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FMEAPotentialFailureModeandEffectsAnalysis潜在失效模式与效应分析产品工艺部陈旺升2015年11月29日 1 什么是FMEA PotentialFailureModeandEffectAnalysis FMEA是在产品设计阶段或过程设计阶段 对构成产品的系统 子系统 零件 对构成过程的各个工序逐一进行分析 找出所有潜在的失效模式并分析其可能的后果 评价其风险 从而预先采取必要的措施 减少失效模式的严重程度 降低其可能发生的概率 以提高产品的质量和可靠性的一种系统化 结构化的活动 2 找出失效模式 3 FMEA不同于失效模式分析 FMA FailureModeAnalysis FMEA是一种事前行为 FMA是一种事后行为 即是对产品 过程已经发生的失效模式分析其原因 评估其后果及采取纠正措施的一种活动 FMA是进行FMEA的重要依据 4 FMEA不同失效树分析 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一般是由系统的失效模式入手 分析造成该失效产生的原因 FMEA的目的 发现 评价产品或过程中潜在的失效及其后果 找出能够避免或减少这些潜在失效发生的措施 将上述过程和结果文件化 5 FMEA发展历史 首次采用是在1950FMEA飞机主操纵系统失效分析 本世纪60年代中期美国航天工业 70年代美国的海军和国防部相继应用70年代后期 FMEA被美国汽车工业界所采用 1993年 2月 三大汽车公司编写FMEA手册并正式出版作为QS 9000质量体系要求文件之一 1995年2月出版第2版 1994年美国汽车工程师学会SAE正式发布为SAEJ1793 2001年7月出版第3版 6 FMEA重要意义 1 有助于对产品的制造和装配要求的设计 发现潜在过程失效原因 确定减少失效发生或找出失效条件的过程控制变量2 对制定全面 有效的设计 过程试验计划和开发项目提供更多的信息3 有助于建立改进设计 过程和开发试验的优先控制系统4 为推荐和跟踪降低风险的措施提供了一个公开的论坛5 为将来分析研究现场情况和评价设计 过程的更改及开发更先进的设计 过程提供参考 7 FMEA重要意义 6 最大限度地保证已对各种潜在的失效模式及其相关起因 机理给予了充分考虑并标识7 以最严密的形式总结产品 零件 子系统 系统 工艺过程设计时工程师 小组的设计思想 包括根据以往的经验教训对一些环节的分析 8 评价产品 过程失效对功能的影响9 有助于对产品 工艺过程设计的评估和方案的相互权衡 8 FMEA的作用和特点 1 事前行为 而非 事后行为 的预防性措施2 提高质量的相互作用的过程 永无止境3 促进不同部门之间充分交换意见的催化剂4 充分发挥和利用员工的知识和创造潜力5 集体智慧和经验的结晶6 一份动态文件 9 FMEA的两种类型 设计FMEA DFMEA 过程FMEA PFMEA 10 谁来做FMEA 设计FMEA 设计主管 工程师 跨部门小组 过程FMEA 开发主管 工程师 跨部门小组 对由专利权的设计 可由供方制定 主管工程师应直接地 主动地联系制造 装配 供应 材料 质量 服务和负责下一总成的设计等相关部门 11 如何做FMEA 1 列出所有的有关功能2 分析这些功能3 准确找出潜在失效模式及其对客户可能造成的严重后果 严重度S 频度0 探测度D 4 计算风险顺序数RPN 从而查明薄弱点5 分析失效原因 机理6 拟订设计 过程改进方案及其实施计划 包括职责 7 改进方案实施后 修改失效模式与影响分析8 记录过程和结果 12 失效链 失效链一个潜在的失效事件发生 如果没有采取或来不及采取或事实上不可能采取措施而使之引起下游系统或相关系统产生连锁失效事件 在失效链中 上一个失效模式是下一个失效模式的起因 下一个失效模式是上一个失效模式的后果 在没有任何措施情况下 失效将发展到最终的模式 失效链会发展常会有分支 有时分支也会产生更加失效的后果 13 失效链举例说明 14 顾客的广义定义 顾客1 最终顾客 产品 服务的使用者2 直接顾客 下一道工序或用户3 中间顾客 下游工序或用户 其它凡是产品 服务受益或受损害者均被认为顾客 15 DFMEA与PFMEA关系 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 否则就会造成PFMEA 产品设计FMEA不能依靠过程检测作为控制措施 PFMEA应是DFMEA的重要的输入 对在DFMEA中所表明的特殊特性应必须在PFMEA中重点分析内容 16 FMEA与质量体系要求的关系 QS 9000 VDA6 1 ISO TS16949中明确规定采取FMEA作为要求 采用APQP手册或VDA4 3项目策划进行质量策划 但DFMEA和PFMEA又是质量策划规定的输入 输出要素 同时PPAP手册中也明确规定采用FMEA要求不同的顾客规定FMEA要求采用其规定的报告格式 17 产品设计DFMEA介绍 DFMEA是一份动态文件 在概念设计阶段或之前发布 并在产品开发过程中不断得到更新 目的在于减少失效风险 1 帮助评估设计要求 2 增加发现潜在失效模式的概率 3 明确设计的优先等级 18 1 DFMEA的准备工作 建立小组 必需的资料 所要分析的系统 子系统及零部件的逻辑框图 标明信息 功能要求等的流程 明确该系统的输入 过程及输出 系统内零部件的连接和关系 19 填写好必须内容 FMEA编号 系统 子系统及零件部件的名称和编号 编制者 年型 车型 关键日期 初次DFMEA完成的日期 不超过计划的生产设计发布日期 FMEA日期 初稿 最新修订日期 小组成员 20 2 项目 系统 子系统 零部件 功能 可靠性指产品在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的能力 否则称为失效 功能表明 产品 的具体要求是什么因此在开始进行FMEA 则必须 把他们的全部功能全部输出 不能遗漏 包括满足顾客期望的功能要求 同时也满足顾客非期望的功能 21 3 潜在失效模式 失效模式的两大类型 型失效模式不能完成规定的功能例如 突发性断裂 开裂 弯曲 失稳 短路 泄漏等 渐变型磨损 腐蚀 老化 性能下降 渗漏 褪色等 型失效模式产生有害的非期望功能例如 噪声 振动 电磁干扰 有害排放等 22 列出所有可能发生的失效模式 采用对以往运行出错的研究 小组头脑风暴法等方法进行尽量用规范化或技术术语描述失效模式 不必与顾客察觉的现象相同 23 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规定功能的影响 以致带来顾客的不满意和不符合安全和政府法规失效后果考虑方面1 对完成规定功能的影响2 对上一级系统完成功能的影响3 对系统内其它零件的影响 设计FMEA系统逻辑框图 4 对顾客满意的影响5 对安全和政府法规符合性的影响 尽量根据顾客可能发现或经历的情况来描述失效的后果 24 5 后果严重性评估 严重度 S 失效模式的严重度分析表 见下图 25 这是一种非常严重的失效形式 它是在没有任何失效预兆的情况下影响到行车的安全或不符合政府的有关法规 26 6 级别 失效模式重要程度等级 在汽车行业突出对产品 过程特殊特性的注意 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 安全和政府法规符合性特性 克莱斯勒 符号 S 与盾性 福特 符号 通用 符号 S C 或 大众 符号 D 雪铁龙 符号 S 27 6 级别 失效模式重要程度等级 重要性能 配合 外观特性 克莱斯勒 符号 D 符号 D 福特 符号 F F 通用 符号 或 F F 大众 符号 D 雪铁龙 符号RS 8确认为产品特殊特性 8 S 5确认为产品重要特性 28 7 潜在的失效起因 机理 目的指明可能的设计薄弱点原因 机理的两个方面 分析 潜在失效原因 机理之途径 与制造 装配无关的原因现有的类似的产品FMA资料应用失效链 找出直接 中间 最终原因至少提出五个为什么应用FTA 失效树 找复杂系统的失效原因对可能的原因进行归纳和分析 29 7 潜在的失效起因 机理 典型失效起因 材料不正确 设计寿命设想不足 应力过大 算法不正确 公差不当 加工规范不当 行程规范不当等 典型失效机理 屈服 疲劳 磨损 材料不稳定 腐蚀 化学氧化等 30 8 失效模式出现的可能性大小的评估 频度0 31 9 现行的设计控制 对潜在的失效模式及其原因 重要的是采取预防措施 以防止这些失效模式成为事实设计控制分为预防设计控制 P 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 探测设计控制 D 在项目投产前 通过分析方法或物理方法 探测出失效的起因机理或失效模式 典型设计控制 工程计算 材料试验 设计评审 安装试验 可行性评审 样件制造与试验 道路试验 32 9 现行的设计控制 三种设计控制顺序 防止失效模式的原因 机理发生或减少它出现的可能性 通过合理的强度 刚度 寿命等计算 P 在只知失效模式 而对造成该失效模式的原因 机理不清情况下 探测出造成该失效模式的潜在原因 机理 通过台架试验找出原因 在不清楚潜在的失效情况下 探测出可能的失效模式 通过整车道路试验 D 所以应优先采用的顺序 A B C最好的途径是先采用预防性设计控制 它可能影响频度定级 33 10 设计控制方法有效性的评估 探测度 D 探测度 D 采用设计控制方法所能探测到的失效模式的有效性设计开发过程中尽早采用探测性设计控制 评估探测度 首先应确定现有的设计控制是否能用来检出失效模式 如果可以 频度低 如果不可以 则无效 34 35 11 潜在失效的风险评估 风险顺序数 风险顺序数RPN S 0 DRPN 风险 RPN 风险 注 严重度 S 频度 0 探测度 D RPN下降程度的控制 据经验确定 RPN 100风险严重 100 RPN 64风险较大 64 RPN 27风险较小 不管RPN大小如何 当严重度 S 高时 QS S 9 VDA S 7 就应采取措施 36 12 建议的措施 严重度S 通过修改设计 使失效模式改变 不出现频度O 通过修改设计 消除失效原因 减少其发生探测度D 应用有效的设计控制方法可能的措施 修改设计尺寸 公差 修改材料规范 修改试验设计 修改试验计划等 37 13 评估 跟踪 对任何建议措施进行评估 跟踪 并复查采取措施后的RPN值 38 PFMEA目的在对生产过程中可能产生的失效模式 通过实施RPN降低策略以减少发生缺陷的风险 这是一个动态的不断更新的文件 PFMEA是一种工具 PFMEA介绍 39 PFMEA就是这样一个工具 确保在前期已考虑并记录了过程可能产生的所有失效模式以降低缺陷的发生风险 40 什么是过程FMEA 一个系统化的行动团队所开展的工作 目的是 1 确定和评价过程的潜在失效和后果2 确定可以消除或减少潜在失效发生机会的措施3 过程文件化 确定为了使客户满意 一个过程必须要做的事 41 什么是过程FMEA 系统化的团队 是指 由工程 制造 物流 质量 售后等经验丰富的人员组成 是一种知识管理的方法 能将经验教训尽可能的纳入PFMEA 42 PFMEA的实施最重要的因素 时间性即 事件发生前采取措施 而不是事实出现后的演练 这样才能够最容易 低成本地对产品或过程进行更改 从而最大程度地降低后期更改的危机 43 1 新品启动时作初始过程FMEA2 在工艺中采用简单 实用的装置 帮助预防和探测错误3 编制PFMEA和确定用于控制计划的KCC4 确保PFMEA中现行的过程控制和推荐的纠正措施已列入控制计划5 及时更新PFMEA EWO PRR 生产信息等 6 制定和实施降低RPN计划 PFMAE小组职责Responsibilities 44 如何降低风险 产品为什么产生缺陷 前期没有考虑到所有的可能的失效模式 PFMEA 没有采取有效的措施 CP 措施没有被落实 SOS 45 PFMEA 控制计划ControlPlan 作业指导书SOS 信息反馈Feedback RPNReductionCIP 过程更改ProcessChange 流程图ProcessFlow 如何降低风险 46 流程图 PFMEA的基础 简单 准确PFMEA 集体的行动 以流程图为主线 考虑所有的失效模式 对高风险采取措施控制计划 充分理解FMEA 将措施落实作业指导书 将控制计划中的措施进一步展开CIP PFMEA是一个动态的过程 47 When 初始稿 启动时样件和PPAP提交前更新获得经验教训后更新EWO或过程变更RPN持续降低 48 HowtodoPFMEA 49 PFMEA必须的输入经验教训DFMEAFlowChart 主线售后质量数据类似零件PRRs供应商绩效报告防错技术DFM DFA研讨会 50 51 52 1 PFMEA编号 跟踪用的编号2 项目 填入所分析的系统 子系统或零件的过程名称 编号 P N Sub P N 3 过程责任 车间 部门和小组4 编制者 姓名 部门 电话号码5 年型 车型 已知的年型和车型 53 6 关键日期 初次PFMEA预定完成的日期 不应超过计划开始生产的日期7 FMEA日期 编制FMEA原始的日期及最新修订的日期 54 8 核心小组有权确定和 或执行任务的责任部门和个人姓名 由工程 制造 物流 质量 售后等经验丰富的人员组成 9 过程功能 要求简单描述被分析的过程或工序 如进货 车 钻 攻丝 焊接 装配 标注过程号 尽可能确切的说明 55 10 潜在失效模式 所谓潜在失效模式是指过程可能发生的不满足过程要求和 或设计意图的形式是对某具体工序不符合要求的描述 假定提供的零件 材料是合格的 列出每一个潜在失效模式 假设这种失效可能发生但不一定非得发生 以FlowChart为主线 过程 零件怎么不能满足规范 孔径尺寸超差 太深 太浅 顾客会提出什么异议 定理 任何可能出错的东西记住 失效模式没有发生并不意味着他们不会发生 56 11 潜在失效后果指失效模式对顾客的影响 顾客 可以是下一道工序 后序工序或最终用户 这些都是必须考虑到的 典型的失效后果 最终用户后序工序噪声损伤模具不稳定无法固定粗糙无法安装到位外观不良不连接功能欠缺售后问题异味危害操作者 57 12 严重度 S 是指潜在失效模式对顾客的影响后果的严重程度的评价指标严重度评估分为 1 10 级 对高严重度 或10 应确定相应的KCC只有改变设计才能降低严重度 58 59 13 分级本栏目是用来对需要附加过程控制的零部件 子系统或系统的一些特殊过程特性 KPC KCC 进行分级的 这些特性会影响到车辆操作安全 产品功能 符合政府规范或客户满意度 且需要特殊制造 60 14 潜在失效起因 机理指失效是怎么发生的 并依据可以纠正或控制的原则来描述 列表是应明确记录具体的错误或操作情况 应避免使用含糊不清的词语 如 操作者错误 机器工作不正常 61 14 潜在失效起因 机理假设零件没有问题典型原因 扭矩不正确工具破损未润滑热处理不正确 时间和温度 错误进给调节零件放置错误低气压装配不正确 62 15 频度 O 指具体的失效起因 机理发生的频率 只有导致相应失效模式的发生 才能考虑分级 若可获得的话 用历史数据 若无法获得历史数据 则用客观评价可以分 1 和 10 级来估计额度的大小 63 64 16 现行过程控制是对尽可能防止失效模式的发生 或者探测将发生的失效模式的控制的描述 两类控制方法 1 预防 阻止失效起因 机理或失效模式 后果的发生 或减小其发生率2 探测 查明起因 机理并找到纠正措施较好的做法是第1 种控制方法 65 16 现行过程控制过程控制举例 量具计划首件检查制造过程防错工序中的检查培训作业指导书目视检查触摸 标记 零件最终测试产品审核 66 17 不易探测度 D 指在零部件离开制造工序或装配工位之前 第二种现行过程控制方法找出失效起因 机理过程缺陷的可能性的评价指标 不易探测度控制方法分级评价指标为 1 10 级 67 68 18 风险顺序数严重度数 S 频度数 O 不易探测度数 D RPN S 1 1000RPN 风险 RPN 风险 69 18 风险顺序数 RPN下降程度的控制 据经验确定 RPN 100风险严重 100 RPN 64风险较大 64 RPN 27风险较小 不管RPN大小如何 当严重度 S 高时 QS S 9 VDA S 7 就应采取措施采取措施的顺序首先是严重度 其次是频度 再次是探测度降低严重度S 只有通过设计和 或过程更改 70 19 建议措施按RPN排出失效模式顺序 对等级较高的项目制定纠正措施计划应考虑以下措施 1 推荐措施简单明了2 对高严重度 或10 不管RPN值是多大 必须予以特别关注 71 20 责任和目标实现日期负责推荐措施和目标实现日期的个人21 采取的措施当实施一项措施后 简要记载具体的执行情况 并记下生效日期 72 22 纠正后的RPN当明确了纠正措施后 估算并记录纠正后的额度 严重度和不易探测度数 计算并记录纠正后的RPN值 73 74 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件S O D RPN PFMEA举例 75 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件S 7O 8D 9RPN 504 PFMEA举例 76 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件发运前100 目视检查S O D RPN PFMEA举例 77 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件发运前100 目视检查S 7O 8D 8RPN 448 PFMEA举例 78 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件发运前100 目视检查 两次S O D RPN PFMEA举例 79 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件发运前100 目视检查 两次S 7O 8D 7RPN 392 PFMEA举例 80 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件发运前100 目视检查 做记S O D RPN PFMEA举例 81 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件发运前100 目视检查 做记S 7O 8D 6RPN 336 PFMEA举例 82 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件工序后止通规 1次 100件S O D RPN PFMEA举例 83 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序库存2000件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件工序后止通规 1次 100件S 7O 5D 6RPN 210 PFMEA举例 84 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔 工序在途库存20件 安装门警示开关失效模式 未加工失效原因 铣刀断 4次 年过程控制方法 更换铣刀 1次 1000件止通规 1次 100件后装配工序使用防错检测仪S O D RPN PFMEA举例 85 产品 门铰链总成产量 200 000件 年工序 铣沉孔