失效模式与效应分析(FMEA-4).ppt

潛在失效模式與效應分析,POTENTIALFAILUREMODE&EFFECTSANALYSIS(FMEA-4),課程大綱,一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革二、失效模式與效應分析(FMEA)的意義三、失效模式與效應分析(FMEA)的功用四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類六、失誤樹分析(FTA)是輔助FMEA的有利工具七、ISO/TS16949的FMEA參考手冊裡的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引八、ISO/TS16949的FMEA參考手冊裡的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引附表A.設計之失效模式與效應分析表格(DFMEAForm)B.製程之失效模式與效應分析表格(PFMEAForm),課程目的,1.發現和評價產品過程中潛在的失效及失效效應2.找到能夠避免或減少這些潛在失效發生的措施3.將上述整個過程文件化，它是對設計過程的更完善化，以明確必須做什麼樣的設計和過程，才能滿足顧客的需要4.FMEA強調是一個“事情發生前”的行動，而不是“後見之明”5.結合FMEA核心小組(coreteam)，在事前導入FMEA分析以減輕事後修改或帶來更大損失的機會6.提升設計製程改進之能力並結合設計製程確認驗証之相關失效模式,品質計劃的準則潛在失效模式及效應分析參考手冊,ISO/TS16949Element4.2品質系統中，4.2.3品質計劃(Qualityplanning)-節中有幾項是迥異於ISO9000者，即：1.品質計劃-必須使用APQP高等(先期)產品品質計劃及管制方案參考手冊2.特殊特性-在準備FMEA和管制方案時必須先確定特殊特性3.應用跨部門團隊-製作及檢討FMEA，並採取行動降低潛在失效模式4.可行性分析5.製程FMEA-應考失潛在失效模式及效應分析參考手冊(PotentialFailureModeandEffectsAnalysisReferenceManual)6.管制方案-參考APQP手冊及量產零件核准過程手冊(PPAP：ProductionPartApprovalProcessPlan),一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革,FMEA全文是FailureModeandEffectsAnalysis失效模式及效應分析，及設計審查(DesignReview)和可靠性工程(Reliability)的重要作業，也是系統工程管理(SystemEngineeringManagement)中的重要工作，因為系統工程管理的三大技術領域是：(一)合成(Synthesis)(二)最佳化(Optimization)(三)技術性能衡量(TechnicalPerformanceMeasurement)而技術性能衡量中的可靠性工程作業中，即包含了可靠性預測(ReliabilityPrediction)、失效模式及效應分析(FMEA)、失誤樹分析(FaultTreeAnalysis)、設計確認(DesignVerificationTest),一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革,1960年代，美國軍方和NASA在執行設計審查時，規定必須使用FMEA，FMEA於是逐漸在工業界推廣開來。1972年美國Ford汽車公司成立可靠度方案小組研議FMEA，之後將FMEA作法制定於該公司Q-101標準內。台灣的福特六和公司品質保證部亦在1986年4月發佈中文版不良模式分析手冊(PotentialFailureModeandEffectsAnalysisforManufacturingandAssemblyProcesses)，要求申請Q1供應商認證的協力廠執行FMEA。1991年美國Ford汽車公司改組了PowertrainOperations，把原來DimensionalControlPlan(DCP)擴大應用範圍，成為DynamicControlPlan，而FMEA即是DCP當中的要項之一。,一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革,1993年7月，美國汽車工業行動小組(AutomotiveIndustryActionGroup：AIAG)發行了汽車工業專用的標準化FMEA表格。而GM、Ford和Chrysler的FMEA聯合工作小組更在AIAG和美國品質學會ASQC的協助下，制定了PotentialFailureModeandEffectsAnalysis：FMEA參考手冊，供給申請ISO/TS16949認證的協力廠使用。這有一些協力廠在準備FMEA時的指導原則，及有詳細說明如何逐項填滿FMEA表格，但未做基本原理或實施方法的解釋。因此在進入解說ISO/TS16949FMEA參考手冊內容之前，先對FMEA做原理及背景的闡述。,二、失效模式與效應分析(FMEA)的意義,(一)失效(Failure)產品內的系統、子系統或零組件在特定時間內無法達成設計所預定功能。(二)失效模式(FailureMode)系統、子系統或零組件在特定操作狀況下(如冷、熱、乾、濕)和特定使用條件下(顚陂路面、爬坡、緊急煞車等),於特定時間內無法達成原先設計所預定功能之狀態，(如：裂開、變形、彎曲鬆脫、洩漏卡住、短等)。,二、失效模式與效應分析(FMEA)的意義,(三)失效效應(EffectsofFailure)從顧客的觀點(內部或外部)來看，失效模式對於產品的系統、子系統和零組件對於產品功能的影響或效應，尤其要注意是否危及安全要求和觸犯法規規制。失效效應通常可從下列資料得知：歷史資料、保固文件市場使用報告、顧客抱怨相似零件的FMEA、可靠性資料。(四)失效模式及效應分析(FailureModeandEffectsAnalysis)是個簡易而有系統的方法論，用來評估失效狀況、問題產生、錯誤發生、風險承擔、關切事項的各種可能方式及其後果，進而採取改善行動。,三、失效模式與效應分析(FMEA)的功用,汽車工業是個產值規模龐大且具有高度風險的產業，因為對一般民眾而言，汽車是價值僅次於房屋的生活工具、而且汽車的使用期間有可能發生對人身安全潛在的威脅，加上汽車本身又是由許多複雜且來自不同協廠的系統、子系統和零組件所構成，在產品壽命期間長期使用狀況下，車子的可靠性會涉及駕駛人和乘客安全。因此對於中心工廠而言，產銷汽車這項產品會有機會遭致多方面的風險(risk)，從法律(如：消保法、刑法、檸檬法)、產品責任、顧客需求、政府法規(如：油耗、噪音、安全）、保固及服務補償支出、技術開發、市場壓力、同業競爭等，所以必須事先界定這些風險之所在，予以分析研究後訂出今後改善之道。,失效模式及效應分析程序,三、失效模式與效應分析(FMEA)的功用,傳統風險分析，集中於三個階段：(一)那裏出錯了?(二)出錯的機率有多少?(三)出錯導致的後果是什麼?如何改正?而革新的風險分析做法，應該是：(一)預防使之不出錯(二)消除出錯而引起的資源損失(三)減少出錯的機會及其後果FMEA就有上述預防功能，在業界運作的實證下，被確認防範產品失效，避免汽車召回修整(RecallCampaign)的必要性。,四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題,組成跨部門小組從(1)技術工程面(2)非技術工程面,製作系統、設計、製程之各種方塊圖(BlockDiagram),事先找出(1)已知失效事項(2)潛在失效事項,製作失誤樹狀圖(FaultTreeChart),估算(1)發生頻率(機率)(2)嚴重性(3)易檢性,評量並決定(1)忽略不理(2)計劃應掙取行動(3)立即採取行動,達成下列目的(1)減少失效發生之機率(2)降低因失導致之嚴重性,圖1FMEA實施作業流程,四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題,若以汽車業者的觀點來看，FMEA就是：產品自設計以至生產完成及實際使用的過程中，事先預防品質不良發生的一種分析技術。來自不同領域的專業人員小組，自概念設計階段起經由腦力激盪法和收集各種調查資料加以分析，列出在產品系統、設計、生產、製造、組裝時可能發生的失效模式和其成因及後果效應；並且以計畫方法評估失效的發生頻度(Occurrence)、嚴重性(Severity)和易檢性(Detection)算出風險優先指數=發生頻度計點嚴重性計點易檢性計點(RPN：RiskPriorityNumber)做為採取改善行動的依據。如果有兩項以上的失效具有相同的風險優先指數，優先處理當中嚴重性計點最高者，因為它涉及失效的後果效應；然後再處理易檢性計點較高者，因為它涉及顧客是否容易察覺到這項失效的發生。,在使用FMEA前，必須先了解FMEA方法論之四個前題：1.問題點有輕重緩急之分，重大急事得優先處理，FMEA就是用以區分這種優先順序。2.顧客應該明確界定，顧客不單指最後使用產品的消費者顧客，也可能是下個工程作業這種顧客，當然是失效後果會波及的對象。顧客明確界定之後，問題點才容易突顯，解決方案也容易定位。,四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題,四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題,3.功能、目的、行動必須清楚周知。4.採取預防導向，以持續改善來推動FMEA，當系統、設計、製程等一有變化，FMEA文件也隨之更動，促使品質跟著得以確保。例如發現到大批產品有一共通性不良成因(Commoncause)，成為固有的失效機制時，可判斷這失效可能出自於系統或設計的不當，應該從設計面改良，而設計一變更，先得執行DFMEA；若少數產品具有特別不良成因(Specialcause)，可判斷這失效可能出自零組件瑕疵或製程上的問題，應從製程面改善，而製程一有變更，先得執行PFMEA。,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,ISO/TS16949正式文件中只提到設計失效模式及效應分析(DF-MEA)和製程失效模式及效應分析(PFMEA)，但是APQP參考手冊附錄有提及系統失效模式及效應分析(SFMEA)，而Stamatis則認為FMEA應該有四種類，涵蓋了產品設計概念形成階段以至產品使用階段，這是比較完整的立論。(1)SFMEA：在早期產品概念形成階段，分析整體系統的潛在弱點。(2)DFMEA：設計FMEA(3)PFMEA：製程FMEA(4)ServiceFMEA：售後服務FMEA,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,至於這四種FMEA，應該在那個階段實施，何時完成，和產品品質計劃的介面又是如何呢？我們在APQP產品品質計劃時間表上標上四種FMEA實施的起始點，就能一目瞭然。(圖2）由於ISO/TS16949並未提及ServiceFMEA以下的討論就專注於SFMEA、DFMEA和PFMEA之間的互動關係。失效模式會成為下游作業或功能潛在失效模式的成因；失效模式也可能是上游作業或功能失效模式的效應影響。例如系統失效的成因會成為設計失效模式，而製程失效樣式是設計失效成因所導致的。,圖2FMEA實施時期和產品品質計劃時間表之關係,計劃,產品設計及開發,製程設計及開發,新產品計劃,生產,回饋、評估及改善行動,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,大部份的產品製程特性都可能發生數個潛在失效模式，這些失效模式即應該單獨列舉，因為每一個潛在失效模式或許會有不同的效應和不同的成因。必要時，FMEA得重複實施於持續改善的過程中，直到最後一次FMEA的風險優先指數已達到目標值。(圖3)由於從系統以至零件之間有很多層別，執行FMEA時必須先界定本次FMEA分析的對象層次，亦即顧客居於何等層次。層次的區分大致如下：1.系統(System)達成性能所需之軟體、硬體，主要裝置和周邊裝置。2.子系統(SubSystem)組成系統之一部份，具有獨立運作之能力,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,3.模組(Module)為子系統之一部份，有獨立的特定功能。4.組件或總成(Assembly)模組的部份，由最基層的零件組合而成。5.零件(Part)組件之最基本構成物，是系統中層次最低的單元，無法再加以分解。,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,PFMEA的重覆實施，直到風險優數達到目標值圖3SFMEA、DFMEA和PFMEA的關係,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,在表示系統組成時，以正分解展開型材料單(ExplosionTypeBillsofMaterial)縮行式格式(IndentedExplosion)來表達時，最為清楚。(圖7)以汽車引擎的簡例來說明層次和展開。,五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類,決定系統以至零件的FMEA分析層次後，就以方塊(BlockDiagram)表達被分析對象之間功能操作、相互間關係、依存關係。較正式的方塊圖有功能方塊圖(FunctionalBlockDiagram)，可參考美國軍方規格MIL-M-24100；以及可靠性方塊圖(ReliabilityBlockDiagram)，可參考美國軍方規格MIL-STD-756B。ISO/TS16949的FMEA參考手冊AppendixA則有一個關係方塊圖(RelationalBlockDiagram)的例子，列出組件中各個零件以及零件之間如何接合、配合的關係。FMEA手冊並指出除了關係方塊圖之外，其他型態的方塊圖也可使用。建議同時使用功能方塊圖和可靠性方塊圖。能得到較清晰的系統至零件關係表示，以利於執行FMEA。,六、失誤樹分析(FTA)是輔助FMEA的有利工具,失誤樹分析(FaultTreeAnalysis)是種可靠性和安全分析的推論解析法技術，通常用於複雜的動態系統上。FTA是1961年為Bell電話公司提安，經Boeing飛機公司改良至現今的格式。FTA把系統內導致失效的可能事件，無論是失誤或正常事件之各種組合在邏輯(Logic)和圖形(Graphic)來表達。單一失效事件畫在樹狀圖的頂端，而根本成因(RootCause)畫在樹狀圖的底部，當中則是失效事件和各種成因的因果關係。樹狀圖建構完成後，根本成因被明確定義；然後就可採取正確的行動來防止或控制這些成因。,七、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,DFMEA的首要步驟就是列出設計目的，由QFD取得的顧客需求、車輛必要事項、產品要項、製造裝配要項都得考慮在內。對於設計特性能明確定義，更容易找出失效模式並予以改進。其次要做出直方圖，在準備設計FMEA過程所使用的方塊圖，必須一直隨附DFMEA文件。ISO/TS16949DFMEA手冊AppendixF就是DFMEA空白表格(表1)，填表的技術背景大都在前面敘述過，故不再重覆說明。以下針對重要的項目加以解說。,七、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,1.嚴重性(Severity)潛在失效模式效應對於下個零件、子系統、系統或顧客造成的嚴重性。要降低嚴重性計點，惟有從設計變更著手才行，嚴重性計點準則表示於(表2)2.分類(Classification)零件、子系統、系統若需要額外的製程管制時，要將該特別產品特性區分成：緊要(Critical)、關鍵(Key)、主要(Major)、顯著(Significant)等級，並且將其登記在DFMEA表格內並加以註記，及在建議行動一欄內強調之。同時得將這管制項目登錄於PFMEA。,七、QS9000FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,3.失效之潛在成因機制(PotentialCauses/MechanismsofFailure)此乃設計上的弱點會造成失效模式，它的失效成因或機制必須儘量精密且完全地列出，以施予適切的補救措施。QS9000FMEA手冊舉出一些實例：(1)典型的失效成因不正確之材料、不足之設計壽命假設、壓力過大、不足的潤滑、不適切的維護工令、環保不良、程式不對(2)典型的失效機制降伏(yield)、潛變(Creep)、疲勞(Fatigue)、磨耗(wear)、材料不穩定(MaterialInstability)、腐蝕(Corrosion),七、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,4.發生頻度(Occurrence)表格上前一項記載的特定失效成因機制會發生的可能性。惟有變更設計才能清除或控制這些失效模式的成因和機制。發生頻度的計點是反映產品壽命期間所預估的失效之數，所以並不表示發生失效的真實可能性。發生頻度計點準則示於(表3),七、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,5.現行之設計管制(CurrentDesignControls)列出預防、設計碓認和其他能確保本失效模式或成因機制的設計是適切的活動，現行的管制是指目前正在使用於類似設計案上的管制方法，如路試、設計檢討、數學方法研究、實驗室測試、可行性檢討、原型試驗等。設計管制有三種型態：(1)防止失效效應或成因機制的發生；或者降低它們的發生比率，(2)偵測成因機制，再採取改進行動，(3)偵測失效模式。最好先採用第(1)型管制法，其次是第(2)型，再來才是第(3)型，因為第(1)型管制法若施予設計作業，會影響到初期的發生頻度排行計點。而(2)、(3)型則影響易檢性排行計點。,七、QS9000FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,6.易檢性(Detection)易檢性是指零件、子系統和系統在送入生產線之前，第(2)型管制法偵測出失效成因機能；或第(3)型管制法偵測出失效模式的評估能力。通常若要使易檢性排行計點降低，則必須改善設計管制(DesignControl)方法。易檢性的排行計點準則示於(表4)。7.風險優先指數(RiskPriorityNumber：RPN)風險優先指數=嚴重性計點發生頻度計點易檢性計點，RPN數值居於1到1000之間，RPN越高，必須採取行動改善。但無論RPN數值如何，要特別注意嚴重性計點高者。,七、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引,8.建議改善行動(RecommendedActions)RPN越高的失效模式，必須優先處理。改善行動方式有：(1)實驗計劃(尤其在數個交互作用的成因時)。(2)變更的試驗計劃。(3)變更的設計。(4)變更的材料規格。設計確認工作的增加只能降低易檢性排行計點；經由設計變更來除去或控制失效模式的成因機制才能降低發生頻率排行計點；只有設計變更才能降低嚴重性排行計點數。9.採取行動(ActionsTaken)10.修正後之RPN(ResultingRPN)改善行動被採取後，重新評估嚴重性、發生頻度和易檢度的排行計點，求出修正後的RPN。如果必須持續改善以進一步降低RPN時，重覆自(7)至(9)的作業。,八、QS9000FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,PFMEA的首要步驟就是做出製程的流程圖風險評估表(表5)，這流程圖載明每一個製程作業對應的產品製程特性。由DFMEA定義出來的產品效應也必要包含在內。在準備製程FMEA時所用的流程圖風險評估表，必須隨伴著PFMEA文件。QS9000FMEA參考手冊AppendixG就是PFMEA空白表格(表6)，填表的技術背景大都在前面敘述，故不再覆述。以下針對重要的項目加以解說。,八、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,1.潛在失效模式潛在失效模式是製程無法達到製程要求設計目的之樣態。在準備PFMEA時有兩項假設：(1)進料零件材料都是正確的，(2)失效可能發生，但不一定會發生。首先要做的事是把和本製程相似的其他製程PFMEA，以及顧客對於相似零件的訴怨資料拿來比較；並且加入對於設計目的之瞭解。典型的製程失效模式有：彎曲裂開磨損變形短路起毛邊髒污開路搬運損傷刀具磨耗不當的上機準備設定,八、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,2.失效之效應(PotentialEffectsofFailure)顧客若是最終使用者(EndUser)，失效效應應該是涉及產品系統性能，如：噪音作用不規律不動作不穩定縫隙外觀不佳粗糙需多用力臭味作用不良間歇動作車輛控制不良顧客若是下一個作業工作站，則失效效應應該是涉及製程作業的性能，如：無法扣緊無法配合無法製孔、攻絲無法裝載無法搭配損及設備危及操作人員,八、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,3.嚴重性(Severity)失效模式對於顧客影響的嚴重性。如果受影響的顧客是裝配工廠或產品使用者，評估嚴重性時得邀請相關人員一同參與。製程失效效應嚴重計點準則示於(表7)。4.分類：同DFMEA之分類原則,八、QS9000FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,5.失效之潛在成因機制(PotentialCauses/MechanismsofFailure)把所有可能導致失效的成因列出來，必要時實施DOE以決定最主要的失效成因。典型的失效成因有：扭力不足，扭力過大焊接不良電流、時間、壓力的作業條件不當量測不精確熱處理不良時間、溫度等不足潤滑不足或無潤滑零件遺漏或錯裝只列出定義明確的失誤，含糊的說法不宜列入。,八、QS9000FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,6.發生頻度(Occurrence)特定失效成因機制被預期發生的頻度。發生頻度的排行計點可利用統計數據或以主觀判斷行之，發生頻度計點準則於(表8)7.現行之製程管制(CurrentProcessControls)防止失效發生或偵測出失效存在的管制方法，例如：SPC或夾具設計時把防誤技法(error-proofing)導入，或進行後製程評估。製程管制有三種型態：(1)防止失效效應或成因機制發生或者降低它們的發生比率，(2)預測成因機制，再採取改進行動。(3)偵測失效模式,八、QS9000FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,最好先採用第(1)型管制法，其次是(2)型，再來才是第(3)型。因為第(1)型管制法若施予設計作業，會影響到初期的發生頻度排行計點。而(2)、(3)型管制法用於製程，則會影響初期的易檢性排行計點。8.易檢性易檢性是指零件、組件離開製造現場之前，第(2)型管制方法偵測出失效成因機制；或第(3)型管制方法偵測出失效模式的評估能力。隨機抽檢無法偵測出獨立不良製程的發生，只有以統計方式抽樣才是正確的偵測管制方法。製程失效模式易檢性的排行計點準則示於(表9)。,八、ISO/TS16949FMEA參考手冊裏的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引,9.風險優先指數(RiskPriorityNumber:RPN)風險優先指數=嚴重性計點發生頻度計點易檢性計點，RPN數值居於