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失效模式及后果分析 PotentialFailureModeandEffectsAnalysis TrainingBook FMEA 第一章概论1 1什么是FMEA 潜在的失效模式及后果分析 PotentialFailureModeandEffectsAnalysis 简称FMEA 是在产品 过程 服务等的策划设计阶段 对构成产品的子系统 零部件 对构成过程 服务的各个程序逐一进行分析 找出潜在的失效模式 分析其可能的后果 评估其风险 从而预先采取措施 减少失效模式的严重程度 降低其可能发生的概率 以有效的提高质量与可靠性 确保顾客满意的系统化活动 第一章概论 FMEA与FMA FailureModeAnalysis FMA是对产品 过程已经发生的失效模式分析其产生的原因 评估其后果及采取纠正措施的一种活动 FMA是进行FMEA的重要的资料 FMEA是一种事前行为 FMA是一种事后行为 FMEA与FTA FailureTreeAnalysis FMEA从局部失效入手 分析其对上一级系统 相关部分 下游程序以及总体系统的后果 FTA由系统的失效模式入手 分析造成该系统失效的原因 FMEA是沿着由下而上的分析途径 FTA是沿着由上而下的分析途径 第一章概论 FMEA的种类按其领域分成以下几种 SFMEA系统FMEADFMEA产品FMEAPFMEA过程FMEAAFMEA应用FMEASFMEA服务FMEAPFMEA采购FMEA 第一章概论1 2FMEA的历史 60年代中期美国航天工业首次采用FMEA 70年代美国的海军和国防部应用 并制定了有关标准 70年代后期汽车界应用 作为设计评审的一种工具 1993年 三大汽车公司联合编写了FMEA手册 并正式出版作为QS9000质量体系要求文件的参考手册 1994年 SAE发布SAEJ1739 潜在失效模式及后果分析 FMEA被广泛应用于其他行业 如卫生 电子 运输等 第一章概论1 3为什么要进行FMEA 有助于对设计中问题的早期发现 从而避免和减少晚期修改带来的损失 使开发的成本下降 有助于可制造性和装配性的早期考虑 利于实施同步工程技术 有助于更有利的设计控制方法 为制定设计计划 质量控制计划提供正确的 恰当的根据 第一章概论1 3为什么要进行FMEA 续 给出的失效模式的风险评估顺序 提供改进设计的优先控制系统 从而引导资源去解决需要优先解决的问题 识别特殊特性的重要工具 结果用来制定质量控制计划 一个组织的经验积累 为以后的设计开发项目提供宝贵的参考 发挥集体的经验与智慧 使设计表现出组织的最佳水平 提供了一个公开讨论的机会 1 4由谁来做FMEA 依靠小组的共同努力 必须组成一个包括设计 制造 装配 售后服务 质量及可靠性等方面的专家小组 与设计有关的上游和下游部门 对有专利权的设计 可由供方制定 第一章概论1 5DFMEA实施时机 设计方案初步确定时应开始FMEA初稿的编制 作为设计活动的一部分 应该在设计任务完成之时完成FMEA工作 在整个产品寿命周期内 根据反馈信息 在进行设计修改时对FMEA进行重新评审和修改 FMEA是一个动态的文件 第一章概论1 4PFMEA实施时机 开始于可行性阶段之前或过程中 在工装制造之前 在过程设计完成之时完成工作 如过程设计文件 是一个动态文件 失效链 根源模式 中间模式 最终模式 充电时不能限压 电池发生过充 焊锡脱落 线路板短路 跌落时发生震动 环境条件 锡渣碰到线路板 电池发热 伴生模式 电池损坏 第一章概论1 6失效链 水箱支架断裂 水箱后倾 与风扇碰撞 水箱中冷却液泄露 冷却系过热 汽车停驶 根源模式 中间模式 最终模式 不平道路引起震动与车体扭转 环境条件 产生异响 伴生模式 发动机气缸 最终模式 第一章概论1 7顾客的概念 最终顾客 产品 使用的使用者 直接顾客 下一道工序或用户 中间顾客 下游工序或用户 其他凡是产品 服务受益或受损者均在广义顾客概念之中 第一章概论1 8DFMEA与PFMEA的联系 既有明确分工又有紧密的联系 产品设计部门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问题 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 产品设计FMEA不能依靠过程检测作为控制措施 PFMEA应将DFMEA作为重要的输入 对DFMEA中表明的特殊特性也必须在PFMEA中作为重点分析的内容 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 1DFMEA的准备工作 建立小组 必须的资料 经由质量功能展开 QFD 而得到的设计要求 产品可靠性与质量目标 产品的使用环境以往类似产品的失效分析 FMA 资料以往类似产品的DFMEA资料初始工程标准 初始特殊特性明细表 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 1DFMEA的准备工作 续 所要分析的系统 子系统或零部件的逻辑框图 它表明信息 能量 力 流体等的流程 明确该系统的输入 过程及输出 表明系统内零部件的联系和关系 逻辑框图 开关开 关 灯罩A 弹簧F 灯泡总成D 电池B 极板E 零件A 灯罩B 电池C 开关D 灯泡总成E 电极F 弹簧 连接方法1 不连接2 铆接3 螺纹连接4 卡扣连接5 压紧连接 2 3 4 4 1 5 5 电池A 负极镍带B 正极镍带C PTCD 胶布E 零件A 灯罩B 电池C 开关D 灯泡总成E 电极F 弹簧 连接方法1 不连接2 铆接3 螺纹连接4 卡扣连接5 压紧连接 A 灯罩B 零件电池C 开关D 灯泡总成E 电极F 弹簧 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 1DFMEA的准备工作 续 填写表头 FMEA编号 系统 子系统或零部件的名称及编号 设计责任部门 包括供方名称 编制者 型号 关键日期 预定FMEA完成日期 不应超过设计图样完成日期 FMEA日期 初稿日期和最新修订日期 小组成员 姓名 单位 电话等 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 2系统 子系统 零部件的功能 产品可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力 不能完成规定的功能就称失效 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 2系统 子系统 零部件的功能 所谓功能 就是 设计这个系统 子系统 零部件做什么 根据客户需要 经过QFD明确的设计要求 满足设计要求 该 产品 的具体的要求是什么 一个零部件的功能往往是多项的 这种情况下 必须把所有的功能全部列出 不能遗漏 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 2系统 子系统 零部件的功能 一个零部件的功能往往是多项的 这种情况下 必须把所有的功能全部列出 不能遗漏 列出完成这些功能的重要的环境条件 列出设计要求的寿命 以上要求尽可能给出可度量的要求 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 2系统 子系统 零部件的功能 除满足最终顾客的要求而确定的功能外 还要考虑满足直接顾客和中间顾客的要求 其中可制造性和装配性的要求尤为重要 满足顾客期望的功能的同时 还会产生顾客非期望的功能 他们常常与安全与政府法规的符合性相关 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 3潜在失效模式 失效 散失功能 失效模式 失效表现的形式 潜在即失效可能发生 但不一定发生 两类失效模式 I类失效模式 不能完成规定的功能 如 变形 低容量 内阻大 寿命差 断路等II类失效模式 产生了有害的非期望功能 如 漏夜 爆炸 短路等 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 4潜在失效后果 潜在失效后果 指失效模式可能带来的对完成预定功能的影响 以致带来顾客的不满意 和不符合安全和政府的法规 失效后果的分析 要运用失效链分析方法 搞清楚直接后果 中间后果和最终后果 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 4潜在失效后果失效后果可以从以下几个方面考虑 对完成预定功能的影响 对上一级系统完成功能的影响 对系统内其它零件的影响 对顾客满意的影响 对安全和政府法规符合性的影响 对整个系统的影响 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 5后果严重性评估严重度S 严重度是失效模式发生时对顾客影响后果的严重程度的评价 要减少失效的严重度级别数值 只能通过修改设计来实现 严重度的评分采用1 10分制 严重度评估 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 6失效模式重要程度等级 指出产品特性的重要性 凡是识别为特殊特性 需要特殊过程控制的应当以适当的符号在此栏中标识 使用顾客规定的符号 并在建议栏中说明 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 6失效模式重要程度等级特殊特性 显著影响安全和政府法规符合性的特性 显著影响顾客满意的特性 当严重程度大于8时 应确认为特殊特性 当严重度为5 8 而频度大于3时 确认为重要特性 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理 研究失效可能的原因与机理 是为了能够正确采取控制措施 防止失效的发生或减少其发生的可能性 研究的失效原因与机理 是指引失效模式的可能的设计薄弱点 简明扼要 但要尽可能全面的找出可能想到的失效原因和机理 以便于对症下药 采取纠正措施 注 不要把产品的工作环境作为我们的分析目标 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理原因 机理的评估可以包括以下两个方面 与制造 装配无关的原因 亦即 当制造与装配符合技术规范的情况下 发生了失效 分析潜在失效原因 机理可以采用以下途径 现有的类似产品的FMA资料 应用失效链 找出直接原因 中间原因和最终原因 应用五个 为什么 一般都有可能找到根源原因 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理 应用因果图 从人 机 料 法 环等方面分析 应用排列图 相关分析 实验设计等方法 从可能的多 因素原因中找出主要原因 应用失效树分析 FTA 找出复杂系统的失效原因与机理 充分发挥小组的经验 采用头脑风暴法 对可能的原因进行归纳分析 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理 与制造 装配有关的原因 在技术上或操作者体力上的限制与难度 以及容易产生误操作而引起的潜在失效 即与产品设计中可制造性与装配性有关的问题 纯属制造与装配过程有关的问题 原则上可由PFMEA来进行 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理 零件正反面均可装入 左右相近的零件无明显表识引起误装配而造成失效 缺乏适宜的对中设计 使对中困难或容易对中错误 技术规范要求与现有的过程能力不协调 操作需要操作者精力高度集中 操作者容易疲劳 或难以正确操作 材料选材或处理方式不当 加工困难 零件过重 空间太小等造成造成加工困难 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理 产品设计对制造 装配的变差过于敏感 难以检查 调整或保养 在产品设计的FMEA中对制造 装配问题的考虑可归纳为 误操作 技术与体力的限制 对变差的敏感性 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 潜在的失效起因 机理 典型的失效起因有 材料选择不当 设计寿命评估不当 应力过大 润滑不足 维修保养说明不当 环境保护不够 计算错误等 典型的失效机理有 屈服 疲劳 材料不稳定 磨损 腐蚀等 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 8失效模式出现可能性大小的评估 频度 O 频度是指某一失效机理或起因出现的可能性 失效模型出现可能性大小的评估 通过设计更改来消除或控制失效起因或机理是降低频度的唯一途径 频度采用1 10分制 频度估计可以参考以下表格 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 8失效模式出现可能性大小的评估 频度 O 4 频度的估计可以参考以下资料 类似的零件或子系统的维修资料 设计的零件与过去零件的差别 使用条件有否变化 有关新设计或修改设计的工程分析资料 第二章产品设计FMEA DMFEA 9现行的设计控制 以把设计控制比喻成预防潜在失效变成现实或减少其出现可能性的防线 典型的设计控制有 工程计算 材料试验 设计评审 台架试验 可行性评审 各种设计验证方法 样件制造与试验 道路试验 车队试验等 第二章产品设计FMEA DMFEA 9现行的设计控制 设计控制按优先采用的顺序 分成三种 或者形象地比喻为三道防线 防止失效模式的原因 机理发生 或减少它出现的可能性 在只知失效模式 而对造成该失效模式的原因 机理不清的情况下 找出造成该失效模式的潜在原因 机理 在不清潜在的失效模式情况下 找出可能的失效模式 第二章产品设计FMEA DMFEA 9现行的设计控制 优先采用第一种方法 其次是第二种方法 第三种方法只能作为最后一道防线 没有任何设计控制 设计将具有很大盲性 风险性 从时间角度考虑 设计控制采取的越早越好 有利失效的早期识别和预防 降低开发成本 缩短开发周期 降低风险 用于制造 装配过程的检验和试验不能视为设计控制 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 10设计控制方法有效性的评估 探测度 D 探测度 所采用的第二种设计控制方法能探测出潜在失效模式的原因 机理 或者采用第三种设计控制方法能探测出潜在失效模式的有效性 设计控制方法有效性的评估 探测度也是用 分来评估 探测度评分表 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 10设计控制方法有效性的评估 探测度 D 评估探测度时 首先确定现有的设计控制是否能用来检出失效模式的原因 机理 如果可以 它将可能减少失效模式出现的可能性 亦即降低频度 如果现有的设计控制不能用来检出失效模式的原因 则应评价其检出失效模式的有效性 或且 根本没有设计控制 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 11潜在失效的风险评估 风险顺序数RPN RISKPRIORJTYNUMBER 潜在失效的风险评估 RPN 用之来表示设计风险的度量 值在 1000之间 值为解决问题的优先顺序提供参考在 相近的情况下 应优先注意 大的失效模式 以及 和 都较大的失效模式 如 值都很高 设计人员必须采取纠正措施 不管 有多大 只要 文时就要安排特别注意 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 12建议措施措施是针对产品设计的措施 产品设计的FMEA中的措施不应包括在制造 装配过程的措施 更不能依赖过程检验的强化措施 首先对 高的项目采取措施采取措施针对降低严重度 频度和不易探测度 降低不易探测度可以采用增加设计确认和验证工作的措施 降低严重度和预度只能通过修改设计来解决 包括 修改实验计划 修改设计 修改材料等 把负责采取措施的部门 个人及预期完成的日期填入表内 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 13对被采取的措施的评价当建议措施被实施并验证后 小组将最终确定采取的设计措施 设计改进和新的控制措施 对其进行新的风险评估 即估计采取新措施后的S O和D 并计算RPN 如果风险评估结果未达到预期效果 小组将进入新一轮建议措施的研究 验证 评估 一直到可接受为止 第二章产品设计FMEA DMFEA 2 14跟踪 由设计主管工程师负责保证所有建议措施得到实施 建议措施的落实是十分重要的 任何建议措施都应有具体负责人和规定的日期 小组和主管设计的人员要对此负责到底 DFMEA还应该是一种动态文件 它应体现最新的设计思想 包括投产后发现问题而采取的设计修改而进行新的FMEA 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 1PFMEA的准备工作 PFMEA原则上是在设计能够满足顾客需要的前提下 对过程中的潜在失效模式进行分析 FMEA的工作不包含在PFMEA中 PFMEA有可能成为设计FMEA中对可制造性和装配性问题的补充 应该反馈到DEMEA中去 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 1PFMEA的准备工作 PFMEA的准备工作可包括 1 建立小组2 必要的资料 如 过程流程图 过程特性矩阵表 现有的类似的过程FMEA资料 现有的类似的过程FMA资料 特殊过程特性明细表 工程规范 3 PFMEA表格 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 2过程的功能与要求 简要描述被分析的过程工序 尽可能短的说明工艺过程 工序的目的 如果该过程包括有多次不同的失效模式的工序 则这些工序单独纠正 如 把中间轴装入变速箱箱体 把变速箱盖装上变速箱箱体等 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3潜在的失效模式 潜在失效模式是指过程不能达到过程功能要求或过程设计意图的问题的表现形式 一般情况下 它是指按规定的操作规范进行操作时的潜在的失效问题 但由于过程设计中对技术与体力的能力考虑不足而造成的失效 或容易产生误操作的问题也是潜在失效模式考虑的范围 失效模式有两种类型 I类 不能完成规定的功能 如零件超差 错装 II类 产生了非期望的功能 如在加工过程中操作者或机器受到伤害 损坏 产生粉尘 躁声 温度过高等 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3潜在的失效模式 对有非期望功能发生的情况下 应检查在功能栏中是否对非期望功能的限值已列出 在考虑过程潜在失效模式时 我们常常使用 零件为什么会被拒收 的思考方法 上游工序的失效模式可能是下游工序的失效原因 下游工序的失效模式也可能上游工序失效模式的后果 对应特定工序列出每一个失效模式 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3潜在的失效模式 对于试验 检验过程可能的失效模式有两种 接受不合格的零件 拒收合格的零件 由于设备 工装设计中的问题而引起制造 装配过程的失效原则上也应包括在PFMEA中 也可以由设备 工装的FMEA来实施 零件变形 毛刺 定位错误 少装零件 表面不清洁等等 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 4潜在的失效后果 潜在的失效后果是指该失效模式可能带来的对顾客的影响 顾客是广义的 包括最终顾客 直接顾客 中间顾客 描述失效的后果 尽可能采用表达顾客关注和感受的词汇 站在顾客角度描述失效后果 对最终顾客的影响应使用与产品性能有关的术语来描述 对下一道工序或下游工序的后果也应使用过程 工序的性能术语来描述 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 5严重度 S 后果严重性的评估 定义 失效后果的严重程度 要减少严重度级别数值 只能通过修改设计或工艺过程来实现 严重度采用10分制进行打分 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 6失效模式重要性等级 这里指被顾客定义的特殊特性 如果该失效模式所设涉及的过程特性属于特殊特性 要用相应规定的符号在栏目中标出 同样 PEMEA也是识别与确定特殊特性的重要工具 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 7潜在的失效原因 机理 失效原因 机理是指使失效模式发生的原因 考虑失效原因时 输入本过程的零件 材料是正确的情况下可能的原因是什么 由于输入资源的不正确的情况下可能的原因是什么 上一道工序的失效模式可能是下一道工序的失效原因 下一道工序的失效模式可能是上一道工序失效的后果 误操作是失效模式的可能原因之一 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 7潜在的失效原因 机理 分析失效原因的办法 应使用现有类似过程的失效分析资料 同时应用工序上下的关系 应用 五个为什么 方法 应用因果图 排列图等方法 采用正交试验方法 找出引起失效的主要因素 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 8失效模式出现可能性大小的评估 频度 O 某一原因使失效模式发生的可能性大小的评估 频度采用不着10分制 频度评估的依据主要参考已有过程或类似过程的统计资料 如过程的CPK值 PPM值 故障率等 对于无历史资料参考的过程 根据小组的经验 工程判断来估计 频度评分表 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 9现行的过程控制 现行过程控制目前是指采用的防止失效模式及其原因发生 或降低其发生的可能性 或在过程中查出这些失效模式以采取措施防止不合格品产生或流入下游工序的措施 过程控制有三种不同深度的方法 或称三道防线 第一方法 防止失效原因 机理的发生 或减少其发生的可能性 如采取有效的防错设计 防止错装 漏装发生 错装 漏装情况下 过程不能进行 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 9现行的过程控制第二方法 是找出失效的原因 机理 从而找出纠正措施 通过初始过程能力研究 找出变差的特殊原因 从而采取措施 使过程受控 利用排列图法找出造成缺陷与拒收的主要原因 次要原因 采取措施 第三控制 方法是查明失效模式 优先采用的控制方法是第一种 其次是第二种 最后是第三种 当然是最差的是没有任何过程控制 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 9现行的过程控制依靠检验 剔除不合格品 或对不合格品采取返工的过程控制方法是一种事后措施 它承认会产生不合格 也就是承认浪费 抽样检验还有相当的风险 在过程中采取控制措施采取的越早越好 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 10过程控制方法有效性的评估 探测度 探测度是指零件在离开该制造工序或装配工序之前 采用上述的第二种控制方法找出失效模式原因 机理 和第三种控制方法找出失效模式的可能性大小 随机抽查 不能改善探测度 以统计原理的抽样检测则是有效改善探测度的措施 增加样本容量和抽样频率都有助于改善探测度 第三章制造与装配过程的潜在FMEA PFMEA 3 10过程控制方法有效性的评估 探测度 1