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嘉峪檢測網(wǎng) 2017-08-31 09:38
失效模式和效果分析(FMEA)是一種系統(tǒng)的識別和預(yù)防產(chǎn)品和過程問題的技術(shù)。在FMEA中，我們分析出潛在的失效模式，按照不同失效模式下的影響來劃分風(fēng)險等級，按照不同的風(fēng)險等級來對問題進(jìn)行優(yōu)先級排序。風(fēng)險管理是一種識別與產(chǎn)品相關(guān)的風(fēng)險、評估和評估相關(guān)風(fēng)險、控制這些風(fēng)險以及監(jiān)控控制有效性的過程。該過程包括風(fēng)險分析、風(fēng)險評估和風(fēng)險控制。在風(fēng)險管理的過程中，我們使用FMEA作為風(fēng)險監(jiān)控和風(fēng)險評估的技術(shù)方式。
注意，許多人使用FMECA這個詞而不是FMEA。在首字母縮寫FMECA中，C代表危害。這個過程是一樣的，只是你探測到了一個更壞的的結(jié)果——失效的危害性。請參考軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-HDBK-1629(詳情請參見國防部網(wǎng)站http://dodssp.daps.dla.mil) 。
通常，人們會混淆術(shù)語“失效模式”和“失效機(jī)理”。“我們在這本書中兩個術(shù)語使用了很多次，所以我將在這里提供說明。”失效模式是失效的實際癥狀，例如“失效部件”或“性能下降”。故障機(jī)理是“腐蝕”或“振動”等故障模式的原因。
FMEAs在設(shè)計過程的早期就需要被引入，然后還需要產(chǎn)品的整個生命周期中不斷地更新，以捕捉設(shè)計上的變化，以及更新FMEA對糾正措施的有效性。在設(shè)計的早期，我們會通過FMEAs識別潛在的故障模式，并為該故障模式制定糾正措施，但我們并不知道在實際去執(zhí)行這項糾正措施并測試其有效性之前，糾正措施的效果如何。這些通常在整個項目的后期才會進(jìn)行更新。
16.1不同類型的FMEA
為了使FMEA更易于管理，我們應(yīng)該首先決定想要的是哪種類型的FMEA。比較常見的FMEA類型有：設(shè)計，制程，用戶，軟件和其它幾個常見類型。
在設(shè)計層面上對整個產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計FMEAs。其目的是分析故障模式如何影響系統(tǒng)，并將故障對系統(tǒng)的影響最小化。
制程FMEAs是在制造過程中執(zhí)行。在生產(chǎn)過程中，PFMEA將作為前期質(zhì)量規(guī)劃的重要支撐文件之一。其目的是分析和糾正制造過程中可能出現(xiàn)的故障模式，包括設(shè)備、工裝、儀表、操作員培訓(xùn)或潛在誤差來源的局限。
用戶FMEAs特別關(guān)注最終用戶，以及他們將如何使用、濫用，甚至可能會如何濫用產(chǎn)品。用戶FMEA的其中一個輸入是用戶手冊。用戶FMEA將查看安裝、使用和全生命周期的情況。當(dāng)涉及到用戶時，我們應(yīng)該特別注意用戶使用產(chǎn)品的各種可能性和場景，哪些會造成產(chǎn)品不完整，或者更糟糕的是，引發(fā)安全事件。
軟件FMEAs主要用于潛在的軟件bug，以及界面錯誤和邊界條件的錯誤。如果我們已經(jīng)有了一組Bug,并且需要去找尋導(dǎo)致這些Bug的原因，那么，這會是個不錯的辦法。
我們還需要確定的是在哪一個層面上執(zhí)行我們的FMEA,比如是零部件級？還是功能層級？如果是零部件級的設(shè)計FMEA 就先從每個單獨的零部件開始，如果是PFEMA就先從流程步驟開始，如果是用戶FMEA就先從用戶開始，如果是軟件FMEA就先從軟件的子程序集開始。然后分每個零部件，流程步驟和子程序集的去識別所有的故障模式。
如果是在功能層級的，先確定產(chǎn)品的主要功能，再去為每一個功能識別故障模式。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，我們通常從功能層級開始，然后只在我們確定一個具有高風(fēng)險的故障模式的時候會在相對應(yīng)的功能的層級上向下到分解，這樣可以節(jié)省很多時間和費用。
16.2 不同的FMEA標(biāo)準(zhǔn)
對于FMEAs來說，至少有20種不同的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則。大多數(shù)方法上非常相似，并且只在如何為一個特定的失效模式評分方面存在差異。除此之外，這些都只是大概的描述了如何去羅列這些失效模式以及打多少分，但是跳過了一些更重要的步驟，比如怎樣開發(fā)自己的評分系統(tǒng)，以及如何有效地識別失效模式。這里有一些常用的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則:
• International Electrotechnical Commission (IEC) standard 812
• Sematech standard E14
• Military standard MIL-STD-1629
16.3 FMEA的基本步驟
1. 確定FMEA的邊界條件
2. 收集文件和審核設(shè)計/流程
3. 建立FMEA小組
4. 確定客戶使用剖面/基本使用場景
5. 開發(fā)一個評分系統(tǒng)
6. 頭腦風(fēng)暴潛在失效模式
7. 將頭腦風(fēng)暴結(jié)果轉(zhuǎn)換到電子表格上
8. 列出每種故障模式的潛在影響
9. 為每個故障模式打分
10. 計算風(fēng)險優(yōu)先級(RPN)
11. 為行動的失敗模式劃分優(yōu)先級
12. RPN數(shù)值分類
13. 采取行動消除/減少高風(fēng)險的故障模式
14. 計算評分結(jié)果的RPN
15. 在產(chǎn)品生命周期中更新FMEA
16.3.1確定FMEA的邊界條件
首先，確定您將要執(zhí)行的FMEA類型(參見第16.1節(jié)不同的FMEA類型)和FMEA的邊界條件。如果你特別想關(guān)注制造過程，一定要明確你的FMEA的邊界。我經(jīng)?？吹焦こ處焸儠傅囊粋€錯誤是，總是試圖用一個相對簡單的FMEA的結(jié)論去定論太多的事情在許多更高層級的失敗模式里。由于缺乏專注，他們也錯過了很多失效的模式。
16.3.2收集文檔和審查設(shè)計/流程
接下來，回顧一下將要對其展開FMEA的所有設(shè)計內(nèi)容或過程，并收集在FMEA過程中有用的文檔，包括框圖、界面矩陣、用戶手冊、原理圖、PFD，以及你認(rèn)為會對這個過程有幫助的任何其他文檔。
16.3.3 建立FMEA 團(tuán)隊
FMEAs最好是團(tuán)隊作業(yè)。首先，我們需要確定團(tuán)隊成員和各自職能。確保你選擇了一個跨職能的團(tuán)隊，這樣我們就能進(jìn)行產(chǎn)品全方位的交流。這團(tuán)隊成員可能是來自設(shè)計、軟件、制造、測試、客戶服務(wù)、市場營銷、質(zhì)量和可靠性(以及可能需要的其他功能)的代表。六到十個人會是一個比較好的選擇。人太少，不同的意見和見解就會越少，人太多，就會很難保證所有人的意見都能被滿足。接下來，您需要選擇一個主持人。主持人會引導(dǎo)你通過這個過程，確保每個人都能清楚的了解FMEA的每個細(xì)節(jié)和過程，不允許任何個人主導(dǎo) FMEA的活動。我們在第17章中詳細(xì)討論了主持人的作用。
16.3.4確定任務(wù)剖面
作為一個產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊，在客戶使用剖面的認(rèn)知上需要達(dá)成一致，這是產(chǎn)品開發(fā)的基準(zhǔn)之一。有些時候，可能需要在銷售說明中注明相關(guān)事宜。但無論如何，在FEMA開始之前，必須明確所有團(tuán)隊成員都要清晰的認(rèn)知產(chǎn)品的使用剖面。我們遇到過這個問題，討論往往會進(jìn)行的非常激烈。但是，這件事情如果沒有得到正確的理解，我們就很難正確認(rèn)知產(chǎn)品自身的失效模式。
16.3.5 開發(fā)評分系統(tǒng)
開發(fā)評分系統(tǒng)是FMEA活動中極為重要的一環(huán)，因為你需要根據(jù)你所分析的特定產(chǎn)品或使用場景對這個評分系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以獲得正確的結(jié)果。這些分?jǐn)?shù)包括:
嚴(yán)重度
發(fā)生頻率
探測度
風(fēng)險優(yōu)先級數(shù)
我建議使用1 - 10評分系統(tǒng)，如果你也覺得它好用，當(dāng)然你也可以選擇其他的度量標(biāo)準(zhǔn)。我們不是非得一定要為每一個值定義一個分?jǐn)?shù)。如果我們在創(chuàng)建評分系統(tǒng)時有些情況無法詳細(xì)定義評分，當(dāng)我們?nèi)?zhí)行FMEA時，可以執(zhí)行就近原則。我們將看到在表16.1到16.3中沒有給定分?jǐn)?shù)的例子。
值得提醒大家的是，任何標(biāo)準(zhǔn)的評分系統(tǒng)都是不能直接使用到產(chǎn)品的FMEA中，產(chǎn)品的FMEA評分系統(tǒng)應(yīng)該也必須是量身定制的。也只有這樣，F(xiàn)MEA的過程和結(jié)論才可能是有效的。舉個例子來說：一般致死都是10分，但是如果你的產(chǎn)品并不涉及安全，而且最多就造成中度傷害。如果，此時仍然沿用10分為會導(dǎo)致死亡的相關(guān)失效模式，那么FMEA的整體評分就會被拉低。而本來可能是比較嚴(yán)重的失效模式和高優(yōu)先級的事件就有可能被誤判，原因是因為評分太低。
16.3.5.1故障嚴(yán)重程度
故障嚴(yán)重度是指如果失效模式發(fā)生，后果會有多嚴(yán)重。一些公司開發(fā)了三種不同的評分表——第一個是處理設(shè)備的嚴(yán)重程度，第二個是處理系統(tǒng)的嚴(yán)重程度，第三個是針對用戶的嚴(yán)重程度。表16.1顯示了一個嚴(yán)重度評分系統(tǒng)的例子，我們使用的機(jī)器人將半導(dǎo)體晶片移動到半導(dǎo)體加工機(jī)器之間。
16.3.5.2發(fā)生頻率
發(fā)生頻率，一般是指我們在創(chuàng)建這個表格或者評分系統(tǒng)的時候需要了解當(dāng)下的元器件或者子系統(tǒng)的失效率水平。對于這個項目來說，我們一般會有兩種選擇，一種是制作一個當(dāng)下的失效率水平的表格，然后使用可靠性預(yù)計的方法來預(yù)計未來各零部件有多少失效，以及如何分配?？墒沁@種方法有一個弊端，那就是并不是所有的失效模式都可以被定位到子系統(tǒng)或者部件級。而且，這種失效模式并不少見。在這種情況下，可靠性預(yù)計的作用，相當(dāng)有限，甚至根本是南轅北轍。比如，一個電源產(chǎn)品，你可以收集數(shù)據(jù)并且得出由于開關(guān)導(dǎo)致的產(chǎn)品失效次數(shù)。然后在進(jìn)行分配，這是可行的。但是，如果因為客戶將110V的電源誤接入220V系統(tǒng)而導(dǎo)致失效發(fā)生的時效。你將如何預(yù)計此類的發(fā)生概率？
16.3.5.3 探測度
探測度是指在發(fā)生故障時發(fā)現(xiàn)它的能力。對于探測，一般也有兩種方法。首先，我們可以在檢測失效模式之前開發(fā)一個評分系統(tǒng)。其次，我們可以開發(fā)一個評分系統(tǒng)，在它發(fā)生后檢測故障模式，這樣我們就可以在情況變得更糟之前減輕故障。例如，如果汽車燃料很低，低燃料燈就會亮起來，警告你很快就會用光燃料。
這是汽車制造商提出的一種檢測方法，這樣我們就可以在故障模式變得更糟之前解決這個問題(因為燃料用光了)。表16.3顯示了我們用于汽車裝配公司的探測計分系統(tǒng)的一個例子。在本例中，我將兩種不同的方法組合在一起。
這里要注意的是，探測度的評分系統(tǒng)和其他兩個是相反的，因為，探測度越高，對系統(tǒng)就越有利。另外，請注意，在本書的撰寫過程中，一些FMEA指導(dǎo)方針會讓我們并不依賴這個探測評分系統(tǒng)。因為，在開發(fā)發(fā)生率評分系統(tǒng)的時候，會有一部分交叉的內(nèi)容。
對于不同類型的FMEAs，我們需要為正在執(zhí)行的FMEA提供獨特的評分系統(tǒng)。例如，如果我們正在執(zhí)行一個流程FMEA，我們將需要提出一個評分系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是與生產(chǎn)過程相關(guān)的失效所特有的。
16.3.5.4 風(fēng)險優(yōu)先級
RPN是通過將嚴(yán)重度、頻度和探測度的分?jǐn)?shù)相乘得到的。開發(fā)一個評分系統(tǒng)，分門別類地將風(fēng)險劃分為不同的類別和等級。最后的分?jǐn)?shù)是的RPN。為此，將控制線以上的失效模式轉(zhuǎn)化到控制線以下。然而，一般在這個時候，我不建議大家先把失效模式和風(fēng)險分類再去打分，因為，很多人可能傾向于給低分，用來避免自己過多的在一到兩個特定的失效模式上做太多的工作。我建議大家先打完分以后，在把失效模式和風(fēng)險等級分門別類的歸納起來。
16.3.6用頭腦風(fēng)暴去發(fā)現(xiàn)潛在失效模式
FEMA的主持人必須通過頭腦風(fēng)暴來引領(lǐng)團(tuán)隊，以確定所有潛在的失敗模式。有許多好的頭腦風(fēng)暴技術(shù)可以幫助思想自由流動，也可以指導(dǎo)我們?nèi)ニ伎?。但是，頭腦風(fēng)暴并不是毫無目的的瞎想，“風(fēng)暴”指的是思維是具有發(fā)散性的，不被束縛。如果只是漫無目的的亂想，那會一事無成。 團(tuán)隊也會很快失去耐心，因為大家都不知道到底要干嘛。
在頭腦風(fēng)暴會議期間，我最喜歡的兩種確定故障模式的技術(shù)是邊界圖和參數(shù)圖。
16.3.6.1 邊界圖
界面編輯圖的作用很重要，特別是當(dāng)你的產(chǎn)品是一個復(fù)雜系統(tǒng)或者產(chǎn)品本身與其他系統(tǒng)有很多接口的時候。圖16.1顯示了界面邊際圖的示例。我們在這里用不同的線連接不同系統(tǒng)之間的接口。接口可以是物理、能源、材料或數(shù)據(jù)。如果我們在頭腦風(fēng)暴的時候畫一邊界界面圖，并識別不同的接口，那么FMEA團(tuán)隊就可以集中關(guān)注每個接口相關(guān)聯(lián)的失效模式上。不至于漫無目的“風(fēng)暴”。
16.3.6.2參數(shù)圖
參數(shù)圖，或p 圖，通常稱為p圖，是將頭腦風(fēng)暴會議集中到四個不同領(lǐng)域的一種方法：個體差異、環(huán)境、客戶使用/工作周期和退化。每個區(qū)域都被稱為噪聲因子，或者一個你無法控制的影響因素。從其中一個領(lǐng)域開始，確定與該領(lǐng)域有關(guān)的所有失效模式，然后繼續(xù)下一個領(lǐng)域。每個故障模式都有輸入、輸出、控制因素和故障狀態(tài)。各要素的定義。
•噪聲因子——所有無法控制因素的影響因子
•控制因素——所有你有可以有效控制的影響因子
•輸入——從另一個設(shè)備或用戶(例如用戶與系統(tǒng)交互的用戶)輸入系統(tǒng)的輸入
•輸出——系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能
•故障狀態(tài)——這些是產(chǎn)生的效果(此信息可以輸入步驟8 /第16.3.8小節(jié))。
P圖的基本結(jié)構(gòu)和DOE類似，對于DOE，我們也有噪聲因素，控制因素，和錯誤。
當(dāng)你完成頭腦風(fēng)暴以后，接下來的步驟并不需要每個人都參與，找相關(guān)的職能工程師就可以。很多公司在這方面都犯過錯誤，為了讓人才積累經(jīng)驗，為了讓員工盡心盡力。讓每個工程師參與項目的每一步。其實，這樣往往適得其反。長此以往，項目會對所有人來說都會變成一個既漫長又冗余的活動。
16.3.7 不能風(fēng)暴完了就結(jié)束了，你需要把結(jié)果整理成表格
風(fēng)暴完了需要有結(jié)果，不然這項活動的價值何在？這里需要提醒一點，不要在風(fēng)暴的時候使用表格整理大家的想法和結(jié)論。我進(jìn)場會看見有團(tuán)隊犯這種錯誤，這樣會使大家的思維受到限制。是本來是一個集思廣益的活動，變成評分和歸類討論會。
表16.5顯示了我們可以使用的表格示例。注意，在表格中，有一個“u”和“m”在列P、D和PRN的旁邊。“u”是在采取行動前的得分(在采取任何行動之前的得分)，而“m”是行動后的分?jǐn)?shù)(在采取行動后的分?jǐn)?shù))。還要注意的是，還有一個“參考驗證”專欄。“我們建議使用這列，展示你是如何驗證行動的效果，或者如果你還沒有采取行動。”這是指當(dāng)你將在以后階段中采取的行動。舉個例子：產(chǎn)品的失效模式之中可能有一個是由于客戶的不正確清洗造成的，所以，我們就會希望在用戶手冊中啟用正確的清晰方式。然而，此時很可能用戶手冊并沒有寫好。那么，在這個時候，你就可以在這一列加一個提醒，提醒你這一動作必須被加入用戶手冊。你可以設(shè)置一個責(zé)任人，并且將這一項分配給編寫手冊的人。
對于步驟8和步驟9(第16.3.8和16.3.9小節(jié))，我們將告訴大家FMEA的垂直方法。使用垂直方法，移動到下一列之前完成一列，而不是完成一行，然后移動到下一行(水平方法)。例如，在列出了所有的故障模式之后，我們在分析系統(tǒng)影響之前，就能清晰的知道每個失效模式的具體影響。這比水平方法要有效得多，我們可以按需要有選擇性的有優(yōu)先級的系統(tǒng)性的評估失效模式的影響和對其進(jìn)行評分。
16.3.8 列出每個失效模式的潛在影響
選擇最了解產(chǎn)品的團(tuán)隊成員，以及故障如何影響終端系統(tǒng)。他們應(yīng)該確定每個故障模式的系統(tǒng)層面的影響。我們甚至可以在開始這個練習(xí)之前提出一個所有可能會存在的的系統(tǒng)影響的表格，這樣這個過程就會更快捷，你的標(biāo)簽也會更加一致。如果你的系統(tǒng)很復(fù)雜，可能需要添加一個“局部影響”列，如表16.5所示。
16.3.9給每個失效模式評分
為嚴(yán)重程度(S)、頻度(P)和探測度(D)打分。使用16.3.5節(jié)中開發(fā)出來的表格。一旦確定了故障影響，我們應(yīng)該就能夠相對較快地對每個故障模式進(jìn)行評分。通常，由一個人來進(jìn)行所有的評分活動。
16.3.10計算風(fēng)險優(yōu)先級(RPN)
在填寫了S、P和D值之后，應(yīng)該在電子表格中設(shè)置公式，以自動計算得到的RPN。
16.3.11采取行動之前先對失效模式進(jìn)行優(yōu)先級排序
下一步，我們就要對所有的失效模式根據(jù)RPN數(shù)值進(jìn)行優(yōu)先級排序。但是對于所有嚴(yán)重程度得分為10的失效模式，不論RPN值得分有多低，都必須自動保持高優(yōu)先級。
16.3.12 RPN表分類
在開始為故障模式采取措施或行動之前，先對RPN表進(jìn)行分類，以確定哪些風(fēng)險是無法忍受的、不受歡迎的、可容忍的、可忽略的。參見表16.6，獲得與每種風(fēng)險類型相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險評分，并以此為依據(jù)來修訂的RPN評分系統(tǒng)的示例。記住這是一個例子;分離RPN表的方式可能有很多種。
16.3.13采取行動消除/減少高風(fēng)險失效模式
現(xiàn)在，我們應(yīng)該將每個故障模式對應(yīng)一個高風(fēng)險的數(shù)數(shù)值，并提出一個降低或降低總風(fēng)險的方法。如果沒有，流程就只完成了一半。你可以通過執(zhí)行以下一項或多項措施來達(dá)到這一目標(biāo):
1、減少發(fā)生故障的概率。
2、降低當(dāng)失效發(fā)生時影響的嚴(yán)重程度。
3、增加在產(chǎn)品發(fā)布前或在該領(lǐng)域出現(xiàn)故障時檢測故障的可能性。
注意，這里的糾正措施可能需要綜合使用本書中描述的許多其他技術(shù)。
16.3.14計算你所得到的RPN
接下來，基于我們所采取的操作(或者你在尚未執(zhí)行既定的計劃)計算新的RPN。與我們之前的RPN表比較，確保產(chǎn)生的新的RPN現(xiàn)在處于可容忍的水平或可忽略的水平（控線以下）。
16.3.15在產(chǎn)品生命周期內(nèi)保持FMEA的不斷更新
并不是到了這一步FMEA的工作就可以告一段落，而是在產(chǎn)品生命周期的每個階段。例如：對設(shè)計進(jìn)行更改時，或者在執(zhí)行測試時，周期性地回顧FMEA，確定是否出現(xiàn)了新的故障模式。如果我們有必要重新設(shè)計了產(chǎn)品的主要部分，那我們就應(yīng)該回到第6步(第16.3.6節(jié))，并讓FMEA團(tuán)隊一起進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，然后重復(fù)步驟6 - 14。
同時，每次當(dāng)我們開發(fā)既定的糾正措施或風(fēng)險降低計劃，實施之后，都需要再一次回顧FMEA，并確認(rèn)這個動作和第一次開發(fā)降低風(fēng)險分?jǐn)?shù)時的效果一樣有效。
可靠性整合：將FMEA和HALT結(jié)合在一起——讓FMEA幫助你編寫HALT實驗計劃
FMEA對編寫HALT計劃非常有用，因為FMEA可以識別出產(chǎn)品的不同部分是如何失敗的，這樣就可以有針對性的開發(fā)測試方案來驗證高RPN的對應(yīng)失效模式是否得到有效緩解?？梢詤⒁姷?9章的吸入器例子。此外，F(xiàn)MEA還可以指出非相關(guān)的故障模式，這樣當(dāng)我們在開發(fā)測試計劃時，您可以選擇合適的應(yīng)力和等級，以避免測試中出現(xiàn)這些故障。
案例學(xué)習(xí)：FMEA需要一個主導(dǎo)人
過去，一家半導(dǎo)體制造設(shè)備公司一直在使用FMEA技術(shù)，但由于每次嘗試FMEA時，效率很低，沒什么成效。團(tuán)隊在許多不同的細(xì)節(jié)上爭論不休，卻沒有什么有用的結(jié)果。此外，不同的團(tuán)隊成員說FMEA這個過程耗時太長，他們害怕成為FMEA過程的一部分。他們請我們?yōu)樗麄兿麓蔚腇MEA會議做準(zhǔn)備。首先，我們將FMEA練習(xí)結(jié)合在一起，這樣我們就可以專注于一個特定的領(lǐng)域。然后，我們通過邊界接口圖和p -圖的頭腦風(fēng)暴技術(shù)來幫助團(tuán)隊在設(shè)計的特定領(lǐng)域，而不是他們以前使用的隨機(jī)方法。一旦我們有了失敗模式的列表，我們就解散了大部分團(tuán)隊，并與其中一個職能團(tuán)隊合作完成了FMEA。這就有了一個更有效的FMEA，覆蓋了超過50%的相關(guān)失效模式，我們在客戶之前的FMEA練習(xí)中減少了相當(dāng)平時一半的時間。
來源：AnyTesting
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