因果分析-解决问题

什么是因果分析？

有因必有果，有果必有因从系统存在的问题入手，层层分析形成问题的原因，直至分析到最后不可分解为止。因果分析可以向两个方向：向着求因的方向——由现在分析过去；也可以向着求果的：由现在分析未来2021/5/91因果分析的目的梳理问题中隐含的逻辑链及其形成机制，找出问题产生的根本原因从梳理出的逻辑链条及其形成机制中找出解决问题的所有可能的“突破点”从所有可能的突破点中找出”最优“的突破点；“最优”:在满足工况要求的前提下，在现有资源条件下（知识、技术、时间、成本……）

，代价最小！“逻辑链及其形成机制”的来源:

●因果关系——原因－结果

●时间或操作的先后顺序

●物理模型：公理、原理、公式、经验公式等2021/5/92因果分析步骤1、标记存在问题的组件－通过组件价值分析，找出理想度指标最低的系统组件进行根本原因分析。2、判断可能导致问题的功能3、根据功能判别存在问题的参数4、依次继续查找原因和结果，分析根本原因工具：根本原因分析模板2021/5/93原因与结果之间的三种类别关系（a）（b）（c）2021/5/94因果树2021/5/95遵循规则1、确保所描述的实体及实体间的逻辑关系，具有被其他人所理解和认同的明确性；2、确保实体存在的完整性、结构的合理性和有效性●完整性——实体必须是一个完整的概念，从语法的角度考虑就是可以是动宾短语或是带有形容词的名词短语；●结构的合理性——实体不能含有多个概念，且实体中不能含有“if-then”及其变形形式；●有效性——所描述的实体是现实存在的或经过合理推断得出的。3、确保因果逻辑关系的有效性（可以用“if-then”的形式来判断因果间是否存在有效的逻辑关系）4、原因不充分性在一个复杂的相互作用的过程中，某结果很少是由单一的原因导致，在大部分情况下，是由多个相互依赖的因素导致或者由几个独立的原因导致。原因不充分性是逻辑图中常出现的不足5、附加原因（“是不是还有其他的原因也能产生同样的结果”？）附加原因的提出并没有否定最初的原因，仅是对其进行补充和完善，与最初的原因具有同等的重要性。2021/5/96、因果分析的结束条件：当不能继续找到下一层的原因时当达到自然现象时当达到制度/法规/权利/成本等极限时2021/5/97常见的五种因果分析方法1、五问“为什么”（Why)分析2、故障树分析FTA（FaultTreeAnalysis），3、鱼骨图（也叫Ishikawa或因果图）分析4、因果矩阵分析5、失效分析FMEA（FMEA:FailureModeandEffects）Analysis2021/5/981、五问“为什么”分析法为什么为什么为什么为什么为什么问题2021/5/99实例一：纪念堂外墙的腐蚀问题杰斐逊纪念堂（JeffersonMemorial）2021/5/910、杰斐逊和林肯纪念堂的外墙都由花岗岩制成，但杰斐逊纪念堂脱落和破损严重，推倒重建，这要花纳税人一大笔钱……找出最优的突破点破损的外墙（清洗剂）腐蚀外墙大量的鸟粪大量的鸟大量的蜘蛛大量的小虫子充足的阳光透光的天窗充足的阳光2021/5/911实例二、汽车无法启动为什么？：电池电量耗尽。（第一个为什么）为什么？：交流发电机不能正常工作。（第二个为什么）为什么？：交流发电机皮带断裂。（第三个为什么）为什么？：交流发电机皮带远远超出了其使用寿命，从未更换过。（第四个为什么）为什么？：我一直没有按照厂家推荐的保养计划对汽车进行过保养和维护。（第五个为什么，根本原因）保养和维护。（第五个为什么，根本原因）2021/5/912实例三：机器停停止运转一个生产线的机器经常停转，修过多次仍不见好转问：“为什么机器停了?”答：“因为超过了负荷，保险丝就断了。”问：“为什么超负荷呢?”答：“因为轴承的润滑不够。”问：“为什么润滑不够?”答：“因为润滑泵吸不上油来。”问：“为什么吸不上油来?”答：“因为油泵轴磨损、松动了。”问：“为什么磨损了呢?”答：“因为没有安装过滤器，混进了铁屑等杂质。”最终的解决办法：在油泵轴上安装过滤器2021/5/9132、故障树分析法故障树分析技术（FaultTreeAnalysis），美国贝尔实验室于1962年开发出来采用逻辑方法，形象地进行分析工作特点：直观、清晰、逻辑性强可用于定性分析或定量分析2021/5/914建立故障树原理与目的原理 通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，从而确定产品的故障原因来自的各种可能的组合方式和(或)发生概率。目的

--复杂系统的功能逻辑分析；

--分析同时发生的非关键事件对顶事件的综合影响

--评价系统可靠性与安全性；

--确定潜在设计缺陷和危险；

--评价采用的纠正措施；

--简化系统故障查找。2021/5/915故障树建立方法结构树形事件符号关系符号建树方法1.自顶向下按层分析直接原因2.列出每个事件：故障内容及发生条件3.分析事件之间的关系，用与或门表示4.按照事件结构和发生概率，确定导致故障发生的重要事件，按照轻重缓急采取对策2021/5/916故障树常用符号2021/5/9173、鱼骨图分析法非定量的分析工具对一个问题，分类别地列出所有影响因素，分别进行分析，找出潜在的引起问题的根本原因2021/5/918构建鱼骨图鱼头：最终所描述的问题大鱼骨：问题发生的原因类别（主分支）传统上的大鱼骨分以下五个主分支：1）人员/People2）设备/Machine3）方法/Method4）材料/Materials5）环境/Environment小鱼骨：发生问题的细部原因按照主要的流程步骤由自己或由项目小组或和那些关心项目流程的人员一起利用头脑风暴法对于每一个主分支问5次“为什么”（问题为什么会发生…），找出潜在的引起问题发生的根本原因。（切不要想当然地.）2021/5/919鱼骨图模板类别1类别1类别3类别4问题原因1原因2次原因1次原因22021/5/920ManEnvironmentMachineMaterialsMethods5M1E人员

方法

机器

材料环境Measurement+测量构建制造业鱼骨图的五个主要分支2021/5/921制造业鱼骨图模板设备人员测量材料方法环境2021/5/922PeopleProceduresPoliciesPlaceMeasurementEnvironment+五个关键变化因素人员测量环境过程政策地方构建服务与流程业鱼骨图的五个主要分支2021/5/923问题政策测量过程地方环境人员服务与流程业鱼骨图模板2021/5/924练习一：管道焊接出现裂缝管道焊接裂缝裂缝问题材料供应商未认可裂缝设备错误的程序设备更换设备缺陷未保养没有人保养人无人监控裂缝无预算销售额下降没有紧跟的程序未培训态度不端正程序不可用2021/5/925环境工具/设备方法人问题送货时间太长太多的电话未听到声音电话系统故障Beepers运转不正常无遥控器不清楚谁接听搬运工太少练习二：外卖送货耗时过长2021/5/926

适用于分析多个结果与不同的原因之间的影响关系采用头脑风暴法，由客户确定MPV作为输出Y，及其重要度I；团队搜集影响因素作为输入，然后评价每个输入与输出之间的相关性R，从而找出影响这些Y的最重要因素4.

因果矩阵2021/5/927因果矩阵使用方法1、列出输出2、根据对客户的重要性给输出打分，(1-10分)3、列出输入4.对每一个输入与输出之间的相关性打分(0－10分）5.交叉相乘,累计数由相乘之和决定，然后选择重点。2021/5/9285、失效分析法（FMEA）

SubversionAnalysis(破坏性分析）FMEA

（FailureModeandEffectsAnalysis）：失效模式和影响分析Failure失效－对失效的定义包含有兩種分析方式：

1、使用歷史數據，針對相似產品、服務、保證數顧客抱怨、及其他可取得資訊，加以定義失效。

2、使用統計推論、模擬分析、同步工程及可靠度工程等以确認及定義失效。FailureMode失效模式分析（FMA）－

由元件、組件至系統不同結構層次的失效模式。對每一個失效模式，依其嚴重等級和發生機率綜合評估並予以分類，以便確定預防或改正措施的內容和優先順序。在所有失效中，出現频率最大的值为临界模式（FCA）FailureEffects失效影响分析（FEA)－

1.Localeffect(對本身的立即影響)

2.Nexthighleveleffect(對同一层次或高一层次的影響）

3.Endeffect(對產品使用者的影響)(對endproduct的user影響,產品跑到user身上，use時才發現)2021/5/929\FMEA是一種系統方法，使用制式表格以確認潛在失效模式及其影响，並評估其失效嚴重度SEV、失效原因發生频度或概率DET

、失效原因的可检測度OCC目前管制方法（现有控制或设计方案验证），從而計算風險優先指數（RPN=SEV*OCC*DET）。最後採取進一步改善方法，如此持續進行，做到了防患于未然，避免失效效模式及影响的發生，并能節省無謂的損失、縮短開發時程及開發費用失效管制方法分预防型PFMEA和检测型DFMEA2021/5/930FMEA之演进GrummanAircraftCompany1950FMEA飛機主操縱系統失效分析Boeing&MartinMariettaAerospaceCompany1957工程手冊中正式列出FMEA程序NationAeronauticsandSpaceAdministration(NASA)1960FMEA成功地應用於航太計劃DefenseDepartmentInternationalElectricalCommission(IEC)Chrysler,FordGM,ASQ,AIAG1974出版Mil-STD-1629FMECA1980出版Mil-STD-1629A

FMECA1985出版IEC812FMEA1993出版FMEA手冊1995出版FMEA手冊2001出版FMEA手冊2021/5/931可靠度定义和度量标准可靠度的定义：系确定一个元件、装置或系统，在特定的环节中完成规定的任务没有失效的次数。可靠度是一个概率，它的度量显示是从0至1。可靠度0，则表示该元件是失效的；可靠度为1，则意味着该元件未失效。用公式表示：可靠度（R)＝1—失效的概率（F)不同的物质通常有不同程度的可靠度设计要求，因此在度量上也各有不同许多可靠度度量的描述是界定在时间操作的失效数。目前，不同的工业用不同的数字表述。太空和航空航天工业领域每小时操作中的失效概率用10－6作为1次失效率；而在其它部门可能是指每一次操作所产生的失效次数。2021/5/932常用的虚构安全系数设计原理强度时间需要的计算强度实际强度以积累的经验降低安全系数发生失效安全系数2021/5/933失效的定义失效在規定条件下,(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、损坏现象2021/5/934失效风险的来源消费者需求服务成本法律法规要求竞争安全市场压力管理的侧重点技术开发的风险公众责任其它失效风险的来源失效风险的来源：2021/5/935事后被动处理寻找失效主动创造失效情形进而消除失效解决问题预防问题时代发展方法改进解决失效问题方法的演进2021/5/936问题大小时间原因小问题原因中问题原因大问题解决成本问题具有成长性严重化预测失效的重要意义1、提高设计质量2、减少开发阶段的返工3、缩短开发周期4、降低项目成本时间项目产品设计阶段新产品试生产阶段工程设计阶段项目整体时间单元时间2021/5/937FMEA的基本概念“早知道………

就不會”早知道作好防震設計就不會造成大樓倒塌早知道改進電力輸配設計就不會造成全台大停電早知道不濫墾濫伐就不會造成土石流早知道作好橋樑維護就不會造成高屏大橋倒塌有些早知道是必需的!有些就不會是不允許發生的“我先

………

就不會”我先看了氣象預報所以沒有淋成落湯雞我先評估金融大樓高度所以沒有影響飛安我先設計電腦防火牆所以沒有被駭客入侵

有些我先是必需的!有些所以沒有是預期可避免的2021/5/938原因的规范化分类功能：某物体偏离了为改变或保持物体的某个参数的预定目标缺乏－物体（应该有的提供有用功能的物体，但是没有）存在－物体（为有用功能提供了某物体，但该物体同时产生了有害作用）有害的－物体（该物体的存在提供的全是有害的功能）物体－参数－不足（某个物体提供了有用功能，但因其性能水平超过了上阚值，而产生了有害作用）物体－参数－过度（某个物体提供了有用功能，但因其性能水平超过了下阚值，而产生了效果不足）物体－参数－不可控（有用功能，但是无法有效地控制其性能水平）物体－参数－不稳定（有用功能，但其性能水平不够稳定，带来了有害的影响2021/5/9391. 展開FMEA的時機必須愈早愈好!縱使相關數據/資訊仍然未知時FMEA的口號為:(就你所有，儘全力而為)經由品質機能展開(QFD)已知某些資料時，就應立刻展開FMEA。當設計新的系統，新的設計，新產品，新製程，新的服務時。當現有系統設計，產品，製程，或服務等不管是何種理由，將要變更時。當既有的系統設計，產品，製程，或服務的條件有新的應用時。6 當既有的系統設計，產品，製程或服務被考慮要改善時。FMEA展開時機2021/5/940FMEA作业步骤1、系统定义：与故障树相类似。列出系统界面所有元件及其功能，利用简化的方块回路图来描述工序和元件间的关系。（必须对系统做满足工序技术要求的检查，详细列出元件的规格和性能、负载要求、工作周期和环境情况等）2、失效模式分析：识别每个元件、每个操作程序相应的元件状态，彼此间出现相关频率对比等失效模式。确认失效模式（FM)，評估失效嚴重度(SEV）、失效原因發生频度或概率（OCC）、失效原因的可检測度（DET）。并確認關鍵特性：顯著的(Significant)特性：顧客及供應商共同制定或顧客指定或設計/製程工程師制定。諸如：尺寸、速度、溫度、壓力、等等主要的（Major）特性：量測指標，这种量測指標可提供迅速回饋到製程，因此可立即地正確更正品質問題。也提供問題來源及關於品質方面，顧客不滿意的定性及定量量測。危險的(Critical)特性：影響生產的產品/服務是否符合政府法規和安全規定。譬如：正式法律/規章、工業標準、顧客需要、內部工程需要或主要量測指標（諸如：尺寸、溫度、壓力、、等等）2021/5/941、3、失效作用分析（FEA)：就确认的每个元件的每个失效模式，指出并记录元件功能所在现场上的影响，在系统的和在操作上的影响（大多数实际分析是只局限性考虑单一的失效）。

以此評定潛在製程／設計上的最坏的可能性和严重性的级别。继而展開依優先次序採取改善措施，幫助根除（設計變更）產品／服務及減少（管制）有問題之產生／服務到達顧客之要求2021/5/942、4、临界状态评估分析（CA）：通常根据失效影响的严重程度（SEV

）、原因的发生频度或概率（OCC）两者的综合影响来划分等级，在以表现的严重性和出现的频率的两个坐标绘制的矩阵图上的相交点处可以显示出不同的失效模式。在临界状态评价中也可以引人其它因素。在环境监测中可以包含一个显示监测初始失效模式的难度系数；在工业应用中可以包含一个显示与失效有关的维修成本的系数。改善可靠度可以通过改变设计元件、改变系统设计重复的和多余的部分。环境监测可以用于为即将来临失效提供明确的信息警告。5、编制文件：将FMEA和CA分列成两个表。第一个表按照定义的元件和它的功能列出它们的失效模式、系统运行模式、失效影响包含對本身的立即影響和综合影响（包括對同一Level的影響，對Nexthighleveleffect以及Endeffect對產品使用者的影響）、每个失效模式影响的严重性、失效监测方法和整体评论。第二张表同样也是元件、失效模式和严重性级别。然后要列出失效模式的概率、每个失效影响的概率、失效率和运行时间，每个失效模式、每个元件和整体的临界状态评论。2021/5/943FMEA制表第一步输入第三步列出失效原因和现有控制方法第二步利用头脑风暴法失效模式和影响分析第四步量化评估SEV失效影响的严重程度；

OCC原因的发生频度或概率；

DET原因的可检测度；RPN风险系数=SEV*OCC*DET2021/5/944FMEA作業展開流程图編制製程／流程決定製程功能決定失效模式三種評價完成？ＲＰＮ（S*O*D)確認效應評價嚴重度確認原因評價發生度確認目前管制評價偵測度輕重緩急柏拉圖分析遴選最重要失效模式知道如何影響嚴重度？發生度？偵測度？收集數據進行變更確認改變執行改變收集數據原因順序影響要因確認改變否是是否更新文件重訂優先順序2021/5/945FMEA作業展開任務確認分析系统層級列举失效模式操作流程方塊圖功能流程分析表選定失效模式製作FMEA表列舉失效原因提出對策方案評估選定對象RPNB.S故障事例試驗報告不良報告顧客抱怨經驗累積DFMEAPFMEA系統、子系統、零件2021/5/946FMEA之分析模式1.設計不當2.製造不當3.使用不當4.磨耗5.安裝不正確6.逐漸老化1.實體破壞2.操作中失效3.功能退化4.功能不穩定1.安全失效2.機能失效3.管制失效〈感覺、外觀〉人设备材料方法环境失效原因失效模式失效影响分支类别2021/5/947FMEA

類别系统零組件子系統主系統设计零組件子系統主系統制程人力設備方法材料量測環境设备工具及工作站生產線作業員訓練製程及量具展开各项FMEA的目标：使失效之影響降至最低；使品質、可靠性、成本及維護性提昇至最佳狀態2021/5/948FMEA與管制策划（ControlPlan)關係分析理念嚴重度難檢度製程管制策划失效模式失效原因建議措施（治本）失效影响發生率目前措施（治標）製程管制策划RPN=MAX.嚴重度(1-10)*MAX.發生率(1-10)*MAX.難檢度(1-10)

嚴重度x發生率安全/法規2021/5/949(1)外送比萨饼口感变差的因果分析图口感变差的pizza高密度水蒸汽Pizza的热气密闭的盒子温差口感好的pizza时间空气冷凝水重力热的口感好的pizza2021/5/950练习2：蒸汽熨斗的因果分析问题描述：加入熨斗的水一旦超过规定的水位线，在熨烫使，由于摇晃熨斗，会导致蒸汽和水珠一并通过导管和喷口喷到正在熨烫的衣服上，致使会把衣服弄湿，分析其原因2021/5/951蒸汽熨斗工作流程图通电加热熨斗打开蒸汽按钮导管熨斗熨斗水、空气水、水蒸汽、水珠熨干衣服水汽、水珠加水熨烫衣服通电加热熨斗打开蒸汽按钮熨斗熨斗水、空气水、水蒸汽、水珠弄湿衣服水汽、水珠加过量的水导管熨烫衣服问题描述：加入熨斗的水一旦超过规定的水位线，在熨烫使，由于摇晃熨斗，会导致蒸汽和水珠一并通过导管和喷口喷到正在熨烫的衣服上，致使会把衣服弄湿，分析其原因操作流程图：2021/5/952蒸汽熨斗因果分析图实体：干衣服湿衣服水喷口导管盛水小室蒸汽按钮电源旋钮熨斗蒸汽人湿衣服干衣服喷口重力导管打开蒸汽按钮小室过多的水小室内的水被加热并产生有压力的蒸汽摇晃的熨斗水打开旋钮电源人熨斗小室内的水被加热产生有压力的蒸汽并溅起水珠2021/5/953练习3电解铜版的防锈在电解槽中，用粗铜板作为阳极，用一个高纯度的铜片作为阴极。在电解过程中，粗铜板被电解，纯铜在阴极沉积。得到的纯铜板会被熔化，铸成型材。2021/5/954问题描述问题描述：在纯铜板的表面会形成一些小孔，在小孔中会附着电解液。在储运过程时，在潮湿的空气中，电解液和纯铜会发生电化学反应，在铜板表面会出现绿斑。2021/5/955电解铜板产生绿斑的因果分析图阳极阴极粗铜纯铜绿班潮湿空气小孔电源开关电解槽电解液Cu+2电流适宜温度时间2021/5/956因果树残留的电解液高纯度的铜潮湿的空气足够的时间适宜的温度产生小孔提高电流密度提高生产效率（铜板表面）产生绿斑2021/5/957电解铜板防锈功能分析图系统组件：电解槽电解液电源开关电流阴电极阳电极粗铜纯铜铜离子Cu+2小孔空气绿斑电源开关电解槽电流阳极粗铜电解液Cu+2阴极纯铜空气绿班小孔盛产生还原氧化盛产生产生产生产生附着盛氧化盛2021/5/958练习4高压蒸汽管道补丁因果分析图系统部件及其功能：管道－传输蒸汽位置；孔－改变蒸汽位置补丁－阻止蒸汽溢出或覆盖管道出现的小孔蒸汽－（外）吹动补丁位置焊条－产生液体金属焊接设备－融化焊条人－改变补丁位置和操作焊接设备液体金属－粘接补丁位置补丁被较大蒸汽推力移位蒸汽的推力人的按住力补丁的重力外溢的蒸汽管道出现小孔管道内液态金属补丁被定位在孔上高压蒸汽焊接设备焊条人融化产生粘贴覆盖2021/5/959蒸汽的推力P补丁的重力P1外在的用力P2（如人借助工具按住补丁的力）当P＞P1+P2时，补丁被较大蒸汽推力移位但P＜P1+P2时，补丁被定位在孔的位置上。如何做能够达到P＜P1+P2呢？利用带阀的补丁，关闭阀门阻止了蒸汽外溢，既增加P1便于补丁定位，又使P≈0，待补丁被焊接完成后，可以再去除阀门。2021/5/960练习5篦子碳烤肉的因果分析系统组成：时间肉油篦子木炭炉盘托架烟温度燃火托架木炭肉篦子炉盘油烟温度燃火时间2021/5/961篦子碳烤肉的功能分析托架木炭篦子肉炉盘油烟系统组成：油木炭肉篦子炉盘托架燃火时间温度2021/5/962大量的汽油氨钙反应工艺流程搅拌、冷却大量的钙持续的少量的氨适宜的温度时间练习72021/5/963活性差的的氨钙低浓度的氨（汽油）稀释的氨少量的氨搅拌器搅拌分散的钙足量的钙大量的汽油因果分析氨钙搅拌器汽油2021/5/964功能分析

氨结合钙状态钙得到产品状态搅拌器搅拌汽油位置汽油承载钙位置稀释氨状态反应釜承载搅拌器位置承载汽油