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(chǎn)品／過程／服務(wù)等的策劃設(shè)計階段，對構(gòu)成產(chǎn)品的各子系統(tǒng)，零部件 ，對構(gòu)成過程，服務(wù)的各個程序逐一進(jìn)行分析，找出潛在的失效模式，分析其可能的 后果，評估其風(fēng)險，從而預(yù)先采取措施，減少失效模式的嚴(yán)重程度，降低其可能發(fā)生 的概率，以有效地提高質(zhì)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(shù)和模式化的思考形式。 FMEA就是及早地指出根據(jù)經(jīng)驗判斷出的弱點和可能產(chǎn)生的缺陷，及其造成的后果 和風(fēng)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(yù)防手段，實施FMEA就是根據(jù)經(jīng)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(shè)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(jì)60年代中期美國的航天工業(yè)。進(jìn) 入70年代，美國的海軍和國防部相繼應(yīng)用推廣這項技術(shù)，并制訂了有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。 70年代后期，F(xiàn)MEA被美國汽車工業(yè)界所引用，作為設(shè)計評審的一種工具。1993年2月 美國三大公司聯(lián)合編寫了FMEA手冊，并正式出版作為QS9000質(zhì)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(xué)會SAE發(fā)布了SAE J1739－潛在失效模式及后果分析標(biāo)準(zhǔn)。 FMEA還被廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)，如糧食、衛(wèi)生、運輸、燃?xì)獾炔块T。 1.3 為什么要進(jìn)行FMEA? 工程中大量的事實證明，由于策劃設(shè)計階段疏忽，分析不足，措施不夠，以至造成 產(chǎn)品／過程／服務(wù)等投入運行時嚴(yán)重程度不同的失效，給顧客帶來損失，甚至產(chǎn)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(chǎn)品／過程進(jìn)行充分 的潛在失效模式與后果分析，能夠大大減少事后產(chǎn)生失效而帶來的風(fēng)險與損失。 FMEA有助于對設(shè)計中問題的早期發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)品設(shè)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(shù)。 FMEA有助于采用更有利的設(shè)計控制方法，為制訂試驗計劃，質(zhì)量控制計劃提供正確 的、恰當(dāng)?shù)母鶕?jù)。 由多方面人員組成的小組所進(jìn)行的FMEA能夠發(fā)揮集體的經(jīng)驗與智慧，使設(shè)計表現(xiàn)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(jīng)驗積累，為以后的設(shè)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(jié)果也是用來制訂質(zhì)量控制計劃。 FMEA給出的失效模式的風(fēng)險評估順序，提供改進(jìn)設(shè)計的優(yōu)先控制系統(tǒng)，從而引導(dǎo)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(shè)計文件之一，并成為設(shè)計評審的重要內(nèi)容。 因此，F(xiàn)MEA已成為現(xiàn)代質(zhì)量策劃的重要工具，而被廣泛應(yīng)用。 1.4 由誰來做FMEA? FMEA既然是設(shè)計工作的一部分，自然應(yīng)該由負(fù)責(zé)設(shè)計的工程師或工程師小組負(fù)責(zé)。 但要完成好FMEA工作，非常關(guān)鍵的是要發(fā)揮集體的智慧。因此，F(xiàn)MEA的成功必須依靠小 組的共同努力。必須組成一個包括設(shè)計、制造、裝配、售后服務(wù)、質(zhì)量及可靠性等方面 的專家小組。與設(shè)計有關(guān)的上游（如下一個相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計概念 形成，設(shè)計方案初步確定時應(yīng)該開始FMEA初稿的編制。 隨著設(shè)計活動的展開，在設(shè)計的各個重要階段，對FMEA的初稿進(jìn)行評審，不斷進(jìn)行 修改。 FMEA作為設(shè)計活動的一部分，應(yīng)該在設(shè)計任務(wù)完成（如設(shè)計圖樣完成，過程設(shè)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(chǎn)品壽命周期內(nèi)，根據(jù)反饋信息，在進(jìn)行設(shè)計修改時 對FMEA進(jìn)行重新評審和修改。要注意，任何為改進(jìn)系統(tǒng)某一問題而進(jìn)行的設(shè)計修改活動 ，都要謹(jǐn)慎地評審它對系統(tǒng)，對相關(guān)的部分的影響。因此對相關(guān)的FMEA（DFMEA，PFMEA 等）都要進(jìn)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(guān)系統(tǒng)產(chǎn)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(zhuǎn)是引起支架斷裂的環(huán)境條件，但不能視為失效的 內(nèi)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(shè)風(fēng)扇安裝在發(fā)動機上）之間增加撐桿，保證風(fēng)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(rèn)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(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果失效模式。 以上這些概念對進(jìn)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(chǎn)品／服務(wù)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(chǎn)品／服務(wù)受益或受損害者均在廣義顧客概念之中。 1.8 DFMEA與PFMEA的聯(lián)系 DFMEA與PFMEA既有明確的分工，又有緊密的聯(lián)系，有以下幾點需要注意： 1. 產(chǎn)品設(shè)計部門的下一道工序是過程設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)充分考慮可制造與可裝配性 問題，由于產(chǎn)品設(shè)計中沒有適當(dāng)考慮制造中技術(shù)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(chǎn)品設(shè)計FMEA不能依靠過程檢測作為控制措施。 3. PFMEA應(yīng)將DFMEA作為重要的輸入。對DFMEA中標(biāo)明的特殊特性也必須在PFMEA中作 為重點分析的內(nèi)容。 2. 產(chǎn)品設(shè)計FMEA（DFMEA） 2.1 DFMEA的準(zhǔn)備工作 1. 建立小組。 2. 必需的資料，例如： o 經(jīng)由質(zhì)量功能展開（QFD）而得到的設(shè)計要求； o 產(chǎn)品可靠性和質(zhì)量目標(biāo)； o 產(chǎn)品的使用環(huán)境； o 以往類似產(chǎn)品的失效分析（FMA）資料； o 以往類似產(chǎn)品的DFMEA資料； o 初始工程標(biāo)準(zhǔn)； o 初始特殊特性明細(xì)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(guān) 開關(guān) 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(biāo)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(nèi)零部件的聯(lián)接和關(guān)系。 附錄1是QS9000中推薦的DFMEA表格。本教材以該表格為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹DFME A的具體應(yīng)用。 在進(jìn)行DFMEA之前，填寫好該表格表頭的各項內(nèi)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(shè)計責(zé)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(yīng)用的年型／車型） 關(guān)鍵日期（預(yù)定FMEA完成的日期，不應(yīng)超過設(shè)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(chǎn)品可靠性的定義指出：可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時 間內(nèi)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(shè)計這個系統(tǒng)／子系統(tǒng)／零部件做什么？也就 是根據(jù)顧客需要，經(jīng)過QFD明確的設(shè)計要求?；蛘哒f為滿足設(shè)計意圖，該“產(chǎn)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(yīng)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(nèi)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(zhì)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(guān)系。 給出設(shè)計要求的壽命。 以上這些要求都應(yīng)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(chǎn)品在產(chǎn)生滿足顧客期望的功能的同時，有時還會產(chǎn)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(guān)。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(yīng)明確列入功能要求中。 許多產(chǎn)品對維修性、服務(wù)和后勤保障性還有重要的要求，也應(yīng)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(xiàn)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(chǎn)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(dāng)出現(xiàn)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(yīng)加 以補充。 在描述失效模式時，要注意使用普遍使用的術(shù)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(nèi)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(jìn)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(yán)；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(yán)重性評估―――嚴(yán)重度（S） 為了對失效模式的后果之嚴(yán)重程度進(jìn)行評估，把對后果的定性描述作成某種數(shù)量化 的評價，以便于工程中的交流，從而產(chǎn)生了對嚴(yán)重程度進(jìn)行打分的辦法。習(xí)慣的打分辦 法是，分?jǐn)?shù)愈高，后果愈嚴(yán)重。曾經(jīng)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(zhǔn)則：后果的嚴(yán)重度 |嚴(yán)重度 | | |這是一種非常嚴(yán)重的失效形式，它 | | |無警告的 |是在沒有任何失效預(yù)兆的情況下影 | | |嚴(yán)重危害 |響到行車安全或違反了政府的有關(guān) |10 | | |法規(guī)。 | | | |這是一種非常嚴(yán)重的失效形式，是 | | |有警告的 |在具有失效預(yù)兆的前提下所發(fā)生的 | | |嚴(yán)重危害 |，并影響到行車安全或違反了政府 |9 | | |的有關(guān)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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