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1、Potential Failure Mode and Effects Analysis,Felix FanTPO SH,Date 20060806,Introduction to FMEA,What is a FMEA?,A structured,disciplined process to systematically and comprehensively,identify and document potential problems and weaknesses in a design or process so that design changes can be made or o
2、ther corrective actions taken to prevent actual occurrence of failure,一个结构化和专业化的过程，它能系统和综合地找出并记录 在设计和工艺过程中潜在的问题和缺点并由此作出设计改变或 采取其它的改正措施以防止失效的实际发生,FMEA 的目的,失效模式及其影响分析(FMEA)是用来提高产品的可靠性(考虑使用,环境,寿命等等.)(所采购的)零件的质量(包括零件隐藏的功能)产品的可再现性(减少组装中的产品质量下降和维修)生产工艺过程的可再现性(加工,运输等等)集中关注于技术/设计问题,Failure Mode&Effects Anal
3、ysis,An FMEA is a systemized group of activities,intended to:Recognize and evaluate the potential failure of a product/process and its effects.Identify actions which could eliminate or reduce the chance of the potential failure occurring.Document the process.It is complementary to the design process
4、 of defining positively what a design must do to satisfy the customer,Ref:FMEA Reference manual(AIAG),Brainstorming,产品设计和开发的基本程序 1、产品决策阶段 包括市场预测、技术调研、先行试验、可行性试验、开发决策等。2、设计阶段 包括方案设计、技术设计、工作图设计等。3、试制阶段 包括样机试制、小批试制。4、定型投产阶段 工艺文件确定、工艺装备定型、设备的配置与调试、检测仪器的配置与标定、外协点的设置 产品标准的编制应在此阶段完成。5、持续改进阶段 改进设计,产品设计标准化 1
5、、产品系列化设计 产品系列化是通过对同类产品全面的技术、经济分析与研究，结合产品的参数、尺寸进行合理分档和分级，形成规则的数列。通过基型产品的选择与开发将其结构典型化，并合理地规划，形成产品品种和规格的系列。工业产品的系列一般包括：制定产品参数系列，编制系列型谱和系列设计等三个方面。a）制定产品参数系列 制定产品参数系列是指将产品的结构、性能参数(如重量、容量等）和几何尺寸参数（如直径、长度、中心距等）合理地排列成有规律的数列。确定尺寸、参数系列分档间距时，既要考虑用户选择的经济性与适宜性，又要考虑生产成本的合理性。在综合技术、经济分析基础上寻求最佳方案。,Failure Mode&Effec
6、ts Analysis,Ref:FMEA Reference manual(AIAG),Brain storming Team effortRisk analysis toolPreventive/On Time=BEFORE THE EVENT!,Failure Mode&Effects Analysis:Process overview,Ref:FMEA Reference manual(AIAG),Describe:Function of parts or process stepsPotential Failure modePotential effects of Failure,De
7、scribe and Plan recommended actions Predict RPN,Close the loop/continuous improvementWork on next problem in the priority rowLearn from problem solving/previous designsReflect the learnings in documentation:FMEA/Control Plans/Design rules/learning modules etc,Sequence of FMEA,Customer Satisfaction 顾
8、客满意,Customer satisfaction means:Never having to say youre sorry!顾客满意意味着：决不要不得不说对不起！,Car 2:No Major Breakdowns非主要的破损Few Failures很少失效,Car 1:Frequent Breakdowns频繁地破损Many Minor Components Failures许多的小部件失效,A reliability program?Why necessary?一个可靠性的计划？为什么必须？,Potential Failure ModeType I：Failure to perform
9、 function Something is missing,The Effect of A Too Late Discovered Failure 失效发现得太迟的后果,Potential Failure ModeType II：Surprise!Something is not supposed to be there,Potential Effects 潜在后果,End EffectsEffect on EndProduct UserLocal EffectsEffects on LocalArea(reviewed item)Immediate ImpactsNext High Lev
10、el EffectsIn Between ImpactsBetween End User and Local Area,Potential Causes 潜在原因,Design RelatedManufacturing/Process RelatedApplication RelatedUpstream SupplierDownstream CustomersService Related,Type of FMEA,Type of Risk-风险的类型,市场风险在合适的时间推出适合的产品技术风险达到产品的规格质量,可再现性项目风险项目的组织,团队方面,资源,Risk Assessment 风险
11、评估,SeverityThe impact(s)of failureOccurrenceThe likelihood of a failure occurrence from an identified cause under current controlsDetectionHow early can we detect the failure?OrHow much can we detect the failure at certain point?Risk Priority Number=S*O*D,Current Controls,1st Line of Defense(Most Co
12、st Effective)Avoid,or Eliminate Failure Causes2nd Line of DefenseIdentify,or Detect Failure Earlier3rd Line of DefenseReduce Impacts/Consequences of Failure,FMEA对工艺过程及设计改变的影响,设计 开始,开发,生产 放行,生产,时间,工程改变的数量,传统方法,FMEA 方法,Quality Level-质量杠杆,FMEA的使用,In mid-60s:Started in Aerospace Industries(Apollo Progra
13、m);Elementary stageIn late-70s:The Automotive Industries started to use FMEA as a Hazard Analysis Tool to review the existing fleets currently on the marketplace.Lately,became a review tool to enhance the design review activitiesIn early-80s:Micro Electronics Industry started to apply FMEA to assist
14、 improving the yield rate of memory chip/waferIn mid-80s:The Automotive Industries started to apply Process FMEA on the validation of their manufacturing processIn 1991:ISO 9000 Series revised version recommended adopting FMEA to improve the product and process designIn 1994:The FMEA becomes a requi
15、rement for the certification of QS 9000,FMEA的使用,A.可靠性工程-可靠性的提高.B.可再现性的分析-制造过程中较少的检修与废品.-关键时刻的质量改进.C.生产工艺的分析-较少的检修与废品.-工艺过程控制点的确定.-工艺过程的交付.A 与 B 处在发展阶段.C 处在工作准备阶段.,用FMEA法研究可靠性,前提:产品能执行其正常功能问题:使用时间和环境对每个部件的影响是什么可能性:a.磨损,b.生锈,c.材料失效,d.弄脏,e.因加载而变形(蠕变)f.老化,g.工艺过程的失效.对产品功能的影响是什么?,用 FMEA法进行可再现性分析,前提:测试工具:行
16、动:将行动作为工艺过程质量控制(P.Q.C.)的结果 分析:集中关注于在生产工艺过程中造成的并已被 注意到的失效,着手开始FMEA,Marketing Needs Customer Requirements,Marketing Responses Product Mission,Engineering Responses Design Intents,Scope/Objectives/Purpose Functions,Scope/Objectives/Purpose,F M E A,Product D-FMEA,设计 FMEA,一个 D-FMEA 始于一张功能模块图 或材料清单设计 FMEA
17、 能采用下列两种方法中的一种:1.元件自底向上法 这种方法只有当某一设计已经存在时才可能采用.它用来调整设计中的每一个元件。,设计 FMEA,2.功能模块法(从上向下的)这种方法有助于设计者选择优化的子系统或组件.它在设计 决定的过程中发挥着作用对于大且复杂的系统，有选择的功能模块法可以被采用 在功能模块图的每个水平上选择对 FMEA 最敏感的子系统 的组件,产品的功能,考虑:产品规格 系统结构:-不同的元素及其特点,性能职责及功用-元素间的联系 系统操作，控制及维修 系统的环境条件 使用者的方式 功能，子系统和部件的建立:=功能树,产品的功能树,影响(D-FMEA),必须考虑影响的三个层次:
18、1.终端用户的影响2.下一个较高层次的影响3.局部影响以下例子将有助于区分三种类型的影响:,阀,引擎系统,动力系统,轿车,被评估的零件 下一个较高的层次 终端用户Local Effects Next High Level Effects End Effects,影 响 描 述 举 例 说 明终端用户影响 轿车性能的影响;有 噪 声 的;客户所观测到和/或经历的 颠 簸 的;不 能 在 高速下运行下一个较高层次 的影响 对引擎的影响 过热;振动局部影响 对阀本身的影响 损坏,产 品 原 因-结 果 的 调 查,失效的严重性(D-FMEA),失效的发生率(D-FMEA),失效的可检测性,方法 描
19、述 应 用 时间表在产品寿命周期里从设计起 D-FMEA到出现现场失效的最早阶段 在哪里?固定闸 在产品寿命周期里的任何一D-FMEA 门 点(闸门)处的检测概率是多 少?,失效的可检测性(D-FMEA),失效的可检测性(D-FMEA),Example of Design FMEA,Process FMEA,工艺FMEA 与产品D-FMEA,*P-FMEA(工艺 FMEA)虽不依赖于产品设计的改变来克服工 艺的缺点,但它得考虑某产品的设计特点*D-FMEA(产品FMEA)虽不依赖于工艺过程的控制来克服设 计的缺点,但它得考虑制造工艺过程中的技术/实际局限性(即 工艺产能).,工艺FMEA 与产
20、品D-FMEA,因此诸如“操作员没有正确地嵌装好电阻”和“供应商运载了 错误的零件”的原因在D-FMEA 中可以不考虑,但如果存在 着与设计有关的因素影响电阻的嵌装或导致运输/装运的问题,那么这些因素必须加以考虑.DFMEA中涉及的特殊特性及控制在PFMEA中必须得到反映,应用于生产工艺过程中的 FMEA,分析的主题:-流程图及生产工艺过程的概貌 集中关注:-操作员的作业-错误(偏差)的材料-工艺过程-设备/机器/工具/夹具-运输-储存,RPN2=SO2D2,控制,原因 1,RPNn=SOnDn,控制,原因 1,工艺 FMEA 的开发:概述,工艺步骤,目的,RPN1=SO1D1,控制,原因 1
21、,失效模式,后果,严重性,S,发 生,On,检 测,Dn,工艺FMEA的步骤,5 个步骤:建立工艺流程 分析该工艺过程 建立每一个操作的目的以及可能的失效模式 确定该工艺中的弱点 确立所应采取的行动和责任,步骤 1-建立工艺流程,考 虑:制造的规程 系统结构:-制造策略(手动/自动,等)-技术,工艺过程及设备-生产线和厂房布置-供应商,运输,物流 系统操作,控制和维修 系统环境条件 测试及质量控制将组装工艺过程变为一 张:工艺流程图,工艺流程图(举例),工位 2,安装零件,处理工艺,粘结零件,调整工艺,测试,安装组件,处理工艺,安装零件,测试,工位 1,工位 3,工位 4,工艺流程图(举例),
22、设备,光笔载具,光笔载具,按压工具,光笔载具,安装夹具,电动螺丝起子,攻螺纹器,LDGU 切割/,镶嵌机器,光笔载具,焊接设备,栅格安装调节,机,粘结机和,切割设备,安装驱动元件并,安装弹簧夹,安装并紧固柔,性组件,剪掉 LDGU 引线,并将LDGU 装入,光笔外壳内,将驱动元件和LDGU,焊到柔性组件上,将LDGU围上栅格 并加以粘结,安装支架和电线,弹簧,组装工艺过程,Failure Mode and Effect Analysis Chart,步骤 2-工艺分析,审核:该工艺/操作的目的是如何通过设计者/工程师来实现的.工作条件是什么*静态的*动态的,步骤 3-建立每一步操作的目的和可能
23、的失效模式,该工艺步骤的目的是什么?有哪些可能的偏差?(失效模式)偏差对可再现性的影响是什么?(后果)偏差的原因是什么?(原因),工艺原因-结果调查,潜在的失效模式,失效意味着发生下列一种或几种情况-不能执行/产生功能-不能满足设计意图-不能满足客户的期望-发生令人讨厌的事，例如投影机发出噪音-出现应用问题,例如错误的应用失效可能出现,但不是必然发生可用“实际的”或技术的术语,而不是以客户所认 可的症状来描述采用集体的献计献策来确保其充实完整,例 如:腐蚀的 有裂纹的 变形的 氧化的 泄漏的 断裂的 畸形的 压扁的 不粘的 污染的,Failure Mode and Effect Analysi
24、s Chart,后果(工艺FMEA),每 一 种 失效模式可能对下列某些或所有对象(产品或本工艺/随后的工艺)产生令人讨厌的副作用1.End Effects/终端产品(用户),工序末端2.Next High Level Effects/下游的工艺过程(下一道操作)3.Local Effects/局部的工艺过程,影响立即显现以上的所有三种 影响在任何的工艺FMEA中应该予以考虑,严重性(工艺-FMEA),严重性是指对所产生后果的严重程度的评估,Failure Mode and Effect Analysis Chart,失效的潜在原因,按照对某些可修正的或可控制的东西的描述,失效模式可能会怎样发
25、生采用集体的献计献策 或 故障树 分析(FTA),列出每一种可以了解 的，归因于每一种失效模式的失效原因原因应该是具体的,象“操作员失误”或“机器问题”之类是不十分 明确的原因的例子 原因可以或不可以互相不可兼容-假如根除一个原因会对失效模式产生直接的影响,那么这个原因 被称为是对应于该失效模式的不可兼容的原因-当原因之间互相不可兼容,实验设计 可以用来找出根本原因(较 小贡献者)或那些可以被容易控制的原因,故障树举例,问 题,原 因 A,原 因 B,原 因 C,A1,A2,B1,B2,出现率(P-FMEA),可被看作为失效模式发生的概率,Sample Calculation to deter
26、mine Ppk Value,Failure Mode and Effect Analysis Chart,当 前 的 控 制,当前的控制是对控制的描述，即以控制来:(a)预防失效模式的发生 或(b)如果它发生的话，检测到失效模式。工艺过程的控制的例子:-带有安全装置的夹具-SPC-检查 在主题操作或在随后的-测试 操作过程中-测量 R&R-预防性的维护保养-操作员的培训-GMP(良好的制造操作实践)-ISO 9000-SOP(标准操作规程)-湿度/压力/温度的控制-有限元分析-校准,检 测(P-FMEA),假设失效已经发生,评估在装运前控制系统对失效模式的 检测的概率,Failure Mod
27、e and Effect Analysis Chart,步骤 4-确定弱点,确定失效的严重性(=S)后果 等 级:1.10 确定失效发生的概率(=O)原因 等 级:1.10 确定对失效检测的可能性(=D)时间影响等 级:1.10,风险优先数:(RPN)=严重性 x 发生 x 检测=RPN=S x O x D 1 RPN 1000就其本身而言,绝对的RPN数没有意义.他们只用 来确定失效原因的等级,以便采取纠正行动,RPN:可 接 受 的 临 界 值,S=5(降低性能+衰退)O=5(大约 0.25%)D=5(可在装运前检测到)一般而言,RPN 125 可能是一个很适用的临界值 也即对RPN 12
28、5=需要采取纠正行动 但也有例外;,SxOxD,RPN125,NA,Yes,NA,Yes,Yes,Yes,Yes,随公司要求不同而不同,步 骤 5-产生行动并负起职责,1.亟待改进的方面:-改变设计-使用寿命试验-与供应商接洽-在生产工艺过程中建立控制点等等2.谁负责3.何时完成,纠正行动的选择,纠正行动优先权的体系,任何所推荐的纠正行动的目的是通过减低失效的 严重性，失效的发生,失效的检测 或以上全部三项来降低RPN 的等级.重点应以预防为主,也就是说减少失效的发生.如果预防没有可能，那么应采用下列的优先权体系:1.预防或排除潜在的原因2.检测,尽早在产品的使用寿命周期内进行:最佳 在设计阶
29、段 次佳 在大规模生产之前 其次 在装运之前 作为最后的手段 在现场,但在灾难性的失效之前3.减小影响,也即减低失效的严重性 通常,减低上述三项中的任何一项-O,S,D-需要对工艺和/或设计进行改变/改进,FMEA,是 不 是*结构化的*一个供展览的样品*系统化的*一个数字游戏*严密的*一个猜想游戏*综合的*一项文件编制的练习*科学的*一项自我安慰的训练*一门学科.*预防性的.*针对客户的.*一个团队的努力.*一项具交叉功能的训练.*一份生动的文件.*一个连续的工艺过程*一项单件的生产的训练,Example of PFMEA,Link between DFMEA and PFMEA,FMEA
30、的 组 织 方 面,FMEA 的组织方面,总体要点参与者准备汇报,FMEA 是一种开发的功能和义务FMEA 过程的时间不应长于半天 在一次FMEA会议开始时开发人员应给予解释 产品 FMEA 应侧重于:-可靠性(能正常发挥的功能)-可再现性 工艺 FMEA 应侧重于:-工艺流程-操作员的操作-材料的偏差-运输-储存,总体要点,FMEA:重要的成功因素,*诚实*积极*严密周到*注重细节*贯彻始终*任用合适人员*“安全至上”*基于事实的管理-将猜测和估计的成分降至最低-最大限度地使用数据和量化方法,参 与 者,参与者应该直接介入参与者的人数应该受到限制参与者应该来自几个部门:-开发-工程-生产-工
31、艺-质量-专家(假如必要的 话)-服务,D-FMEA 的 准 备,在与会议主席的密切合作下，准备工作应该由设计人员来承担 图纸及足够的模型应该是现有的 应该分发一个模型 允许偏差限度的计算和等高线图应该是现有的产品FMEA 的特殊准备:-设计应被拆成 元素-这些元素的优先环境-从现存的产品中应该可以得到下列数据:.销售前的数据.要求服务电话率的图表.产品质量下降的的数字,汇 报,以标准格式汇报的 FMEA 的结果 应建立行动清单计划如下:-在重要阶段性的会议上汇报-在项目团队中得到了解-在每一次的项目团队会议上进行讨论,FMEA Application in TPO,APQP product
32、development timeline,Product planning(APQP):FMEA and CP,Process FMEA,Design FMEA,System FMEA,Types of FMEAs,3rd version of QS9000 FMEA handbook,Severity:consider customer and manufacturingProcess controls:consider prevention and detectionS,P,D ranking,New form,Design-FMEA form,FMEA number:Document r
33、eference.Design Responsibility:Enter Program Mgr for system-FMEA or Design Eng.for component d-FMEA.Model Year(s)/Program(s):Enter LCD product name and OEM Car model and System maker product(eg.navigation system in VW Phaeton)Key Date:Due date of FMEA(eg.PPAP due date)FMEA Date:Enter date of origina
34、l FMEA and the latest revision date.BT Auto:expire date of FMEA is 6 months.,Design-FMEA form,Core Team:list the names of the responsible individuals and departmentsFunction/Requirements:Refer to product spec,customer requirements,manufacturing requirements,design rulesUse instruction language:“prov
35、ide uniform brightness”,“fit into application”Potential Failure Mode:describe the symptoms in technical termsAlways check if the potential cause can be transferred to potential failure mode(make FMEA more specific).Potential Effect(s)of Failure:effects of the failure mode on end-user(eg.Non-readable
36、,spot in display,rattle),Design-FMEA form,Severity:Seriousness of the effect of the potential failure mode for the end-userClassification:Use Normal,Significant&Critical in the d-FMEA.Definition refer to procedure:FMEA&SPC(UZW-B0/H100-13)Examples are:Normal ITO thickness,panel transmissionSignifican
37、t significant dimension in drawing,contrast,brightness,color,scratches of polarizer,visible off-segment,test spec.,customer specific requirementCritical-safety involved,eg.airbag EMC,HV CCFL Lamp,Design-FMEA form,RPN:If RPN 100,then require improvement If RPN 35,then consider improvementIf severity
38、is high(S=9),we need special attention Recommend to use Pareto to prioritize the improvement actions,Design-FMEA form,Resp&Target Completion Date:Recommend to write down the responsible nameNever use recommendation without commitment of action holder on action and implementation dateFooter:“Name”-le
39、ave it blank(which implies same as“Prepared By”person)“Check”-checked by responsible Mgr(eg.Group leader for subsystem FMEAs or Program Mgr for system FMEAs),Severity,Occurrence,Detectability,General remarks,Analyse the flowchart and define the subsequent process steps for the process FMEA.Define th
40、e function(and requirements)for each process step.Use instruction language:“load panel”,“apply pressure”Always check if the potential cause can be transferred to potential failure mode(make FMEA more specific).Make sure that the items in the control column are actually documented in the AQP or the c
41、ontrol plan.Use references if available.Never use recommendation without action holder and implementation date,D-FMEA:tips,Break-down product into components and sub-components and describe as detailed as possible the functions(what is this component supposed to do).Find out the possible failure mod
42、es by asking what can go wrong.Use experience from previous projects and customer complaints.Start with multi-discipline teams(involve customer)but continue in smaller,more focussed teams.Split up in several sessions(typ.1-2 hrs)with different focus(function,failure mode,risk assessment,control plan
43、).Take care of follow-up.Update the d-FMEA with new results and findings from prototype evaluation,production validation and customer feedback(plaint handling).,D-FMEA:example of function breakdown,Mechanics:position and fix display in dashboard cluster;close dashboard gaps and prevents dust entry;s
44、hield EMC emission;protect electronics from ESD damaging;provide a good appearance.Panel:fit in backlight assembly;provide bonding area for TCP;provide bonding area for Gate driver and Bus on glass;prevent torsion.TCP source driver:connect glass to PCB using ACF bonding;pass backlight edges;hold sou
45、rce driver IC.COG gate driver:make connection interface driver input to gate lines;connect inputs and outputs to glass using ACF bonding.Printed Circuit Board:hold components;fit in backlight assembly(provide positioning areas);provide connection to application using ZIF connector/flat cable;provide
46、 grounding to module;provide contact for second inspection(after bonding);provide contact for PCB-A tester;provide bonding area for TCP;provide pick provide hole for connector.,Panel:display video by modulating light from backlight.Color filter:define RGB color dots,color point and color saturation;
47、define common electrode(ITO);allow for transconduction between common electrode and array plate;define black border for blocking of light from BL outside display area.TFT array:define pixel matrix;address pixel electrode using TFT switches and source and gate busses;protect TFTs and busses against c
48、harging during transport and handling using guard ring and ESD protection structures;provide bonding pads for gate driver and interconnection foil;connect gate inputs to interconnection foil using bus-on-glass;prevent light leakage.Bipane:provide orientation layer for liquid crystal;couple array and
49、 color filter and define panel area using sealline;define cell-gap and cell-gap uniformity using spacers in sealline and display area;provide hole for LC filling;interconnect common electrode to contact ledge on array via transconductive paste in all corners of each panel.Panel:define outer dimensio
50、ns by scribe and break;modulate light using liquid crystal;close panel using closing material.Polariser:transmit/block light;protect polariser during assembly and handling using protection foil.Panel assy:provide interconnection to electronics using interconnection foil;protect input and output buss
