精益制造之家專欄內(nèi)容： 精益話題第十五期（No.15）

專欄內(nèi)容：FMEA的含義，作用及實(shí)施方法

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上文我們說(shuō)到防錯(cuò)法是如何利用科學(xué)的手段來(lái)防止失誤的發(fā)生。那中間很重要的一環(huán)就如何通過(guò)一些方法來(lái)識(shí)別過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題的步驟。這里介紹一種方法，稱為FMEA(失效模式與影響分析)。它是全世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的一種可靠性解析手法。

FMEA 的含義

FMEA是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段和過(guò)程設(shè)計(jì)階段，對(duì)構(gòu)成產(chǎn)品的子系統(tǒng)、零件，對(duì)構(gòu)成過(guò)程的各個(gè)工序逐一進(jìn)行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預(yù)先采取必要的措施，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性的一種系統(tǒng)化的活動(dòng)。

FMEA發(fā)展之初期，以設(shè)計(jì)技術(shù)為考慮，但后來(lái)的發(fā)展，除設(shè)計(jì)時(shí)使用外，制造工程及檢查工程亦可適用。在ISO 9000系列的標(biāo)準(zhǔn)中，也清楚地記載了FMEA手法在質(zhì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用。

FMEA 的實(shí)施效果

FMEA 可以在企業(yè)的開發(fā)階段、設(shè)計(jì)階段、制造階段和使用階段等產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中實(shí)施。這是一套方法，不是一堆制式表格，是基于事實(shí)/經(jīng)驗(yàn)而不是假設(shè)的。FMEA 過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，是持續(xù)不斷的，是企業(yè)知識(shí)庫(kù)不斷完善的過(guò)程。

根據(jù)應(yīng)用環(huán)節(jié)的不同，主要分為設(shè)計(jì)FMEA 和過(guò)程FMEA。

FMEA的分類

所以FMEA 可以支持可靠性解析和設(shè)計(jì)審查，可視為品質(zhì)保證和可靠性，維護(hù)性極好的一部分。具體的效果如下：

1， 指出重要的故障模式，指出潛在故障或退化故障燈

2， 評(píng)估設(shè)計(jì)或重新檢討設(shè)計(jì)，支持設(shè)計(jì)審查

3， 指出品質(zhì)管理上的問(wèn)題點(diǎn)

4， 指出維護(hù)性設(shè)計(jì)上的問(wèn)題點(diǎn)

5， 產(chǎn)品安全方面的應(yīng)用

FMEA 表單

FMEA表單（例）

FMEA具體解析步驟

FMEA的解析流程

步驟1：理解對(duì)象

實(shí)施可靠性分析的最重要的是先充分理解解析對(duì)象的系統(tǒng)（針對(duì)設(shè)備可靠性是整體設(shè)備系統(tǒng)，針對(duì)品質(zhì)可靠性的是加工過(guò)程，針對(duì)安全可靠性的是操作過(guò)程）。以品質(zhì)可靠性的控制為例，首先應(yīng)盡量熟悉產(chǎn)品加工的過(guò)程，最好是以最嚴(yán)苛的條件來(lái)調(diào)查。盡量避免在沒(méi)有看過(guò)產(chǎn)品或沒(méi)有到過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的情形下進(jìn)行。

為了理解解析對(duì)象，應(yīng)該先看看類似的系統(tǒng)或試做的產(chǎn)品的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程等。若是在開發(fā)階段這種根本看不到對(duì)象系統(tǒng)的情況下，應(yīng)借助經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，從使用設(shè)備、環(huán)境條件、法規(guī)要求、工藝流程、常見質(zhì)量問(wèn)題清單（QA 矩陣）等進(jìn)行檢查。

步驟2：制作流程圖

制作工藝流程圖，并熟悉工藝過(guò)程的關(guān)鍵控制點(diǎn)（CCP），針對(duì)設(shè)備可以由主機(jī)能向各個(gè)子系統(tǒng)及組件進(jìn)行研究。

工藝流程圖及設(shè)備（例）

步驟3：列舉失效模式

首先集合各相關(guān)崗位的經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，采用頭腦風(fēng)暴的方法，根據(jù)此工藝流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)的偏差可以通過(guò)人、機(jī)、料、法等方面進(jìn)行考慮并列舉。

*頭腦風(fēng)暴法（Brain storming），是指由美國(guó)BBDO廣告公司的奧斯本首創(chuàng)，該方法主要由價(jià)值工程工作小組人員在正常融洽和不受任何限制的氣氛中以會(huì)議形式進(jìn)行討論、座談，打破常規(guī)，積極思考，暢所欲言，充分發(fā)表看法。

對(duì)于設(shè)備機(jī)能的失效模式主要有以下：

-機(jī)能類的故障模式： 不動(dòng)作，不停止、動(dòng)作延遲、提早動(dòng)作、無(wú)法停止在規(guī)定位置，無(wú)法達(dá)到規(guī)定參數(shù)等。

-機(jī)械類故障模式：磨損、腐蝕、變形、龜裂、破損、脫落、震動(dòng)、松動(dòng)、彎曲、泄露、過(guò)熱等

-電氣類故障模式：短路、接觸不良、燒損、接觸不良、過(guò)熱、異常音、絕緣性降低等

-化學(xué)類故障模式：退化、剝落、腐蝕、變色、固化、污染、化學(xué)性過(guò)熱、沸騰等。

步驟4：影響度解析

從設(shè)備的角度說(shuō)，影響解析是指上面列舉出的失效模式對(duì)于對(duì)各子系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)，甚至安全性造成的影響。

從品質(zhì)控制的角度說(shuō)，更多的是產(chǎn)生了更多的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，并導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上已經(jīng)識(shí)別出并真正出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷（一般公司對(duì)于某個(gè)工藝流程都有定義好的質(zhì)量缺陷列表）。

所以FMEA中的Effects就是要檢討除了自身的系統(tǒng)失效以外，對(duì)于其他受影響的項(xiàng)目，全部都要進(jìn)行解析。所以要在安全，質(zhì)量，環(huán)境，經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面進(jìn)行解析。

步驟5：風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估

這里有個(gè)很重要的概念必須了解，那就是RPN(風(fēng)險(xiǎn)系數(shù))。

RPN (risk priority number) 是事件發(fā)生的頻率、嚴(yán)重程度和檢測(cè)等級(jí)三者乘積，被稱為風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)。其數(shù)值愈大潛在問(wèn)題愈嚴(yán)重，用來(lái)衡量可能的工藝缺陷，以便采取可能的預(yù)防措施減少關(guān)鍵的工藝變化，使工藝更加可靠。

公式如下：

RPN = 失效的嚴(yán)重度（1-10）x 發(fā)生頻度（1-10） x 檢測(cè)等級(jí) （1-10）

RPN值范圍從1（絕對(duì)最好）到1000（絕對(duì)最差），針對(duì)具體的分值和對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，一般沒(méi)有確定的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)FMEA應(yīng)用場(chǎng)景的不同，有所區(qū)分。確定從何處著手的最好方式是利用二八法則，篩選出那些首先應(yīng)集中關(guān)注和風(fēng)險(xiǎn)程度最高的環(huán)節(jié)。

風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（SOD）

– 嚴(yán)重度(severity)：又稱為影響度，主要是指失效模式對(duì)于系統(tǒng)，安全性以及經(jīng)濟(jì)性等方面的影響。

嚴(yán)重度的評(píng)級(jí)（例）

– 發(fā)生頻度（Occurrence）：主要是指失效模式的發(fā)生頻度，一般以高、中、低加以量化。

發(fā)生頻度的評(píng)級(jí)（例）

– 探測(cè)度（detection）：按探測(cè)度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，根據(jù)檢查類別可以分為 (根據(jù)防錯(cuò)原理，盡量使用預(yù)防的方法為上) ：A= 防錯(cuò)措施 ； B= 檢具檢查 ； C= 人工檢查

探測(cè)度的評(píng)級(jí)（6-10）

探測(cè)度評(píng)級(jí)（1-5）

步驟6：原因分析及對(duì)策

這一步驟，主要用結(jié)構(gòu)化問(wèn)題解決（Structured problem solving）的思路，通過(guò)各種分析工具（包括4M分析，why-why分析等），找出問(wèn)題發(fā)生的根源，并采取行動(dòng)。

當(dāng)遇到問(wèn)題的原因無(wú)法被完全消除時(shí)，可以圍繞著RPN的三個(gè)方面（SOD）通過(guò)降低影響，減少發(fā)生的頻率，或增加探測(cè)度，來(lái)改善現(xiàn)狀。

步驟7：回顧對(duì)策完成后的評(píng)估

完成對(duì)策后，需要對(duì)RPN進(jìn)行回顧，如果結(jié)果還未到達(dá)可接收的范圍，還需要持續(xù)改善。

各流程結(jié)束后的FMEA（例）

其他解析手法：

故障樹分析（FTA）是由上往下的演繹式失效分析法，利用布林邏輯組合低階事件，分析系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的狀態(tài)。故障樹分析主要用在安全工程以及可靠度工程的領(lǐng)域，用來(lái)了解系統(tǒng)失效的原因，并且找到最好的方式降低風(fēng)險(xiǎn)，或是確認(rèn)某一安全事故或是特定系統(tǒng)失效的發(fā)生率。

故障樹分析是演繹推理，是從上到下的方式，分析復(fù)雜系統(tǒng)初始失效及事件的影響。故障樹分析恰好和失效模式與影響分析（FMEA）相反，F(xiàn)MEA是歸納推理，是從下到上的方式，分析設(shè)備或是子系統(tǒng)的單一元件失效或是機(jī)能失效的影響。故障樹分析用來(lái)分析系統(tǒng)如何避免單一般（或是多重）初始故障發(fā)生，是很好的工具，但無(wú)法用故障樹分析找到所有可能的初始故障。FMEA可以用窮舉的方式列出所有的初始故障，并識(shí)別其局部的影響，不適合用來(lái)檢驗(yàn)多重失效，或是他們對(duì)系統(tǒng)層級(jí)的影響。故障樹分析會(huì)考慮外部事件，而FMEA不會(huì)。

最后分享一個(gè)生活中的FMEA，博君一笑。

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