1、卓越卓越1潜在失效模式及后果分析-设备设计FMEA主讲：21.什么是FMEAFMEA=Potential failure mode and effects analysis潜在失效模式及后果分析FMEA 可以描述为一组系统化的活动，其目的是通过以下活动达到顾客满意：?（a）评价设备/过程中的潜在失效模式以及该失效模式的后果；?（b）采取能够消除或减少潜在失效模式发生的措施；?（c）将全部过程形成文件。注1.此教材参考了戴姆勒克莱斯勒、福特和通用汽车公司FMEA 第三版（QS-9000）及福特设备FMEA；注2.FMEA 注重于设计，无论是设备设计还是过程设计；注3.设备即Machinery。3
2、?始于20 世纪50 年代末，美国的格鲁曼公司用于飞机制造业发动机的故障分析；?美国航空及太空署（NASA）用于阿波罗登月计划的失效分析；?目前，被用于汽车行业的失效分析（同时被其它制造业/服务业应用）；?福特公司提出应用于设备失效分析的FMEA。2.FMEA发展史43.设备FMEA形式?1.MFMEA(非标设备设计非标设备设计FMEA)；?2.DFMEA(标准设备设计标准设备设计FMEA)；?3.PFMEA 生产生产/装配过程装配过程(P：Process)。注：本教材介绍MFMEA。注1：FMEA种类1.设计FMEA：MFMEA、DFMEA2.PFMEA：过程FMEA3.SFMEA：系统FM
3、EA（S：System）4.PFMEA：采购FMEA(P：Purchase)5.SFMEA：服务FMEA(S:Service)注2：MFMEA是福特公司基于SAE J1739要求上提出的54.FMEA 的实施意义：?1.最大程度地减少潜在的隐患；?2.防止很多客户投诉/客户退货事件的发生如汽车行业即召回事件。关键：?1.时间性指“事件发生前”的措施，而不是“事实出现后”的演练，也就是在设备或过程失效模式被纳入到设备或过程之前进行。注：实施FMEA 的好处1.最容易、低成本地对设备或过程进行更改；2.最大程度地降低后期更改的危机。65.进行FMEA三种基本情形?情形1：新设计、新技术或新过程。：
4、新设计、新技术或新过程。FMEA的范围是全部设计、技术或过程。?情形2：对现有设计或过程的修改（假设现有设计或过程已有FMEA）。FMEA的范围应集中于的范围应集中于对设计或过程的修改对设备/工艺的影响。工艺的影响。?情形3：将现有的设计或过程用于新的环境、场：将现有的设计或过程用于新的环境、场所（假设现有设计或过程已有FMEA）。FMEA的范围是新环境或场所对现有设计或过程的影的范围是新环境或场所对现有设计或过程的影响。注：通常涉及到情形1和情形2两种情况。76.FMEA 的编制1.FMEA 成员：?设计（工程机械、电气）、质量及可靠性和分析/试验（品质）、制造（加工）、装配、服务、回收（无
5、）、采购等方面有丰富经验的人员；注：括号内为我司部门状况，且应依项目的难易及关联而选择部门，我司的采购需参与，业务应参与。2.FMEA 启动：?项目负责人发起，责任单位可能是原设备制造厂（OEM：Original equipment manufacturer，即生产最终设备）、供方或分承包方。注：对我司来说，责任单位可能有客户/供方相关人员/我司FMEA 小组成员。3.编制责任：?通常应指派到人。87.MFMEA 过程顺序MFMEA 顺序顺序 现行控制 措施结果 子系统 功能 要求 潜在 失效模式 潜在 失效后果 严重度S 级别 潜在失效起因/机理 频度O 设计 设备 探测度D R P N1
6、建议 措施 责任及 目标完成日期 采取的措施 S O D R P N2 功能特性或要求是什么？会 有 什 么 问题？无功能 部分功能/功能 过强/功能降级 功能间歇 非预期功能 后 果 是什么?有多 糟糕?起因 是什么?发生的 频率 如何?怎样能 得到预 防和探 测?该方法在探测 时有多好?能做些什么?设计更改 特殊控制 标准程序或 指南的更改 9潜在失效模式和后果分析潜在失效模式和后果分析-MFMEA101.什么是MFMEAMFMEA 是用于允许选择零件/设备结构/工装/负载/冷冻剂的少量非标设备的分析?由负责设计的工程师/小组主要采用的一种分析技术，用以最大限度地保证各种潜在的失效模式及相
7、关的起因/机理已得到充分的考虑和说明；?对系统、每个子系统和部件都进行评估；?以最严密的方式总结了设计一个部件，子系统或系统时小组的设计思想（其中包括根据以往的经验可能会出错的一些项目的分析）；?并使这种系统化的分析方法规范化和文件化。112.如何降低失效产生的风险?为客观地评价设计,包括功能要求及设计方案,提供帮助；?评价为生产、装配、服务要求所做的设计；?提高潜在失效模式及其对设备运行影响已在设计和开发过程中得到考虑和说明的可能性；?为完整和有效的设计、开发和确认项目的策划提供更多的信息；?根据潜在失效模式后果对“顾客”的影响，开发潜在失效模式的排序清单，从而为设计改进、开发和确认试验/分
8、析建立一套优先控制系统；?为推荐和跟踪降低风险的措施提供一个公开的讨论形式；?为将来分析研究现场情况，评价设计的更改及开发更先进的设计提供参考（如获得的教训）。123.顾客定义?顾客指以下：?1.最终使用者；?2.法律法规；?3.负责生产、装配和服务活动的下游过程或工序。134.MFMEA 的时机MFMEA 是动态文件：?在一个设计概念最终形成之时或之后开始；始；?在设备开发的各个阶段，发生更改或获在设备开发的各个阶段，发生更改或获得更多的信息时，持续予以更新；?在零件图开始设计之前完成。注：生产或装配过程中可能发生的潜在失效模式和/或其原因/机理不需、但也可能包括在设计MFMEA 当中，当M
9、FMEA 未包括时，应在过程FMEA 中识别、控制。145.克服缺陷考虑事项?MFMEA 不依靠过程控制来克服潜在的设计缺陷，但应考虑不依靠过程控制来克服潜在的设计缺陷，但应考虑1.制造制造/装配过程的技术装配过程的技术/体能的限制：体能的限制：?必需的拔模斜度-设计倒角设计倒角?表面处理的限制-依实际要求选择氧化依实际要求选择氧化/电镀电镀/热处理等热处理等?装配空间装配空间/工具的可接近性工具的可接近性-尽量可以一致尽量可以一致?钢材淬硬性的限制-硬度要求硬度要求?公差/过程能力/性能性能-公差设计2.设备维护设备维护(服务）的技术/体能的限制：?工具的可接近性-尽量可以一致尽量可以一致?
10、诊断能力-故障时应容易诊断故障时应容易诊断?维修能力维修能力-故障时应容易维修故障时应容易维修156.MFMEA 进行步骤（1）明确客户的期望及需求?文字描述形式或通过QFD质量功能展开。内容应质量功能展开。内容应包括客户明示要求、隐含要求、法律法规要求包括客户明示要求、隐含要求、法律法规要求（如适用）。（2）成立跨部门小组（3）选择分析对象?确定分析对象属于系统/子系统/零部件中的哪个层次层次（4）依MFMEA表格要求填写表格要求填写16责任单位业务业务业务业务业务业务业务业务工程工程工程3.1温度业务3.2湿度业务3.3振动业务3.4化学介质业务4.1倒角要求工程、装配、采购4.2表面处理
11、要求工程、装配、采购4.3公差要求工程、装配、采购5.1系统图工程5.2结构图工程工程工程、业务6.2竞争对手的优越性6.类似系统的调查6.1以往类似产品的故障5.文件和资料要求4.可制造性和可装配性2.3相关政府法规3.产品使用条件2.1安全要求2.2环保要求1.8限制条件2.法律法规1.6功能1.7设计寿命1.4用途1.5规格参数1.2技术协议要求1.3口头或其它方式要求1.顾客要求及产品标准（包含顾客明订的或隐含的要求）1.1订单要求项目内容是否需采取措施？采取何种措施？一、确认分析对象MFMEAMFMEA资料收集表资料收集表记录编号：项目编号项目负责人177.MFMEA 填写1）MFM
12、EA 编号编号：?方便查询，可依组织内部需求自行编号 如可使用编号MCP05B002-101(B002:系统，1XX子系统，-X01 零部件），或直接将MFMEA 编号与项目号对应。2）系统、子系统或零部件的名称及编号）系统、子系统或零部件的名称及编号?系统即填入项目名称；?子系统即电气部分（可依需要再细分）与MODULE 部分；?零/部件即组成电气部分与MODULE 部分的零/部件。注1：汽车行业通常将系统分为底盘系统、传动系统、内饰系统，分析系统时要确保组成系统的各个子系统的接口及交互作用被覆盖到。注2：子系统的分析时要确保组成子系统的各个部件的接口及交互作用被覆盖到。注3：系统、子系统的
13、划分可以根据FMEA 小组而变的。187.MFMEA 填写3）设计责任：设计责任：?我司工程（机械、电气）人员我司工程（机械、电气）人员.4）编制者：）编制者：?项目负责人姓名。197.MFMEA 填写5）项目）项目：?填入项目编号。6）评审日期：）评审日期：?填入初次FMEA 应完成的时间，该日期不应超过零件图的绘应完成的时间，该日期不应超过零件图的绘制完成日期。7）FMEA 日期：日期：?填入编制FMEA 原始稿的日期及最新修订的日期。8）核心小组：）核心小组：?依实际需要列出有权确定和依实际需要列出有权确定和/或执行任务的责任部门的名称或执行任务的责任部门的名称和个人的姓名。和个人的姓名
14、。注：可以采用附件的形式。207.MFMEA 填写9）项目/功能：?填入被分析项目的名称（即系统/子系统/部件）；?利用工程图纸上标明的名称并指明设计水平（即目前版本）；?用尽可能简明的文字来说明被分析项目满足设计意图的功能，包括该系统运行环境（规定温度、压力、湿度范围、设计寿命等）相关的信息；?如果该项目有多种功能，应把所有的功能列出。如果该项目有多种功能，应把所有的功能列出。21 项目、功能及失效项目、功能及失效 系统等级 子系统等级 部件等级 设计目标：1）运行 8760 小时无需保养 设计寿命为 43800 小时 2）适用于所有 USB 连接器的电气测试 3）等等 功能：便于使用 潜在
15、失效模式：操作时需手脚并用 功能：提供可靠的测试 潜在失效模式：运行间歇 测试数据不准确 功能：提供舒适的测试 潜在失效模式：噪音大 项目编号 功能：提供电源 潜在失效模式：短路/开路/错位 功能：信号的输入与输出 潜在失效模式：信号错误 电气系统 模块 01 模块 03 模块 02 功能：提供电源 潜在失效模式：短路/开路/错位 连接器与连接线 功能：提供信号 潜在失效模式：信号错误 信号处理器 主要部件（所有）01-*功能及潜在失效模式 主要部件（所有）02-*功能及潜在失效模式 主要部件（所有）03-*功能及潜在失效模式 227.MFMEA 填写10)潜在失效模式：?潜在的失效模式是指零
16、部件、子系统或系统有可能会未达到或不能实现项目/功能栏中所描述的预期功能的情况（如预期功能失效）；?潜在的失效模式可能会是更高一级的子系统或系统的潜在失效模式的起因或者是更低一级的部件的潜在失效模式的影响后果；?应列举出所有的潜在失效模式；典型的失效模式：?安全问题（漏电、未接地）/运行间歇/定时失灵/运行速度慢、产能不足/开路/短路/泄漏/腐蚀/线路错位/程序出错/人体工程问题（操作不便/维修不便）/零件错误/磨损/破裂/弯曲/异响/无防呆措施/氧化/表面颜色偏差/环保问题（噪音、废气）237.MFMEA 填写11）潜在失效的后果：?潜在失效的后果定义为顾客感受到的失效模式对功能的影响。?典
17、型的失效后果情形，分析时通常取最严重的情形：a)危害安全(操作者、工厂、保养人员安全或影响到法律法规的符合性）；b)功能失效/减弱（如双轴同时工作变为单轴工作、精度降低、不运行、不稳定）；c)调整损耗（如操作时变自动为人工、无防呆措施、无法装配）；d)辅修中断（产品卡住通道、工序成为瓶颈工序、与其它设备不协调）；e)循环周期减少（Cycle time变大）；f)开机损耗大（增加报废或退货）；g)导致产品缺陷；h)导致工装问题（裁切机、夹具、焊接钛泵、冲压机等失效/破损或恶化/磨损）；I)感观问题（噪音/外观不良）。247.MFMEA 填写12）严重度：?严重度是一给定失效模式最严重的影响后果的
18、级别（同一失效模式可能引起多种后果）；?严重度是单一的FMEA 范围内的相对定级结果；?MFMEA 的严重度值依的严重度值依MFMEA 严重度评价准则进行估严重度评价准则进行估算；?严重度值评为9或或10 的，应优先进行分析；的，应优先进行分析；?严重度值评为1的不应进行分析；的不应进行分析；?严重度值的降低原则上只有通过改变设计才能够实现。举例注：有时使之补偿或减轻失效的严重度结果来予以减小。例如，“瘪胎”可以减轻突然爆胎的严重度，“安全带”可以减轻车辆碰撞的严重程度。25影响危 害 的 程 度等 级无警告的严重危害没有失效预兆影响到操作者/工厂/保养人员安全或违反法规10有警告的严重危害有
19、失效预兆影响到操作者/工厂/保养人员安全或违反法规9很高停机时间8Hs或产品不良4Hs产量8高停机时间47Hs或产品不良2-4Hs产量7中等停机时间13Hs或产品不良1-2Hs产量6低停机时间0.51H或产品不良1H产量5很低停机时间0.5H且无产品不良4微小过程参数超出上、下控制限，需调整或过程控制-无不合格品产品3很细微过程参数在上、下控制限内，需调整或过程控制-无不合格品产品2无无需调整或过程控制1 MFMEA严重度评价准则严重度评价准则267.MFMEA 填写13)级别级别：?本栏目可用于对那些可能需要附加的设计或过程控制的本栏目可用于对那些可能需要附加的设计或过程控制的部件、子系统或
20、系统的设备特殊特性的分级（如关键、主要、部件、子系统或系统的设备特殊特性的分级（如关键、主要、重要）；?本栏目还可用于突出高优先度的失效模式，以便在小组认为有所帮助时或部门管理者要求时进行工程评价；有所帮助时或部门管理者要求时进行工程评价；?设备或过程特殊特性符号及其使用服从于特定的客户规定。?此栏目用于控制严重度值为9或10 的，此栏用*表示，且应优先采取措施降低，（另顾客定义为与安全有关的特殊特性时依顾客要求或无要求时以*表示，与安全无关的特殊特性以*表示）。277.MFMEA 填写14)失效的潜在起因/机理?尽可能地列出每一失效模式的每一个潜在失效起因和/或失效机理。起因/机理应尽可能简
21、明而全面地列出，以便有针对性地采取补救的措施。失效的潜在起因：?所谓失效的潜在起因是指设计薄弱部分的迹象，其结果就是失效模式。典型的失效起因：?规定的材料不正确或部件选择不正确?设计设想不足（如安全、配合、寿命、精度或运行速度等）?润滑能力不足?压力过大/不足?维护说明书不充分?维护说明书不当?程序不正确?表面加工规范不当?表面加工不当?局部过热且芯线未受保护?规定的公差不当?装配操作不当287.MFMEA 填写典型的失效机理?屈服?化学氧化?疲劳?电位移?材料不稳定性?蠕变?磨损?腐蚀297.MFMEA 填写15）频度（）频度（O）：）：?频度是指某一特定的失效起因频度是指某一特定的失效起因
22、/机理在机理在设计寿命内设计寿命内出现的可能性（运出现的可能性（运行间歇及平均失效时间）。行间歇及平均失效时间）。?描述出现的可能性的级别数，而不是绝对的数值。描述出现的可能性的级别数，而不是绝对的数值。?通过设计变更或设计过程变更来预防或控制失效模式的起因/机理是机理是可能影响频度数降低的唯可能影响频度数降低的唯 一的途径。一的途径。在确定此值时，需考虑以下问题：?类似的部件、子系统或系统的维修史/现场经验；现场经验；?是沿用先前水平的部件、子系统或系统还是与其相类似；是沿用先前水平的部件、子系统或系统还是与其相类似；?相对于先前水平的部件、子系统或系统变化有多显著；相对于先前水平的部件、子
23、系统或系统变化有多显著；?部件是否与先前水平的部件有着根本的不同；?部件是否是全新的；部件是否是全新的；?部件的用途是否有变化；部件的用途是否有变化；?环境有何变化；环境有何变化；?针对该用途，是否采用了工程分析（如可靠性）来估计其预期的可针对该用途，是否采用了工程分析（如可靠性）来估计其预期的可比较的频度数；比较的频度数；?是否采取了预防性控制措施。是否采取了预防性控制措施。注：应采用一致的频度分级规则，以保持连续性。频度数是FMEA范围内的相对级别，它不一定反映实际出现的可能性。30失效的可能性可能的失效率（运行间歇或平均失效时间）等级运行间歇1/10产品或MTBF1H10运行间歇1/10
24、0产品或MTBF:2-10Hs9运行间歇1/1000产品或MTBF:11-100Hs8运行间歇1/10000产品或MTBF:101-400Hs7MTBF:401-1000Hs6MTBF:1001-2000Hs5MTBF:2001-3000Hs4MTBF:3001-6000Hs3MTBF:6001-10000Hs2极低：失效不太可能发生MTBF10000Hs1中等：偶然性失效低：相对很少发生的失效MFMEA 失效起因发生频率分级表很高：持续性发生高：经常性失效317.MFMEA 填写16）现行设计/设备控制：?防止失效的起因/机理或失效模式出现，或者降低其出现的几率。?探测出失效的起因/机理。?
25、探测出失效模式。设计控制：?破坏性测试；?降低额定值；?公差分析；?模拟；?设计评审；?安全极限（如限位-硬STOP）；设备控制?接近传感器；?温度传感器；?指示灯（如油压指示灯，异常时的报警装置）；?前期维护；?振动传感器。327.MFMEA 填写17）探测度（D）：?探测度是现行的设计/设备控制预防、探测出失效模式起因/机理或失效模式的能力；?探测度是一个在某一FMEA 范围内的相对级别；?选取所列的最佳探测控制相关联的定级数；?为了获得一个较低的定级，通常计划的设计控制必须予以改进；?在设计开发过程中，最好是尽早采用探测控制。33探测度准则：设计/设备控制可能探测出来的可能性等级绝对不肯
26、定设备控制不可能探测出潜在的失效起因及子系统的失效模式，或根本没有设计/设备控制10很极少设计/设备控制只有很极少的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式 9极少设计/设备控制只有极少的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，设备控制有运行间歇失效发生的指示器8很少设计/设备控制只有很少的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，设备控制能预防运行间歇失效发生（如自动停机）7少设计/设备控制只有较少的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，设备控制能预防运行间歇失效发生（如自动停机）6中等设计/设备控制有中等的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，设备控制能预防运行间歇失效发生（如自
27、动停机）且隔离失效起因5中上设计/设备控制有中上的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，设备控制能预防运行间歇失效发生（如自动停机）且隔离失效起因，可能需要设备控制4多设计/设备控制有较多的机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，设备控制能预防运行间歇失效发生（如自动停机）且隔离失效起因，可能需要设备控制3很多设计控制有很多机会能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，可能不需设备控制2几乎肯定设计控制几乎肯定能探测出潜在的起因及子系统的失效模式，不需设备控制 1MFMEA 探测度分级表探测度分级表347.MFMEA 填写18）风险顺序数（RPN）：?风险顺序数是严重度（S）、频度（O）和探
28、测度（D）的乘积即RPN=（S）*（O）*（D）；?此值范围1000 RPN 1；?此值（1-1000）可用于设计中所担心的事项的排序。19）建议的措施定义对以下几种情况应采取措施：?1.应首先针对高严重度 9或10 及客户指定特殊特性；?2.高RPN 值（RPN1 125，无论其S值大小）；?3.125 RPN1 64，8 S 5.?措施应以降低严重度、频率及探测度为优先顺序。措施种类（不仅限于以下）：?设计控制?设备控制?注注?原则只有设计更改才能导致严重度的降低；?只有通过设计更改消除或控制失效模式的一个或多个起因/机理才能有效地降低频度；?增加设备控制措施将仅能导致探测度值的降低。应优
29、先考虑设计控制。?如无需任何措施时，该栏填入无需即可。注：RPN的评分具有主观性-即使相同的设备/过程得分由不同小组评分，其得分也不一致357.MFMEA 填写20）建议措施的责任：?填入每一项建议措施的责任部门/人员姓名以及预定完成日期。21）采取的措施：?在措施实施之后，填入实际措施的简要说明以及起始日期。22）措施的结果：?在确定了措施以后，重新估计并记录严重度、频度和探测度值的结果，计算并记录 RPN 的结果；?如果无需采取任何措施，将该栏空白即可；?由MFMEA 小组对所有修改了的定级数值进行评审，如果认为有必要采取进一步措施的话，重复该项分析，直至符合要求，焦点应永远是持续改进。367.MFMEA 填写跟踪措施：项目负责人应负责：?1.保证所有的建议措施已被实施并已妥善落实；?2.FMEA 是一个动态文件，它不仅应体现最新的设计水平，而且还应体现最新相关措施，包括开始生产后所发生的措施。?3.采用以下几种方式来保证所关注的问题得到明确并且所建议的措施得到实施。这些方式包括但不限于以下内容：a）保证设计要求得到实现；b）评审工程图样和规范；c）确认这些已反映在装配/生产文件之中；d）评审过程FMEA 和控制计划。37Thanks for joining us！一般人我还不告诉他/她：还有更多精彩课程哟！
