潜在失效模式与影响分析教学FMEA.ppt

10 feb 2003,f m e a (failure mode & effect analysis) 潜在失效模式与影响分析,主要内容,2,fmea背景 fmea基本知识 fmea实施过程 案例,3,故障(失效)的概念,产品在规定条件下, (环境、操作、时间)不能完成既定功能。（事例） 在规定条件下, 产品参数值不能维持在规定的上下限之间（事例） 产品在工作范围内, 导致零组件的破裂、断裂、卡死、损坏现象(短路、开路、过度损耗等)（事例）,故障（或失效）模式,4,失效分析,失效分析就是分析、寻找系及其组成部分的失效原因(失效机理、故障机理、诱发失效的因素等)，从而提出补救和预防、纠正措施,5,常用失效分析方法,仪器设备测试法（因果图法、直方图法、主次图法） fmea fta：通过对可能造成系统（或过程）故障的各种因素进行分析，画出逻辑图（即故障树），确定系统故障原因的各种可能组合方式，计算系统（或过程 ）故障概率，采取相应的纠正措施，以提高系统（或过程）可靠性的一种设计分析方法。 事件树分析（eta），是一种逻辑演绎方法，它在给定的一个初因事件的前提下，分析此初因事件可能导致的各种事件序列的结果，从而可以评价系统的可靠性与安全性 fmea、fta是常被用到的重要的失效分析方法,应用也相当广泛。特别是fmea，已成为美国航天、国际汽车等行业的强制使用的分析方法。,故障模式分析,6,何谓 fmea,以系统(产品)以及工序、设备等的构成要素为对象. 利用所谓的“故障模式(failure mode)”思考方式. 事先排除可能出现的问题. 通过故障的原因和影响说明问题的重要性. 连接设计(工艺)的手法.,7,减少失 效风险,保持竞争力,改进产 品质量,满足顾 客要求,实施fmea背景,8,实施fmea背景,开展可靠性带来了经济利益,美国用于维修费用的变化趋势,美军50年代，60%500%,美军，1959年，25%,2003年，美国企业 美 巨头企业 家 亿美元 (2.5%) gm 亿美元 （2.8%） ford 亿美元 （2.5%） ge .亿美元 （4.5%）,军用,可靠性工程产生与发展,9,实施fmea背景,所有的制造问题中有80%是由设计引起的。 制造停工使英国每年损失470万生产小时。 对于许多制造过程，缺陷产品仍然以百分数来测量，而不是以百万件中缺陷产品数来测量。,10,开发阶段的 问题点 开发日程和设计变更件数,开发日程和设计变更件数,统计表明，设计变更集中在开发后半段，批量生产以后还有大量变更.,时间,11,fmea 的起源与发展,50年代：格鲁曼公司开发了fmea，用于飞机发动机故障防范； 70年代：海军制定了fmea标准， 1976年，美国国防部采纳了fmea标准； 80年代：汽车工业和微电子工业应用fmea 90年代：iso9000推荐采用fmea； 1994，fmea成为qs-9000认证要求。 军工产业，宇宙开发领域 可靠性、安全性评价工具,1970年代初 日本科学技术联盟 nasda (日本宇宙开发事业团) 引进 在民用产业迅速普及 - 宇宙航空、汽车、电气电子、机械、软件等所有产业领域,fmea 的起源与发展(美国),fmea的起源与发展 (日本),12,事后处理的费用法则,变更处理费用的10倍法则,13,开发阶段的问题点 质量问题的发生要因,在整体质量问题发生的内容中，其根本原因为设计时没有充分考虑顾客与制造环境的质量问题发生最多。,质量问题发生分类,问题发生要因,对应方案,48%,31%,21%,设计上没有充分把握顾客的 要求事项 设计上没有考虑制造能力 开发质量保证的技能不足 与 执行能力微弱,设计要因,制造要因,外包质量,开发阶段中的源流性 质量确保 (源流管理) 顾客要求的明确化 规格/设计的 优化 开发业务的效率化,资料 : 1996年 日本的 某 汽车企业分析资料,14,从 被动（后发管理）到主动(先期管理)的转变,采用客户至上的原则，致力于计划中的事前准备，将问题防止于未然，以图顺畅生产的高效模型。 经济性(大) 质量成本,按照被称作高度成长期遗留物的落后对应型，树立计划并实施，事后处理已发生的问题，是高损失成本的模型。 loss cost(大) 质量成本,现有方式,改进方向, 落后对应管理 - 事后管理 - 现象管理 - qc 7种工具 - feed back,评价成本 大 失败成本 大 预防成本 小,事后解决问题型开发 被动的 qa 防止再发生,大,小, 先期对应管理 - 防患于未然.。 - 真正的原因管理。 - fmea - feed forward(preaction),评价成本 小 失败成本 小 预防成本 大,假设先行型开发 主动的 qa 防患于未然,15,fmea 的引进背景与实施目的,防止再发生 防患于未然事故的转变 随系统的高度化、负责华而产生的事前解析的重要性增大 随开发时间的短缩而发生的问题最小化 pl(product liability)法的 有效地对应,fmea 的引进背景,提前防止故障发生. 防止丧失解决故障的机会. 防止发生问题的巨额解决费用. 早期确保开发产品的质量 与可靠性. 试验评价效率化. 技术上的 know-how 积累和知识再运用. 推进开发相关各部门间的写作.,fmea 的实施目的,16,结果比较,fmea起到了重要作用,17,fmea的作用,1、 fmea 是 一种统计工具： * 控制工具： 设计控制 / 生产控制 / 过程控制； * 风险性分析工具； * 管理工具： (1).改善所评估产品的品质、可靠性、和安全性。,18,fmea的作用,(2).減少产品再次发展的时间和成本。 (3).有助于发展设计验证计划与生产管制计划。 (4).有助于了解优先序并专注在产品和过程的问题上，以防止 问题的发生。 (5).改善顾客的满意度。 (6).文件化以追踪改善措施，減少风险。并为持续改善的依据。,误解-滿足客戶要求 工作负担,19,fmea的作用2,2、fmea 可帮助我们量化确认： * 哪一种失效会发生？ failure mode * 发生后会造成什么影响？ effect * 其影响的严重性有多大？ severity * 是哪一种原因导致失效？ cause * 失效发生概率？ occurrence * 当前工序控制方法？ current process control plan * 检測失效的能力？ detection * 风险优先指数？ risk priority number (rpn) * 建议行动？ recommended action,20,fmea简介,什么是fmea？,21,fmea的定义,认可并评价产品/过程中的潜在失效以及该失效的后果 确定能够消除或减少潜在失效发生机会的措施 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这一过程的补充,22,fmea的实施环境,三种进行fmea的情况，（关注焦点、范围）,新设计、新技术、新过程；全部设计、技术或过程,对现有设计或过程的修改；修改可能产生的相互影响,将现有设计或过程用于新的环境、场所或应用；新环境或场所对现有设计或过程的影响,23,fmea的种类,24,系统、设计、过程fmea之间的关系,系统fmea,设计fmea,过程fmea,因此不必在设计fmea中列出制造(过程)的故障模式,25,d-fmea的 概要,设计变更, 修订 确认,设 计,性能 程度 等,可靠性 安全性 等,详细设计 中间设计 基本设计,图 纸,解析水平,机能 构造的 展开,故障模式,构件,子系统,系统,故障等级,对策方案,故障模式的原因把握,故障模式的影响,故障模式的影响,重要度 评价,对策 树立,潜在的故障模式的 预测,草案,fmea,26,p-fmea 的 概要,工 程,工程设计、改进,产品功能、性能、质量 作业容易性 设备,解析水平,工程解析与功能展开,不良模式,工程,产品(system) 后加工,不良等级,对策案,不良模式的原因把握,不良模式的影响,重要度 评价,对策 树立,潜在的不良模式的 预测,fmea,27,fmea在设计开发过程中位置,1 策划,2 产品设计和开发,概念提出和批准,项目批准,计划和确定项目,产品设计和开发验证,设计fmea,3 过程设计和开发,4 产品和过程确认,生产,样件,试生产,过程设计和开发验证,产品和过程确认,反馈评定和纠正措施,过程fmea,投产,28,开展fmea的时机,dfmea设计开发阶段 在初始材料清单产生之后，就可做dfmea。 dfmea在小组可行性承诺前经过小组评审，dfmea是动态文件。,pfmea初始过程 在整个过程中的流程图/风险评定开始，就可做pfmea 。过程fmea几乎与设计dfmea同时开始，比设计fmea稍迟。 pfmea是产品在策划确认时进行评审，也是动态文件。,所谓“动”在于产品/过程的更改，任何更改都要进行fmea的评审,29,dfmea中常见的失效模式,系统或产品层次： 停止、不动作、不安定、输出异常、误动作等等。 零部件层次： 变形、龟裂、破损、腐蚀、表面划伤、脱落、卡死、脏污、变质、烧毁、断裂、异物、泄漏等等。,30,pfmea常见的失效模式,加工成型过程： 加工毛刺、破损、变形、尺寸不合格、表面粗糙度判定失误等； 组装、涂装过程： 安装划痕、破损、组装尺寸不合格、连结不合格、漏装零件、颜色判定失误、落入异物等。,31,设计fmea和过程fmea的联系,dfmea与pfmea有明确分工，又有紧密联系。 1、产品设计的下一道工序是过程设计，产品设计应充分考虑可制造与可装配性，由于产品设计中没有适当考虑制造中技术与操作者体力的限制，可能造成失效模式的发生； 2、产品设计fmea不能依靠过程检测作为控制措施； 3、pfmea应将dfmea作为重要的输入，对dfmea中标明的特殊特性，也必须在pfmea中作为重点分析的内容。,32,pfmea简介,过程fmea是由负责制造/装配的工程师/小组主要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相关的起因/机理已得到充分的考虑和论述。 fmea以最严密的方式总结了开发一个过程时小组的思想（其中包括根据以往的经验可能会出错的一些项目的分析）。这种系统化的方法体现了一个工程师在任何制造策划过程中正常经历的思维过程，并使之规范化。,33,fmea参加者及其作用,设计。评价部门 讨论对重要故障模式设计改善。 生产技术部门 讨论对重要故障模式，发生频度较高的故障模式的工程改善。 生产部门 讨论对重要故障模式的重点管理方法。 检查部门 讨论对重要故障模式的重点管理方法及对检知较难故障模式的检出方法。 品质保证部门 讨论重要故障模式的市场对策。 销售。服务部门 讨论使顾客彻底了解使用时的使用条件，保全条件及注意事项的方法。,34,fmea总的原则,35,fmea计算,风险顺序数（rpn）,rpn=后果的严重度失效可能性不易探测度 取值范围在1到1000,严重度-s (severity) 失效可能性-o (occurrence) 不易探测度-d (detection),36,未完待续，下星期三老地方继续，谢谢大家!,37,fmea两个阶段,pfmea,dfmea,新的 更改的设计,评价,方框图,设计fmea,过程,产品 过程 特性,过程流程图,过程fmea,38,sfmeadfmea主要程序,推进进程,p-fmea和d-fmea过程相似 在d-fmea开展后进行,39,pfmea的前提,pfmea假定所设计的产品能够满足设计要求。 pfmea不依靠改变设计来克服过程中的薄弱环节。,40,p-fmea主要程序,推进进程,41,过程功能确定,p-fmea的关键工作是找全可能的、潜在的导致过程产品故障（不能满足顾客要求）的工艺、作业等的失效模式。,为了找全过程（系统或部件）的潜在的故障模式，应明首选完成如下工作：,（1）顾客定义-过程fmea中“顾客”的定义通常是指“最终使用者”。然而，顾客也可以是随后或下游的制造或装配工序，维修工序或政府法规。,（2）建立过程流程图，确定过程的功能。,过程fmea应从一般过程的流程图开始。这个流程图应明确与每一工序相关的产品/过程特性。如果有的话，相应的设计fmea中所明确的一些产品影响后果应包括在内。用于fmea准备工作的流程图的复制件应伴随着fmea,42,创建过程流程图,装配-宏观,检查 操作 存储 传递,43,创建过程流程图,op 30-锁地线,取st3*5螺丝，穿上太阳垫 将地线锁付至烤盘组 从视觉和感觉上检查螺丝有无滑牙，扫头，未打紧,装配-微观,44,定义过程目标,在此操作中，过程起什么作用？ 使用动词/名词/可测量的格式填写 测量包括所有的终端产品和过程要求,45,微观流程-过程目标,取st3*5螺丝，穿上太阳垫 将地线锁付至烤盘组 从视觉和感觉上检查螺丝有无滑牙，扫头，未打紧,要求/功能 确保垫片不脱落，去除电位差 确保螺丝锁紧，达到指定的扭力 从视觉检查螺丝有无扫头生锈风险,46,创建过程流程图,47,确定分析水平,决定影响分析水平 - 决定fmea对象的层面和范围,48,列举分析对象功能,依据确定的分析水平，确定对应过程产品的要求-特别是特殊特性 建立产品的功能/特性清单（该要求来源于设计过程） 建立过程过程产品特性/功能矩阵,49,fmea表,50,fmea表简介,功能、特性 或要求是 什么？,会有什么问题？ 无功能 部分功能降级 功能间歇 非预期功能,后果是 什么？,有多糟 糕？,起因是 什么？,发生的 频率如 何？,现在是怎样预防和探测的？,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 标准、程 序或指南 的更改,51,预测故障模式,52,有效的故障模式预测方法,为进行有效故障模式预测应了解的3个概念 阶层：从上层（中间）水平到下层（零部件） 水平按各层之分 预测故障模式 联想：活用多角度的预测观点（头脑风暴），由联想来预测故障 故障结构：依据上层对象故障 模式的原因研究下层对象的故障来预测故障,53,对象在给出的条件和规定期间内不能发挥被要求功能的情况，依据其状态的形式 分为： 无功能 部分功能或功能降级 间歇功能 非预期功能,产品失效的分类,54,故障模式分类,55,故障模式检查表,事例：,飞机的起落架放不下来；洗衣机无法放水,如手机的麦克风故障,洗衣机放水突然停止,洗衣机按甩干按钮，却进行进水程序,加热5分钟，实际上却加热了20分钟；本应进行放水程序，实际上却执行了进水程序,微环境控制失灵,56,故障模式检查表,57,故障模式检查表,58,1、结构故障（破坏） 2、捆结或卡死 3、振动 4、不能保持正常位置 5、打不开 6、关不上 7、误开 8、误关,9、内部漏泄 10、外部漏泄 11、超出容许限上限 12、超出容许限下限 13、非规定的运行 14、间断（包括瞬间）不工作 15、工作参数漂移 16、指示错误,17、流动不畅 18、错误动作 19、不能关机 20、不能开机 21、不能切换 22、提前运行 23、非规定的滞后运行 24、过大的错误输入,25、过小的错误输入 26、过大错误输出 27、过小错误输出 28、无输入 29、无输出,30、电短路 31、电开路 32、电漏泄 33、其他（对于系统、产品特性、要求和运行限制的 其他故障模式）,iec8121985归纳的故障模式：,59,确定失效后果影响,所谓潜在失效后果是顾客感受到的失效模式对功能的影响。 失效影响：可以从法规、功能和其它部件的关系方面考虑 局部的不影响其它部件，不会影响全局 全局的会影响其它部件的功能，或会导致整机功能失效,60,失效后果,操作员安全 下一位用户 下游用户 机器/设备 车辆行驶 最终顾客 符合政府法规规则,考虑对下列对象的影响,对最终使用者： 噪音 粗糙 费力 工作不正常 异味 渗漏 不能工作 报废 外观不良,对下工序： 无法紧固 不能配合 不能连接 无法安装 损坏设备 危害操作者 工装过度磨损,61,后果的严重度评价,严重度是一给定失效模式最严重 的影响后果级别。 是单一的fmea范围内的相对定级结果。 严重度数值的减低只有通过改变设计才能实现。（安全带-撞车） 确定严重度的评价标准,62,严重度2,63,汽车行业严重度等级,64,严重度,65,是指设计薄弱部分的迹象，其结果就是失效模式； 指尽可能的列出每一失效模式的每一个潜在起因和/或失效机理。起因/机理应尽可能简明而全面的列出，以便有针对性的采取补救的努力。 可以采用因果图、故障树、fmm图等方法确定失效的机理,分析潜在原因,66,因果图,树图,故障原因分析的常用工具：,67,故障树,关联图法,故障原因分析的常用工具：,68,评价发生频度,是指某一特定的起因/机理在设计寿命内出现的可能性； 通过设计变更或设计过程变更（设计评审）来预防或控制失效模式的起因/机理是可能影响频度数降低的唯一途径。 确定发生频度评价准则,69,频度评价准则示例,70,频度,71,列出已经完成或承诺要完成的预防措施、设计确认/验证（dv）或其它活动，并且这些活动将确保设计对于所考虑的失效模式和/或起因/机理是足够的。 现行控制是指已被或正在被同样或类似的设计所采用的那些措施（如设计评审，失效与安全设计（减压阀），数学研究，台架/试验室试验，可行性评审，样件试验，道路试验）。 小组应致力于设计控制的改进；例如，在实验室创立新的系统试验或创立新的系统模型化运算方法等。,现行设计控制方法的检讨,72,现行控制方法,要考虑两种类型的设计控制 预防-p：防止失效的起因/机理或失效模式出现，或者降低其出现的几率，如更改设计，此方法会影响频度。优先采用。 探测-d：在项目投产之前，通过一定的方法，探测出失效的起因/机理或者失效模式，如目测，在线检测等：,73,控制方法有效性评价-不易探测度,探测度是与设计控制中所列的最佳探测控制相关联的定级数。 为了获得一个较低的定级，通常计划的设计控制必须予以改进。 确定不易探测度评价标准,74,不易探测度标准示例,探测性,评价准则：由设计控制可探测的可能性,不易探测度数,绝对不可能,设计控制将不能和,/,或不可能找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模,式；或者根本没有设计控制,10,很微小,设计控制只有很微小的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,9,微小,设计控制只有微小的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,8,很小,设计控制只有很小的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,7,小,设计控制有较小的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,6,中等,设计控制有中等的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效,5,中上,设计控制有中上多的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,4,高,设计控制有较多的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,3,很高,设计控制有很高的机会找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,2,几乎肯定,设计控制几乎肯定能够找出潜在的原因,/,机理及相应的失效模式,1,75,探测度,76,计算rpn,解决问题的优先级别由风险顺序数rpn计算，是发生度