五大质量工具之FMEA运用案例

第二章FMEA：潜在失效模式与效应分析

第一节FMEA制作前的准备

1.什么是FMEA

FMEA（FailureModeandEffectsAnalysis）是一种可靠性设计的重要方法。它实际

上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。简称失效模式与影响

分析或潜在失效模式与后果分析。FMEA作为一种用作预防措施工具，其主要目的是

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潜在失效发生的

措施并且不断地完善；能够相对容易且低成本地对产品或过程进行修改，从而减轻事

后修改的危机，并找到能够避免或尽可能地减少这些潜在失效发生的措施。

2.FMEA的作用

预防措施工具，找到能够避免或减少潜在失效发生的措施并且不断地完善，能

够相对容易且低成本地对产品或过程进行修改，从而减轻事后修改的危机。如：因

线路板印刷印反而导致产品做错。在试产前，我们根据经验识别到这种失效，并在

量产前就制订好对策，在板上钻定位孔，这样印刷放反时就放不下去了，印刷印反

错误就不会发生。

3.FMEA的责任人员与时机

3.1DFMEA是以研发为中心的FMEA小组采用脑力激荡法制作出来的一种预

防工具。PFMEA以工程部为中心，FMEA小组共同制作的预防工具。

3.2DFMEA一般在识别客户要求和法律法规要求后和正式设计之前做，这样

先识别失效，再做FMEA,设计就会少走弯路。PFMEA一般要在工艺流程图制订好

之后、试产控制计划之前做。

3.3在以下情况下要制订或评估FMEA是否要修改：新产品/新项目/新工艺/

设计变更/工程变更/新环境/新场所。

4.FMEA专业术语解释

4.1设计意图：希望产品能做什么、不能做什么。如设计打印机意图，希望能打

印所有office文档，能双面打印、能复印、能扫描。

4.2设计验证/确认：通过试验或测试确认是否达到设计目的或意图。

4.3过程：由人、机、料、法、环组成。

4.4QFD：质量功能展开，就是在设计的每个阶段，把客户要求转化为产品要求，

把产品要求转为过程要求。如客户对桌子要求美观，承受200公斤力、环保，那么我

们在产品设计时就要转为桌面要承受200公斤力，四个桌脚至少承受12()公斤力。

4.5失效模式：异常现象或不良现象，如产品刮花、尺寸偏大等。

4.6失效原因：产生异常的原因，主要从4M1E(人、机、事、物)找原因，要

找到根本原因，如温度过低、时间过长等。

4.7失效效应：失效后果，失效对下道工序或客户导致的影响，如产品不能用，

顾客感受欠佳。

4.8特殊特性：影响产品功能性能，组装最关键的特性，如影响装配的某个关键

尺寸、短路、耐压、不导通等。产品特殊特性是从产品或半成品上表现出来的，而

过程特殊特性则是从设备、工装、环境上表面出来的，如温度、时间、压力、速度

等。

4.9严重度S：指失效效应的程度，具体根据失效效应来评分，如果违反法律法

规，一般是8分以上。

4.10发生频度O：指失效模式发生的概率，一般根据不良情况的多少或异常出

现的次数来打分。

4.11探测度D：指用测量系统发现不良或异常的概率，主要取决于用什么测量系

统，以及在什么时候能发现异常。PFMEA中，通过目视、感觉等方法进行的测量系

统分数就高，用防呆措施的测量方法分数就低。

4.12现行过程控制预防就是指现在和过去的预防方法如员工培训I、设备保养

参数点检、作业指导书等。

4.13现行过程控制-探测：也就是过去和现在的检验试验方法，如首检、巡检、

全检、定期抽检等。

4.14RPN：是风险顺序数，是评价制程或设计方案是否要改善的依据之一。RPN

越大，改善的必要性就越高。

5.DFMEA与PFMEA的差别

5.1DFMEA是设计开发的FMEA,评价设计方案潜在失效，寻找最佳产品设计

方案。它从客户要求出发，然后进一步展开到子系统，以及部件的功能和性能，基本

出发点要从整体和部件的功能和性能展开。DFMEA的前提假设是生产过程没有任何

问题。

5.2PFMEA是生产过程的FMEA,用于评价生产工序可能的不良、改善生产工

艺、毙升良率、降低成本、其出发点要从工序来做。PFMEA的前提假设是设计过程

和前工序或材料没有任何问题。

表2JDFMEA与PFMEA的差别

不同点PFMEADFMEA

展开点工序功能、性能、外观、装配、可靠

性、环保

前提假设设计没问题，前工序或材料没问题生产过程没问题

选材，结构设计，功能性能设计，

原因分本工序4M1E

外观设计

培训、作业SOP、设备保养、参数点

预防方法设计规范，模拟试验

检

探测方法检验、试验试验、试配、评价

制作人员工程部主导，项目小组成员参与研发部主导，项目小组成员参与

6.如何运用FMEA帮助企业改善品质

6.1FMEA是由多功能小组一起做的，有利于调动员工的积极性。

6.2FMEA在试产前或正式设计前制作，有利于减少试产或设计失败的次数,

节省时间。

6.3经过FMEA分析，让相关人员都了解失效原因、失效后果，进而有利于提升

员工的品质意识。

6.4加强FMEA资料的发行及看板管理，提升全体员工的品质意识。

6.5注重FMEA资料的动态修改，这是经验积累的工具，也是改善的基础点。

7.FMEA与其他质量管理工具的关系

7.1在FMEA运用中，会用到DOE试验设计法，并且通过试验设计法来优化设

计方案，DOE是设计预防方法。

7.2在APQP中，第二、第三及第四阶段都会用到FMEA,这不仅是设计方案

的基础，也是工艺控制文件的基础，同时更是持续改善的基础。

7.3FMEA是控制计划和SOP的输入，控制图是FMEA的现行过程控制预防重

要工具之一。

7.4FMEA是PPAP的主要内容之一。

第二节DFMEA制作

LDFMEA制作流程（见图2-1）

制作设计验证计划

图2-1DFMEA制作流程图

2.方块图

以下是系统灯的功能方块图，子系统包括灯泡、开关、电池；部件包括灯罩、

极板和弹片。

在做电池的子系统DFMEA时、输入灯的功能性能，可靠性要求。在做弹簧的部

件FMEA时;同样也输入灯的功能性能，可靠性要求。

在做DFMFA时，我们一般考虑的是硬件功能性能的要求，软件则可以和TC放

在一起分析。例如一个GPS天线，它的功能是接收信号、环保，相应的，系统的失

效模式和子系统失效后果则都是接收不到信号或接收的信号弱；如果针对其子系统陶

瓷天线来讲，那么对应的失效模式就应该是陶瓷天线发生频率偏移，VSWR过高，

天线效率变差。所以子系统的失效模式可能成为系统的失效原因，子系统的失效后

果，可能成为系统的失效模式。因此系统、子系统、部件之间是相互联系而非各自独

立的。

・标明信息、能量、力、流体等的流程；

部件

•明确该系统的过程（输入、功能、输出）;

A灯罩

表示系统内零部件的联接和关系（逻辑顺序）;B电池（2节直流

电池）

C开/关开关

D灯泡息成

E电极

F弹簧

连接方法

1不连接

（滑动配合）

2加接

3蜂纹连接

4卡扣连接

5压索装接

图2・2功能框图

3.系统DFME制作与案例

这是一款GPS汽车天线导航设备，参见表22功能性能要求是环保、接收信

号、确保汽车在行驶过程中能够很好地接收信号及防水等。相反地，失效模式就

是不防水、不环保、接收不到信号或信号接收弱。原本的要求是在汽车行驶过程

中产品要稳定且不会损坏。失效后果就是不能使用，比如无法定位或者无法导_

航。失效原因主要有增益过低、PCB电流过高或过低、材料选用错误、结构不合

理等几个方面，这些失效原因都有可能成为子系统电气总成、PCB总成、陶瓷天线的

失效模式。

表2-2系统DFMEA潜在失效模式及后果分析表

GPS天线系统FME.A编号：HOI

设计责任：GPS天线产品二部/研发部共2,第J

关键日期：编制人：

核心小组______________________________________FMEA日期（编制）2009.11.28（修订）

策R击任及措施结果

Titi/潜在失效潜在失效纨现行预防现仃探测则建议

E潜在失效起因/机理度P目标完

功能采取的

模式后果别设计控制设计控制变措施0D

0N成日期RP

nn措施SN

处于卫星讯号收不到信无法收信对PCB组

PCB组件一电流过

正常之地点可号，收信号，无法81设计规范件进行电324

▲大或过小

接收其讯号偏弱定位流测试

电气总成一电路设

使用网络

计需满足高增益要

分析仪测）FO\

求，设计不当，匹配1设计规范321统r/输吉客户及、

试PCB组

不佳，会导致增益过入♦法律*戋规要求，

件之增喘1失败」兵囚是

低

X系统匚子）F)

入MA的

天气极冷

或极热下客户极不外壳在极端条件卜高低温

8▲1设计规范3247

收不到信满意破裂室实验

号

续表

客户极不通过防水

防水不防水6结构不合理设计规范324

满意▲实验

振动实验

运输中不会异客户不满结构设计不合理，

运输61设计规范/跌落实210

常意强度不够

验

符合ROHS材料不环客户不满ROHS

9材料选用不对1设计规范216

标准保意测试

严重度是根据失效后果来评价的，分值在1~10分，参见表2-3,违反法律法规

的一般9分或以上，主要功能失效7~8分，次要功能失效5~6分。再有就是功能

性能不存在多大问题，如汽车玻璃升降特别慢，汽车车门力量轻了、关不紧等，像

这种不会引起功能性伤失，但会带来麻烦的情况，一般打2〜4分的严重度。

以这款GPS为例，违反法律法规的是环保要求，S为9分，主要功能是接收信

号，严重度为8分，防水是次要功能为6分，行驶过程不损坏也是次要功能，同样为

6分。

表2・3严重度（S）评价准则

影响评定准则：后果的严重度（顾客影响）等级

影响到安全或政在无任何警告的情况下影响到行车安全或不符合政府的法规10

府的法律法规的

在有警告的情况下影响到行车安全或不符合政府的法规9

失效

预期功能丧失或基本功能丧失（车辆无法运行，不影响行车安全）8

降低预期功能降低（车辆能够运行，性能等级降低）7

次要功能丧失（车辆能够运行，但舒适性便利性功能无法实

6

次要功能丧失或现）

降低次要功能降低（车辆能够运行，但舒适性便利性功能的性能

5

等级降低）

车辆可运行，大部分顾客（＞75%）能够察觉到的外观或哽音4

烦恼车辆可动行，部分顾客（50%）能够察觉到的外观或噪音3

车辆可动行，部分顾客（V25%）能够察觉到的外观或噪音2

无影响无可探测的影响1

恃殊特性一般指系统主要功能性能还有结构的可装配性。针对特殊特性要有

“▲”标示，这是公司内部定的，假使客户有要求，就要按客户要求进行标示。

潜在失效原因一般要从设计方面来找，而不是制造过程方面，大都是由于子系

统或部件引起的。如收不到信号或信号弱，就从三个子系统方面找失效原因，一般

是PCB组件电流过大或过小造成的；电气总成电路设计需要满足高增益要求，如果

设计不当，就会导致兀配不佳、增益过低，陶瓷天线发牛频率偏移、VSWR过高、

天线效率变差等后果。

发生频率指失效模式发生的概率，参见表2.4,一般是从设计验证或量产中表现

出来，全新产品全新技术失效模式发生的概率高，一般是10分，新设计£勺变更一般

7s9分，类似设计变更4s6分，相同设计的模仿2s3分。通过预防手段失效基本

上不会发生，频率相对较低，一般为1分。GPS天线是市场上的成熟产品，在设计

方面基本上是模仿，通过设计规范一般就可以解决失效的问题，打样的一次成功率

极高，所以频率为1分。

表2-4频度（0）评价准则

评定准则：原因发生

评定准则：原因发生的可能性-DFMEA

失效的可能等级

（设计寿命/车辆或项目的可靠性）的可能性-EFMEA（件

数每项目/辆）

A100/1000A

非常高无相应历史的新技术、新设计10

1/10

新设“、新应用或工作循环（负载）、操作

50/10009

条件更改带来的不可避免失效1/20

新设计、新应用或工作循环（负载）、操作

20/10008

条件更改带来的很可能失效1/50

新设计、新应用或工作循环（负载）、操作

10/10007

条件更改带来的不确定失效1/100

类似设计或设计仿真和设计测试中频繁发2/1000

6

生的失效1/500

类似设计或设计仿真和设计测试中偶然发

中等0.5/10005

生的失效1/2000

类似设计或设计仿真和设计测试中孤立的

0.1/10004

失效1/10()00

续表

几乎相同的设计或设计仿真和设计测试中0.01/1000

3

孤立的失效1/100000

低

几乎相同的设计或设计仿真和设计测试中VV0.001/1000

2

未能察觉的失效1/1000000

通过预防控制可消除

非常低通过预防控制可消除的失效1

的失效

现行设计预防一般是指设计标准化一一设计规范，通过模拟试验来解决。因为这种

设计一旦在成熟且形成标准之后，不管谁来设计，直接按这个标准来打洋就可以，

基本不会出错。模拟试验是指设计前的模拟，通关电脑软件或实验模拟后，再来进

行设计，以此减少设计的错误。设计预防一般是指针对失效原因来展

开的预防。

现场设计探测一般指通过设计验证来解决，用测试和试验的方法识别失效模

式，样品数一般为3s8个，包括寿命实验、疲劳实验、防水实验、振动实验等。设

计探测一般是针对失效模式来的，如PCB组件一一电流过大或过小，而设计探测一

般用电流测试来解决。

探测度一般指用设计探测方法识别失效模式的概率，越容易识别的其失效分数

也就越低。具体如下：在样品验证阶段能找到失效的3~5分，在试产阶段能找到失

效的6~8分，在量产阶段找到失效的9~10分，道过虚拟关联分析就能找到失效的

2分，用设计预防手段来控制失效，探测度1分。这个GPS天线一般在打样阶段就

可找到设计失效或设计预防就能控制失效，所以一般是2s3分。

风险顺序数RPN是SxOxD三项的乘积，同时这也只是一个参考数据。整个设

计方案是否要改善，主要还是取决于严重度S,而RPN则处于次要地位。假设一个失

效模式严重度8分，发生概率0是3分，另一个失效模式严重度5分，发生概率6

分，那么很显然，我们要优先改善严重度8分的。

表2-5探测度（D）评价准则

发现的机会评定准则：通过设计控制发现的可能性等级发现的可能性

无发现的机会无当前的设计控制，不能发现或不能分析10几乎不可能

在任何阶段设计分析/探测制有薄弱的发现能力，虚拟分析（如

9非常微小

无发现可能CAE、FEA等）不能关联期望的实际操作条件

设计冻结和产品发布会前利用通过/失败测试的产

品验证/确认（符合接受准则的子系统或系统测试，8极小的

如乘座、操控，装运评估）

公布设计冻设计冻结和产品发布会前利用故障试验的产品验

结和产品证/确认（直至子系统或系统测试故障发生的测试，7非常低

发布会前系统交互测试等）

设计冻结和产品发布会前利用故障试验的产品验

证/确认（耐久性试臆后的子系统或系统测试.如功5非常低

能检查）

设计冻结前利用通过/失败测试（如性能接受准贝1」、

功能检查等）进行的产品确认（可靠性测试开发或5中等

确认试验）

设计冻结前利用故障试验测试（如直至泄露断裂、

设「冻结前屈服等）进行的产品确认（可靠性测试，开发或确4高中等

认试验）

设计冻结前利用老试验（如数据趋势，前/后数据

等）进行的产品确认（可靠性测试，开发或确认试3高

验）

设计数据分析/探测度控制有较强的发现能力，虚

虚拟关联分

拟分析（如CAE、FEA等）和设计冻结前的实际或2非常高

析

期望操作条件是关联的

因为充分预防的设计方案（如被证实的设计标准，

探测不适用

最佳的实践或通用材料），失效模式或失效原因不1几乎肯定

失效预防

能发生

改善方案的制订要有可行性，要考虑现行的技术难度，以及一些经济性因素，改

善之后要对比一下RPN分数是否下降了。

再总结一下制作系统DFMEA的流程：

组成小组->填写表头一》功能性能->识别失效一》识别失效后果--A

图2-3制作系统DFMEA沆程图

4.子系统DFMEA制作与案例

做子系统DFMEA,首先要找到系统赋予它的功能性能要求。比如GPS天线这个

系统它所赋予子系统电气总成的功能是电路设计需满足高增益要求如果设计不当

则会导致匹配不佳，增益过低。失效模式就是增益过低，失效后果是收不到信号或信

号弱，这来自系统DFMEA的失效模式。那么失效原因就是设计不当。

子系统做完后，设计方案就基本出来了，按照要求，一般在设计预防里就要有设

计方案。

任何设计都是需要持续改善的，设计预防和探测写以前的做法，而改善措施则要

写现在或将来的做法。所以不管RPN分数多低，都会尽可能去改善。有些大型制造

企业要求供应商RPN在100分以上的必须改善，这样的要求是不太合理的，

因为有些暂时性的技术根本改不了o再者如果有些厂商故意把RPN分数弄到100分

以下，这样就没办法要求它改善了，由此看来，改善还是要从领导层的意识开始。

有些产品比较复杂，可能有一级子系统、二级子系统、三级子系统，这个也要分

别做DFMEA,具体要求视产品的具体情况而定。

组成小组一〉填写表头-■＞找到系统FMEA失效原因-〉识别子系统失效模式-〉

_＞找到系统FMEA失效模式-＞识别子系统失效后果找到子系统失效原因一

一）全部填写完整一・＞从高到低评分一》算出RPN一》制订改善方案

制订设计方案进行设计一＞设计验证一・》评审改善有效性

-f持续评审改善的必要性

图2・4做子系统的流程

5.部件DFMEA制作与案例

部件DFMEA指零件失效分析，这种零件一般具体细化到客户对结构的一定要求，

不然会影响装配或外观，如小塑胶件、电容、电阻、小五金加工件等。这些零件关注

的是结构设备和性能设计，通过分析，基本可以确定选用什么材料、使用什么结构。

组成小组一》填写表头f找到子系统FMEA失效原因-f识别部件失效模式一》

一》找到子系统FMEA失效模式一识别部件DFMEA失效后果-＞找到部件失效原因一＞

-f全部填写完整一＞从高到低评分一十算出RPN一＞制订改善方案f一＞制订设计方案一》进行设计■

＞设计验证一》评审改善有效性-＞

一）持续评审改善的必要性

图2-5部件DFMEA流程

表2-6子系统设计失效模式与后果分析

t果

频R贡任及匕施结果

项目/潜在失效潜在失效1级现行预防现行探测建议

£潜住失效起因/机理度更P目标完

彳功能模式后果成设计控制设计控制措施采取拘

DNS0DRP

0成II期

措施N

受用网络

无法收信

电路设计需满分析仪测

增益低号，无法8设计不当1设计规范321

足高增益要求▲试PCB组

定位

件之增益

外壳在极行驶过程

行驶过程接收询低温实失效、

端条件F接收不到8材料选用不当I设计规范324子系统

信号脸输入I

破裂信号模式要

MEA1

系统DF因L

失效原

符合ROHS材料不环客户不满ROHS

8材料选用不对1设计规范216V

标准保思测试y

电气息成子系统FMEA编号：1102

设计贵任：产品二部/研发部共1，第！

关键日期：编制人：____________

核心小组FMEA日期（编制）20吵1128（修订）

表2-7部件DFMEA表

（设计FMEA）

陶瓷天线一部件FMEA编号：1104

设计费仔.产品二部/研发部共］，第1

关键日期.__________________________________________________________________________编制人：__

核心小组___________________________________FMEA日期（编制）2009.11.28（修汇）

探

顺R贲任及措施结果

项目潜在失效潜在失效V.级现行预防现行探测测建议

度度P

艮潜在失效起因/机理目标完采取的

/功能别D措施

模式后果£设计控制发计控制S0D

0N成日期措施

01

使用网络

无法导陶瓷天线发生频率

无法接收分析仪测

接收信号航、无法8▲偏移，VSWR过高，1设计规范324

信号式PCB组

定位天线效率变差・输入子系统'失

件之增益/DFMEA效、

原因,至少一个

尺寸检J

半成品无PIN针过长,会顶到失效要/N做改善

组装设计规范

组装失配71测，并进2141方案/

法组装屏蔽单，无法组装

行试装

符合ROHS材料不环客户不满ROHS

8材料选用不对1设计规范216

标准保意测试

6.系统、子系统、部件DFMEA区别与联系

系统DFMEA是从客户的直接要求和法律法规要求来展开的，如果客户不是很专

业，这种要求可能就会成为失效后果。例如不能进入美国市场，客户也不清楚原因，

那么我们做设计的就要主动去识别了，为什么不能进入美国市场，如果原因是环保问

题，那它就会成为系统DFMEA的失效模式。环保不能满足要求是系统DFMEA的失

效模式，在子系统DFMEA中，这个环保不能满足要求可能就会成为失效后果，子系

统DFMEA的失效模式就是给贡超过1()()()PPM,失效原因就是某种材料选用错误。

不防水在系统DFMEA中是失效模式，失效原因就是结构件设计不合理，间隙过

大。而在子系统中，间隙过大是失效模式，不防水是失效后果，失效原因则是某某尺

寸公差过大。所以子系统、系统、部件三者之间失效模式、失效后果、失效原因是相

互联系、相互影响的，不能够独立存在。做子系统DFMEA失效模式时;系统DFMEA

失效原因是输入，在做部件DFMEA失效模式时，子系统DFMEA失效原因是输入。

系统、子系统、部件DFMEA分析的对象各不相同，系统主要是针对本企业来讲

的，就拿电脑键盘来讲，电脑键盘在键盘厂是系统，整个按键就是子系统，单独一个

按键则称为部件。如果放在电脑公司，电脑键盘就是一个子系统，系统就变成了一整

台电脑，子系统包括主机、显示器、键盘、鼠标、包装，二级子系统就是键盘系统，

部件是一个个按键。所以系统、子系统、部件是相对的。

7.DFMEA易犯的典型错误

7.1没有充分识别到法律法规要求和客户功能性能可靠性要求、失效模式识别不

充分c如GPS天线，客户要求是防水的，但没有识别到。

7.2现行设计预防只写设计规范，没有明确具体的设计方案，应付式的识别，不

具体。如失效模式结构不合理，失效原因是尺寸公差不合理，现行设计预防只写设计

规范，没有明确现行公差如何制订。

7.3没有改善方案，不符合持续改善精神。有的企业文件规定RPN达到100才改

善，这是不合理的，不符合FMEA的精神。每一个FMEA都要尽可能去改善。

7.4S、0、D评分不合理，倘若问及具体打5分或6分的原因，说出的理由与

FMEA的标准不一致，没有真正理解评分规则。

7.5在做DFMEA时没有进行方块图分析，没有识别子系统之间的关系，以及部

件之间存在怎样的关系等。

第三节PFMEA制作

LPFMEA制作流程

PFMEA是制造过程的FMEA,输入是工艺流程图和矩阵图，只有那些会对产品品

质造成直接影响的工序才需要进行分析，如烘料、储存等。而有些工序则不需要，如

检验工序、调参数等。

图2・6PFMEA制作流程

制作流程如下：标准表格22项1-7项是表头部分，FMEA编号是企业自己制订，

没有统一要求。有些企业用这种形式；FMEA-产品料号。2是项目名称，如打火机、

汽车导航旋扭等。3是责任部门，PFMEA一般是工程部，DFMEA一般是研发部。4

是编制人，一般是形成文件的人，可能是文员助理之类的角色。5是年型车型，一般

指产品规格，如152W06是关键口期，一般是FMEA讨论定稿的日期。7是文件发行

或修改时间。8是FMEA讨论评审人员，一般是各部门代表，如采购、业务、工程、

生产、品质等。

表2-8潜在失效模式及后果分析

潜在失效模式及后果分析

壬

建

潜

探

潜

风

频

在

在

议