失效模式及影响分析.ppt

失效模式及影响分析FMEA 报告人 恩云飞 中国赛宝实验室可靠性研究分析中心CEPREI RAC 2003年9月 FMEA What Why When How 主要内容 概述 概念 推动实施FMEA Why When How FMEA FMEA FMECA 设计FMEA QS9000 过程FMEA QS9000 FMEA的步骤顺序进行FMEA应注意的问题案例分析总结 技术回顾 难点分析 失效模式与失效分析 失效分析 分析案例 概述 FMEA概念失效模式及影响分析 FailureModeEffectAnalysis FMEA 就是在产品设计过程 生产过程中 通过对产品各组成单元潜在的各种失效模式及其对产品功能的影响进行分析 并把每个潜在失效模式按它的严酷程度予以分类 提出可以采用的预防改进措施 以提高产品可靠性的一种设计 过程分析方法 实质 通过FMEA及其改进措施的实施 降低产品设计 过程的潜在失效风险 FMEA的三个核心元素失效模式 指产品失效的表现形式 失效影响 指失效模式会造成对安全性 产品功能的影响 严酷度 某种失效模式影响的严重程度 失效原因 失效机理 使产品发生失效的根本原因 FMEA的历史发展50年代初美国第一次将FMEA思想用于战斗机操作系统的设计分析 60年代中期 FMEA应用于航天工业 Apollo计划 80年代初 FMEA进入微电子工业 80年度中期 汽车工业开始应用FMEA 88年 美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统的设计及分析都必须使FMEA 91年 ISO 9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计 94年 FMEA成为QS 9000的认证要求 潜在失效模式及后果分析 FMEA 2002年第三版 是美国三大汽车公司推出的汽车零组件生产和所属供应商的强制性要求 推动实施FMEA 为什么要实施FMEA Why 实施FMEA的时机 When 如何实施FMEA How 为什么要实施FMEA Why 实施 预防措施 而非 纠正措施 增加可探测的几率确定最严酷的失效并降低其影响降低失效的发生将质量 可靠性引入产品设计和制造过程 实施FMEA的时机 When FMEA是事前行为设计FMEA DFMEA 应在初始产品设计阶段进行过程FMEA PFMEA 在产品制造过程 工艺 设计阶段进行过程FMEA可以在现有产品的制造过程中应用FMEA可重复进行 如何实施FMEA How 1 掌握必要的信息和资料产品结构和功能的资料产品运行和维修资料产品使用的环境产品的最低工作要求产品质量 可靠性数据掌握产品的潜在失效模式潜在失效模式失效模式发生的几率失效原因 失效机理对失效模式 机理的控制能力 如何实施FMEA How 2 掌握FMEA的基本方法与实施步骤FMEA基本概念FMEA表的基本组成严酷度 频度 探测度等级的评定方法如何实施预防措施并落实其效果 失效模式及影响分析 FMEA 1 FMEA分析方法根据产品的复杂程度及功能关系划分产品层次在约定的层次进行FMEA硬件法 根据产品的功能对每个潜在失效模式及其影响进行分析评价 产品结构 设计图纸及其他资料确定 严格的FMEA 功能法 根据产品的功能输出对其失效模式及其影响进行分析评价 产品初期 设计尚未完成 资料不全面 简单的FMEA 自上而下的功能FMEA 失效模式及影响分析 FMEA 2 确定重要件和关键件可靠性关键件和重要件指的是其失效会严重影响系统安全性 可用性 任务成功 维修及寿命周期费用等的产品 关键件是具有关键特性的产品 关键特性是指 如有失效可能危及人身安全 导致武器系统或完成所要求使命的主要系统失效的特性 GJB190 重要件是具有重要特性的产品 重要特性是指 该特性虽不是关键特性 但如有失效 可能导致最终产品不能完成所要求使命的特性 GJB190 GJB190 主要考虑系统的安全 功能 任务 失效模式及影响分析 FMEA 3 可靠性关键件和重要件的判别准则 1 失效会导致人员伤亡 财产严重损失 或违反法规的产品 2 从寿命周期费用来说是昂贵的产品 虽然不会严重影响系统的安全 但是它的采购费或使用维护费用极其昂贵 那么从经济的角度看 它也是个关键件 3 只要它发生失效就会引起系统失效的产品 虽然不一定影响安全 但严重影响任务的完成 4 历来使用表现不理想的产品 虽然失效并不影响系统的安全 但严重地影响了系统的可用性 增加了维修费用及对备件的需求量 5 难以采购的 或由于采用新工艺而难以制造的产品 这种产品一旦发生了失效 由于难以制造和采购 就可能因缺件而影响系统的可用性和任务完成 6 已知需要对其进行特殊处理 储存 运输或试验 防护的产品 失效模式及影响分析 FMEA 4 传统的FMEA和FMECAFMEA表 失效模式及影响分析 FMEA 5 传统的FMEA和FMECAFMECA表 失效模式及影响分析 FMEA 6 传统的FMEA和FMECA p 失效率 参考手册或通过预计得到 j 失效模式频数比 参考失效率原始数据或试验及使用数据推出 也可以根据产品功能分析判断得到 j 失效影响概率 分析人员根据经验判断得到 j的定量估算表 失效模式及影响分析 FMEA 7 传统的FMEA和FMECAt 工作时间 产品每次任务的工作小时数或工作循环次数 mj 失效模式危害度 mj p j j tCr 产品危害度 失效模式及影响分析 FMEA 8 传统的FMEA和FMECA严酷度类别 I类 灾难性故障 类 致命性故障 类 严重故障 类 轻度故障失效模式发生的概率 失效模式频数 A级 经常发生 20 B级 有时发生 10 20 C级 偶然发生 1 10 D级 很少发生 0 1 1 E级 极少发生 0 1 危害性矩阵 FMEA类型 设计FMEA DFMEA 设计工程师 小组采用的 充分考虑并确定设计阶段的各种失效模式及相关机理 过程FMEA PFMEA 制造 装配工程师 小组采用的 充分考虑并确定过程阶段的各种失效模式及相关机理 DFMEA DFMEA面向的用户 用户包括 最终用户功能维修下一级系统或产品的设计者工艺工程师装配工程师测试工程师产品分析 进行DFMEA应考虑的问题 设计的方向 希望达到的 不希望出现的 用户需要的用户想要的产品要求的制造装配所要求的 可以利用的信息 用户合同已知产品质量可靠性要求制造要求 采用DFMEA的好处 对设计缺陷进行评价提高充分考虑潜在失效模式及其对系统 产品的影响的几率将失效模式根据其影响程度分级 优先采取预防措施可以缩短产品的开发时间 降低成本 提高质量 可靠性和安全性 DFMEA应注意的问题 DFMEA是一个动态文件 当产品的设计发生变化时需要对DFMEA进行更新在产品的设计方案确定后就必须完成DFMEADFMEA的目的是实现设计思想 并假定制造和装配过程能实现这一思想制造或装配过程的潜在失效模式 机理由PFMEA解决 而非DFMEA 设计失效的原因 由于忽视了一些问题或不恰当的使用导致的设计失效如 不恰当的容限不正确的应力错误的假设错误的材料选择采用了低级别的元器件缺乏设计标准 设计方框图 系统 子系统1 子系统2 子系统3 子系统4 部件1 部件2 部件3 对于复杂功能系统 产品应将其划分为更小的子系统 并确定各级之间的功能关系 DFMEA的基本内容 来自经验和数据 来自推测 重在描述 顾客抱怨保证和维修信息以往工作历史FMEA小组经验 头脑风暴 RPN RiskPriorityNumber 风险顺序数 RPN S O DS Severity 1 10 O LikelihoodofOccurrence 1 10 D LikelihoodofDetection 1 10 MAX 1000 75isOK高和低的RPN都应给予充分的注意 严重度 S 频度 O 探测度 D DFMEA严重度判定准则 DFMEA严重度判定准则 DFMEA频度判定准则 DFMEA探测度判定准则 PFMEA PFMEA面向的用户 用户包括 最终用户下一级制造或工艺工艺工程师装配工程师维修工程师测试工程师产品分析 采用PFMEA的好处 是一种系统的方法确定与工艺相关的潜在失效模式确定潜在失效的工艺起因确定失效对用户的潜在影响将失效模式根据其影响程度分级 优先采取预防措施 PFMEA应注意的问题 PFMEA是一个动态文件当产品的制造工艺发生变化时需要对PFMEA进行更新PFMEA从工艺流程的最前端 接收 开始 直到产品的制造过程结束制造或装配过程的潜在失效模式 机理都应包含在PFMEA中 但一些信息 如进行严重度和影响分析 可以来自DFMEA PFMEA 创建工艺流程 明确任务熟悉工艺确定起点和终点确定将涉及的复杂度寻找可改进的环节工艺是否标准化 或不同的人是否产生不同的效果 是否这些步骤经常出现错误 确定步骤顺序描绘工艺流程分析各工艺步骤对结果的影响现有的工艺与期望的状态有什么不同 bad 工艺流程 开始 接收原材料 接收部件 检验 检验 待处理 移交生产部 移交生产部 材料加工 检验 装配 功能测试 待处理 封装 运输 bad bad ok 待处理 bad ok ok ok 接收部门 制造部门 PFMEA的基本内容 来自经验和数据 来自推测 重在描述 顾客抱怨保证和维修信息以往工作历史FMEA小组经验 头脑风暴 PFMEA严重度判定准则 PFMEA严重度判定准则 PFMEA频度判定准则 PFMEA探测度判定准则 S O D RPN S 1 10 O 1 10 D 1 10 RPN S O D SPC数据可以用于确定频度当统计数据不充分时可以用文字描述作为频度的评判准则 统计环境下探测度才能得到有效控制降低探测度因子的唯一方法就是改进工艺控制系统 工艺失效原因 疏忽 遗漏工艺错误误操作设备运行状态偏差缺少控制程序环境 工艺控制文件 SPC记录工作记录检测记录设备运行记录培训记录可溯性记录 FMEA顺序 FMEA实施步骤 步骤1 步骤2 步骤3 步骤4 步骤5 步骤6 步骤7 步骤8 步骤9 步骤10 确定项目及功能 头脑风暴潜在失效模式 确定失效的潜在影响 确定失效的严重度级别 确定失效原因 确定失效发生的频度 确定控制方法 确定可探测度 计算风险顺序数 RPN 实施改进措施 步骤1确定项目及功能 首先要确定项目 项目层次及功能确定项目中所要评价的所有部件当项目确定为产品的部分时 部件可以为部分部件 步骤2确定失效模式 确定部件失效模式一个部件可以有多个失效模式 步骤3确定失效模式的影响 对于每种失效模式要确定对产品的影响从顾客的角度考虑 步骤4确定失效模式的严重度 严重度或危险程度反映了失效影响对顾客的危害程度 步骤5确定失效起因 机理 对于每种失效都要目前失效起因失效原因可以是设计引入的也可以是制造过程引入的 步骤6确定发生的频度 确定失效模式发生的几率信息可以来自现场数据 以往产品的历史数据信息不充分时 也可以根据已有的经验和知识决定 步骤7确定控制方法 控制方法将有利于预防失效模式发生 即降低失效发生的频度有利于失效原因的探测 步骤8确定探测度 确定控制方法的有效性 即降低失效发生的频度或失效原因的探测性如果采用多种控制方法 其有效性即探测度反映的是该组控制方法的有效性 步骤9计算RPN RPN S O D提供采取预防控制措施的先后顺序通常 应当RPN高者优先采取预防控制措施但在特殊情况下 优先顺序并非按RPN 步骤10实施改进措施 实施改进 以降低失效风险性 提高顾客满意度 对于进行FMEA是至关重要的确定在那里采取控制措施 Where 采取什么样的控制措施 What 什么时候采取控制措施 When 持续改进 进行FMEA应注意的问题 时间性层次性灵活性有效性失效模式的完整性 进行FMEA应注意的问题 1 时间性FMEA设计工作结合进行 与设计工作保持同步 FMEA适用于产品研制的整个过程 并且随产品设计的深入而细化 FMEA的结果应作为进一步设计的参考 在设计中加以改进 FMEA的有效与否很大程度上取决于分析及纠正是否及时 FMEA应在产品研制的各评审点或其之前提供有用的信息 否则它就是不及时的和没有作用的 设计完成后再补做FME C A的作法是不可取的 进行FMEA应注意的问题 2 层次性进行FMEA时 分析层次的选取应因情况不同而不同 1 为保证每一个保障性分析对象有完整输入而在保障性分析对象清单中规定的最低层次 2 能导致灾难的 I类 或致命的 II类 故障的产品所在的产品层次 3 规定或预期需要维修的最低产品层次 这些产品可能导致临界的 III类 或轻度的 IV类 故障 进行FMEA应注意的问题 3 灵活性FMEA分析虽应按照标准化的程序进行 但在某些方面也体现出它的灵活性 1 在FMEA分析之前 将失效模式的频度 严酷度和探测度等 根据不同产品划分成实用的等级 确定评定标准 2 失效模式严酷度等的等级划分 即使是对同一产品 系统层次的FMEA和零件层次的FMEA不同 也应采用分别划分评定标准的方法 若从系统的FMEA起到零件的FMEA止用同一评定标准进行分析 对失效模式的评价就会发生混乱 不同层次上的严酷度也会模糊不清了 3 在与人身事故无关的 一般零件的失效模式严酷度评级中 受到法规限制的失效模式 原则上评定其严酷度为最高等级 进行FMEA应注意的问题 4 有效性补偿与改进措施的有效与否是FMEA是否改善了产品的可靠性水平的关键 为使这些措施是合理有效的 应注意 1 补偿与改进措施首先是设计工艺等方面的 仅用 换件 维修 等是不能满足要求的 2 在确定是否采取进一步的改进措施时 进行可靠性与经济性的权衡考虑是合理的 3 书写建议改进措施的原则是使上级领导及负责人易于理解 而决定是否采取这些措施 4 应把FMEA的结果补充到图纸 技术资料及标准 质量标准等文件中 以全面防止采取改进措施后的失效模式重新出现 进行FMEA应注意的问题 5 失效模式的完整性彻底弄清系统各功能级别的全部可能的失效模式是至关紧要的 因为整个FMEA的工作就是以这些失效模式为基础进行的 这里强调的是全部失效模式 决不要不经分析就想当然地认为某种或某些失效模式不重要 放弃分析 这样作有时会导致严重后果 FMEA与FTA FTA FaultTreeAnalysis故障树分析 FMEA案例 1 运载火箭助推器捆绑结构的FMEA 捆绑结构组成示意图 捆绑结构具有两个功能 功能I 从运载火箭助推器竖立停放 起飞直至助推器发动机关机这段任务时间内 保证助推器与芯级的联接 使二者的相对位置符合规定要求并传递助推器的推力 功能II 当接到控制系统发出的分离信号时 三根前联接杆及后捆绑联接结构上的分离装置应在规定的时间内爆炸分离 即保证助推器与芯级脱开 故障定义不能按规定的要求完成上述任一项功能均为故障 FMEA案例 1 运载火箭