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刘欣 1 FMEA前言 2 第一章FMEA定义及概述 1 定义 早知道 就不会 早知道作好防震设计就不会造成大楼倒塌 早知道提高防火意识就不会造成厂房失火 早知道带把伞就不会被雨淋成落汤鸡 早知道提前十分钟起床就不会上班迟到 有些 早知道 是必需的 有些 就不会 是不允许发生的 核电站 水库 卫星 飞机 有效运用FMEA可减少事后追悔 3 第一章FMEA定义及概述 1 定义 我先 所以没有 有些 我先 是必需的 有些所以 没有 是预期可避免的 我先看了天气预报所以没有淋成落汤鸡 我先评估电视塔高度所以没有影响飞行安全 我先注射了流感疫苗所以没有被病毒感染 核电站 水库 卫星 飞机 有效运用FMEA可强化事先预防 4 第一章FMEA定义及概述 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 1 定义 1 2什么是FMA FMA FailureModeAnalysis 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 5 第一章FMEA定义及概述 1 3什么是FTA FTA FailureTreeAnalysis FTA由系统的失效模式入手 分析造成该系统失效的原因 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 FMEA是沿着由下而上的分析途径 FMEA是一种事前行为 FMA是一种事后行为 FTA是沿着由上而下的分析途径 6 2 1FMEA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 7 2 2FMEA分类 8 有助于对设计中问题的早期发现 找出潜在的问题 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 有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 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 3 1为什么要进行FMEA 9 3 2由谁来做FMEA 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 10 3 3DFMEA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 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一个动态的文件 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 FMEA是一个动态文件 3 4PFMEA实施时机 11 3 5失效链分析 例1 12 例2 13 4 1DFMEA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 14 4 2DFMEA的准备工作 第一步 建立小组 第二步 准备必须的资料 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 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 15 4 3逻辑框图 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 16 4 4DFMEA的表头填写 FMEA编号 系统 子系统 零部件或者项目的名称及编号 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 17 4 5DFMEA的表中内容填写 设计功能要求 潜在失效模式 潜在失效后果 严重度 S 潜在失效起因 机理 频度 O 现行设计预防 现行设计控制 探测度 D 建议措施 责任及目标完成日期 采取的措施 风险顺序数 RPN RISKPRIORJTYNUMBER 18 4 5DFMEA的表中内容填写 设计功能要求 就是根据客户需要 经过QFD明确的设计要求 得到的产品即设计这个产品能做什么 潜在失效模式 失效就是丧失功能 潜在失效是可能发生但是不一定发生 分为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 充电时过热等 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 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 失效后果可以从以下几个方面考虑 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 19 4 5DFMEA的表中内容填写 潜在失效起因 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 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 样件制造与试验等 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 在不清楚潜在的失效模式情况下 找出可能的失效模式 20 4 5DFMEA的表中内容填写 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 21 4 5DFMEA的表中内容填写 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 22 4 5DFMEA的表中内容填写 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 23 4 5DFMEA的表中内容填写 探测度评分表 24 4 5DFMEA的表中内容填写 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 S O D 用之来表示设计风险的度量 RPN值在1 1000之间 RPN值为解决问题的优先顺序提供参考 在RPN相近的情况下 应优先注意S大的失效模式 以及S和O都较大的失效模式 如RPN值都很高 设计人员必须采取纠正措施 不管RPN有多大 只要S大时就要安排特别注意 25 4 5DFMEA的表中内容填写 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RPN高的项目采取措施采取措施针对降低严重度 S 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 降低严重度和频度只能通过修改设计来解决 包括DOE 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 26 4 5DFMEA的表中内容填写 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 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 27 1 PFMEA的准备工作 第一步 建立小组 第二步 准备必须的资料 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 PFMEA表格 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 DFMEA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 28 2 PFMEA表格的填写 29 2 PFMEA的表头填写 FMEA编号 项目的名称及编号 制程责任者 编制者 产品名称 生效日期 FMEA日期 初稿日期和最新修订日期 核心小组 姓名 单位 电话等 30 制程功能 需求 潜在失效模式 潜在失效后果 严重度 S 潜在失效起因 机理 频度 O 现行的过程控制 探测度 D 建议措施 责任及目标完成日期 采取的措施 风险顺序数 RPN RISKPRIORJTYNUMBER S O D 4 6PFMEA的内容填写 31 过程功能 需求 3 PFMEA的主要内容介绍 描述被分析简要的过程工序 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 32 3 PFMEA的主要内容介绍 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 33 3 PFMEA的主要内容介绍 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 34 3 PFMEA的主要内容介绍 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 如 零件变形 毛刺 定位错误 少装零件 表面不清洁等等 35 3 PFMEA的主要内容介绍 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 36 3 PFMEA的主要内容介绍 潜在的失效后果原因 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 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 37 3 PFMEA的主要内容介绍 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 第一控制方法 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 第二控制方法 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 38 3 PFMEA的主要内容介绍 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 39 3 PFMEA的主要内容介绍 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 40 严重度 S 评估 41 3 PFMEA的主要内容介绍 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 42 频度评分表 43 4 7PFMEA的主要内容介绍 过程控制方法有效性的评估 探测度 D 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 100 检验方法成本高 而且也不一定有绝对把握 它会受到测量系统误差的影响 100 目视检验方法还受到人的判断能力的影响 以统计原理的抽样检测则是有效改善探测度的措施 以及失效模式性质是否易于用目视方法发现 不能认为100 检验就具有高的探测度 44 过程控制方法有效性的评估 探测度 D 45 3 PFMEA的主要内容介绍 潜在失效模式的