潛在的失效模式及后果分析（FMEA）(doc41)
潛在的失效模式及后果分析（FMEA） 1. 概論 1.1什么是FMEA? 潛在的失效模式及后果分析（英文：Potential Failure Mode and Effects Analysis.簡稱 FMEA）。是在產品／過程／服務等的策劃設計階段，對構成產品的各子系統(tǒng)，零部件 ，對構成過程，服務的各個程序逐一進行分析，找出潛在的失效模式，分析其可能的 后果，評估其風險，從而預先采取措施，減少失效模式的嚴重程度，降低其可能發(fā)生 的概率，以有效地提高質量與可靠性，確保顧客滿意的系統(tǒng)化活動。 FMEA是一種系統(tǒng)化的工作技術和模式化的思考形式。 FMEA就是及早地指出根據經驗判斷出的弱點和可能產生的缺陷，及其造成的后果 和風險，并在決策過程中采取措施加以消除。 FMEA是一個使問題系統(tǒng)地得到合理化解決的工具，實際上也是目前全世界行之有 效的預防手段，實施FMEA就是根據經驗和抽象思維來確定缺陷，在研究過程中系統(tǒng)地 剔除這些缺陷的工作方法，它可劃分為三個方面： SFMEA－系統(tǒng)FMEA DFMEA－設計FMEA PFMEA－過程FMEA 1.2 FMEA的歷史 世界上首次采用FMEA這種概念與方法的是在20世紀60年代中期美國的航天工業(yè)。進 入70年代，美國的海軍和國防部相繼應用推廣這項技術，并制訂了有關的標準。 70年代后期，FMEA被美國汽車工業(yè)界所引用，作為設計評審的一種工具。1993年2月 美國三大公司聯合編寫了FMEA手冊，并正式出版作為QS9000質量體系要求文件的參考手 冊之一，該手冊于1995年2月出版了第2版。1994年，美國汽車工程師學會SAE發(fā)布了SAE J1739－潛在失效模式及后果分析標準。 FMEA還被廣泛應用于其他行業(yè)，如糧食、衛(wèi)生、運輸、燃氣等部門。 1.3 為什么要進行FMEA? 工程中大量的事實證明，由于策劃設計階段疏忽，分析不足，措施不夠，以至造成 產品／過程／服務等投入運行時嚴重程度不同的失效，給顧客帶來損失，甚至產生諸如 “挑戰(zhàn)者”號航天飛機爆炸的慘痛事故。因此，事先花必要的時間對產品／過程進行充分 的潛在失效模式與后果分析，能夠大大減少事后產生失效而帶來的風險與損失。 FMEA有助于對設計中問題的早期發(fā)現，從而避免和減少晚期修改帶來的損失，使開 發(fā)的成本下降。 產品設計的FMEA還有助于可制造性和裝配性的早期考慮，利于實施同步工程技術。 FMEA有助于采用更有利的設計控制方法，為制訂試驗計劃，質量控制計劃提供正確 的、恰當的根據。 由多方面人員組成的小組所進行的FMEA能夠發(fā)揮集體的經驗與智慧，使設計表現出 組織的最佳水平，提供了一個公開討論的機會。 FMEA是一個組織的經驗積累，為以后的設計開發(fā)項目提供了寶貴的參考。FMEA還是 識別特殊特性的重要工具。FMEA的結果也是用來制訂質量控制計劃。 FMEA給出的失效模式的風險評估順序，提供改進設計的優(yōu)先控制系統(tǒng)，從而引導資 源去解決需要優(yōu)先解決的問題。 FMEA的文件化，使它成為重要設計文件之一，并成為設計評審的重要內容。 因此，FMEA已成為現代質量策劃的重要工具，而被廣泛應用。 1.4 由誰來做FMEA? FMEA既然是設計工作的一部分，自然應該由負責設計的工程師或工程師小組負責。 但要完成好FMEA工作，非常關鍵的是要發(fā)揮集體的智慧。因此，FMEA的成功必須依靠小 組的共同努力。必須組成一個包括設計、制造、裝配、售后服務、質量及可靠性等方面 的專家小組。與設計有關的上游（如下一個相關系統(tǒng)的設計師）的部門也將被吸收參加 小組的工作。 1.5 什么時候做FMEA? FMEA旨在及早識別出潛在的失效，因此愈早開始愈好。一般來說，在一個設計概念 形成，設計方案初步確定時應該開始FMEA初稿的編制。 隨著設計活動的展開，在設計的各個重要階段，對FMEA的初稿進行評審，不斷進行 修改。 FMEA作為設計活動的一部分，應該在設計任務完成（如設計圖樣完成，過程設計文 件完成）之時完成FMEA工作。 FMEA是一個動態(tài)文件，在整個產品壽命周期內，根據反饋信息，在進行設計修改時 對FMEA進行重新評審和修改。要注意，任何為改進系統(tǒng)某一問題而進行的設計修改活動 ，都要謹慎地評審它對系統(tǒng)，對相關的部分的影響。因此對相關的FMEA（DFMEA，PFMEA 等）都要進行重新評審，并做必要的修改。 1.6 失效鏈 一個潛在的失效事件的發(fā)生，如果沒有采取或來不及采取或事實上不可能采取措施 ，而使之引起下游系統(tǒng)或相關系統(tǒng)產生鏈瑣失效事件，我們稱之為“失效鏈”。 根源模式 環(huán)境條件 伴生模式 中間模式 最終模式 最終模式 可以看出： 1. 水箱支架強度不足而造成的支架斷裂是這個失效鏈的根源。 2. 道路不平引起的車體振動與扭轉是引起支架斷裂的環(huán)境條件，但不能視為失效的 內在原因。因為汽車在不平道路上行駛是正常的輸入條件。 3. 失效鏈中，上一個失效模式是下一個失效模式的起因，下一個失效模式是上一個 失效模式的后果。 4. 在沒有任何措施情況下，失效將發(fā)展到最終的模式。最有效的措施是不讓支架斷 裂這一根源模式發(fā)生。在失效鏈中任何環(huán)節(jié)采取“切斷”措施，如在水箱與發(fā)動 機（假設風扇安裝在發(fā)動機上）之間增加撐桿，保證風扇不與水箱碰撞，可以 防止失效鏈的發(fā)展。但這種措施是否合理要認真評審。 5. 失效鏈的發(fā)展常常會有分支，有時分支的鏈也會產生更加嚴重的后果失效模式。 以上這些概念對進行FMEA活動時，將十分有幫助。 1.7 顧客的廣義概念 在FMEA中，多處要涉及“顧客”的概念。廣義的“顧客”。 包括： 最終顧客：產品／服務的使用者。 直接顧客：下一道工序或用戶。 中間顧客：下游工序或用戶。 其他凡是產品／服務受益或受損害者均在廣義顧客概念之中。 1.8 DFMEA與PFMEA的聯系 DFMEA與PFMEA既有明確的分工，又有緊密的聯系，有以下幾點需要注意： 1. 產品設計部門的下一道工序是過程設計，產品設計應充分考慮可制造與可裝配性 問題，由于產品設計中沒有適當考慮制造中技術與操作者體力的限制，可能造 成過程失效模式的發(fā)生。 2. 產品設計FMEA不能依靠過程檢測作為控制措施。 3. PFMEA應將DFMEA作為重要的輸入。對DFMEA中標明的特殊特性也必須在PFMEA中作 為重點分析的內容。 2. 產品設計FMEA（DFMEA） 2.1 DFMEA的準備工作 1. 建立小組。 2. 必需的資料，例如： o 經由質量功能展開（QFD）而得到的設計要求； o 產品可靠性和質量目標； o 產品的使用環(huán)境； o 以往類似產品的失效分析（FMA）資料； o 以往類似產品的DFMEA資料； o 初始工程標準； o 初始特殊特性明細表。 2 3 4 1 4 5 5 零 件 連接方法 A.燈罩 1.不連接(滑動配合) B.電池(2節(jié)電池) 2.鉚接 C.開/關 開關 3.螺紋連接 D.燈泡總成 4.卡扣裝接 E.電極 5.壓緊裝接 F.彈簧 3. 所要分析的系統(tǒng)、子系統(tǒng)或零部件的邏輯框圖。它標明信息、能量、力、流體等 的流程。明確該系統(tǒng)的輸入、過程及輸出。表示系統(tǒng)內零部件的聯接和關系。 附錄1是QS9000中推薦的DFMEA表格。本教材以該表格為基礎，詳細介紹DFME A的具體應用。 在進行DFMEA之前，填寫好該表格表頭的各項內容，它們是： FMEA編號 系統(tǒng)、子系統(tǒng)或零部件的名稱及編號 設計責任部門，包括供方名稱 編制者（姓名、部門、電話等） 年型／車型（該系統(tǒng)／零部件應用的年型／車型） 關鍵日期（預定FMEA完成的日期，不應超過設計圖樣完成日期） FMEA日期（初稿日期與最新修訂日期） 小組成員（組長、成員的姓名、單位、電話等） 2.2 系統(tǒng)／子系統(tǒng)／零部件的功能 傳統(tǒng)的產品可靠性的定義指出：可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時 間內完成規(guī)定功能的能力。不能完成規(guī)定的功能就稱失效。因此FMEA，必須從搞清 功能開始。 所謂功能，通俗地說，就是：設計這個系統(tǒng)／子系統(tǒng)／零部件做什么？也就 是根據顧客需要，經過QFD明確的設計要求?；蛘哒f為滿足設計意圖，該“產品”的 具體的要求是什么？ 一個零部件（或子系統(tǒng)，或系統(tǒng)）的功能往往是多項的。這種情況下，必須 把所有的功能全部列出，不能遺漏。例如一個變速箱功能應包括： 汽車起步時輸出的扭矩， 汽車行駛過程中，通過合理的速比滿足整個行駛速度范圍內的扭矩輸出， 倒車時，改變傳動方向， 發(fā)動機制動狀態(tài)下，傳遞相反方向的扭矩， 提供方便舒適的變速操作， 空檔， 卡車變速箱有的還要有功率輸出功能。 給出完成這些功能的重要的環(huán)境條件，如大氣溫度、濕度、大氣壓、道路、 灰塵和腐蝕介質等。如變速箱的潤滑系統(tǒng)的正常工作與環(huán)境溫度有重要關系。 給出設計要求的壽命。 以上這些要求都應盡可能給出可度量的（即定量的）的要求。如各檔速比， 傳遞的扭矩、功率、工作溫度，等等。 除滿足最終顧客的要求而確定的功能外，還要考慮滿足直接顧客和中間顧客 的要求。其中可制造性和裝配性的要求尤為重要。 一個產品在產生滿足顧客期望的功能的同時，有時還會產生顧客非期望的功 能。這些非期望功能常常與安全及政府法規(guī)的符合性相關。諸如噪聲、振動、電磁 干擾、環(huán)境污染、能源消耗、材料回收再循環(huán)等。如變速箱的噪聲、潤滑油泄漏的 要求也應明確列入功能要求中。 許多產品對維修性、服務和后勤保障性還有重要的要求，也應列入功能項目 之中。 2.3 潛在失效模式 所謂失效，就是喪失功能。而失效模式，就是失效表現的形式。這里，我們說的是 “潛在的”，意思是，這些失效可能發(fā)生，但不一定發(fā)生。 廣義的說，失效模式有兩大類型。 1. I型失效模式，指的是不能完成規(guī)定的功能。 這類失效的典型模式，可舉例如下： 突發(fā)型：斷裂、開裂、碎裂、彎曲、塑性變型、失穩(wěn)、短路、斷路、擊穿、泄 漏、松脫，等等。 漸變型：磨損、腐蝕、龜裂、老化、變色、熱衰退、蠕變、低溫脆變、性能下 降、滲漏、失去光澤、褪色，等等。 2. II型失效模式，指的是產生了有害的非期望功能。 典型的這類失效模式有：噪聲、振動、電磁干擾、有害排放、等等。當出現這 類失效時，要返回功能描述部分，看是否已有限制要求，如果沒有，是否應加 以補充。 在描述失效模式時，要注意使用普遍使用的術語，避免使用地方性、行業(yè)性哩 語。 4. 潛在失效后果 潛在的失效后果，是指失效模式可能帶來的對完成規(guī)定功能的影響，以致帶來顧客 的不滿意，和不符安全和政府的法規(guī)。 失效后果的分析，要運用失效鏈分析方法，搞清楚直接后果、中間后果和最終后果 。 失效后果可以從以下幾方面考慮： 1. 對完成規(guī)定功能的影響； 2. 對上一級系統(tǒng)完成功能的影響； 3. 對系統(tǒng)內其他零件的影響； 4. 對顧客滿意的影響； 5. 對安全和政府法規(guī)符合性的影響； 6. 對整車系統(tǒng)的影響。 舉例來說，發(fā)動機進氣閥閥座燒蝕這一失效模式，其直接后果是造成氣閥密封 不嚴；其中間后果是造成壓縮壓力下降，燃燒狀況惡化；最終后果是發(fā)動機功 率下降，燃油消耗增加，排氣有害物增加，引起顧客不滿，甚至不符合政府法 規(guī)。 2.5 后果嚴重性評估―――嚴重度（S） 為了對失效模式的后果之嚴重程度進行評估，把對后果的定性描述作成某種數量化 的評價，以便于工程中的交流，從而產生了對嚴重程度進行打分的辦法。習慣的打分辦 法是，分數愈高，后果愈嚴重。曾經采用過的有3分制，5分制，10分制等。QS9000手冊 采用的是10分制。 |后果 |評定準則：后果的嚴重度 |嚴重度 | | |這是一種非常嚴重的失效形式，它 | | |無警告的 |是在沒有任何失效預兆的情況下影 | | |嚴重危害 |響到行車安全或違反了政府的有關 |10 | | |法規(guī)。 | | | |這是一種非常嚴重的失效形式，是 | | |有警告的 |在具有失效預兆的前提下所發(fā)生的 | | |嚴重危害 |，并影響到行車安全或違反了政府 |9 | | |的有關法規(guī)。 | | |很高 |車輛（或系統(tǒng)）不能運行，喪失基 |8 | | |本功能。 | | |高 |車輛（或系統(tǒng)）能運行，但性能下 |7 | | |降，顧客不滿意。 | | |中等 |車輛（或系統(tǒng)）能運行，但舒適性 |5 | | |或方便性項目性能下降，顧客感覺 | | | |有些不舒服。 | | |低 |車輛（或系統(tǒng)）能運行，但舒適...
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