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1、2023/7/29,潜在失效模式及后果分析,FMEA,Potential Failure Mode and Effects Analysis,2023/7/29,FMEA（failure mode effect analysis）是一门事前预防的定性分析技术，自设计阶段开始，就通过分析，预测设计、过程中潜在的失效，研究失效的原因及其后果，并采取必要的预防措施，以避免或减少这些潜在的失效，从而提高产品、过程的可靠性。FMEA分为设计FMEA(DFMEA)和过程FMEA(PFMEA),FMEA概述,2023/7/29,20世纪50年代，美国格鲁曼公司开发了FMEA，用于飞机制造业的发动机故障防范，
2、取得较好成果。美国航空及太空总署（NASA）实施阿波罗登月计划时，在合同中明确要求实施FMEA。FMEA现已被广泛运用于飞机制造、汽车制造等多个领域。,FMEA的历史及现状,FMEA概述,2023/7/29,FMEA方法是通过标准表格来进行分析的。当构成系统的基本零件或构件发生故障时，上层子系统或系统会受到影响。通过FMEA可以分析出系统的可靠性、维修性、安全性等所受的影响，并确定可能导致重大故障或损失的零件或构件。FMEA故障对重要度加以量化，从而指明了改善的优先顺序。根据FMEA分析结果，进行与品质、可靠性、维护性、安全性等有关的设计、制造或系统上的改善，使目标系统的相关品质、技术参数和可
3、靠性得到提高。FMEA还可用于故障诊断。FMEA的分析对象一般为硬件，有时也可用于软件及人为问题的分析。,FMEA的作用,FMEA概述,2023/7/29,准备FMEA的工作应由负责设计或制造的工程师负责，但准备时所需的各种输入则必须为一整体的努力而非负责工程师个人的责任。对复杂的项目，可能要组成一个特定的队伍，队伍成员由具不同专业知识的人员所组成，可能包括设计、制造、装配、服务或品管等人员，或者利用会签的方式，要求以上所提各人员提出意见及反应，以找出负责工程师所不熟悉的可能失效模式。另一实施重点是FMEA须适时的实施，FMEA应该是一个“事件发生前”的行动而非“事件产生后”的练习，要达成FM
4、EA的最佳效果，FMEA一定要在任何未知的设计或制造的故障产生之前实施，花时间将FMEA做好，则将来的设计或制造程序变更可以较容易及花费较少地执行并减轻设计后期设计变更的危害。FMEA如果能被适当的应用，则将是一个重复，周期性永不间断的改进程序。,FMEA概述,FMEA实施重点,2023/7/29,1 失效(failure)：指产品丧失规定的功能的状态，又译为故障；2 失效模式(failure mode)：产品失效的表现形式。如线路短路等；3 潜在失效模式(potential failure mode)：指可能发生，但不一定非得发生的失效模式，也即平常所说的“可能存在的隐患”；4 潜在失效后果
5、(potential effect of failure)：指潜在失效模式会给顾客(含外部顾客、内部顾客)带来的后果；5 后果分析(effect analysis)：研究潜在失效模式发生后给顾客带来的危害性有多大。危害性可用三个方面来衡量：失效模式所产生后果的严重度、失效模式起因发生的频度、失效模式起因不可探测的程度。,术语,2023/7/29,“顾客”。设计FMEA中“顾客”的定义，不仅仅是指“最终使用者”，还包括负责车辆设计或更高一级装配过程设计的工程师/小组，以及在生产过程中负责制造、装配和售后服务的工程师。,1、“系统”。系统是指具有全部功能并可达成要求的任务的产品，如汽车、轮船、飞机
6、等可以称为机械系统；电脑、卫星、移动电话等可称为电子系统。2、子系统。子系统是系统的构成部分，能达成系统的部分功能，如汽车的动力系统、电脑的显示子系统等。3、构成件。构成件是构成子系统和系统的单元，可分为功能件、组件和零件。（1）功能件。功能件由零件组成，有独立的功能，如汽车电瓶、手机电池等。（2）组件。组件是两个以上零件的组合品，如汽车轮胎上的轴承。（3）零件。零件是非破坏条件下无法再分的单品，如汽车上的一个螺丝、垫片等。,顾客、系统,术语,2023/7/29,FMEA是一种确定系统或装置等故障原因的方法，当构成系统的子系统或构成件发生故障时，FMEA可用来分析该故障对系统造成的影响，并确定
7、造成重大影响的构成件。确定分析层次对FMFA分析至关重要，图1-1表示了FMFA的分析层次：,FMEA的分析层次,2023/7/29,FMEA有两种不同的分析方式：硬件分析法及功能分析法，分析方式的选择，依现有资料及设计复杂性的不同而定。硬件分析法是将设计的每一硬件项目列出，然后就每一项目进行分析，将其所有的可能的失效模式项目找出。功能分析法是将设计的项目所能执行的各种功能分类为不同的输出列出，然后就每一输出进行分析将其所有的失效模式找出。当设计为一复杂的系统时，FMEA可使用两者综合的分析方式。FMEA为分析架构一般为由下至上。如果由蓝图，工程或设计资料中能很明确的定义出硬件，则FMEA通常
8、使用硬件分析法且多使用由下至上的架构。反之若硬件不易定义或系统复杂，则FMFA通常使用功能分析法。分析方式以及使用何种分析架构并非绝对，分析可由任一层开始。,分析方式（Analysis Approach）,FMEA的分析层次,2023/7/29,设计FMEA是在设计过程中采用的一种FMEA技术，用以保证已充分地考虑和指明设计中各种潜在的失效模式及其相关的起因/机理，并就此在设计上采取必要的预防措施。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,（1）以产品的元件或系统为分析对象，用表格的形式，从低层次开始逐步向高层次分析。（2）原则上是全面分析。然而，全而详细分析所需工作量很大，因此对已有
9、使用经验表明效果好的部分，可免于分析或者提高分析级别；反之，对新产品或研制内容较多的部分，则应详细分析。（3）DFMEA由产品设计人员主持，生产、品管、使用等技术人员参与。（4）在设计过程中，应根据获得的新资料不断改进DFMEA,DFMEA的特征,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,（1）识别需采取预防措施的设计缺陷；（2）为制定或修改关键件清单提供依据；（3）为评价产品设计的可靠性及优化设计方案提供依据；（4）为制定产品试验计划，确定产品、过程的质量控制方案提供信息；（5）为故障诊断，制定维修方案提供信息；（6）为维修性分析、安全性及危险源分析、保障源分析等提供依据。,DFMEA
10、的用途,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,DFMEA分析的对象（1）新设计的产品、部件。（2）环境有变化的沿用零件。（3）发生了变化的材料和零件。（4）有重大设计更改的部件。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,设计FMEA应在设计意图（设计意图中包含对产品功能、性能等方面的要求）最终形成之时或之前开始，并贯穿在设计工作的全过程之中。在正式的产品图样完成之时或之前，设计FMEA应全部结束。,DFMEA分析的时机,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,（1）定义产品。确定产品的要求，包括产品的功能、用途、性能、使用条件等。（2）划分功能块。系统可逐级分解直到最
11、基本的零件、构件。一般根据分析目的，可仅将系统分解到某一水平。将系统按功能分解为功能块并绘出系统功能逻辑框图，如图。,DFMEA分析的过程和方法,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,（3）列举各功能块所有失效模式、起因和潜在失效后果。失效模式应与该功能块所在级别相适应。（4）进行风险分析。按失效影响的严重程度（严重度S）、发生的频繁程度（频度O）、发现的难易程度（发现难度D）估计风险顺序数。严重度S、频度O、发现难度D均利用数字1到10来判断其程度高低。各项数字的连乘积称为风险顺序数RPN（RPN=SO D）。风险顺序数RPN越高，表示风险越大。根据各失效模式的风险顺序数，即可突出
12、那些必须改进的关键方面。（5）提出改进措施。对那些风险顺序数较高的项目，应提出改进措施并实施。对于无法消除的故障，应分配给高的可靠性指标，必要时增加报警、监测、防护等措施。（6）填写DFMEA分析表格（见案例4-1之DFMEA规范表格）。（7）DFMEA跟踪管理。对DFMEA分析中提出的改进措施进行跟踪并对其效果进行评审。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,特 别 提 醒 应注意分析的范围和分析的级别。对故障出现频率低、影响小的零部件不必进行FMEA分析。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,2023/7/29,潜在失效模式及后果分析（设计FMEA）,系统 子系统 零
13、组件：01.03车身密封(2)设计责任：车身工程师(3)车型年度/车辆类型：199/狮牌4门旅行车(5)关键日期：9,03,01(6)核心小组：T.Fender-汽车产品部、C.Childers 制造部、J.Ford 总装部(Dalton,Fraser,Henley总装工厂)(8),DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,FMEA编号：1234(1)页 码：第1页 共1页 编制者：A.Tate-6412 车身工程师(4)FMEA日期：（编制）8,03,22(修订)8,07,14(7),DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,FMEA编号（为表格中的序号，以下类推）。填入FMEA
14、文件编号，以便查询。系统、子系统或零部件的名称及编号。注明适当的分析级别并填入所分析系统、子系统或零部件的名称、编号。设计责任。填入负责设计的厂家、部门和小组。编制者。填入负责FMEA准备工作的工程师的姓名、电话。产品类别/产品型号 填入将使用和/或正被分析的设计所影响的预期产品类别及型号（如果已知的话）。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,关键日期。填写FMEA初次预定完成的日期，该日期不应超过计划的正式设计完成的日期。FMEA日期。核心小组。列出被授权确定和/或执行任务的责任部门和个人姓名（建议将所有参加人员的姓名、部门、电话、地址等都记录在一张分发表上）。项目。填入被分析项
15、目（零件/部件/子系统/系统）的名称和编号。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,典型的失效模式 裂纹、变形、松动、泄漏、粘结、短路、氧化、断裂、疲劳、腐蚀、变质、断路、硬化、泄露、剥落、褪色、抱轴、振动、过早磨损、发热等。,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,典型的失效后果（失效效应）噪声、工作不正常、不良外观、不稳定、运行中断、粗糙、不起作用、异味、工作减弱、污染、运行间断、装置失控、不安全、操作力过大，运行障碍等。,潜在失效后果。主要描述失效模式一旦发生后对系统所造成的影响。如果故障影响涉及到用户申诉、索赔、违背有关
16、标准或法规要求，应明确指出。失效后果包括局部效应（对所分析的子系统造成的影响）、最终效应（对最终产品（系统）造成的影响）。,12,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,严重度S（Severity）。严重度表征失效后果的严重性。只有通过设计更改，才能改善严重度，DFMEA分析用严重度数可按表4-1选用。,13,表4-1 设计FMEA分析用严重度数 S,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,典型的失效原因 规定的材料不正确，设计寿命估计不足，应力过大，润滑不足，维修保养说明不当，环境保护不够，计算错误，滥用或误操作等。失 效 机
17、理 屈服、疲劳、材料不稳定性、蠕变、磨损和腐蚀。,潜在失效的起因/机理。对每一失效模式，都应分析并列出造成故障的原因。有些故障原因是多层次的或者几个原因相关联的，此时应结合应用故障树分析法（FTA）找到引起故障的主要原因或直接原因。列出的原因应尽可能完整和简明，以便能采取针对性的纠正和预防措施。,15,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,表4-3 设计FMEA分析用严重度数 S,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,表3.推荐的DFMEA频度评价准则,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,现行设计控制。列出现行控制方法或注明“未控制”。控制方法有预防措施、设计确
18、认验证或其他活动。选择方法可考虑：防止失效起因机理或失效模式后果的出现，或减少它们的出现率。查出失效起因机理并就此找出纠正措施。查明失效模式,17,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,设计FMEA分析用发现难度数 D,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,风险顺序数RPN。风险顺序数是严重度S、频度O、发现难度D的乘积；RPN=SO D RPN是对设计风险的度量，用于对设计中的那些担心事项进行排序。RPN=11000。RPN越大，越应优先采取预防措施，一般RPN85125就应采取措施。一般实践中，不管RPN大小如何，当严重度
19、 S 高时（S7），就应予以特别注意。,19,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,建议措施。应简要的列出所建议的纠正措施。任何建议措施的目的都是为了减少频度、严重度及发现难度三者中的任何一个或所有数值。RPN排出次序后，应首先对级数最高和最关键的项目采取纠正措施。增加设计确认/验证工作只能减少发现难度。要降低频度只能通过修改设计来消除或控制一个或多个失效模式的起因机理来实现。只有修改设计才能使严重度减少。建议的纠正措施包括：运用实验设计（DOE）、修改试验计划、修改设计、修改材料性能要求、增加检测工作等。,20,DFMEA(设计FMEA),2023/7/29,DFMEA(设计FME
20、A),2023/7/29,PFMEA（过程FMEA）是在产品的制造和装配过程中采用的一种FMEA技术，用以保证已充分地考虑和指明制造和装配过程中各种潜在的失效模式及其相关的起因机理，并就此采取必要的预防措施。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA分析的目的（1）确定与产品相关的过程潜在失效模式；（2）评价失效对顾客的潜在影响；（3）确定潜在制造或装配过程失效的起因；（4）确定减少失效发生或找出失效条件的过程控制变量；（5）编制潜在失效模式分级表，然后建立考虑纠正措施的优先体系；（6）将控制制造或装配过程的措施编制成文件。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,P
21、FMEA分析对象（1）新的部件过程；（2）更改的部件过程；（3）应用或环境有变化的原有部件过程。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA说明（1）过程FMEA是在假定所设计的产品会满足设计要求的基础上进行的。设计缺陷造成的影响及其避免措施由设计FMEA来解决。（2）PFMEA应在制造策划阶段、生产工装准备之前、过程可行性分析阶段或之前开始。（3）应考虑从单个零件到总成的所有制造工序（过程）。（4）PFMEA是一个动态文件，随后的新变化、发现的不足都将会导致其更新。（5）PFMEA须发挥集体的努力，相关部门之间的沟通、合作是不可少的。,PFMEA(过程FMEA),2023/7
22、/29,PFMEA分析程序（1）确定产品制造、装配过程流程。绘制过程流程图或工艺过程卡确定每个工序的内容、工艺要求（5M1E），包括产品过程特性参数、工序生产应达到的质量要求。（2）确定需进行PFMEA分析的工序。对过程中的各工序进行风险评估。经过风险评估，将各工序分成低风险、中等风险、高风险工序，只对高风险工序进行PFMEA分析。（3）列举每一高风险工序的潜在失效模式、起因和潜在失效后果。不良品产生的原因是应该考虑的潜在失效模式。具体工序的潜在失效模式可能是引起下一道（下游）工序的潜在失效模式的起因，也可能是上一道（上游）工序潜在失效的后果。需注意的是，在PFMEA分析中，应假定提供的零件材
23、料是合格的。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,（4）进行风险分析。按失效影响的严重程度（严重度S）、发生的频繁程度（频度O）、发现的难易程度（发现难度D）估计风险顺序数。严重度S、频度O、发现难度D均利用数字1到10来判断其程度高低。各项数字的连乘积称为风险顺序数RPN（RPN=SO D）。风险顺序数RPN越高，表示风险越大。根据各失效模式的风险顺序数，即可突出那些必须改进的关键方面。（5）提出改进措施。对那些风险顺序数较高的项目，应提出改进措施并实施。对于无法消除的故障，应增加报警、监测、防护等措施。（6）填写PFMEA分析表格（见案例4-2之PFMEA规范表格）。（7）PF
24、MEA跟踪管理。对PFMEA分析中提出的改进措施进行跟踪并对其效果进行评审。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,潜在过程失效模式及后果分析（过程FMEA）,项目名称：左前门/H8HX-000-A(2)过程责任部门：车身工程部/装配部(3)车型年度/车辆：199/狮牌4门/旅行车(5)关键日期：9,03,01 9,08 26 工序#1(6)核心小组：A.Tade 车身工程师 J.Smith 作业控制 R.James 维修部(8),PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,FMEA编号：1450(1)页 码：第1页 共1页 编制者：J.Ford-6512 装配部门(4)FMEA
25、日期：（编制）9,05,77(修订)9,11,06(7),PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,FMEA编号（为表格中的序号，以下类推）。填入FMEA文件编号，以便查询。项目。填入所分析系统、子系统或零部件的名称、编号。过程责任。填入负责过程设计的部门（以OEM厂家而言，可能是外来厂家）和小组。编制者。填入负责FMEA工作的工程师的姓名、电话。,PFMEA标准表格的使用,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,产品类别/产品型号 填入将使用和/或正被分析的设计所影响的预期产品类别及型号（如果已知的话）。关键日期。填写初次FMEA预定完成的日期，该日期不应超过计划开始生产的日期
26、。FMEA日期。填入编制FMEA原始稿的日期及最新修订的日期。核心小组。列出被授权确定和/或执行任务的责任部门和个人姓名（建议将所有参加人员的姓名、部门、电话、地址等都记录在一张分发表上）。项目。填入被分析的过程名称和编号。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,过程工程师小组应能提出并回答下列问题：过程零件为什么不能满足规范？假设不考虑工程规范，顾客（最终使用者、后续工序或服务）会提出什么异议？在确定潜在失效模式时，建议把对相似过程的比较和顾客（最终用户和后续工序）对类似零件的索赔情况的研究作为出发点。此外，对设计目的的了解也很必要。
27、典型的失效模式可能是但不局限于下列情况：弯曲、粘合、毛刺、转运损坏、断裂、变形、脏污、安装调试不当、接地、开路、短路、工具磨损等。,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,潜在失效后果。主要描述失效模式一旦发生后对系统所造成的影响。顾客可以是下一道工序、后序工序、代理商和客户。对最终使用者来说，失效的后果应用产品或系统的性能缺陷来描述。如：噪音、工作不正常、不起作用、不稳定、外观不良、粗糙、费力、异味、工作减弱、间歇性工作等。对下一道工序或后序工序来说，失效的后果应用过程/工序性能缺陷来描述。如：无法固定、无法钻孔、无法安装、无法加工表面、危害操作者、不配合、不连接、不匹配、损坏设备等
28、。,12,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,严重度S（Severity）。严重度是评价潜在失效模式对顾客的影响后果的严重程度的指标。严重度仅适用于失效的后果。过程FMEA分析用严重度数可按表4-5选用。,13,表4-5 过程FMEA分析用严重度数 S,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,级别 本栏目是用来对需要附加特殊过程控制的零部件、子系统或系统的一些特殊过程特性进行分级的（如关键、主要、重要、重点等）。如特殊过程、关键过程。可用适当的字母（如：A关键过程；B重要过程；C
29、次要过程，次要过程一般不作标志）或符号表示“级别”。如果在过程FMEA中确定了某一级别，则应通知负责设计的工程师，因为它可能会影响有关确定控制项目标识的设计、工艺文件。,14,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,关键工序与特殊工序（1）关键工序（过程）的设置原则。对最终产品的性能、可靠性等方面直接影响的工序；产品质量特性形成的工序；工艺难度大，质量较易波动或问题发生较多的工序。（2）特殊工序（过程）的设置原则。工序结果不能通过其后的检验和试验加以验证；工序结果的缺陷仅在后续的过程乃至在产品使用后才显 露出来；工序结果需实施破坏性测试或昂贵的测试才能获得证实。,PFMEA(过程FME
30、A),2023/7/29,潜在失效起因/机理。潜在失效起因是指失效是怎么发生的，应依据可以纠正或控制的原则来描述潜在失效起因。典型的失效起因包括但不限于：扭矩不正确过大、过小；焊接不正确电流、时间、压力不正确；测量不精确；热处理不正确时间、温度有误；浇口/通风不正确；零件漏装或错装。列表时应明确记录具体的错误或误操作情况（例如操作者未装密封垫），而不应用一些含糊不清的词语（如操作者错误、机器工作不正常）。,15,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,频度O发生概率。频度用来表征失效起因/机理发生的可能性（频率）。频度的分级重在其含义而不是具体数值。过程FMEA用频度数见表。,16,表
31、4-6 过程FMEA用频度数 O,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,现行过程控制。现行的过程控制是对尽可能阻止失效模式的发生，或者探测将发生的失效模式的控制的描述。这些控制方法可以是像防错夹具之类的过程控制方法，或者统计过程控制（SPC），也可以是过程评价。评价可在目标工序进行，也可在后续工序进行。选择过程控制方法时应考虑：a）阻止失效起因机理或失效模式后果的发生，或减小其出现率；b）查明起因机理并找到纠正措施；c）查明失效模式。如有可能，应优先运用第a）种控制方法；其次，使用第b）种方法；最后是第c）种控制方法。,17,PFMEA
32、(过程FMEA),2023/7/29,发现难度D。Detection，又译为探测度。发现难度表征对失效模式以及失效的潜在原因的可知程度。在确定发现难度时，一定要考虑“现行过程控制方法”发现失效模式的能力或阻止它们在过程中进一步蔓延的能力。过程FMEA分析用发现度数见表4-7。,18,表4-5 过程FMEA分析用严重度数 S,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,风险顺序数RPN。风险顺序数是严重度S、频度O、发现难度D的乘积：RPN=SO D RPN是过程风险的度量，用于对过程中那些让人担心的事项进行排序。RPN=11000。RPN越大，越应优先采取纠正和预防措施，一般RPN85125就应采取措施。一般实践中，不管RPN大小如何，当严重度S高时（S7），就应予以特别注意。,19,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,建立措施。应简要的列出所建议的纠正措施。任何建议措施的目的都是为减少频度、严重度及发现难度三者中的任何一个或所有数值。RPN 排出次序后，应首先对级数量高和最关键的项目采取纠正措施。,20,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,PFMEA(过程FMEA),2023/7/29,谢谢！,
