DFMEA的制作与应用-于尚恒.ppt

FMEA 第四版 potentialFAILUREMODEANDEFFECTSANALYSIS 目录 1 简介2 概述 策划和实施3 DFMEA4 DFMEA的联系5 FMEA的疑惑 什么是FMEA 定义 是一种表格化的分析技术 是在产品设计阶段和过程设计阶段对各零部件 子系统 分总成 以及对构成过程的各工序进行逐一的分析 1 找出潜在失效模式 2 分析其后果 评估风险 3 从而预先采取措施 4 减小失效模式的严重程度 降低可能发生的概率 5 有效地提高产品质量和可靠性 确保顾客满意的系统化活动 从定义可知 FMEA进行的时机 产品 过程设计 FMEA的对象 零件 子系统 工序 FMEA的任务 FMEA的分类 DFMEA 设计FMEA指产品硬件 功能 系统上的可能失效和故障 PFMEA 过程FMEA指产品流程 制程 步骤上的不良造成不良后果的改善与因果分析 SFMEA 系统FMEAMFMEA 机器FMEACFMEA 概念FMEA 二 FMEA概述 策划和实施 FMEA的主要概念 可靠性 在规定的时间内 在规定的条件下 完成规定功能的能力 失效 故障 在规定的时间内 在规定的条件下 没有完成规定的功能 设计意图 或者产生了有害的功能 失效模式 失效具体表现的形式 如 开裂 变形 硬度低 尺寸超差等 功能 产品 过程所发挥的作用 或用处 用动词加名词表示 如 传递扭矩 隔热 加工端面达到工艺要求等 潜在失效 可能发生的失效 失效后果 失效对顾客的影响 对上级子系统和系统的影响 顾客包括直接顾客 最终顾客和下道工序以及政府 法律 法规 为什么做FMEA 什么时候开始FMEA FMEA是一份动态的文件 应 在设计概念定案前开始 在更改发生时或产品开发阶段获得补充信息时进行更新 在生产设计放行前完成 成为以后重新设计时的经验来源 DFMEA持续更新 DFMEA生成过程 DFMEA开发准备 编制DFMEA第一版 更新DFMEA第三版 更新DFMEA第四版 DFMEA开发过程 在设计概念前或决定时起动DFMEA 在M2数据开始前完成第三版DFMEA 在产品开发的各个阶段更新DFMEA 搜集数据及资料制定DFMEA工作计划 在M0数据开始前完成第一版DFMEA 更新DFMEA第二版 在M1数据开始前完成第二版DFMEA 编制DFMEA工作计划 在M3数据开始前完成第四版DFMEA 维护DFMEA第 版 过程可行性分析阶段或之前进行PFMEA 所有新的零件编制工艺或更改零件的过程或工艺 老产品 的过程 用于新环境时 必须进行PFMEA 新工艺或工艺更改时进行PFMEA PFMEA FMEA的范围 FMEA的方法 2 定义范围范围建立的FMEA分析的边界 根据FMEA的类型 即 系统 子系统或零部件 确定哪些是需要的内容 哪些是不需要的内容 下面内容可以帮助小组确定FMEA的范围 功能模式框 边界 图参数 P 图接口图过程流程图相互关系矩阵示意图材料清单 BOM FMEA开发没有一个统一的或唯一的过程 下面描述的是通用的要素 1 成立小组FMEA的开发应由多方论证 跨职能 小组负责 小组成员应具备必要的专业知识 应包括有助于FMEA开发过程的经验和知识 FMEA开发过程建议使用小组方式 有助于确保所有受影响的职能部门的输入与合作 FMEA小组组长应选择有经验并经授权的小组成员 除了设计和过程工程师 其它资源的示例见下表 系统FMEA一个系统FMEA由多个子系统组成 系统示例包括 底盘系统 动力系统 内饰系统等 系统FMEA主要处理系统 子系统 环境与顾客之间的所有接口与相互作用 子系统FMEA子系统FMEA是系统FMEA的子集 如 前悬挂子系统是底盘系统的子集 子系统FMEA主要处理子系统零部件之间的所有接口与相互作用 以及与其它子系统或系统的相互作用零部件FMEA零部件FMEA是子系统FMEA的子集 如 刹车片是刹车总成的零部件之一 刹车总成又是底盘系统的一个子系统 注 任何对范围的后期调整 都可能导致小组结构和小组成员的变动 FMEA的方法 3 定义顾客最终用户 使用产品的个人或组织 FMEA分析对最终用户的影响可能包括 如 耐久性 OEM装配和制造中心 工厂 OEM的制造过程 如 冲压 动力 以及汽车装配发生的场所 明确产品与装配过程的之间的接口 对FMEA的有效分析非常关键 制造供应链 供方材料和零件制造 组装或装配的发生场所 包括 生产件和维修件的制造 装配 以及热处理 焊接 涂装 电镀或其它表面处理过程 可以是任何后续操作 或下游操作 或下一级的制造过程 政府法规机构 制定要求并监督安全与环境规范符合性的政府代理机构 这些要求和规范可能影响产品和过程 4 识别功能 要求和规范识别并理解与定义的范围相关的功能 要求和规范 其目的在于阐明项目设计意图或过程目的 有助于针对功能的每个属性或方面 确定潜在失效模式5 识别潜在失效模式失效模式可以定义为产品和过程未满足设计意图或过程要求的方式或状态 假设失效可能发生但也可能不发生 简明且易于理解的失效的定义是很重要的 因为它可使分析集中在关注点上 应当用专业的技术术语来描述 不要描述成顾客可感知的现象 如果针对某一个要求识别了大量的失效模式 则说明要求的定义不够简洁 6 识别潜在后果失效的潜在后果是指顾客可感知的失效模式的后果 失效的后果或影响可以根据顾客的感觉或感受来描述 顾客可以是内部顾客 也可以是最终顾客 潜在后果的确定包括失效后果分析和后果严重性的分析 7 识别潜在原因失效潜在原因是描述失效是如何发生的 它应被描述为可以纠正 控制的事情 失效的潜在原因可能显示出设计不足 其后果是失效模式 原因及其导致的失效模式之间是有直接关系的 例如 如果原因发生 那么失效模式发生 在识别失效模式的根本原因时 应尽可能的详细 便于确定适当的控制和措施计划 如果有多个原因 就要对每个原因进行独立分析 FMEA的方法 8 识别控制控制是指预防或探测失效原因或失效模式的活动 在识别控制时 重要的是应明确哪里出了问题 原因是什么 怎样来预防或发现问题 控制适用于产品设计或制造过程 注重预防的控制将会带来丰厚的回报 9 识别与评估风险风险评估是FMEA的重要步骤之一 评估包括三个方面 严重度 频度和探测度 严重度 评估失效对顾客影响的等级 频度 评估失效原因可能的发生频率 探测度 评估产品和过程控制对失效原因或失效模式的探测能力 组织需要明白顾客对风险评估的要求 10 建议措施与结果建议措施的目的在于降低整体风险或失效模式发生的可能性 建议措施的目的是降低严重度 频度 探测度 为了确保采取了适当的措施 可以采用下面方式 包括但不限于 确保达成了设计要求 包括可靠性 评审工程图样和规范确认并入装配 制造过程 和评审FMEA 控制计划和作业指导 完成建议措施的负责人和时间应形成记录 一旦措施完成获得结果 应重新评估并记录严重度 频度和探测度等级 三 DFMEA DFMEA的简介 设计失效模式后果分析 也称DFMEA DFMEA通过以下几方面降低风险支持设计过程 有助于对设计包括功能要求和设计方案在内的设计进行客观评价 对制造 装配 服务和回收要求的最初设计进行评价 提高在设计 开发过程中 考虑潜在失效模式极其对系统和车辆运行影响的可能性 为全面 有效的的设计 开发和项目确认的策划提供更多的信息 根据潜在失效模式对 顾客 的影响 对其进行分级列表 进而建立一套设计改进 开发和验证试验 分析的优先系统 为建议和跟踪降低风险的措施 提供一个公开的讨论形式 为将来阐述售后市场关切情况 评价设计更改及开发先进的设计提供参考 如 学到的经验 可制造性 可装配性 可服务性的考虑 DFMEA应该包含任何由设计导致的在制造或装配过程中发生的潜在失效模式和要因 那些失效模式可能被设计更改减轻 如预防零件装配在错误的位置上的设计特性 也即是 防错 当在DFMEA分析中不能减轻时 对于这样情况应该记录在措施计划 他们的验证 后果 和控制应该传递到PFMEA中 PFMEA应覆盖这些内容 DFMEA不依靠过程控制去克服潜在设计弱点 但它可以考虑对制造和装配采取技术和物理限制 例如 必要的拔模斜度表面处理的限制装配空间 如加工通道 钢材硬度局限性公差 过程能力 性能DFMEA也应考虑一旦产品进入市场使用 产品服务可行性和回收的技术和物理限制 如 工具的可获得性诊断能力材料分类标记 对回收而言 制造过程中使用的材料 化学品 DFMEA准备 建立DFMEA工作小组 收集必要的资料设计意图车辆要求质量功能展开图已知的产品要求 制造要求 装配要求类似的DFMEA资料准备DFMEA表格 DFMEA的开发 前提条件 框 边界 图 图1 参数 P 图 图2 功能要求 一般考虑产品的目的和产品的整体设计意图 安全性 政府法规 可靠性 功能寿命 装载和工作循环 顾客产品使用表 安静操作 噪声 振动 平顺性 NVH 燃料保持 人体工程学 外观 包装和发运 服务 可装配性的设计 可制造性的设计 其它工具和信息资源 可以帮助小组理解并定义设计要求 包括 示意图 图纸等 材料清单 BOM 关联矩阵图法 接口矩阵 质量功能展开 QFD 质量与可靠性历史 在考虑这些前提条件后 可以开始填写表格 图1 图2 DFMEA的开发 表格表头应当清楚说明FMEA的关注点 以及文件开发和过程控制中的相关信息 它包含一个FMEA编号 范围识别 设计职责 完成日期等 1 FMEA编号输入数字列以便识别FMEA文件 这用于文件控制 2 系统 子系统或零部件名称及编号输入需要分析的系统 子系统或零部件的名称及编号 见确定范围部分 3 设计责任填入负有设计责任的OEM 组织和部门或小组 适当时 也输入供方名称 4 车型年度 项目填入将使用和 或受所分析设计影响的预期车型年度 项目 如果知道的话 5 关键日期填入FMEA初次预定完成日期 该日期不应超过计划的量产设计发布的日期 6 FMEA日期填入FMEA原始稿完成日期 和最新的修改日期 7 核心小组填入负责开发DFMEA小组成员 联系信息 如 名字 组织 电话号码和email 可附在补充文件中 8 编制者填入负责编制DFMEA工作的工程师姓名 电话和所在公司的名称 DFMEA表格制作 表头 DFMEA表格制作 内容 FMEA表格内容包括潜在失效的风险分析 以及要采取的改进措施 1 项目 功能输入已经由小组通过框图 参数图或其它图所识别的项目 接口或零部件 为了确保可追塑性 使用的术语必须和顾客要求 以及其它设计开发文件和分析相一致 输入被分析的项目或接口的功能 要求它必须达到顾客要求或小组讨论的设计意图 注 如果项目或接口里有多个含有潜在失效模式的功能 则强烈建议将每个功能及其相应的失效模式分开列出 DFMEA的开发 2 要求输入对每个项目 功能的要求 产品的开发目的 整体的设计目的 安全 法规 可靠 外观等 3 潜在失效模式潜在失效模式是指零部件 子系统 系统可能潜在地不能满足或者实现项目栏里描述的预期功能的状态 识别与功能 要求有关的潜在失效模式 潜在失效模式应当用专业技术术语描述 不必描述成顾客能够注意到的现象 一个功能可能有多个失效模式 如果一个功能被识别有大量的失效模式 则可能说明要求没有妥善定义 由于假设失效模式可能发生 但不一定会发生 因此使用 潜在 一词 应当予以考虑潜在失效模式可能只在特定的运行条件 如 热 冷 干燥 灰尘环境等 和特定的使用状态下 超过平均里程 不平的路段 仅在市内行驶等 发生在确定了所有的失效模式后 分析的完整性可以通过对过往运行不良 关注点 问题报告和小组 头脑风暴 的评审来确认 潜在失效模式也可能是上级子系统或系统的潜在失效模式的原因 或者是一个下级零部件的失效模式导致的影响 DFMEA的开发 3 潜在失效后果 影响 由顾客感受的失效模式对功能的影响 根据顾客可察觉和感受的现象来描述 顾客可以是内部顾客 也可以是最终使用者 如果后果会对影响安全 或者不符合法律法规 应当清楚说明 应当始终根据所分析的特定系统 子系统或零部件来说明后果 注意失效链 典型的失效影响可以根据产品或系统性能来说明 DFMEA的开发 4 严重度 S 严重度是指对一个特定失效模式的最严重的影响后果的评价等级 严重度是在单个FMEA范围内的一个相对级别 小组应当统一一个评估标准和评级系统 即使为单个过程分析而更改 也应始终一致的应用此标准 不建议更改严重度为9和10的评级标准 严重度等级评为1的失效模式不应当再进一步分析 DFMEA的开发 5 分类这一栏可以用来标出高优先级别的失效模式及其相关原因 作为分析的结果 小组可以利用此信息来识别特殊特性 特殊产品或过程特殊特性符号及其使用可依据顾客的特殊要求予以确定 一个在设计记录中指定的特殊特性 但没有在DFMEA里识别出与这个特性相关的设计失效模式 则被认为是一种设计过程中的不足 要注意符号的一致性 DFMEA PFMEA和控制计划 工艺文件 作业指导书 检验文件都要标注 注 我公司目前一般用 重要 关键 DFMEA的开发 6 失效模式的潜在原因 机理 这部分信息可以被分为多栏 也可以合并成一个单独栏 失效模式的机理 机制 失效机理是指导致失效模式的物理 化学 电 热或其它过程 需要注意 失效模式是一个 观察到的 或 外部的 影响 不应当把失效模式和失效机理 失效模式背后的实际物理现象 退化过程或者导致失效模式的连锁事件相混淆 在最大程度上 应当尽可能将每个失效模式的潜在机理简明 完整的列出 对于一个系统 失效机制是一个跟随在零部件失效后面的错误的传递过程 从而导致系统失效 产品或过程可能由于一个共同的失效机制 而有多个相互关联的失效模式 确保过程影响被作为DFMEA过程中的一部分 失效模式的原因失效潜在原因是对设计过程如何允许失效发生的说明 应被描述为可以纠正 控制的问题 潜在失效原因可能是一个设计或过程不足的显示 其结果是失效模式 原因是指导致或激活失效机制的环境 因素 在识别失效潜在原因时 对特定的失效原因要使用简洁明了的描述 不能使用模棱两可的用词 在进行原因调查时 应关注与失效的模式 而非失效的影响 在确定原因时 小组应当通过讨论 来认为存在的原因会导致失效 进可能的将每个失效模式 机制的每个潜在原因简洁 完整的列出 以便可以对各个原因进行详细分析 进而采取不同的衡量 控制 纠正措施 DFMEA的开发 7 发生频度 O 发生频度是指一个特定原因 机制的发生的可能性 此原因会在设计寿命内导致失效模式发生 应当有一个一致的发生频度的评级系统以确保连续性 发生频度是一个FMEA范围内的相对评级 不是绝对反映实际的发生可能性 确定频度时 考虑 相似零件 子系统或系统的服务历史和现场经验 此项目是否是沿用或类似于已有项目 项目与已有项目的变更之处有多大 项目是否完全不同于已有项目 项目是否是全新的 应用变化或者环境变化如何 是否有用工程分析 例如可靠性 来估计此应用的预期可比较的发生率 是否有预防控制 DFMEA的开发 8 现行设计控制作为设计过程的一部分 现行设计控制是已经实施或承诺的活动 它将确保设计充分考虑设计功能性的和可靠性的要求 有两种设计控制可考虑 预防 消除 预防 失效机制的原因或失效模式的发生 或者降低其发生的几率 探测 在产品发布之前 通过分析的或物理的方法 识别 探测 失效原因 失效机制或失效模式的存在 如有可能 应优先采用预防控制方法 若将预防控制作为设计意图的一部分 则将影响最初的发生频度等级的评定 探测控制应当包括探测失效模式的活动 也包括探测失效原因的活动 小组应当考虑分析 实验 评审等其它活动 以确保设计的充分性 如 预防控制 设计前 标杆分析研究失效安全设计设计和材料标准 内部和外部 文件 从类似设计中学到的最佳实践 经验教训等的记录模拟研究 概念分析 建立设计要求防错 探测控制 设计后 设计评审样件试验确认试验模拟研究 设计确认试验设计 包括可靠性测试使用类似零件的原型 DFMEA的开发 9 探测度 D 探测度是指现行设计控制发现栏里 所列出的最佳的探测控制相关的等级 当识别到不止一个的控制的时候 建议将每个控制的探测等级包括在控制描述内 并且在探测栏里记录等级最低的评分 首先假定失效已经发生 然后评估现有设计控制探测此失效模式的能力 不能因为频度等级低 想当然认为探测度等级低 在单个的FMEA范围内的一个相对评级 注 评分等级1专用作已证实的设计方案的失效预防 DFMEA的开发 10 决定措施的优先级别由于资源 时间 技术等其它因素的固有限制 小组必须确定采取措施的最佳顺序 小组首要关注的应当是重要度等级最高的失效模式 严重度达到9或10 小组必须确保该风险已经通过现有设计控制或者推荐措施 在FMEA内有记录 得到处理 严重度等级小于等于8的失效模式 小组应当考虑有最高发生频度或探测度等级的原因 确定降低风险的优先顺序 11 风险顺序数 RPN 帮助决定优先措施顺序的方法之一是使用风险顺序数RPN 严重度 S 频度 O 探测度 D 在单独的FMEA范围内 数值可以在1到1000之间变化 不推荐使用RPN阀值来决定是否需要采取措施 注 建立阀值可能会促使小组成员产生错误行为 即小组成员花时间去试图求证一个低发生或低探测度等级的数值 以期降低RPN 这种做法是不可取的 这种行为会使得引起失效模式的真正问题得不到解决 只是让RPN低于阀值 所以 在特定的项目里程碑 例如 新车投产 确定 可接受 风险的时候能够意识到这一点是十分重要的 优先级别的选取应建立在对严重度 发生频度 探测度的分析上 而不是通过RPN阀值来决定 RPN值可以成为有效的工具 RPN使用的限制需要被理解 但不建议使用RPN阀值来决定采取措施的优先级别 DFMEA的开发 12 建议措施建议措施的目的在于改进设计 在识别措施的时候 应当按照严重度 发生频度 探测度的顺序来降低等级 预防措施 降低发生率 要比探测措施更好 降低严重度等级 只有设计更改能够降低严重度等级 例如 对轮胎的要求是 在使用时保持适当的气压 气压快速流失 的失效模式影响严重度比起 完全瘪气 轮胎的失效模式影响严重度低 修改设计并不意味严重度就会降低 应经过小组评审 确定更改的影响 应在设计开发过程的早期实施 例如 在开发周期的早期阶段 就需要考虑准备代用材料 以避免腐蚀严重度的问题 降低发生频度等级 通过设计更改去除或控制一个或多个失效模式的原因 机制 从而降低发生频度等级 下面列出的是应当考虑到 但不仅限于此的措施 防错设计 消除失效模式修改公差与配合修改设计来降低压力 替换薄弱的 失效可能性高的 零部件增加冗余度修订材料规格 降低探测度等级 最好的方法是使用放错 防误 设计验证 设计确认的增加只能降低探测度等级 某些情况下 对特定零件作设计更改 可能会增加探测的可能性 即 降低探测度等级 此外 还应考虑 实验设计 尤其当失效模式的原因有多个或者交互作用时 修订实验计划如果对一个特定的失效模式 原因 控制评估之后 没有建议措施 则在栏里输入 无 输入 无 的同时还注明理由将非常有用 特别实在严重度高的情况下 对于设计措施 可以考虑使用下列内容 实验设计或可靠性实验的结果设计分析 可靠性失效 结构失效 或物理失效模式 它将确认解决方法的有效性 且不会引进新的潜在失效模式制图 图示 或模型来证实目标特性的物理变更设计评审结果对已有工程标准或设计指南的变更可靠性分析结果 DFMEA的开发 13 职责与目标完成日期输入负责完成建议措施的个人或组织的名字 包括目标完成日期 负责设计的工程师 小组领导人应当确保所有的建议措施都已实施或受到妥善处理 14 实施结果这部分包含的是所有措施的实施结果 以及它们对S O D等级和RPN的影响 采取的措施和完成日期实施措施后 输入已采取措施的简要描述 以及措施的实施完成日期 严重度 发生频度 探测度和RPN在实施了预防 纠正措施后 确定并记录其严重度 发生频度和探测度等级 计算并记录衍生措施 风险 的优先指标 例如 RPN 所有等级修正都必须经过评审 仅仅实施纠正措施并不能确保问题被解决 即 被处理的原因 因此还应当对其进行适当的分析和实验以验证 如果有必要进一步实施纠正措施 实施完后仍需要进行分析 重点应当始终放在持续改进上 DFMEA的开发 维护DFMEA DFMEA是一个动态文件 任何按要求作出的设计变更或更新都应当经过评审 推荐措施的更新及其最终结果 起作用的和不起作用的 应当包括在后续DFMEA内 DFMEA的持续维护还应包括对DFMEA的评分等级做定期的评审 要特别关注发生频度和探测度等级 尤其当改进是通过产品变更 或设计控制的改进来实现的时候 更显得重要 此外 当现场有问题发生时 应当对等级作出相应的调整 利用DFMEA 如果一个新项目或新应用在功能上和当前产品的相似 那么只要经顾客同意 可以使用统一的DFMEA 将一个基本上充实的基准DFMEA作为起始点 就可以最大几率的利用过去的经验和知识 如果有轻微差异 小组应当识别并着重与这些差异所带来的影响 DFMEA的开发 四 DFMEA的联系 边界 框 图 参数图等 DFMEA DVP R PFMEA等 DFMEA的联系 1 框图 参数图确定项目 功能范围 功能参数 法规 环境等因素 2 DVP RDFMEA与DVP R有着重要的联系 DFMEA识别并记录存档了现行设计的预防控制与探测控制 这些成为DVP R内的实验描述的输入 DFMEA识别了要控制 什么 DVP R则给出的是 怎样 控制 例如 接受标准 程序和样本容量 3 PFMEA过程 PFMEA 失效模式或设计 DFMEA 失效模式可能导致相同的产品潜在影响 在这种情况下 设计失效模式的影响应当在DandP的影响和严重度等级里反映出来 五 DFMEA中的疑惑 1 某个失效模式引起后果严重度会不一样 如何处置 典型的例子如 一个泵体铸件 有一种失效模式是 出现气孔 但这种气孔不同的大小和所处的位置对产品的影响及至对顾客的影响其后果都是不一样的 有的气孔比较大可能导致泵体的壳体出现渗漏引起安全性或功能性故障或导致泵体强度降低 有的气孔比较小 可能仅仅影响泵体的外观 虽然这个失效模式引起的后果差别很大 但其发生的原因其机理一般都是相同的 即铸造过程中存在气泡 不应将它们作为不同的失效模式处理 对该失效模式的严重度评分必须以后果最严重的那个评分为准 以便使该失效模式得到充分地重视 2 某种失效模式可能由多种原因导致的 如果按各自的原因分开分析 则对应于每个原因的发生度可能会降低 其结果可能是按失效原因得到的RPN值比不区分失效原因所得到的RPN值小 使本来应该受到优先关注的失效模式变得好像不重要了 这种状况可能会不被客户的供应商工程师 SQE 所接受 如何说服客户的SQE 一个典型的例子就是一个严重度为6的失效模式 历史数据显示该种失效的发生率为2000ppm 根据FMEA手册推荐的评分表 其发生度为6 其探测度为4 则其RPN 6 6 4 144 按照有些公司的要求 RPN 100时需采取纠正措施 因而针对该失效模式需要采取纠正措施 假如经过分析确定该失效模式是由5个原因导致的 每个原因导致的失效发生率都为400ppm 则每种失效原因导致的发生度评分为4 因