FMEA培训教材(刘新志自编).ppt

潜在失效模式及后果分析 主讲人 刘新志 质量管理系列讲座之 FMEA FMEA简介 早知道 就不会 早知道作好防震设计就不会造成大楼倒塌早知道改进电力输配设计就不会造成美国等国的大停电早知道不滥砍滥伐就不会造成泥石流早知道作好桥梁设计就不会造成重庆彩虹大桥倒塌有些早知道是必需的 有些就不会是不允许发生的核电厂 水库 卫星 飞机 十大召回事件 有效运用FMEA可减少事后追悔 FMEA简介 我先 所以没有 我先看了气象预报所以没有淋成落汤鸡我先评估金融大楼高度所以没有影响飞机安全我先设计电脑放火墙所以没有被骇客入侵我先作好桥梁设计所以没有造成重庆彩虹大桥倒塌有些我先是必需的 有些所以没有是可预期避免的核电厂 水库 卫星 飞机 十大召回事件 有效运用FMEA可强化事先预防 失效模式及后果分析 FailureModeandEffectsAnalysis FMEA 是产品可靠性分析的一种重要定性方法 是一项用于确定 识别 预防或消除产品在系统 设计 过程和服务中已知的和潜在的失效 问题错误的工程技术 它是通过研究产品的故障模式 产生的影响 可能的原因或故障机理 评价问题的重要度 从而采取措施预防或消除产品的故障一种方法 FMEA简介 什么是FMEA FMEA简介 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 识别和评估潜在的失效模式及其影响 确定能够消除或减少潜在的失效发生的改善措施 FMEA可帮助我们量化确认 哪一种失效会发生 发生后会造成什幺影响 其影响的严重性有多大 是哪一种原因导致失效 失效发生概率 当前工序控制方法 检测失效的能力 风险优先指数 建议行动 FMEA是一种工具 FMEA能做什么 是一项以失效为讨论重点的支援性与辅助性的可靠性技术 用表格方式进行工程分析 使产品在设计与制程规划时 早期发现缺陷及影响程度以便及早提出解决之道 是一种事前行为 体现预防为主的思想 是一种系统化的工程设计辅助工具 FMEA为归纳法应用 根据零组件的失效资料 由下而上推断系统的失效模式及其效应 是一种向前推演的方法 同时也是从局部入手 分析对总成的影响 FMEA简介 FMEA的特征 FMEA是动态文件 DFMEA必须在计划的生产设计发布前PFMEA必须在计划的试生产日期前 各项未考虑的失效模式的发现 评审和更新 各项未考虑的失效模式的发现 评审和更新 FMEA简介 实施FMEA可以 提前防止故障的发生 早期确保开发产品的品质及可靠性 试验评价效率化 技术上的要领积累和知识再运用 开发相关部门间的协力促进 FMEA简介 企业实施FMEA的意义 开展FMEA分析可以为企业带来巨大的经济效益和竞争力 一些企业因其产品的不可靠性而投入大量的人力 物力 企业的许多成品成为 救火队员 造成了巨大的经济损失 甚至危及企业的生产和发展 其主要原因之一是没有在产品策划 设计和制造过程中进行失效分析和控制 FMEA简介 美国用维修费用的变化趋势 通常事后处理费用会以10倍的速度增长 事后处理费用法则 美军 50年代 60 500 美军 1959年 25 2003年 美国企业巨头企业50家195亿美元2 5 GM44亿美元2 8 FORD35亿美元2 5 GE7 4亿美元4 5 可靠性工程产生与发展 开展可靠性工程带来的经济效益 FMEA简介 FMEA发展简史FMEA作为一种可靠性分析方法起源于美国 早在20世纪50年代初由格鲁门飞机公司提出 用在飞机主控系统的失效分析 并取得良好的效果 60年代后期和70年代初期 FMEA方法广泛应用于航空 航天 舰船 兵器等军用系统的研制中 并逐步渗透到机械 汽车 医疗设备等民用工业领域 取得显著效果 国内在80年代初期 随着可靠性技术在工程中的应用 FMEA的概念和方法也逐渐被接受 目前在航空 航天 舰船 兵器 电子 机械 汽车 家用电器等工业领域均获得一定程度的普及 国际先进企业纷纷在质量管理中大力推行FMEA 据文献报道 美国某世界级的汽车公司大约50 的质量改进是通过FMEA和FTA ETA来实现的 美国20世纪80年代提出要求企业执行FMEA 可是到了90年代才逐渐应用起来 据麦肯锡公司统计 日本汽车及零部件制造企业应用FMEA和FTA ETA的比例高达100 在日本企业崛起的过程中 FMEA起到了重要作用 FMEA标准的发展美国防部1974年颁布了FMEA的军用标准MIL STD 1629 之后于1980年公布了MIL STD 1629A 到了1988年 美国联邦航空局要求所有航空系统的设计及分析都必须使用FMEA 1985年 国际电工委员会 IEC 公布了IEC812 我国将其等同采为GB T7826 1987 系统可靠性分析技术失效模式和效应分析 FMEA 程序 1992公布了GJB1391 1992 故障模式 影响及危害性分析的要求和程序 各国际化标准组织也积极采用FMEA 如 ISO TS16949 QS9000已将FMEA作为设计与过程分析的方法及其认证的要求 ISO14000已将FMEA作为重大环境方面分析的方法 ISO9004已将FMEA FTA作为对设计和开发以及产品和过程的确认和更改进行风险评估的方法 FMEA简介 功能 特性或要求是什么 会是什么问题 无功能 部分功能 功能过强 功能降级 功能间歇 非预期功能 后果是什么 有多糟糕 起因是什么 发生的频率如何 怎样能得到预防和探测 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 标准 程序或指南的更改 子系统 功能要求 FMEA简介 FMEA开发顺序 FMEA简介 FMEA的分类系统FMEA SFMEA设计FMEA DFMEA过程FMEA PFMEA服务FMEA SFMEA设备FMEA MFMEA 早期概念阶段 用于分析系统和子系统产品生产之前 设计阶段 由设计缺陷产生的故障模式在生产之前 针对生产和组装过程缺陷的故障模式在产品使用之前 对系统或过程产生的缺陷引起的故障模式的分析对设备系统 一般机械 分系统 电子 机械 控制 组件 工装夹具 物料输送 驱动 部件的潜在失效模式的分析 制造和装配过程潜在失效模式及后果分析 过程FMEA PFMEA PFMEA简介 什么是PFMEA 过程FMEA 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 PFMEA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 PFMEA简介 过程FMEA的作用确定过程功能和要求 确定与产品和过程相关的潜在的失效模式 评价潜在失效对顾客产生的后果 确定潜在制造或装配过程起因并确定要采取控制来降低失效产生频度或失效条件探测度的过程变量 确定过程变量以此聚焦于过程控制 编制一个潜在失效模式的分级表 以便建立一个考虑预防 纠正措施的优选体系 记录制造或装配过程的结果 PFMEA简介 PFMEA质量目标过程改进 高风险失效模式 控制计划 综合 吸取的教训 特殊或关键特性 时间性 小组 文件 时间的使用 PFMEA开发的必备条件分析并掌握制造和装配操作和要求 编制过程流程图 对其要求为 明确每个操作 步骤的输出和产品相关要求 明确每个操作 步骤绩效要求 提供小组识别潜在失效模式的基础 有助于提供给小组的 在过程要求上的其它工具和信息来源包括 DFMEA图纸和设计记录过程清单关系 特性 矩阵图内部和外部 顾客 的不符合 即在历史上知道的失效模式 质量和可靠性历史 PFMEA简介 过程流程图 PFMEA和控制计划开发宜由一个跨功能小组完成 以保持其一致性 PFMEA简介 过程流程图样表 PFMEA简介 功能要求 过程FMEA的标准表 PFMEA要素 过程 功能要求 过程指工序 功能要求指工序的目的 过程在编号过程和术语的基础上 填入识别的所需分析过程步骤或操作 如车削 钻孔 功丝 焊接 装配等过程 使用的过程编号体制 先后排序和术语应与那些用于过程流程图的保持一致以确保可与其他文件 控制计划 作业指导书 的可追溯性和联系 过程 功能要求 返修和返工操作也可以包含在内 功能列出与所分析的每一个过程步骤或操作相对应的过程功能 过程功能描述操作的目的或意图 如果给定的操作有多个过程功能 各个要求每一个都应排列在表中以帮助开发相关失效模式 要求列出所分析的过程步骤 操作的每一个过程功能的要求 要求是符合设计意图或其他顾客要求的规定过程的输入 如果给出的功能有多种要求 各与失效模式相关的要求都应列在表上 PFMEA要素 过程 功能要求 小组应评审适用的性能 材料 过程 环境和安全标准 以尽可能简洁的方式指明所分析的过程或工序的目的 包括有关系统 子系统或部件的设计 度量 变量 的信息 PFMEA要素 潜在失效模式 产品在规定条件下 如环境 操作 时间等 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 损坏现象 如短路 过程损耗等 物品直接表现失效的形式如下 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 失效 一件装备 装备的组件或一件结构发生任何形状 尺寸或材料性质的变化 造成这些物品处于无法充分地执行其特定的功能的状态 潜在失效模式 所谓潜在失效模式是指过程有可能不能满足过程功能 要求栏中所描述的过程要求和 或设计意图 它是对该特定工序上的不符合的描述 它可能是下一 下游 工序的某个潜在失效模式的一个相关起因或者是前一 上游 工序的某个潜在失效模式的一个相关后果 失效模式分类 规定工艺有缺陷 不能完成规定功能工艺参数不正确控制手段不适宜工艺方法不正确按工艺操作产生非预期功能 PFMEA要素 潜在失效模式 在准备FMEA时 应假定所接收的零件 材料是正确的 如何分析失效模式 零件为什么被拒收 思考方法 典型的失效模式 用产品特性来描述 按照部件 子系统 系统或过程特性 列出特定工序的每一个潜在的失效模式 前提是这种失效可能发生 但不一定发生 过程工程师应回答如下问题 过程 零件怎么不满足要求 无论工程规范如何 顾客 最终使用者 后续工序或服务 认为的可拒收的条件是什么 可以对类似过程的比较和对顾客 最终使用者和后续工序 对类似部件的索赔研究为起点 了解设计意图也是必要的 典型的失效模式 FMEA要素 潜在失效模式 潜在失效模式用规范化或技术术语来描述 PFMEA要素 潜在失效模式 潜在失效模式分析的应用 指失效模式发生后对顾客的影响 包括内外部顾客 典型失效后果 用顾客的感受来描述 对外部顾客用产品的性能来描述 如 电寿命不足 熔焊 掉点 焊接不牢 分层 不导通 温升高等 对下序用过程 工艺 性能来描述 如 无法挑选 轧制开裂 引起工装过度磨损 损坏设备 危害操作者等 PFMEA要素 潜在失效后果 潜在失效后果 要根据顾客可能发现或经历的情况来描述失效的后果 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 在这里 顾客可以是下道工序 后续工序或工位 电器厂和 或最终用户 这些因素在评价失效后果时均需考虑 PFMEA要素 潜在失效后果 潜在失效后果分析的应用 PFMEA要素 潜在失效后果 PFMEA要素 潜在失效后果 失效后果 尽可能的思考 在最终产品上会出现该失效模式时对顾客有什么影响 会造成什么后果呢 PFMEA要素 严重度S 严重度是一给定失效模式最严重的影响后果的级别 严重度是单一的FMEA范围内的相对定级结果 严重度数值的降低只有通过设计更改或重新设计才能够实现 如果受失效模式影响的顾客是电器厂或产品的使用者 严重度的评价可能超出了本过程工程师 小组的经验或知识范围 在这种情况下 应咨询设计FMEA以及设计工程师和 或电器厂的过程工程师的意见 当潜在失效模式导致最终顾客和 或一个制造 装配厂产生缺陷时便得出相应的定级结果 最终顾客永远是首先考虑的 如果两种可能都存在的 采用两个严重度值中的较高者 同样的失效模式后果 严重度等级应该相同 严重度S 汽车行业严重度的推荐评价准则 PFMEA要素 严重度S PFMEA要素 严重度S 汽车行业严重度的推荐评价准则 续表 PFMEA要素 严重度S 施耐德推荐严重度评价准则 PFMEA要素 严重度S 施耐德推荐严重度评价准则 续 PFMEA要素 分类 定义 指失效模式重要性等级 特殊特性或关键 主要 重要 重点 特殊产品或过程特性符号及其使用服从于特定的公司规定 突出对高优先度的失效模式进行工程评定 要注意符号的一致性 DFMEA PFMEA和控制计划 工艺文件 作业指导书 检验文件都要标注 分类 所谓失效的潜在起因是指失效是怎样发生的 并应依据可以纠正或可以控制的原则予以描述 尽可能的列出可归结到每一失效模式的每一个潜在起因 如果起因对失效模式来说是唯一的 也就是说如果纠正该起因对该失效模式有直接影响 那么这部分FMEA考虑的过程就完成了 失效的许多起因往往并不是相互独立的 要纠正或控制一个起因 需要考虑诸如试验设计之类的方法 来明确哪些起因起主要作用 哪些起因最容易得到控制 起因列出的方式应有利于有的放矢地针对起因采取补救的努力 典型的失效起因可包括但不限于 测量不精确热处理不当 时间 温度磨损的工装损坏的工装不正确的机器设置不正确的程序编制 PFMEA要素 失效的潜在起因 机理 导致此失效模式的发生 A原因 B原因 C原因 D原因 失效的潜在起因 机理 因果分析 PFMEA要素 失效的潜在起因 机理 应列出具体的错误或故障情况 不应使用含糊不清的词语 如操作者错误 机器工作不正常 PFMEA要素 频度O 频度是指某一特定的起因 机理发生的可能性 描述出现的可能性的级别数具有相对意义 而不是绝对的 通过设计更改或过程更改来预防或控制失效模式的起因 机理是可能导致发生频度数降低的唯一途径 可能的失效率 是根据过程实施中预计发生的失效来确定的 为保证连续性 应采用一致的发生频度定级方法 发生频度级别数是FMEA范围内的一个相对级别 可能并不反映实际出现的可能性 失效模式 A原因 B原因 C原因 D原因 频度 频度 频度 频度 频度O PFMEA要素 频度O 汽车行业推荐的PFMEA发生率评价准则 PFMEA要素 频度O 汽车行业推荐的带有Ppk值的PFMEA发生率评价准则 PFMEA要素 频度O 施耐德推荐的PFME发生率评价准则 PFMEA要素 现行过程控制 现行过程控制现行的过程控制是对尽可能地防止失效模式或其起因 机理的发生或者探测将发生的失效模式或其起因 机理的控制的说明 这些控制可以是诸如防失误 防错 统计过程控制 SPC 或过程后的评价等 评价可以在目标工序或后续工序进行 有两类过程控制可以考虑 预防 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 探测 探测出失效的起因 机理或者失效模式 导致采取纠正措施 如果可能 最好的途径是先采取预防控制 假如预防性控制被融入过程意图并成为其一部分 它可能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过程控制为基础 一旦确定了过程控制 评审所有的预防措施以决定是否有需要更改的频度数 PFMEA要素 现行过程控制 过程预防控制和探测控制的应用案例 探测度D探测度是在零件结束制造之前 当前的过程控制可以检测到故障模式由某确定原因引起的可能性的比率 探测度是与过程控制栏中所列的最佳探测控制相关联的定级数 探测度是一个在某一FMEA范围内的相对级别 为了获得一个较低的定级 通常计划的过程控制必须予以改进 随机的质量抽查不太可能探测出一个孤立的缺陷的存在 并且不应该影响探测度数值的大小 在统计学基础上的抽样是一种有效的探测控制 为确定探测度 假定失效模式已经发生 然后 评价所有的 现行过程控制 的能力 PFMEA开发要素 探测度D 不要因为频度低就自动地假定探测度值也低 如果当使用控制图时 但是 一定要评定探测发生频度低的失效模式的过程控制的能力或者是防止它们在过程中进一步发展的过程控制能力 PFMEA开发要素 探测度D PFMEA开发要素 探测度D 汽车行业推荐探测度 检验类别 A 防错B 量具C 人工检验 PFMEA开发要素 探测度D 汽车行业推荐探测度 续表 检验类别 A 防错B 量具C 人工检验 PFMEA开发要素 探测度D 施耐德推荐探测度 PFMEA开发要素 探测度D 施耐德推荐探测度 续表 风险顺序数RPN风险顺序数 RPN 是严重度 S 频度 O 和探测度 D 的乘积 S O D RPN在特定的FMEA范围内 此值 1 1000 可用于对所担心的过程中的问题进行排序 PFMEA要素 风险顺序数RPN 建议的措施应首先针对高严重度 高RPN值和小组指定的其它项目进行预防 纠正措施的工程评价 任何建议措施的意图都是要依以下顺序降低其风险级别 严重度 频度 探测度 严重度为10的项目必须采取措施进行改善 以确保现行的设计措施 控制或过程预防 纠正措施针对了这种风险 RPN 120的项目必须采取措施改进 降低风险 在对严重度值为9或10的项目给予特别关注之后 小组再考虑其它的失效模式 其意图在于降低严重度 频度 探测度 改善后的项目须重新评估RPN 原则上严重度不能改变 PFMEA要素 建议的措施 应考虑但不限于以下措施 为了减少失效发生的可能性 需要进行过程和 或设计更改 可以实施一个利用统计方法的以措施为导向的过程研究 并随时向适当的工序提供反馈信息 以便持续改进 预防缺陷产生 只有设计和 或过程更改才能导致严重度级别的降低 要降低探测度级别最好采用防失误 防错的方法 PFMEA要素 建议的措施 一般情况下 改进探测控制对于质量改进而言既成本高昂 又收效甚微 增加质量控制检验频度不是一个有效的预防 纠正措施 只能做暂时的手段 我们所需要的是永久性的预防 纠正措施 在有些情况下 为了有助于 对失效的 探测 可能需要对某一个零件进行设计更改 为了增加这种可能性 可能需要改变现行的控制系统 但是 重点应放在预防缺陷上 也就是降低频度上 而不是缺陷探测上 采用统计过程控制 SPC 和改进过程的方法 而不采用随机质量检查或相关的检验就是这样一个例子 建议的措施职责 目标和完成上期填入每一项建议措施的责任者以及预计完成的目标和日期 采取的措施在实施了措施之后 填入实际措施的简要说明以及生效日期 措施的结果在确定了预防 纠正措施以后 估算并记录严重度 频度和探测度值的结果 计算并记录RPN的结果 如果没有采取任何措施 将相关栏空白即可 所有更改了的定级应进行评审 如果认为有必要采取进一步措施的话 重复该项分析 PFMEA要素 建议的措施 核心永远是持续改进 PFMEA要素 建议的措施 要因 控制和措施应用案例 PFMEA推进过程和要点 FMEA的开发时机 在进行FMEA时有三种基本的情形 每一种都有其不同的范围或关注焦点 情形1 新设计 新技术或新过程 FMEA的范围是全部设计 技术或过程 情形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 FMEA的范围应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 情形3 将现有的设计或过程用于新的环境 场所或应用 假设对现有设计或过程已有FMEA FMEA的范围是新环境或场所对现有设计或过程的影响 PFMEA推进过程和要点 一 成立小组 PFMEA推进过程和要点 根据FMEA开发的类型和对象 应确定分析界限 如系统 子系统和部件 以确保方向和重点一致 确定FMEA范围可采用下列方法 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 二 确定范围 PFMEA推进过程和要点 三 确定顾客FMEA开发过程中应考虑四个层面的顾客 终端顾客 使用产品的人员或组织 OEM安装和制造中心 OEM生产运作和组装场所 供应链厂商 生产材料和零件加工 制作或组装的供应商场所 法规 政府机构用来要求和监控产品或过程的和与环境和安全有关的规范 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 四 识别功能 要求和规范通过识别和理解与确定范围相关的功能 要求和规范 以阐明项目设计意图或过程目的 确定每一个属性或功能的潜在失效模式 PFMEA推进过程和要点 五 识别潜在失效模式通过识别潜在失效