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潜在失效模式及影响分析FMEA Potential FailureModeandEffectsAnalysis 讲解 陈世海 个人简介 课堂守则 设施小休禮儀评估其他规定 课程时间安排 本讲义的参考资料 AIAGFMEA手册福特汽车的教材OmnexAPQP培训教材其它 为什么要研究FMEA 客户满意是一切工具 系统的最终目的产品设计的问题风险控制客户的需要 讲义的内容 第一部分 简介第二部分 设计FMEA 练习 第三部分 过程FMEA第四部分 总结 第一部分 简介 历史FMEA的概念 分类 适用范围 意图相关知识与设计开发的关系 FMEA的演变 FMEA的演变 FMEA的前身为FMECA 是在1950由格鲁曼飞机提出 用在飞机主控系统的失效分析波音与马丁公司在1957年正式编订FMEA的作业程序 列在其工程手册中60年代初期 美太空总署将FMECA成功地应用于太空计划 美军同时也开始应用FMECA技术 并于1974年出版MIL STD 1629FMECA作业程序 1985由国际电工委员会 IEC 出版的FMECA国际标准 IEC812 即参考MIL STD 1629A修改而成 FMEA是QS9000五大工具之一 最新版为第三版 FMECA FailureModes effectsandCriticalityAnalysis失效模式 后果及危险程度分析包括两部分 1 失效模式及后果分析 2 危险程度分析 FMEA是什么 是一组系统化的活动 其目的是 发现 评价产品 过程中潜在的失效及其后果 找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施 书面总结上述过程 是对设计 产品 过程 过程的完善 以明确什么样的设计才能满足顾客要求 FMEA的时间性 新设计 新技术或新制程 这时的FMEA是完整的设计 技术 或制程 修改现有的设计或制程 假设其设计或制程FMEA已存在 这时的FMEA的焦点在修改的设计 制程 以及由于修改设计 制程而导致的相互作用 使用现有的设计或过程于新的环境 地点 假设其设计或制程FMEA已存在 这时的FMEA范围是针对环境 地点对现有的设计 过程的影响 预防观念 问题总数 项目策划 项目实施 验收 使用 问题总数 项目策划 项目实施 验收 使用 优质企业 劣质企业 FMEA的意图 改进所评估产品的质量 可靠性及安全性降低产品开发周期及成本确定降低风险的措施辅助开发设计验证计划帮助工程师确定改进的优先顺序提高客户 消费者满意度 FMEA是一种事前的行为 事前改进 非事后总结减少后续更改的危机 FMEA的种类 设计FMEA 关注由设计失误引起的产品潜在失效模式过程FMEA 关注由制造或装配过程失误引起的产品失效模式 产品设计流程 概念设计 系统设计 分析 改进 验证 设计完成 DFMEA 参数设计 公差设计 客户需求 VOC CTQ 什么叫产品设计 明确依据 标准 规范产品的结构 组成 爆炸图 3D图 BOM 参数及公差关键产品特性用户手册其他 FMEA与APQP的关系 策划 DFMEA PFMEA FMEA过程 FMEAProcess 目标 要求 历史资料 小组的经验 FMEA 稳健工程 稳健工程 Ford 建立产品结构框图 boundarydiagram blockdiagram 建立界面矩阵 interfacematrix 建立P diagram质量功能展开 QFD 失效 Failure 在规定条件下 环境 操作 时间 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 卡死等损坏现象 关于 Failure 的翻译 含义包括 失败 失效 故障 事故 中断 损坏 折断 衰退 缺少 不足等 ContributionofReliabilityNoiseFactorstoVehicleCampaigns 最佳的FMEA 在适当的时间点完成FMEA应用稳健工程工具考虑所有的界面和杂讯 Noisefactors 从系统层面开始 分解信息和要求到元件和过程采取适当的措施降低风险及时完成所有的建议措施 第二部分设计FMEA 是由负责设计的工程师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起因 机理已得到充分的考虑 反映一个设计工程师在设计过程中正常的思维过程 DFMEA小组 设计工程师直接地 主动地联系必要的支持小组成员 不同阶段联系不同的人核心小组 设计工程师 制造工程师支持小组 质量 检测 SQE 客服 材料 供应商 生产等单位的专家或负责人 小组的作用 促进沟通 合作核心小组 1 具有纠正技能 2 职责需明确支持小组 提供专门的知识 头脑风暴法 BrainStorming DFMEA 范围 设计FMEA应从所要分析的系统 子系统或另部件的框图 Boundarydiagram 开始 框图说明了分析中的各项目之间的主要关系 并建立了要分析的逻辑顺序 列出要分析的项目 功能 设计FMEA的层次 子系统D 子系统A 子系统B 子系统C 系统FMEA 接口与相互作用 系统 环境 SettopWildfire Blockdiagram Front PSU Clicked DisplayPCB SmartcardPCB Frame Cover Clicked Clicked Screwed Screwed 开关C 灯罩A 灯泡总成D 极板E 电池B 弹簧F 2 1 4 5 4 3 框图 手电筒 5 设计FMEA的输入 客户要求 设计目标初始材料清单初始特殊特性清单类似产品的保修信息以往类似产品客户抱怨及不良统计资料 设计FMEA的输出 潜在设计失效模式潜在关键设计要求设计问题 额外风险新设计要求设计验证计划特殊特性更新制造可行性 设计FMEA标准表格 AIAG QFD 零部件系统 理想功能 出错状态 零件间变差 相邻系统 环境 随时间或使用里程的变化 客户使用 信号因素 杂讯 Noisefactor 控制因素 输入 输出 P图 参数图 用于设计FMEA分析 P图的作用 有助于识别 潜在失效的原因 Noisefactor 失效模式潜在的失效后果 出错的状态 确定现行的控制 控制因素 建议措施 控制因素 界面关系矩阵 界面关系矩阵说明 设计FMEA例 橡胶油封 失效模式 外围渗漏原因 材料之耐久性 后果 污染 目前之控制方法 加速寿命试验 原因 材料之兼容性 后果 污染 目前之控制方法 产品兼容性研究原因 允容设定 后果 污染 目前之控制方法 最差的公差设定研究 设计FMEA分析方法 硬件法针对零件清单上的每一个零件 一次一个的逐个分析 直到整个产品分析完 功能法针对该产品之所有功能予以列表出来 然后逐个功能项目来加以分析 功能块法成组的零件 组成 次组成或子系统结合成功能块其对功能之影响性 影响性最大者将得到较多的注意和优先权 设计FMEA分析方法 续 可靠度块法将产品组合成可靠度块 然后依据其重要性来分析每一个区块 由上而下法由最上层分析到最下层由下而上法由最下层分析到最上层 AIAGDFMEA范例 1 FMEA编号 填入FMEA文件编号 以便可以追踪使用例如 设计FMEA表编号可表示如下 编号 项目号月份公历年的末两位 2 系统 子系统或零件名称及编号 填入将被分析的系统 子系统或零件名称和编号 3 设计责任 填入OEM部门和小组 适用时还包括供应商名称 4 编制人 填入负责编制FMEA的工程师的姓名 电话和所在公司的名称 5 车型年 项目 填入所分析的设计将要应用和 或影响的车型年 项目 如已知的话 可以调整为 客户 项目代号 6 关键日期 填入初次FMEA应完成的时间 它不可以超过计划产品设计发行日期 7 FMEA日期 填入最初FMEA被完成日期和最新被修订日期 8 核心小组 列出有权确定和 或执行任务的责任部门的名称和个人的姓名 建议所有参加人员的姓名 部门 电话地址都应记录在一张分发表上 9 项目 功能 填入被分析项目的名称和编号 利用工程图纸上标明的名称并指明设计水平 用尽可能简明的文字来说明被分析项目要满足设计意图的功能 包括该系统运行的环境 如说明温度 压力 湿度范围 如果该项目有多种功能 且有不同的失效模式 应把所有功能都单独列出 Omnex及Ford要求 明确规格功能可测量 功能应顾及所有质量项目 质量的定义 功能 性能 可靠性 安全性 可维修性 环境适应性 外观等TS16949之主要质量概念 3F 项目和功能全面的考虑 对每一个顾客购买者使用者材料搬运者装配者管理者政府社会 在所有级别 组件装配子系统系统整车 在所有情况下 储存正常使用过度使用超额使用极端情况 10 潜在失效模式 部件 子系统或系统有可能会未达到或不能实现项目 功能栏中所描述的预期功能的情况 未达到设计意图 它可能引起更高一级子系统 系统的潜在失效 也可能是它低一级的零部件潜在失效的影响后果 对每一个特定项目及其功能 列出每一个潜在失效模式 前提是这种失效可能发生 但不是一定发生 可以将以往TGW 运行不良 的研究 问题报告以及小组的集思广益的评审做为出发点 10 潜在失效模式 针对所有功能及可测量的项目 考虑如下四个方面 无功能 NoFunction 功能不全 功能过剩 一段时间内性能下降 Partial OverFunction DegradedOverTime 间隙性功能 IntermittentFunction 非预期的功能 UnintendedFunction FMEA工作模式 三条路径 子系统 功能要求 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 原因是什么 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 11 潜在失效后果 定义为顾客感受到的失效模式对功能的影响要根据顾客可能发现或经历的情况来描述失效的后果 要记住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 失效的后果应按照所分析的具体的系统 子系统和系统之间存在着一种系统层次上的关系 例如 一个零件可能会断裂 这样会引起总成的振动 从而导致一个系统间歇性运行 系统的间歇性运行可能会造成性能的下降并最终导致顾客的不满 11 潜在失效后果 续 分析的意图就是在小组所拥有的知识层次上 尽可能地预测到失效的后果 常见的失效效应包括 噪音 漏气 操作费力 电动窗不作用 煞车不灵 跳动 乱档 冷却不够 车辆性能退化 产生臭气 外观不良 不稳定 粗糙等 12 严重度 严重度是相应于失效模式所引起的最严重效应的评分 严重度对每个FMEA是相对的分数 推荐的评价准则 小组对评定准则和分级规则应意见一致 即使因为个别产品分析做了修改也应一致 不要修改附表评分准则打分为9 10的值 失效模式其严重度为1分的不需要更进一步的分析 12 严重度评分 13 等级 本栏目可用于对那些可能需要附加的设计或过程控制的部件 子系统或系统的产品特殊性的分级 如关键 主要 重要 重点 本栏目还可用于突出高优先度的失效模式 以便在小组认为有所帮助时或部门管理者要求时进行工程评价 产品或过程特殊特性符号及其使用服从于特定的公司规定 Ford特殊特性的识别及符号 14 潜在失效原因 机理 设计薄弱的环节 其作用结果就是失效模式 在尽可能广的范围内 列出每个失效模式的所有可以想到的失效起因和模式 尽可能简明扼要 完整地将起因 机理列出来 使得对相应的起因能采取适当的纠正措施 14 潜在失效原因 机理 续 典型的失效起因可能包括但不限于下列情况 规定的材料不符设计寿命估计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 14 潜在失效原因 机理 续 P图 考虑5个杂迅因素 noisefactor 鱼骨图 14 潜在失效原因 机理 续 典型的机理可能包括但不限于屈服疲劳材料不稳定性蠕变磨损和腐蚀 15 发生 频度 频度 是指某一特定失效起因或机理出现在设计寿命内的可能性 通过设计变更或设计过程变更 例如设计检查表 设计评审 设计规范等 是唯一能降低发生度的影响 频度 有人翻译为发生率 15 频度 续1 假设另部件的生产制造在规范范围内设计必须考虑制造的可能变差 15 频度 续2 1 10分 评分考虑下列问题 类似零部或子系统的维修档案及维修服务经验 相对先前水平的零部件或子系统所做的变化有多显著 零部件的用途有无变化 有那些环境改变针对该用途 是否作了工程分析来估计其预期的可比较的频度数 DFMEA频度评价准则 半英文 DFMEA频度评价准则 16 现行设计控制 现行的控制是指那些已经用于或正在用于相同或相似设计中的那些措施 保证该设计对于所考虑的失效模式和 或机理来说是恰当的 例子 道路试验 设计评审 防错与安全设计 如 减压阀 数学研究 台架 试验室试验 可行性评审 样件试验和使用试验等 16 现行设计控制 小组应当持续关注改善设计控制 例如 在实验室创建新的系统测试 或创建新的系统模型运算法则 例 尿布的吸水性 洗衣机衣物磨损 电子产品热冲击 客户之例子 16 现行设计控制 续 有二种型式的设计控制预防 预防失效的原因 机制或预防失效模式的发生 或降低它们发生的概率 探测 检测失效的原因 机制或失效模式 不管是用分析或物理的方法 在这个项目放行到生产之前 对评分的影响 假如预防性控制被融入设计意图并成为其一部分 它可能性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设计控制为基础 16 现行设计控制 续 表格栏位的设置两栏 即单独的预防控制栏和探测控制栏 以帮助小组清楚地区分这两种类型的设计控制 这可迅速而直观地确定这两种设计控制均已得到考虑 最好采用这样的两栏表格 单栏 应使用下列前缀 在所列的每一个预防控制前加上一个字母 P 在所列的每一个探测控制前加上一个字母 D 17 不易 探测度 探测度的分数是相应于列在设计控制栏中最佳的探测控制 探测度对每一个个别的FMEA是一个相对的分数 为了得到一个较低的分数 通常规划的设计控制 例如 确认或验证活动 必须改进 探测度 有人翻译检出率 DFMEA探测度评价准则 一 DFMEA探测度评价准则 二 18 风险顺序数 风险顺序数是严重度 S 频度 O 探测度 D 的乘积RPN SEV OCC DET 19 建议措施 工程人员针对预防或纠正措施应首先针对高严重度 高风险顺序数或则其它团队设计的项目 建议措施降低分数的排序如下 首先是严重度 再来是发生度 最后是不易探测度 在一般的实践中当严重度是9或10时 不管风险顺序是如何都必须特别注意确认是否已利用现行的设计控制或预防 纠正措施 在所有已识别的失效模式的后果会导致最终使用者伤害的 必须考虑使用预防或纠正措施来消除 减轻或控制失效原因 19 建议措施 完成对严重度为9或10的特别注意后 工作小组必须再面对其它的失效模式 企图再降低严重度 发生度 不易探测度 可以考虑下列措施 但不局限于此变更设计几何 公差变更材料规格试验设计 特别是在多种因素或相互作用时 或其它问题解决手法变更试验计划 19 建议的措施 无建议则填上 无 20 负责人与日期 对每一个的建议措施的填入负责单位或个人 和预定完成的日期 21 采取的措施 措施执行后 填入简短的已实施的行动及生效日期 22 措施结果 当明确了预防 纠正措施后 估算并记录下纠后的严重度 出现频次及不易探测度数 计算并计载RPN的结果 如没采取什么预防 纠正措施 将 纠正后的RPN 栏及对应的取值栏空白即可 所有的纠正后的RPN都应复查 而且如果有必要考虑更进一步的措施 应重复分析 始终关注持续改进 措施跟踪 图纸更改规范更改应用到过程FMEA 控制计划等文件中 设计FMEA是一份动态文件 在一个设计概念最终形成之时或之前开始在产品开发的各个阶段 发生更改或获得更多的信息时 持续予以更新在产品加工图样完工之前全部完成 FMEA工作模式 三条路径 子系统 功能要求 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 原因是什么 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 DFMEA实例练习及讲评 请介绍产品请绘制框图请按零件 功能分小组练习报告 讲评 设计FMEA与过程FMEA的关系 失效模式 零件 过程 失效模式 影响 原因 现行探测 保修 外部质量问题 内部质量问题 设计问题 制造问题 历史资料 过程FMEA 设计FMEA 第三部分 过程失效模式及影响分析 过程FMEA是一份动态的文件 在可行性阶段或之前进行在生产用工装到位之前考虑到从单个部件到总成的所有的制造工序不要忽视任何高风险的环节 如搬运 储存 假定 产品设计能满足要求 不可以建议采用改进产品设计的方法一般假设材料是合格的 除非特别明确 过程FMEA开发的责任 制造工程师 工艺工程师 直接地 主动联系所有有关领域的代表 这些领域包括 但不限于 设计 装配 制造 材料 质量 服务和供方 以及负责下一层次装配的领域 过程设计流程 过程初步设计 审核 评价 改进 确定设计 制定控制计划 PFMEA 过程流程图设施清单 安排 控制计划设施清单 安排 过程FMEA的输入 特性矩阵客户抱怨及退货信息 市场调研纠正 预防措施过程流程图设计FMEA 如果有 类似产品的DFMEA PFMEA 过程FMEA 输出 过程 零件潜在失效模式清单潜在关键及重要特性清单消除或减少产品潜在失效的过程措施清单 输入到控制计划 作业指导书 过程FMEA表头信息 项目根据过程所属的系统 子系统或零部件进行分类 包括名称和编号 年型 车型汽车的车型 年型 非汽车用户填产品名称核心小组过程评估小组成员名称 部门和电话 过程FMEA表头信息 过程责任部门整车厂商 OEM 部门和责任小组关键日期过程设计初步完成日期编制人 日期 过程FMEA表头信息 过程功能和要求与过程流程图中的作业编号和说明相同 简要说明过程的目的 如 焊接 钻孔等 说明对应的产品及过程规范 如尺寸 保持力 插入力 拔出力 过程FMEA表头信息 潜在失效模式对某一作业可能发生的不符合性的描述以工序为单位 先用头脑风暴法列出所有可能的失效 经过评审后确定那些应列入FMEA表中 潜在失效的后果 潜在影响是指失效模式对客户的影响客户 最终用户主机厂后道工序社区 政府 严重度Severity 潜在失效模式对客户影响的严重程度评价确实理解 后果 询问 客户 主机厂 最终用户 后道一般地 只有设计变更才能改变严重度 PFMEA严重度评价准则 PFMEA严重度评价准则 续 级别Classification 特殊产品或过程特性的分级 例如 关键 主要 重要 重点 关注重点 Ford特殊特性的识别及符号 潜在的失效起因 机理 原因 缺乏控制 用错工具 铸模裂开 用错材料 机器故障 缺少标准的指导书 无预防性维护 疲劳 磨损的工具 光线不够 频度Occurrence 失效原因 机理预计发生频度 频度的评价准则 现行过程控制 预防 防止失效模式或其起因 机理的发生 或减少出现频率或者探测将发生的失效模式或其起因 机理 导致纠正措施 不易探测度 D 先行控制方法查出失效模式的 不 可能性 PFMEA探测度评价准则 检验类别 A 防错B 量具C 人工检验 PFMEA探测度评价准则 续 检验类别 A 防错B 量具C 人工检验 风险顺序数 风险顺序数是严重度 S 频度 O 探测度 D 的乘积RPN SEV OCC DETRISKPRIORITYNUMBER PFMEA实例练习 第四部分总结 FMEA的应用设计FMEA与过程FMEA的关系推动说明 FMEA的作用 预防分析问题的工具员工培训的工具 设计FMEA与过程FMEA的关系 失效模式 零件 过程 失效模式 影响 原因 现行探测 保修 外部质量问题 内部质量问题 设计问题 制造问题 历史资料 过程FMEA 设计FMEA 福特汽车PFMEA查核表 过程FMEA质量目标 优先考虑特定的项目要求 1 过程改进推动过程改进作为主要目标 重点在防错方法 2 高风险失效模式小组对识别的所有高风险失效模式都引起重视 并有可实施的措施计划 其他失效模式也要考虑 3 控制计划试生产和生产控制计划对来自过程FMEA的失效模式均加以考虑 4 综合FMEA与过程流程图和过程控制计划相结合并且相一致 如果有 要考虑设计FMEA 5 吸取的教训FMEA将所有的 教训 如高的保修费用 召回 不合格品 顾客抱怨等 作为识别失效模式的输入 6 特殊或关键特性如果符合公司的方针 识别适当的关键特性 输入关键特性选择过程 7 时间性FMEA在 机会之窗 关闭之前完成 此时可以最高效地对产品或过程设计施加影响 8 小组整个分析过程中 有合适的人员参加 对FMEA方法接受过充分的培训 适当时 应有一名促进者 9 文件根据FMEA手册完全填写好10 时间的使用有效 高效地利用时间 带来增值结果 这还要假设建议措施都按要求进行了识别 且措施也得到了实施 练习 1 过程FMEA与设计FMEA的区别在于PFMEA的组长是 a 设计工程师 b 制造 过程工程师 c 应用工程师 d 生产经理2 与DFMEA不同 定义流程图是PFMEA必须要先做的事 错 还是 正确 FMEA 工作内容 职责及推动方法 FMEA 组长之任务