FMEA 手册-第三版.docx

FMEA
潛在失效模式及后果分析

Potential Failure Mode
and Effects Analysis

2001.07-第三版

中國汽車技術研究中心譯

2002年元月第三版第一次印刷

目 錄

概要----------------------------------------------------------------------------------------------------頁碼
概述-----------------------------------------------------------------------------------------------------１
什麼是ＦＭＥＡ--------------------------------------------------------------------------------------１
手冊格式-----------------------------------------------------------------------------------------------１
ＦＭＥＡ的實施--------------------------------------------------------------------------------------２
跟蹤-----------------------------------------------------------------------------------------------------４
設計ＦＭＥＡ-----------------------------------------------------------------------------------------７
簡介------------------------------------------------------------------------------------------------------9
顧客的定義---------------------------------------------------------------------------------------------9
小組的努力---------------------------------------------------------------------------------------------9
設計FMEA的開發-----------------------------------------------------------------------------------10
1) FMEA編號----------------------------------------------------------------------------------------13
2) 系統、子系統或零件部件的名稱及編號-----------------------------------------------------13
3) 設計責任-------------------------------------------------------------------------------------------13
4) 編制者----------------------------------------------------------------------------------------------13
5) 車型年/項目---------------------------------------------------------------------------------------13
6) 關鍵日期-------------------------------------------------------------------------------------------13
7) FMEA日期----------------------------------------------------------------------------------------13
8) 核心小組-------------------------------------------------------------------------------------------15
9) 項目/功能------------------------------------------------------------------------------------------15
10) 潛在失效模式-------------------------------------------------------------------------------------15
11) 潛在失效的後果----------------------------------------------------------------------------------17
12) 嚴重度(S) ------------------------------------------------------------------------------------------17
推薦的DFMEA嚴重度評價準則-----------------------------------------------------------------19
13) 級別-------------------------------------------------------------------------------------------------19
14) 失效的潛在起因/機理----------------------------------------------------------------------------19
15) 頻度(O) ---------------------------------------------------------------------------------------------21
推薦DFMEA頻度評價準則-----------------------------------------------------------------------23
16) 現行設計控制--------------------------------------------------------------------------------------23
17) 控測度(D) ------------------------------------------------------------------------------------------25
推薦的DFMEA控測度評價準則--------------------------------------------------------------27
18) 風險順序數(RPN) --------------------------------------------------------------------------------27
19) 建議的措施-----------------------------------------------------------------------------------------29
20) 建議的措施和責任--------------------------------------------------------------------------------29
21) 採取的措施-----------------------------------------------------------------------------------------31
22) 措施的結果-----------------------------------------------------------------------------------------31
跟蹤措施------------------------------------------------------------------------------------------------31
過程FMEA---------------------------------------------------------------------------------------------33
簡介------------------------------------------------------------------------------------------------------35
顧客的定義---------------------------------------------------------------------------------------------35
小組的努力---------------------------------------------------------------------------------------------35
過程FMEA的開發------------------------------------------------------------------------------------37
1) FMEA編號------------------------------------------------------------------------------------------37
2) 項目---------------------------------------------------------------------------------------------------37
3) 責任---------------------------------------------------------------------------------------------------39
4) 編制者------------------------------------------------------------------------------------------------39
5) 車型年/項目-----------------------------------------------------------------------------------------39
6) 關鍵日期---------------------------------------------------------------------------------------------39
7) FMEA日期-------------------------------------------------------------------------------------------39
8) 核心小組----------------------------------------------------------------------------------------------39
9) 項目/功能---------------------------------------------------------------------------------------------39
10) 潛在失效模式----------------------------------------------------------------------------------------39
11) 潛在失效的後果-------------------------------------------------------------------------------------41
12) 嚴重度(S) ---------------------------------------------------------------------------------------------41
推薦的DFMEA嚴重度評價準則--------------------------------------------------------------------43
13) 級別-----------------------------------------------------------------------------------------------------45
14) 失效的潛在起因/機理-------------------------------------------------------------------------------45
15) (O) ----------------------------------------------------------------------------------------------------47
推薦DFMEA頻度評價準則--------------------------------------------------------------------------47
16) 現行設計控制-----------------------------------------------------------------------------------------49
17) 控測度(D) ---------------------------------------------------------------------------------------------51
推薦的DFMEA控測度評價準則-----------------------------------------------------------------53
18) 風險順序數(RPN) -----------------------------------------------------------------------------------53
19) 建議的措施--------------------------------------------------------------------------------------------55
20) 建議的措施和責任-----------------------------------------------------------------------------------57
21) 採取的措施--------------------------------------------------------------------------------------------57
22) 措施的結果--------------------------------------------------------------------------------------------57
23) 跟蹤措施-----------------------------------------------------------------------------------------------57
附錄
A設計FMEA質量目標車型年/項目------------------------------------------------------------------13
B過程FMEA質量目標----------------------------------------------------------------------------------60
C設計FMEA的框圖示例-------------------------------------------------------------------------------61
D設計FMEA的標準表格(控制欄分1欄和2欄----------------------------------------------------62
E設計FMEA示例-----------------------------------------------------------------------------------------64
F系統FMEA------------------------------------------------------------------------------------------------65
G過程FMEA的標準表格(控制欄分1欄和2欄) ---------------------------------------------------68
H過程FMEA的標準表格(控制欄分1欄和2欄) ---------------------------------------------------70
I帶有PPK值的頻度評價準則---------------------------------------------------------------------------71

概要

一. 概要
本手冊介紹了潛在失效模式及後果分析(FMEA)這一專題,給出了應用FMEA技術的通用指南.
二. 什麼FMEA
FMEA可以描述為一組系統化的活動,其目的是:a)認可并評價產品/過程中的潛在失效以及該失效的後果;b)確定能夠消除或減少潛在失效發生機會的措施;c)將全部過程形成文件.FMEA是對確定設計或過程必須做哪些事情才能夠使顧客滿意這一過程的補充.
三. 手冊格式
本參考文件介紹了兩種類型的FMEA:設計FMEA和過程FMEA.
採用QS-9000或其等效文件的公司的供方應使用本手冊.FMEA小組可以使用手冊中給出的指南,但要以對於給定情況最有效的方式使用.
四. FMEA的實施
由於一般的工業傾向是要盡可能持續地改進產品和過程的質量,所以將FMEA作為專門的技術應用以識別并幫助最大程度地減少潛在的隱患一直是非常重要的,對車輛召回的研究結果表明,FMEA項目的全面實施可能會防止很多召回事件的發生.
成功實施FMEA項目的最重要因素之一是時間性.其含義是指”事件發生前”的措施,而不是”事實出現后”的演練.為實現最大價值,FMEA必須在產品或過程失效模式被納入到產品或過程之前進行.事先花時間很好地完FMEA分析,能夠最容易、低成本地對產品或過程進行更改,從而最大程度地降低后期更改的危機.FMEA能夠減少或消除實施可能會帶來更大隱患的預防/糾正性更改的機會.應在所有FMEA小組間提倡交流和協作.

圖1描述了進行FMEA的順序.這並不是簡單地填寫一下表格,而是理解FMEA的過程,以便消除風險并策劃適宜的控制方法以確保顧客滿意.
在進行FMEA時有三種基本情形,每一種都有其不同的範圍或關注重點:
情形1:新設計、技術或新過程.FMEA的範圍是全部設計、技術或過程.
情形2:對現有設計或過程的修改(假設對現有設計或過程已有FMEA).FMEA的範圍應集中於對設計或過程的修改、由於修改可能產生的相互影響以及現場的歷史情況.
情形3:將現有的設計或過程用於新的環境、場所或應用(假設對現有設計或過程已有FMEA).FMEA的範圍是新環境或場所對現有設計或過程的影響.]

雖然FMEA的編制責任通常都指派到某個人,但是FMEA的輸入應是小組努力.小組應由知識豐富的人員組成(如設計、分析/試驗、製造、裝配、服務、回收、質量及可靠性等方面有豐富經驗的工程師).FMEA由責任單位的工程師開始啟動,責任單位可能是原設備製造廠(OEM,即生產最終產品)、供方或分承包方.即使產品/過程看起來完全相同,將一個小組FMEA的評分結果與另一個小組FMEA的評分結果進行比較也是不適宜的,因為每個小組的環境是不同的,因而各自的評分必然是不同的(也就是說,評分是帶有主觀性的).
建議根據FMEA的質量目標(見附錄A和附錄B)對FMEA文件進行評審,包括管理評審.
跟蹤
採取有效的預防/糾正措施對這些措施加以適當的跟蹤,對這方面的要求怎樣強調也不算過分.措施應傳遞到所有受影響的部門.一個經過徹底思考、周密開發的FMEA,如果沒有積極有效的預防/糾正措施,其價值將是非常有限的.
責任工程師負責確保所有的建議措施都得到實施或充分的強調.FMEA是動態文件,應始終反映最新水平以及最近的相關措施,包括開始生產以后發生的.
責任工程師有幾種方法來確保建議的措施得到實施,包括但不限於以下幾種:
a. 對設計、過程及圖樣進行評審,以確保建議的措施得到實施.
b. 確認更改已納入到設計/裝配/製造文件中.
c. 以設計/過程FMEA、FMEA的特殊應用以及控制計劃進行評審.

設計中潛在失效模式和後果分析
(設計FMEA)
簡介
設計FMEA是由負責設計的工程師/小組主要採用的一種分析技術,用以最大限度地保證各種潛在的失效模式及其相關的起因/機理已得到充分的考慮和說明.對最終的項目以及與之相關的每個系統、子系統和部件都應進行評估.FMEA以最嚴密的方式總結了設計一個部件,子系統或系統時小組的設計思想(其中包括根據以往的的經驗可能會出錯的一些項目的分析).這種系統化的方法體現了一個工程師在任何設計過程中下沉經歷的思維過程,並使之規範化和文件化.設計FMEA為設計過程提供支持,它以如下的方式降低失效(包括產生不期望的結果)的風險:
‧ 為客觀的評價設計,包括功能要求及設計方案,提供幫助;
‧ 評價為生、裝配、服務和回收要求所做的初步設計;
‧ 提高潛在失效模式及其對系統和車輛運行影響已在設計和開發過程中得到考慮的可能性.
‧ 為完整和有效的設計、開發和確認項目的策劃提供更多的信息;
‧ 根據潛在的失效模式後果對”顧客”的影響,開發潛在失效模式的排序清單,從而為設計改進、開發和確認試驗/分析建立一套優先控制系統;
‧ 為推薦和跟蹤降低風險的措施提供一個公開的討論形式;
‧ 為將來分析研究現場情況,評價設計的更改及開發更先進的設計提供參考(如獲得的教訓).
‧
顧客的定義
設計FMEA中”顧客”的定義,不僅僅是”最終使用者”,而且也包括負責整車或更高一層總成設計的工程師/設計組以及負責生產、裝配和服務活動的生產/工藝工程師.
小組的努力
在最初的設計FMEA過程中,希望負責設計的工程師能夠直接地、主動地聯繫所有關部門的代表.這些專長和責任領域應包括(但不限於)裝配、製造、設計、分析/試驗、可靠性、材料、質量、服務和供方以及負責更高或更低一層次的總成或系統、子系統或部件的設計領域.FMEA應成為促進各相關部門之間相互交換意見的一種催化劑,從而推進小組協作的工作方式.
除非負責的工程師有FMEA和團隊工作推進經驗,否則,有一位有經驗的FMEA推進員來協助小組的工作是非常有益的.
設計FMEA是一份動態的文件,應:
‧ 在一個設計概念最終形成之時或之前開始;
‧ 在產品開發的各個階段,發生更改或獲得更多的信息時,持續予以更新
‧ 在產品加工圖樣完工之前全部完成
考慮到製造/裝配需求已經包容在內,設計FMEA針對設計意圖並且假定該設計將按此意圖進行生產/裝配.製造或裝配過程中可能發生的潛在失效模式和/或其原因/機理不需、但也可能包括在設計FMEA當中.當這些未包含在設計FMEA當中時,它們的識別、後果及控制應包括在過程FMEA當中.
設計FMEA不依靠過程控制來克服潛在的設計缺陷,但是它的確要考慮製造/裝配過程的技術/身體的限制,例如:
‧ 必要的拔模(斜度)
‧ 表面處理的限制
‧ 裝配空間/工具的可接近性
‧ 鋼材淬硬性的限制
‧ 公差/過程能力/性能
設計FMEA還應考慮產品維護(服務)及回收的技術/身體的限制,例如:
‧ 工具的可靠性
‧ 診斷能力
‧ 材料分類符號(用於回收)
‧
設計FMEA的開發

負責設計的工程師掌握一些有益於設計FMEA準備工作的文件是有幫助的.設計FMEA從列出的設計期望做什麼和不期望做什麼的清單,即設計意圖開始.顧客的希望和需求__可通過質量功能展開(QFD)、車輛要求文件、已知的產品要求和/或製造/裝配/服務/回收要求等確定,應包括在內.期望特性定義的越明確越容易識別潛在的失效模式,以便採取預防/糾正措施.
設計FMEA應從應所要分析的系統、子系統或零部件的框圖開始.
附錄C給出了框圖的一個示例.框圖還可以批示信息、能源、力、流體等的流程.其目的是要明確向方框交付的內容(輸入),方框中完成的過程(功能)以及由方框所交付的內容(輸出).
框圖說明了分析中的各項目之間的主要關係,並建立了分析的邏輯順序.在FMEA準備工作中所有的框圖的復制件應伴隨FMEA過程.
為了便於潛在的失效模式及影響後果分析的文件化,附錄D給出了設計FMEA的空白表.

設計FMEA順序

1) FMEA編號
填入FMEA文件編號,以便查詢.
注:1-22項的舉例見表一
2) 系統、子系統或零件的名稱及編號
注明適當的分析級別并填入被分析的系統、子系統或部件的名稱及編號.FMEA小組必須為他們特定的活動確定系統、子系統或部件的組成.劃分系統、子系統和部件的實際界限是任意的並且必須由FMEA小組來確定.下面給出了一些說明,具體示例見附錄F.
系統FMEA的範圍
一個系統可以看作是由各個子系統組成的.這些子系統往往是由不同的小組設計的.一些典型的系統FMEA可能包括下列系統:底盤系統、傳動系統、內飾系統等.因此,系統FMEA的焦點是要確保組成系統的各子系統間的所有接口和交互作用以及該系統與車輛其他系統和顧客的接口都要覆蓋.
子系統FMEA的範圍
一個子系統FMEA通常是一個大系統的一個組成部份.例如,前懸持系統是底盤系統的一個組成部份.因此,子系統FMEA的焦點就是確保組成子系統的各個部件間的所有的接口和交互作用都要覆蓋.
部件FMEA的範圍
部件FMEA通常是一個以子系統的組成部份為焦點的FMEA,例如,螺杆是前懸挂(底盤系統的一個子系統)的一個部件.
3) 設計責任
填入整車廠、部門和小組.如適用,還包括供方的名稱.
4) 編制者
填入負責編制FMEA的工程師的姓名、電話和所在公司的名稱.
5) 車型年/項目
填入所分析的設計將要應用和/或影響的車型/項目(如已知的話)
6) 關鍵日期
填入初次FMEA應完成的時間,該日期不應超過計劃的生產設計發佈日期.
7) FMEA日期
填入編制FMEA原始稿的日期及最新修訂的日期.
8) 核心小組
列出有權確定和/或執行任務的責任部門的名稱和個人的姓名(建議所有參加人員的姓名、部門、電話、地址等都應記錄在一張分發表上.)
9) 項目/功能
填入被分析項目的名稱和其他相關信息(如編號、零件級別等).利用工程圖紙上標明的名稱并指明設計水平.在初次發佈(如在概念階段)前,應使用試驗性編號.用盡可能簡明的文字來說明被分析項目滿足設計意圖的功能,包括該系統運行環境(規定溫度、壓力、溫度範圍、設計壽命)相關的信息(度量/測量變量).如果該項目有多種功能,且有不同的失效模式,應把所有的功能單獨列出.
10) 潛在失效模式
所謂潛在失效模式是指部件、子系統或系統有可能會未達到或不能實現項目/功能欄中所描述的預期功能的情況(如預期功能失效).這種潛在的失效模式可能會更高一級的子系統或系統的潛在失效模式的起因或者是更低一級的部件的潛在失效模式的影響後果.
對於特定的項目及其功能,列出每一個潛在的失效模式.前提是這種失效可能發生,但不一定發生.推薦將對以往TGW(運行出錯)研究、疑慮、報告和小組頭腦風暴結果的回顧作為起點.
只可能出現在特定的運行條件下(如熱、冷、乾燥、粉塵,等)和特定的使用條件下(如超過平均里程、不平和路面、僅在城市內行駛等)的潛在失效模式應予以考慮.
典型的失效模式可包括,但不限於:
裂紋 變形
松動 泄漏
粘結 氧化
斷裂 不傳輸扭矩
打滑(不能承受全部扭矩) 無支撐(結構的)
支撐不足(結構的) 剛性嚙合
脫離太快 信號不足
信號間斷 無信號
EMC/RFI 漂移
注:潛在失效模式應該以規範化或技術術語來描述,不必與顧客察覺的現象相同.
11) 潛在失效的后果
潛在失效的後果定義為顧客感受到的失效模式對功能的影響.
要根據顧客可能發現或經歷的情況來描述失效的後果,要記住顧客既可能是內部的顧客也可能是最終用戶.如果失效模式可能影響安全性或對法規的符合性,要清楚地予以說明.失效的後果應按照所分析的具體的系統、子系統或部件來說明.還應記住不同級別的部件、子系統和系統之間存在著一種系統層次上的關係.例如,一個零件可能會斷裂,這樣會引起總成的振動、從而導致一個系統間歇性運行.系統的間歇性運行可能會造成性能的下降并最終導致顧客的不滿.分析的意圖就是在小組所擁有的知識層次上,盡可能地預測到失效的後果.
典型的失效後果可能是不限於以下情況:
噪音 粗糙
工作不正常 不起作用
外觀不良 異味
不穩定 工作減弱
運行間歇 熱衰變
泄漏 不符合法規
12) 嚴重度(S)
嚴重度是一給定失效模式最嚴重的影響後果的級別.嚴重度是單一的FMEA範圍內的相對定級結果.嚴重度數值的降低只有通過發改設計才能夠實現.嚴重度應以表2為導則進行估算:
推薦的評價準則
不組應對評定準則和分級規則達成一致意見,盡管個別產品分析可做修改.(見表2)
注:不推薦修改確定為9和10的嚴重數值.嚴重度數值定級為1的失效模式不應進行進一步的人分析.
注:有時,高的嚴重度定級可以通過修改設計、使之補償或減輕失效的嚴重度結果來予以減小.例如,”癟胎”可以減輕突然爆胎的嚴重度,”安全帶”可以減輕車輛碰撞的嚴重程度.
表2. 推荐的DFMEA嚴重度評價準則.
后果
評價準則: 后果的嚴重度
嚴重度
無警告的嚴重危害
這是一種非常嚴重的失效模式 , 它是在沒有任何失效預兆的情況下影響到行車安全或不符合政府的法規.
10
有警告的嚴重危害
這是一種非常嚴重的失效模式 ,是在具有失效預兆的前提下所發生的 , 影響到行車安全和/或不符合政府的法規.
9
很高
車輛/項目不能運行(喪失基本功能)
8
高
車輛/項目可運行 , 但性能下降 , 顧客非常不滿意
7
中等
車輛/項目可運行 , 但舒適性/方便性項目不能運行 , 顧客不滿意
6
低
車輛/項目可運行 , 但舒適性/方便性項目的性能下降 , 顧客有些不滿意
5
很低
配合和外觀/尖響和卡塔響等項目不舒服 , 大多數顧客(75%以上)能感覺到有缺陷.
4
輕微
配合和外觀/尖響和卡塔響等項目不舒服 , 50%的顧客能感覺到有缺陷.
3
很輕微
配合和外觀/尖響和卡塔響等項目不舒服 , 有辯識能力的顧客(25%以下)能感覺到有缺陷.
2
無
無可辯識的后果
1

13) 級別
本欄目可用於對那些可能需要附加的設計或過程控制的部件、子系統枵系統的產品特殊特性的分級(如關鍵、主要、重要、重點).
本欄目還可用於突出高優先度的失效模式,以便在小組認為有所幫助對部門管理者要求時進行工程評價.
產品或過程特殊屬特性符號及其使用服從於特定的公司規定,在本文件中不予以標準化.
14) 失效的潛在起因/機理
所謂失效的潛在起因是指設計薄弱部份的跡象,其結果就是失效模式.

盡可能地列出每一失效模式的每一個潛在的起因和/或失效機理.起因/機理應可能簡明而全面地列出,以便有針對性地採取補救的努力.
典型的失效起因可包括但不限於:
規定的材料不正確
設計壽命設想不足
應力過大
潤滑能力不足
維護說明書不充分
算法不正確
維護說明書不當
軟件規範不當
表面精加工規範不當
行程規範不足
規定的磨擦材料不當
過熱
規定的公差不當
典型的失效機理包括但不限於:
屈服化學氧化
疲勞電移
材料不穩定性蠕變
磨損腐蝕
15) 頻度(O)
頻度是指某一特定的起因/機理在設計壽命內出現的可能性.描述出現的可能性的級別數具有相對意義,而不是絕對的數值,通過設計變更或設計過程變更(如設計檢查表、設計評審、設計導則)來以預防或控制失效模式的起因/機理是可能影響頻度數降低的唯一的途徑.(見表3)

潛在失效起因/機理出現頻度度評估分為1到10級.在確定此值時,需考慮以下問題:
‧ 類似的部件、子系統或系統的維修史/現場經驗如何?
‧ 部件是沿用先前水平的部件、子系統或系統不是與其類似?
‧ 相對於先前水平的部件、子系統或系統變化有多明顯?
‧ 部件是否與先前水平的部件有著根本不同?
‧ 部件是否是全新的?
‧ 部件的用途是否有所變化?
‧ 環境有何變化?
‧ 針對該用途,是否採用了工程分析(如可靠性)來估計其預期的可比較的頻度數?
‧ 是否採用了預防性控制的措施?
應採用一致的頻度分級規則,以保持連續性.頻度數是FMEA範圍內的相對級別,它不一定反映實際出現的可能性.
推薦的評價準則
小組應對相互一致的評定準則和定級方法達成一致意見,盡管對個別產品分析可能作調整.(見表3)頻度應採用表3做導則來進行估算:
注:級數1專用於”极低:失效不太可能發生”的情況.
16) 現行設計控制列出已經完成或承諾要完成的預防措施、設計確認/驗證(DV)或其它活動,並且這些活動將確保設計對於所考慮的失效模式和/或起因/機理是足夠的.現行控制是指已被或正在