潜在的失效模式及后果分析.docx
《潜在的失效模式及后果分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《潜在的失效模式及后果分析.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
潜在的失效模式及后果分析
潜在的失效模式及后果分析（FMEA）讲座
第一节什么（What）是潜在的失效模式及后果分析?
潜在的失效模式及后果分析是一门技术,它源于美国三大汽车公司的QS9000标准，英文是PotentialfailareModeandEffectsAnaiysis：
缩写为FMEA。
它的是在产品/工艺/方案的设计/设想阶段，事先对设想（设计）的系统/零件/各工序进行分析，找出所有的潜在的失效模式，并分析它们可能出现的后果及其危害，从而事先采取措施，以提高产品质量/工序的可靠性。
这是一种事先预测的系统行为。
一、定义：
FMEA1.发现评价产品/过程潜在的失效与可能后果.
2.找出能避免/减少潜在失效发生的措施.
3.将上述文件化.
二、FMEA的特点是：
1、是事先的行为，不是事后的行为（出事故以后的分析技术是FTA，即失效树分析）；
2、FMEA按分析对象分为设计DFMEA、过程（工艺）PFMEA、系统SFMEA、材料MFMEA等。
三、区别：
编号
区别
FMEA
FTA
1
行为
事前行为
事后行为
2
顺序
自下而上
自上而下
3
整零
零件→系统
系统→零件
4
方法
分级估评打分
失效树分析
第二节为什么（Why）作潜在的失效模式和后果分析（FMEA）？
作FMEA的七个理由：
1、事先预防，低成本的修改完善；
2、对不同的设计方案可以用科学的评价与优选；
3、有助于可靠性和可制造性（可装配性）的设计；
4、为制定试制计划与开发项目提供信息；
5、对失效模式排序，建立设计与开发的优选控制系统
6、提供公开论坛，争取更多的方案和意见；
7、为以后设计提供参考：
第三节由谁（Who）来作潜在失效模式和后果分析（FMEA）？
有三种人作FMEA：
1、产品/过程（工艺）设计主管（工程师）与（工程师）小组制定；
2、有专利设计权的由专利所有人来作；
3、负责项目设计的工程师自己来与其他相关部门（装配、材料、制造、质量管理和服
1
务等）共同作。
这是一个多方小组（多专业小组）的共同努力的成果。
第四节什么时间（When）作I潜在失效模式和后果分析（FMEA）？
有四种情况应作FMEA：
1、一个设计概念形成之前或形成之中；
2、产品/工艺开发阶段或设计开始发生变化要进行修改时；
3、产品/工艺的图纸在形成发放之前；
4、随时间、地点、条件、人员、设备的变化而不时地审时度势地加以修改FMEA，使之能与时俱进，最好有一定的超前发展的性质。
设计DFMEA与过程PFMEA之间既有分工、又有联系；对汽车配件工厂而言PFMEA作的多一些。
第五节作什么地（Where）作潜在失效模式和后果分析（FMEA）？
1）从部门上分：
1、主要是产品设计部门与工艺部门作FMEA。
2、其他部门，如生产制造车间除非自己有设计与工艺方面的设计任务，否则可能不FMEA
2）从过程上分：
从ISO/TS16949：
2002标准中有下列9处必须作FMEA（但不限于）：
1.6.2.1评审输入-----补充
管理评审输入应包括实际的和潜在的外部失效及其对质量、安全或环境的影响分析（FMEAs、包括了：
QFMEAs、IFMEAs、＆EFMEAs）
2.6.4.1与实现产品质量相关的人员安全组织应强调产品安全性和方法，以最大程度地降低对员工造成的潜在风险特别是设计和开发过程，制造过程活动中（DFMEA、＆PFMEAs）
3.7.3.1.1多方论证方法
组织应采用多方论证方法进行产品实现的准备工作包括:
-----潜在失效模式及分析（FMEAs）的开发和评审，包括采取降低潜在风险的措施。
④.7.3.2.3特殊特性
组织应确定特殊特性（见7.3.3.d）并且:
-----对过程控制文件包括;：
图样、FMEAs控制计划及作业指导书，用顾客的特殊特性符号组织的等效符号或说明来加以标识，以包括结特殊特性有影响的那些过程步骤。
⑤7.3.3.1产品设计输出-----补充
产品设计输出应以能够对照产品设计输入要求进行验证和确认的方法来表示,产品设计输出应包括:
-----设计FMEA可靠性结果。
⑥.7.3.3.2制造过程设计输出
制造过程设计输出应以能够对照制造过程输入要求进行验证和确认的形式来表示，制造过程设计输出应包括:
-----制造过程的FMEAs.。
⑦.7.5.1.1控制计划
组织应在度生产和生产阶段都考虑有设计FMEA和制造过程FMEA输出的控
制计划。
2
⑧.7.2.2.2组织制造可靠性
组织应在合同评审过程中，对所涉及到的产品的可行性进行研究，确认并形成文件，包括进行风险分析。
⑨.7.3.4.1监视
应对设计和开发特定阶段的测量加以规定，分析并对汇总结果进行报告作为管理评审的输入。
注:
这些测量包括质量风险成本、提前期、关键路经及其他方面。
第六节怎样（How）作潜在失效模式和后果分析（FMEA）
潜在失效模式和后果分析（FMEA）分为：
设计DFMEA、过程（工艺）PFMEA、系统SFMEA、材料MFMEA。
重点是设计DFMEA、工艺PFMEA。
付簧二板
付簧主板
以汽车减振板簧为例
付板簧
付簧三板
付二簧导柱套筒
付簧k板
主板付簧主板
二板
主板
吊耳
主板簧
板簧总成
二板
三板
U形螺栓
m板
m板
U形螺栓
三板付k板
套筒
导柱
连接部
图1—1汽车减振板簧示意
U形螺栓
一、作逻辑图：
说明项目或系统内部各部
分之间的关系，可以是系统图也可以是以
流程图；一般而言，产品设计中各部件之
间的关系用系统图表达较清楚，工艺流程图1—2汽车减振板簧系统图
过程描述用流程图表达较为准确。
逻辑图可以说明信息、能量、力、流体、功能的流程和各部分的相互关系、内在的关联与因果关系。
在作潜在失效模式和后果分析时，具有辅助作用。
二、填写表头：
包括FMEA编号、系统、子系统、零件编号和名称、设计负责人、编制人、车型、关键日期、FMEA日期、小组名单和组长姓名等。
三、潜在失效模式的确定：
对每个项目或功能，列出每个潜在失效模式；所用语言应该使用专业术语：
如裂纹、变形、断裂、松动、泄漏、粘结、擦伤、划伤、磨损、断路、短路、氧化、腐蚀、开裂、系统故障和系统崩溃等。
（尽量不用方言和自己才懂的土名词，利于交流）。
四、潜在失效后果的确定：
失效后果是对系统、子系统或部门、部件、零件、工艺和工序的影响；包括内部、外部的顾客的感受、首先是安全和功能方面的失效与部分失效；上一级系统的失效对下一级系统或子系统的影响后果是什么；这是一种经验的判断（不是已经发生后才去测量发现的结果，
3
是于事先预测与估计判断的结果）这是一种事先预防措施；是一种积极的主动的防范。
发生的措施，而不是事故或不足已经发生，再去死后验尸、亡羊补牢的补救措施。
其预防的好坏完全取决于历史经验的积累。
和正确的判断与应用。
典型的失效后果举例：
噪声、工作不正常、不良外观、间隔故障、工作不稳定、失去功能、异味、温度升高、性能衰退等。
五、评价严重度S：
对失效模式发生时可能出现的后果的严重程度进行评价；按标准分为1—10级。
最严重的定为10分，影响最轻的即无影响的定1分；
六、评价发生频度O：
对失效模式发生的可能出现概率（可能性）进行评价；按标准分为1—10级。
最严重的定为10分，影响最轻的即无影响的定1分；
七、评价失效模式发生的不可测度性系数D：
对失效模式可能发生的预测或预见的可测可知性进行评价；按标准分为1—10级。
最严重的定为10分，影响最轻的即无影响的定1分；
八、计算风顺序数RPN：
风险顺序数RPNR计算公式；
用RPN表示FMEA分析后对项目风险顺序的评价，是可作与不可作的判断的依据；RPN的范围在1—1000之间。
1表示最安全、最无风险；1000表示风险最大、此事根本不能做。
一般规定RPN应小于100、最好在64—81之间。
因为S、O、D、三个数各取值为5，其乘积125，通俗的理解为S、O、D三项的平均水平为成败各半；最后结局很可能是成功，也可能不成功。
若S、O、D三项的平均水平都有60%—70%的成功把握（即失败率各为30%—40%）即都有一半以上的成功把握，最后结局成功的可能性会大的多，此事才有去做的价值。
当然64以下当然更好，但是这种机会不多。
硬要把RPN数压到81—64以下，不是不可以，但是要考虑成本；这样做的成本可能很高。
所以一般规定小于100即可。
当第一次评价S、O、D得出的RPN数小于100，认为方案可取可行；若大于100，则诊断为方案不可取也不可行，必须重新选择新方案，再次评价这个新方案；直到选到评价的RPN值小于100以下的方案出现为止。
这就是FMEA分析的要点和步骤。
附录表1和表3给出设计DFMEA和过程PFMEA的S、O、D的取值参考建议。
九、FMEA应用举例
举例1以单向阀的阀口加工为例，作过程的PFMEA分析。
表9—1
NO
方案
工艺流程与特点
简图
优点
缺点
1
A
锥角、车加工
正表面粗糙度▽3.2无热处理。
45#钢制造；
加工简单、成本低；
可靠性差；
密封性差；
球与锥面接触点易磨损；
寿命低；
2
B
锥角、磨加工
正表面粗糙度▽0.8热处理硬度38—42HRc。
45#钢制造；
加工较简单、成本较低；
可靠性较差；
密封性差；球与锥面点接触、较易磨损；寿命较低；
3
C
园弧角、车加工后光亮成型磨磨加工；正表面粗糙度▽0.8热处理硬度38—42HRc。
45#钢制造；
可靠性较高成本较高；密封性好球与锥面线接触不易磨损；寿命较高；
加工较复杂；
不利于大批量生产
4
D
园弧角、车加工后光亮成型磨加工；
正表面粗糙度▽0.8热处理硬度36—42HRc。
粉末冶金制造；
加工不复杂、成本较低、可靠性高；密封性很好；球与锥面线接触不易磨损；
寿命高；
仍需要成型后成型磨磨加工，仅适合于大批量生产
按汽车行业大批量生产的要求，可取的方案A、B、D三个方案；对此三方案进行PFMEA分析：
表9—2
方案
简图
严重程度
发生频率
不可测度D
RPN
结论
失效模式及严重度
S
发生频度
O
识别发现可能性
D
A
球—锥接触磨损后，线接触变成凹面接触，接触面变大；密封变差，失去功能
9
硬度低，使用寿命不长
8
性能变坏时，有一定的预兆，但是，并非人人可测知。
5
360
不可取
B
同上
9
有一定的硬度，使用寿命明显好转
5
同上
5
225
仍不可取
D
球—锥接触磨损后，线接触变成小凹面接触，接触面变不大；密封变不很大
7
加工规范，成品率高比锥球阀高出一倍以上。
2
同上
5
70
可取
最后选择方案为：
粉末冶金成型车孔圆弧倒角磨孔圆弧倒角落清洗入库。
十、设计DFMEA举例
5
举例2单向阀为例说明表10—3
方案
简图
严重程度
发生频率
不可测度D
RPN
结论
失效模式及严重度
S
发生频度
O
识别发现可能性
D
A
Φ7
3
Φ3
板—口为面接触，密封本来就差。
磨损后，接触面变大；密封变得更差，更快的失去功能；难加工，合格率低。
8
硬度低，使用寿命不长
7
性能变坏时，有一定的预兆，但是，并非人人可测知。
5
280
不可取
B
Φ7
Φ3
球—圆弧接触为线接触，密封好。
钢球硬度，使用寿命长
6
有一定的硬度，使用寿命明显好转
3
同上
5
90
可取
从表达方式10—3可以看出：
球阀不易破碎，片阀相比之下较易破碎；其S值相差2，从出现的机会看；球阀可以自动定位，密封性较好；片阀密封较差的可能有两点：
片阀上下运动时轴线不变的条件下密封口处磨损后。
密封性变坏；如果其轴线变动时密封口处磨损区与非磨损区的过渡区的密封性更差，所以O值相差4。
在不可测量性方面，它们都是一样的。
这种判断与小型单向阀的发展趋势是一致的：
片阀在减小，球阀在增加。
举例3图表10—1，图表10—2与图10—3分别表示A、B和C三种发动机低温冷起动装置设计方案：
软管储液罐（市售）
喷嘴
伸入空滤器的导管
开关阀门电磁铁
图10—1直动式电动低温冷起动装置示意图（A方案）
6
软管
自制加强储液罐
延时继电器开关
喷嘴
伸入空滤器的导管
开关阀门
电磁铁
图10—2带延时开关的电动低温冷起动装置示意图（B方案）
软管储液罐（市售）
喷嘴
伸入空滤的导管
开关阀门
拉线
图10—3手动式低温冷起动装置示意（C方案）
这三种方案中A方案是最常见的方案，C方案是最简单成本最低的方案，B方案是成本最高，结构最复杂的方案。
B方案还可以按加强储液罐的压力来源分为电动加压或手动加压两种类型（亚型）。
这三种方案各有利弊：
但是从失效模式及其后果分析的角度看，A方案最不可取，B方案最理想。
详情见表10—4
7
表10—4A、B、C三种方案的DFMEA分析
方案
特点
严重程度
发生频率
不可测度D
RPN
结论
失效模式及严重度
S
发生频度
O
识别发现可能性
D
A
结构简单，成本低；储液罐容易从市场上得到。
1.储液罐承压低，软管稍长时起动液在喷嘴处难雾化；
2.次喷液量不定；
过量时或雾化不良时都容易引起爆缸。
3.由于雾化失效,也有停喷不工作的情况发生.
9
较高，特别是储液罐使用期。
7
不易识别
6
372
不可取
B
储液罐承压高，软管长时仍可保证雾化良好：
喷液量可通过延时控制达到定量控制。
1.在爆缸可能性变小的同时，因结构复杂，系统出错停止工作的可能性增大；
（停止工作的危害远远比爆缸要小得多）
5
很低
3
同上
6
90
可取
C
结构最简单成本更低
1.储液罐承压低，软管稍长时起动液在喷嘴处难雾化；
2.次喷液量不定；
过量时或雾化不良时都容易引起爆缸。
3.由于雾化失效,也有停喷不工作的情况发生.
9
最高
8
同上
6
432
最不可取
注意事项：
1、作流程图-----信息、能量、力、流体、功能、项目之间关系。
2、填表头：
FMEA编号；系统/子系统/部件/零件/名称编号/设计/工艺编号/
车型/年型、关键、日期、FMEA小组成员名单。
3、项目名称及功能：
4、FMEA：
裂纹、变形、松动、泄漏、挥发、老化、粘合、短路、氧化、断裂、腐蚀、周边反应、辐射、意外冲击。
5、FMEA后果。
6、S重要度。
7、FMEA起因：
选材不当、寿命估计不足、压力过大、保养不当、环保不足、计算机操作错误、润滑不足。
8、FMEA机理：
疲劳、材料不对、蠕变、磨损、腐蚀、老化、挥发、周边反应、辐射、意外冲击。
9、频度。
8
10、现场设计控制：
模拟、路试、评审、计算研究、试验、试品、可行性评
审、样品试验、使用试验、破坏性试验、寿命试验。
（1．防减0、②.查明原因和措施、③.查模式）
11、不易知测度D：
①、测FME机理原因。
（设计最薄弱处）
②、后续FMEA能力的评价指数上。
（D表）
12、不、RPN、S方引入特注意。
13、降D←设计确认、设计验证。
14、降O①、修改设计（试验设计、修改试验计划、修改计划、材料性能）。
②、（实施部门、完成日期）填入措施表。
15、实施情况日期、明确纠正措施。
重新设计SOD、并重新计算RPN。
设计的失效模式和后果分析DFMEA中严重度（S）、频度（O）和不可测量度（D）准则表第10页
NO
严重度（S）
频度（O）
不可测量度（S）
评价值
后果
评价标准：
后果的严重程度
失效发生的可能性
可能发生失效率
工程能力
CPk
可探测性
评价准则：
由设计控制时可测量的可能性
S/O/D
1
无警告的严重后果
无任何警告的情况下，发生很严重地影响到响行车安全或不符合政府法律法规的失效模式
很高，持续性失效
≥100个/每1000辆车或项目
≤0.33
绝对不可能探测
设计时绝不可能找出潜在的失效原因和模式、根本无法进行设计控制
10
2
有警告的严重后果
在有警告的情况下，发生很严重地影响到响行车安全或不符合政府法律法规的失效模式
≥50个/每1000辆车或项目
≥0.33
有非常极小可能
设计时有非常极小可能找出潜在的失效原因和模式、有非常极小的可能进行设计控制
9
3
很高
车辆（或系统）不能运行，丧失基本功能
高，经常性失效
≥20个/每1000辆车或项目
≥0.33
极小
设计时极小可能找出潜在的失效原因和模式、极小可能进行设计控制
8
4
高
车辆（或系统）能运行，但性能不降，顾客不满意
≥10个/每1000辆车或项目
≥0.33
很少
设计时很小可能找出潜在的失效原因和模式、很小可能进行设计控制
7
5
中等
车辆（或系统）能运行，但舒适性或方便性，顾客感觉不舒服部件不能工作
中等偶然性失效
≥5个/每1000辆车或项目
≥0.33
少
设计时有较小可能找出潜在的失效原因和模式、有较小可能进行设计控制
6
6
低
车辆（或系统）能运行，但舒适性或方便性项目性能下降，顾客感觉不舒适
≥2个/每1000辆车或项目
≥0.33
中等
设计时有中等可能找出潜在的失效原因和模式、有中等的可能进行设计控制
5
7
很低
配合，外观或失响，咔嗒响等项目不符合要求，大多数顾客发现不缺陷
低，相对很少发生的失效
≥1个/每1000辆车或项目
≥0.33
中上等
设计时有中上等的确良可能找出潜在的失效原因和模式、有中上等可能进行设计控制
4
8
轻微
配合，外观或尖响，咔嗒响等项目不符合要求，有一半顾客发现有缺陷
≥0.5个/每1000辆车或项目
≥0.33
多
设计时绝不可能找出潜在的失效原因和模式、根本无法进行设计控制
3
9
很轻微
配合，外观或尖响，咔嗒响等项目不符合要求但很少顾客发现有缺陷
极低，失效不太可能发生
≥0.1个/每1000辆车或项目
≥0.33
很多
设计时有很多可能找出潜在的失效原因和模式、有很多可能进行设计控制
2
10
无
无影响
≥0.01个/每1000辆车或项目
≥0.33
几乎肯定
设计时几乎肯定可能找出潜在的失效原因和模式、几乎肯定可以进行设计控制
1
附表2潜在失效模式及后果分析的工作顺序（十步骤顺序）
子系统
功能要求
潜在失效模式
潜在失效后果
严重度
级别
潜在失效起因/机理
频度O
现行控制
探测度D
RPN
建议措施
责任及目标完成日期
措施结果
预防
探测
采取措施
S
O
D
RPN
功能，特性或要求是什么？
1
会出什么问题
·无功能
·部分功能/过程功能或性能丧失
·功能间歇失效
·非预期的功能
2
后果是什么？
3
后果有多糟？
4
起因是什么？
5
发生频率如何？
6
怎样能得到预防与探测？
7
该方法在探测时有多有效？
8
会出什么问题
·无功能
·部分功能/过程功能或性能丧失
·功能间歇失效
·非预期的功能
9
对建议中措施进行S、O、D的评价，并使RPN值达到要求为止
10
11
举例设计DFMEA的格式
项目名称：
XX微型单向阀过程责任部门；XX单向阀FMEA小组长FMEA编号：
XX/JC—JS—001
车型：
XXX发动机关键日期：
XXXX年XX月XX日FMEA日期：
XXXX年XX月XX日
主要参加人：
王XX、李XX、刘XX、张XX、孙XX修正：
XXXX年XX月XX日
页码：
第X页共X页
要求
部件功能
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
频度数O
现行零件设计
不易测度D
风险顺序数RPN
建议措施
责任者及完成时间
措施结果
采取措施
严重度S
频度数O
不易测度D
风险顺序数RPN
壳体
材质
A3钢
强度不够
7
变形
8
3
168
15#钢
39—42HRC
李X组，X年X月X日
渗碳淬火
5
4
3
60
热处理
未进行
≤26HRC
柱塞
材质
45#钢
硬度不够
≤26HRC
8
耐磨性不够
7
4
224
粉末冶金（密度≥7.1kg/
）
王X组，X年X月X日
更换材料
3
7
4
84
热处理
弹簧
材质
T9钢
疲劳强度不够
8
材料表面有微裂纹
6
普通弹簧
5
240
用琴钢丝
张X组，X年X月X日
严格热处理，而且表面抛丸处理
4
5
5
100
热处理
保持架
材质
F9钢
阀片/球—弹簧脱落失效
8
配合尺寸难以保证
5
靠保持架与柱塞之间的摩擦力保持单向阀正常工作
4
320
保持架下沿卡进柱塞内园环槽中
孙X组，X年X月X日
保持架外径比柱塞内园环槽内径大1—1.5mm。
5
4
4
80
热处理
阀片/球
材质
T9/Cr15片阀
密封性不好，稍有易碎的可能
7
片阀密封带窄而固定不耐磨
6
密封带宽在0.15—0.35mm之间
5
210
改用Cr15球阀
刘X组，X年X月X日
密封口由锥形面改园弧倒角面并且要精抛光
3
4
5
60
热处理
12
附表3过程的失效模式和后果分析PFMEA中严重度（S）、频度（O）和不可测量度（D）准则表
NO
严重度（S）
频度（O）
不可测量度（S）
评价值
后果
评价标准：
后果的严重程度
失效发生的可能性
可能发生失效率
工程能力
CPk
可探测性
评价准则：
由设计控制时可测量的可能性腺
S/O/D
1
无警告的严重后果
无任何警告的情况下，发生严重影响，使整个工艺流程几乎失效或不符合政府法律法规；
极高，失效几乎不可避免，需开发额外过程才解决失效问题；
≥1/2
（0.5）
≤0.33
绝对不可能探测
设计时绝不可能找出潜在的失效原因和模式、根本无法进行设计控制
10
2
有警告的严重后果
在有警告的情况下，发生很严重影响，使整个工艺流程几乎失效或不符合政府法律法规；
1/3
（0.33）
≥0.33
有非常极小可能
设计时有非常极小可能找出潜在
升级会员 