潜在的失效模式及后果分析FMEA

1潜在的失效模式及后果分析（FMEA）第1章概论1.1什么是FMEA?潜在的失效模式及后果分析（英文：PotentialFailureModeandEffectsAnalysis.简称FMEA）。是在产品／过程／服务等的策划设计阶段，对构成产品的各子系统，零部件，对构成过程，服务的各个程序逐一进行分析，找出潜在的失效模式，分析其可能的后果，评估其风险，从而预先采取措施，减少失效模式的严重程度，降低其可能发生的概率，以有效地提高质量与可靠性，确保顾客满意的系统化活动。FMEA是一种系统化的工作技术和模式化的思考形式。FMEA就是及早地指出根据经验判断出的弱点和可能产生的缺陷，及其造成的后果和风险，并在决策过程中采取措施加以消除。FMEA是一个使问题系统地得到合理化解决的工具，实际上也是目前全世界行之有效的预防手段，实施FMEA就是根据经验和抽象思维来确定缺陷，在研究过程中系统地剔除这些缺陷的工作方法，它可划分为三个方面：SFMEA－系统FMEADFMEA－设计FMEAPFMEA－过程FMEA21.2FMEA的历史世界上首次采用FMEA这种概念与方法的是在20世纪60年代中期美国的航天工业。进入70年代，美国的海军和国防部相继应用推广这项技术，并制订了有关的标准。70年代后期，FMEA被美国汽车工业界所引用，作为设计评审的一种工具。1993年2月美国三大公司联合编写了FMEA手册，并正式出版作为QS9000质量体系要求文件的参考手册之一，该手册于1995年2月出版了第2版。1994年，美国汽车工程师学会SAE发布了SAEJ1739－潜在失效模式及后果分析标准。FMEA还被广泛应用于其他行业，如粮食、卫生、运输、燃气等部门。1.3为什么要进行FMEA?3工程中大量的事实证明，由于策划设计阶段疏忽，分析不足，措施不够，以至造成产品／过程／服务等投入运行时严重程度不同的失效，给顾客带来损失，甚至产生诸如“挑战者”号航天飞机爆炸的惨痛事故。因此，事先花必要的时间对产品／过程进行充分的潜在失效模式与后果分析，能够大大减少事后产生失效而带来的风险与损失。FMEA有助于对设计中问题的早期发现，从而避免和减少晚期修改带来的损失，使开发的成本下降。产品设计的FMEA还有助于可制造性和装配性的早期考虑，利于实施同步工程技术。FMEA有助于采用更有利的设计控制方法，为制订试验计划，质量控制计划提供正确的、恰当的根据。由多方面人员组成的小组所进行的FMEA能够发挥集体的经验与智慧，使设计表现出组织的最佳水平，提供了一个公开讨论的机会。FMEA是一个组织的经验积累，为以后的设计开发项目提供了宝贵的参考。FMEA还是识别特殊特性的重要工具。FMEA的结果也是用来制订质量控制计划。FMEA给出的失效模式的风险评估顺序，提供改进设计的优先控制系统，从而引导资源去解决需要优先解决的问题。FMEA的文件化，使它成为重要设计文件之一，并成为设计评审的重要内容。因此，FMEA已成为现代质量策划的重要工具，而被广泛应用。1.4由谁来做FMEA?4FMEA既然是设计工作的一部分，自然应该由负责设计的工程师或工程师小组负责。但要完成好FMEA工作，非常关键的是要发挥集体的智慧。因此，FMEA的成功必须依靠小组的共同努力。必须组成一个包括设计、制造、装配、售后服务、质量及可靠性等方面的专家小组。与设计有关的上游（如下一个相关系统的设计师）的部门也将被吸收参加小组的工作。1.5什么时候做FMEA?FMEA旨在及早识别出潜在的失效，因此愈早开始愈好。一般来说，在一个设计概念形成，设计方案初步确定时应该开始FMEA初稿的编制。随着设计活动的展开，在设计的各个重要阶段，对FMEA的初稿进行评审，不断进行修改。FMEA作为设计活动的一部分，应该在设计任务完成（如设计图样完成，过程设计文件完成）之时完成FMEA工作。FMEA是一个动态文件，在整个产品寿命周期内，根据反馈信息，在进行设计修改时对FMEA进行重新评审和修改。要注意，任何为改进系统某一问题而进行的设计修改活动，都要谨慎地评审它对系统，对相关的部分的影响。因此对相关的FMEA（DFMEA，PFMEA等）都要进行重新评审，并做必要的修改。1.6失效链5一个潜在的失效事件的发生，如果没有采取或来不及采取或事实上不可能采取措施，而使之引起下游系统或相关系统产生链琐失效事件，我们称之为“失效链”。根源模式环境条件伴生模式中间模式最终模式最终模式可以看出：不平道路引起的振动与车体扭转水箱支架断裂水箱后倾水箱与风扇碰撞水箱冷却水管被风扇括伤水箱中冷却液泄漏冷却系过热汽车停驶产生异响发动机气缸损坏6①水箱支架强度不足而造成的支架断裂是这个失效链的根源。②道路不平引起的车体振动与扭转是引起支架断裂的环境条件，但不能视为失效的内在原因。因为汽车在不平道路上行驶是正常的输入条件。③失效链中，上一个失效模式是下一个失效模式的起因，下一个失效模式是上一个失效模式的后果。④在没有任何措施情况下，失效将发展到最终的模式。最有效的措施是不让支架断裂这一根源模式发生。在失效链中任何环节采取“切断”措施，如在水箱与发动机（假设风扇安装在发动机上）之间增加撑杆，保证风扇不与水箱碰撞，可以防止失效链的发展。但这种措施是否合理要认真评审。⑤失效链的发展常常会有分支，有时分支的链也会产生更加严重的后果失效模式。以上这些概念对进行FMEA活动时，将十分有帮助。1.7顾客的广义概念在FMEA中，多处要涉及“顾客”的概念。广义的“顾客”。包括：7最终顾客：产品／服务的使用者。直接顾客：下一道工序或用户。中间顾客：下游工序或用户。其他凡是产品／服务受益或受损害者均在广义顾客概念之中。1.8DFMEA与PFMEA的联系DFMEA与PFMEA既有明确的分工，又有紧密的联系，有以下几点需要注意：①产品设计部门的下一道工序是过程设计，产品设计应充分考虑可制造与可装配性问题，由于产品设计中没有适当考虑制造中技术与操作者体力的限制，可能造成过程失效模式的发生。②产品设计FMEA不能依靠过程检测作为控制措施。③PFMEA应将DFMEA作为重要的输入。对DFMEA中标明的特殊特性也必须在PFMEA中作为重点分析的内容。第2章产品设计FMEA（DFMEA）2.1DFMEA的准备工作①建立小组。8②必需的资料，例如：经由质量功能展开（QFD）而得到的设计要求；产品可靠性和质量目标；产品的使用环境；以往类似产品的失效分析（FMA）资料；以往类似产品的DFMEA资料；初始工程标准；初始特殊特性明细表。2341455零件连接方法A.灯罩1.不连接(滑动配合)B.电池(2节电池)2.铆接开关开／关C灯罩A弹簧F-极板E+电池B灯泡总成D9C.开/关开关3.螺纹连接D.灯泡总成4.卡扣装接E.电极5.压紧装接F.弹簧③所要分析的系统、子系统或零部件的逻辑框图。它标明信息、能量、力、流体等的流程。明确该系统的输入、过程及输出。表示系统内零部件的联接和关系。附录1是QS9000中推荐的DFMEA表格。本教材以该表格为基础，详细介绍DFMEA的具体应用。在进行DFMEA之前，填写好该表格表头的各项内容，它们是：FMEA编号系统、子系统或零部件的名称及编号设计责任部门，包括供方名称编制者（姓名、部门、电话等）年型／车型（该系统／零部件应用的年型／车型）关键日期（预定FMEA完成的日期，不应超过设计图样完成日期）FMEA日期（初稿日期与最新修订日期）小组成员（组长、成员的姓名、单位、电话等）2.2系统／子系统／零部件的功能传统的产品可靠性的定义指出：可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。不能完成规定的10功能就称失效。因此FMEA，必须从搞清功能开始。所谓功能，通俗地说，就是：设计这个系统／子系统／零部件做什么？也就是根据顾客需要，经过QFD明确的设计要求。或者说为满足设计意图，该“产品”的具体的要求是什么？一个零部件（或子系统，或系统）的功能往往是多项的。这种情况下，必须把所有的功能全部列出，不能遗漏。例如一个变速箱功能应包括：汽车起步时输出的扭矩，汽车行驶过程中，通过合理的速比满足整个行驶速度范围内的扭矩输出，倒车时，改变传动方向，发动机制动状态下，传递相反方向的扭矩，提供方便舒适的变速操作，空档，卡车变速箱有的还要有功率输出功能。给出完成这些功能的重要的环境条件，如大气温度、湿度、大气压、道路、灰尘和腐蚀介质等。如变速箱的润滑系统的正常工作与环境温度有重要关系。给出设计要求的寿命。以上这些要求都应尽可能给出可度量的（即定量的）的要求。如各档速比，传递的扭矩、功率、工作温度，等等。除满足最终顾客的要求而确定的功能外，还要考虑满足直11接顾客和中间顾客的要求。其中可制造性和装配性的要求尤为重要。一个产品在产生满足顾客期望的功能的同时，有时还会产生顾客非期望的功能。这些非期望功能常常与安全及政府法规的符合性相关。诸如噪声、振动、电磁干扰、环境污染、能源消耗、材料回收再循环等。如变速箱的噪声、润滑油泄漏的要求也应明确列入功能要求中。许多产品对维修性、服务和后勤保障性还有重要的要求，也应列入功能项目之中。2.3潜在失效模式所谓失效，就是丧失功能。而失效模式，就是失效表现的形式。这里，我们说的是“潜在的”，意思是，这些失效可能发生，但不一12定发生。广义的说，失效模式有两大类型。①I型失效模式，指的是不能完成规定的功能。这类失效的典型模式，可举例如下：突发型：断裂、开裂、碎裂、弯曲、塑性变型、失稳、短路、断路、击穿、泄漏、松脱，等等。渐变型：磨损、腐蚀、龟裂、老化、变色、热衰退、蠕变、低温脆变、性能下降、渗漏、失去光泽、褪色，等等。②II型失效模式，指的是产生了有害的非期望功能。典型的这类失效模式有：噪声、振动、电磁干扰、有害排放、等等。当出现这类失效时，要返回功能描述部分，看是否已有限制要求，如果没有，是否应加以补充。在描述失效模式时，要注意使用普遍使用的术语，避免使用地方性、行业性哩语。2.4潜在失效后果潜在的失效后果，是指失效模式可能带来的对完成规定功能的影响，以致带来顾客的不满意，和不符安全和政府的法规。13失效后果的分析，要运用失效链分析方法，搞清楚直接后果、中间后果和最终后果。失效后果可以从以下几方面考虑：①对完成规定功能的影响；②对上一级系统完成功能的影响；③对系统内其他零件的影响；④对顾客满意的影响；⑤对安全和政府法规符合性的影响；⑥对整车系统的影响。举例来说，发动机进气阀阀座烧蚀这一失效模式，其直接后果是造成气阀密封不严；其中间后果是造成压缩压力下降，燃烧状况恶化；最终后果是发动机功率下降，燃油消耗增加，排气有害物增加，引起顾客不满，甚至不符合政府法规。2.5后果严重性评估―――严重度（S）为了对失效模式的后果之严重程度进行评估，把对后果的定性描述作成某种数量化的评价，以便于工程中的交流，从而产生了对严14重程度进行打分的办法。习惯的打分办法是，分数愈高，后果愈严重。曾经采用过的有3分制，5分制，10分制等。QS9000手册采用的是10分制。后果评定准则：后果的严重度严重度无警告的严重危害这是一种非常严重的失效形式，它是在没有任何失效预兆的情况下影响到行车安全或违反了政府的有关法规。10有警告的严重危害这是一种非常严重的失效形式，是在具有失效预兆的前提下所发生的，并影响到行车安全或违反了政府的有关法规。9很高车辆（或系统）不能运行，丧失基本功能。8高车辆（或系统）能运行，但性能下降，顾客不满意。7中等车辆（或系统）能运行，但舒适性或方便性项目性能下降，顾客感觉有些不舒服。5低车辆（或系统）能运行，但舒适性或方便性部件不能工作，顾客感觉不舒服。5很低配合、外观或尖响、卡嗒响等项目不符合要求，大多数顾客发现有缺陷。3轻微配合、外观或尖响、卡嗒响等项目不符合要求，有一半顾客发现有缺陷。3很轻微配合、外观或尖响、卡嗒响等项目不符合要求，但很少有顾客发现有缺陷。2无无影响。12.6失效模式重要程度等在QS9000中，突出了对产品／过程特殊特性的注意。所谓特殊特性