模式的输入。6．特殊或关键特性

如果符合公司的方针，识别适当的关键特性，输入关键特性选择过程。过程FMEA质量目标

（优先考虑特定的项目要求）7．时间

性FMEA在“机会之窗”关闭之前完成，此时可以最高效地对产品或过程设计施加影响。8．小组

整个分析过程中，有合适的人员参加，对FMEA方法接受过充分的培训。适当时，应有一名