失效模式及影响分析

失效模式及影响分析FMEA报告人：恩云飞中国赛宝实验室可靠性研究分析中心CEPREI—RAC2003年9月FMEAWhat?Why?When?How?主要内容概述(概念)推动实施FMEA(Why?When?How?)FMEA(FMEA、FMECA)设计FMEA(QS9000)过程FMEA(QS9000)//FMEA的步骤顺序进行FMEA应注意的问题案例分析总结(技术回顾、难点分析)失效模式与失效分析(失效分析、分析案例)概述FMEA概念失效模式及影响分析(FailureModeEffectAnalysis,FMEA)就是在产品设计过程、生产过程中，通过对产品各组成单元潜在的各种失效模式及其对产品功能的影响进行分析，并把每个潜在失效模式按它的严酷程度予以分类，提出可以采用的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种设计、过程分析方法。实质：通过FMEA及其改进措施的实施，降低产品设计、过程的潜在失效风险。FMEA的三个核心元素失效模式－指产品失效的表现形式。失效影响－指失效模式会造成对安全性、产品功能的影响。(严酷度－某种失效模式影响的严重程度。)失效原因(失效机理)－使产品发生失效的根本原因。FMEA的历史发展50年代初美国第一次将FMEA思想用于战斗机操作系统的设计分析；60年代中期，FMEA应用于航天工业(Apollo计划)；80年代初，FMEA进入微电子工业；80年度中期，汽车工业开始应用FMEA；88年，美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统的设计及分析都必须使FMEA；91年，ISO－9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计；94年，FMEA成为QS－9000的认证要求。“潜在失效模式及后果分析（FMEA）”（2002年第三版）是美国三大汽车公司推出的汽车零组件生产和所属供应商的强制性要求。推动实施FMEA为什么要实施FMEA（Why？）实施FMEA的时机（When？）如何实施FMEA（How？）为什么要实施FMEA(Why)实施“预防措施”而非“纠正措施”增加可探测的几率确定最严酷的失效并降低其影响降低失效的发生将质量、可靠性引入产品设计和制造过程实施FMEA的时机(When)FMEA是事前行为设计FMEA(DFMEA)应在初始产品设计阶段进行过程FMEA(PFMEA)在产品制造过程(工艺)设计阶段进行过程FMEA可以在现有产品的制造过程中应用FMEA可重复进行如何实施FMEA(How)－1掌握必要的信息和资料产品结构和功能的资料产品运行和维修资料产品使用的环境产品的最低工作要求产品质量、可靠性数据掌握产品的潜在失效模式潜在失效模式失效模式发生的几率失效原因/失效机理对失效模式/机理的控制能力如何实施FMEA(How)－2掌握FMEA的基本方法与实施步骤FMEA基本概念FMEA表的基本组成严酷度、频度、探测度等级的评定方法如何实施预防措施并落实其效果失效模式及影响分析(FMEA)－1FMEA分析方法根据产品的复杂程度及功能关系划分产品层次在约定的层次进行FMEA硬件法－根据产品的功能对每个潜在失效模式及其影响进行分析评价。(产品结构、设计图纸及其他资料确定。严格的FMEA)功能法－根据产品的功能输出对其失效模式及其影响进行分析评价。(产品初期，设计尚未完成，资料不全面。简单的FMEA。自上而下的功能FMEA)失效模式及影响分析(FMEA)－2确定重要件和关键件可靠性关键件和重要件指的是其失效会严重影响系统安全性、可用性、任务成功、维修及寿命周期费用等的产品。关键件是具有关键特性的产品。关键特性是指，如有失效可能危及人身安全、导致武器系统或完成所要求使命的主要系统失效的特性。(GJB190)重要件是具有重要特性的产品。重要特性是指，该特性虽不是关键特性，但如有失效，可能导致最终产品不能完成所要求使命的特性。(GJB190)GJB190－主要考虑系统的安全、功能、任务失效模式及影响分析(FMEA)－3可靠性关键件和重要件的判别准则（1）失效会导致人员伤亡、财产严重损失，或违反法规的产品。（2）从寿命周期费用来说是昂贵的产品。虽然不会严重影响系统的安全，但是它的采购费或使用维护费用极其昂贵。那么从经济的角度看，它也是个关键件。（3）只要它发生失效就会引起系统失效的产品。虽然不一定影响安全，但严重影响任务的完成。（4）历来使用表现不理想的产品，虽然失效并不影响系统的安全，但严重地影响了系统的可用性，增加了维修费用及对备件的需求量。（5）难以采购的，或由于采用新工艺而难以制造的产品。这种产品一旦发生了失效，由于难以制造和采购，就可能因缺件而影响系统的可用性和任务完成。（6）已知需要对其进行特殊处理，储存、运输或试验、防护的产品。失效模式及影响分析(FMEA)－4传统的FMEA和FMECAFMEA表代码产品或功能标志功能故障模式故障原因任务阶段与工作方式故障影响故障检测方法补偿措施严酷度类别备注局部影响高层次影响最终影响失效模式及影响分析(FMEA)－5传统的FMEA和FMECAFMECA表代码产品或功能标志功能故障模式故障原因任务阶段与工作方式严酷度类别故障概率或故障率数据源故障率λp故障模式频数比αj故障影响概率βj工作时间t故障模式危害度Сmj产品危害度备注mjrCC失效模式及影响分析(FMEA)－6传统的FMEA和FMECAλp－失效率，参考手册或通过预计得到αj－失效模式频数比，参考失效率原始数据或试验及使用数据推出，也可以根据产品功能分析判断得到βj－失效影响概率，分析人员根据经验判断得到βj的定量估算表失效影响βj功能丧失βj＝1很可能丧失0.1βj1有可能丧失0βj0.1无影响βj＝0失效模式及影响分析(FMEA)－7传统的FMEA和FMECAt－工作时间，产品每次任务的工作小时数或工作循环次数Сmj－失效模式危害度，Сmj=λp·αj·βj·tCr－产品危害度taCCjjnjpnjmjr11失效模式及影响分析(FMEA)－8传统的FMEA和FMECA严酷度类别：I类－灾难性故障Ⅱ类－致命性故障Ⅲ类－严重故障Ⅳ类－轻度故障失效模式发生的概率(失效模式频数)：A级－经常发生，20%。B级－有时发生，10%～20%。C级－偶然发生，1%～10%。D级－很少发生，0.1%～1%。E级－极少发生，0.1%。危害性矩阵BA故障模式发生概率等级危害性增大ⅣⅢⅡⅠ严酷度类别ABCDE危害度CrFMEA类型设计FMEA（DFMEA）设计工程师/小组采用的，充分考虑并确定设计阶段的各种失效模式及相关机理。过程FMEA（PFMEA）制造、装配工程师/小组采用的，充分考虑并确定过程阶段的各种失效模式及相关机理。DFMEADFMEA面向的用户用户包括：最终用户功能维修下一级系统或产品的设计者工艺工程师装配工程师测试工程师产品分析进行DFMEA应考虑的问题设计的方向(希望达到的，不希望出现的)用户需要的用户想要的产品要求的制造装配所要求的可以利用的信息：用户合同已知产品质量可靠性要求制造要求采用DFMEA的好处对设计缺陷进行评价提高充分考虑潜在失效模式及其对系统/产品的影响的几率将失效模式根据其影响程度分级，优先采取预防措施可以缩短产品的开发时间，降低成本，提高质量、可靠性和安全性DFMEA应注意的问题DFMEA是一个动态文件，当产品的设计发生变化时需要对DFMEA进行更新在产品的设计方案确定后就必须完成DFMEADFMEA的目的是实现设计思想，并假定制造和装配过程能实现这一思想制造或装配过程的潜在失效模式/机理由PFMEA解决，而非DFMEA设计失效的原因由于忽视了一些问题或不恰当的使用导致的设计失效如：不恰当的容限不正确的应力错误的假设错误的材料选择采用了低级别的元器件缺乏设计标准设计方框图系统子系统1子系统2子系统3子系统4部件1部件2部件3对于复杂功能系统/产品应将其划分为更小的子系统，并确定各级之间的功能关系DFMEA的基本内容项目－功能潜在失效模式潜在失效影响严重度S潜在失效原因/机理频度O现行设计控制探测度DRPN建议措施责任及目标完成日期严重度S频度O探测度DRPN来自经验和数据来自推测重在描述顾客抱怨保证和维修信息以往工作历史FMEA小组经验(头脑风暴)RPN(RiskPriorityNumber)风险顺序数RPN＝S×O×DS＝Severity（1～10）O＝LikelihoodofOccurrence（1～10）D＝LikelihoodofDetection（1～10）MAX＝1000，75isOK高和低的RPN都应给予充分的注意严重度（S）影响严重度评定准则严重度无警告的严重危害这是一种非常严重的失效形式，在没有任何失效预兆的情况下影响到行车安全或不符合政府的法规10有警告的严重危害这是一种非常严重的失效形式，是在有任何失效预兆的前提下发生，影响到行车安全或不符合政府的法规9很高车辆/项目不能运行（丧失基本功能）8高车辆/项目可运行，但性能下降，顾客非常不满意7中等车辆/项目可运行，但舒适性/方便性项目不能运行，顾客不满意6低车辆/项目可运行，但舒适性/方便性项目性能下降，顾客有些不满意5很低配合和外观/尖响和咔嗒响等项目不舒服。大多数顾客（75％以上）能感觉到有缺陷4轻微配合和外观/尖响和咔嗒响等项目不舒服。50％的顾客能感觉到有缺陷3很轻微配合和外观/尖响和咔嗒响等项目不舒服。有辨别能力的顾客（25％以下）能感觉到有缺陷2无无可辨别的后果1频度（O）失效发生的可能性可能的失效率频度很高：持续性失效100个每1000辆车/项目1050个每1000辆车/项目9高：经常性失效20个每1000辆车/项目810个每1000辆车/项目7中等：偶然性失效5个每1000辆车/项目62个每1000辆车/项目51个每1000辆车/项目4低：相对很少发生的失效0.5个每1000辆车/项目30.1个每1000辆车/项目2极低：失效不太可能发生0.010个每1000辆车/项目1探测度（D）探测性准则：设计控制探测出来的可能性探测度几乎不可能控制绝对肯定不可能探测潜在的起因/机理及后续的失效模式，或根本没有控制10很微小控制可能探测不出来9微小控制有极少的机会能探测出8很小控制有很少的机会能探测出7小控制可能能探测出6中等控制有中等的机会能探测出5中上设计控制有中上多的机会能探测出4高控制有较多的机会能探测出3很高控制有很多的机会能探测出2肯定能控制几乎肯定能探测出1EffectCriteria:SeverityofEffectforDFMEARankHazardous–nowarningFailureaffectssafeproductoperationorinvolvesnoncompliancewithgovernmentregulationwithoutwarning.10Hazardous–withwarningFailureaffectssafeproductoperationorinvolvesnoncompliancewithgovernmentregulationwithwarning.9VeryHighProductisinoperablewithlossofprimaryFunction.8HighProductisoperable,butatreducedlevelofperformance.7ModerateProductisoperable,butcomfortorconvenienceitem(s)areinoperable.6DFMEA严重度判定准则DFMEA严重度判定准则EffectCriteria:SeverityofEffectforDFMEARankLowProductisoperable,butcomfortorconvenienceitem(s)operateatareducedlevelofperfo