精益制造之家專欄內容： 精益話題第十五期（No.15）
專欄內容：FMEA的含義，作用及實施方法
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上文我們說到防錯法是如何利用科學的手段來防止失誤的發生。那中間很重要的一環就如何通過一些方法來識別過程中容易出現問題的步驟。這里介紹一種方法，稱為FMEA(失效模式與影響分析)。它是全世界范圍內應用最為廣泛的一種可靠性解析手法。
FMEA 的含義
FMEA是在產品設計階段和過程設計階段，對構成產品的子系統、零件，對構成過程的各個工序逐一進行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預先采取必要的措施，以提高產品的質量和可靠性的一種系統化的活動。
FMEA發展之初期，以設計技術為考慮，但后來的發展，除設計時使用外，制造工程及檢查工程亦可適用。在ISO 9000系列的標準中，也清楚地記載了FMEA手法在質量領域中的應用。
FMEA 的實施效果
FMEA 可以在企業的開發階段、設計階段、制造階段和使用階段等產品的整個生命周期中實施。這是一套方法，不是一堆制式表格，是基于事實/經驗而不是假設的。FMEA 過程是動態的，是持續不斷的，是企業知識庫不斷完善的過程。
根據應用環節的不同，主要分為設計FMEA 和過程FMEA。
FMEA的分類
所以FMEA 可以支持可靠性解析和設計審查，可視為品質保證和可靠性，維護性極好的一部分。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， 評估設計或重新檢討設計，支持設計審查
3， 指出品質管理上的問題點
4， 指出維護性設計上的問題點
5， 產品安全方面的應用
FMEA 表單
FMEA表單（例）
FMEA具體解析步驟
FMEA的解析流程
步驟1：理解對象
實施可靠性分析的最重要的是先充分理解解析對象的系統（針對設備可靠性是整體設備系統，針對品質可靠性的是加工過程，針對安全可靠性的是操作過程）。以品質可靠性的控制為例，首先應盡量熟悉產品加工的過程，最好是以最嚴苛的條件來調查。盡量避免在沒有看過產品或沒有到過現場的情形下進行。
為了理解解析對象，應該先看看類似的系統或試做的產品的運轉過程等。若是在開發階段這種根本看不到對象系統的情況下，應借助經驗豐富的人員，從使用設備、環境條件、法規要求、工藝流程、常見質量問題清單（QA 矩陣）等進行檢查。
步驟2：制作流程圖
制作工藝流程圖，并熟悉工藝過程的關鍵控制點（CCP），針對設備可以由主機能向各個子系統及組件進行研究。
工藝流程圖及設備（例）
步驟3：列舉失效模式
首先集合各相關崗位的經驗豐富的人員，采用頭腦風暴的方法，根據此工藝流程中的各個環節會出現的偏差可以通過人、機、料、法等方面進行考慮并列舉。
*頭腦風暴法（Brain storming），是指由美國BBDO廣告公司的奧斯本首創，該方法主要由價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議形式進行討論、座談，打破常規，積極思考，暢所欲言，充分發表看法。
對于設備機能的失效模式主要有以下：
-機能類的故障模式： 不動作，不停止、動作延遲、提早動作、無法停止在規定位置，無法達到規定參數等。
-機械類故障模式：磨損、腐蝕、變形、龜裂、破損、脫落、震動、松動、彎曲、泄露、過熱等
-電氣類故障模式：短路、接觸不良、燒損、接觸不良、過熱、異常音、絕緣性降低等
-化學類故障模式：退化、剝落、腐蝕、變色、固化、污染、化學性過熱、沸騰等。
步驟4：影響度解析
從設備的角度說，影響解析是指上面列舉出的失效模式對于對各子系統，整個系統，甚至安全性造成的影響。
從品質控制的角度說，更多的是產生了更多的風險來源，并導致現場實際上已經識別出并真正出現的質量缺陷（一般公司對于某個工藝流程都有定義好的質量缺陷列表）。
所以FMEA中的Effects就是要檢討除了自身的系統失效以外，對于其他受影響的項目，全部都要進行解析。所以要在安全，質量，環境，經濟性等各個方面進行解析。
步驟5：風險程度評估
這里有個很重要的概念必須了解，那就是RPN(風險系數)。
RPN (risk priority number) 是事件發生的頻率、嚴重程度和檢測等級三者乘積，被稱為風險系數或風險順序數。其數值愈大潛在問題愈嚴重，用來衡量可能的工藝缺陷，以便采取可能的預防措施減少關鍵的工藝變化，使工藝更加可靠。
公式如下：
RPN = 失效的嚴重度（1-10）x 發生頻度（1-10） x 檢測等級 （1-10）
RPN值范圍從1（絕對最好）到1000（絕對最差），針對具體的分值和對應的標準，一般沒有確定的標準，根據FMEA應用場景的不同，有所區分。確定從何處著手的最好方式是利用二八法則，篩選出那些首先應集中關注和風險程度最高的環節。
風險順序數（SOD）
– 嚴重度(severity)：又稱為影響度，主要是指失效模式對于系統，安全性以及經濟性等方面的影響。
嚴重度的評級（例）
– 發生頻度（Occurrence）：主要是指失效模式的發生頻度，一般以高、中、低加以量化。
發生頻度的評級（例）
– 探測度（detection）：按探測度評價準則，根據檢查類別可以分為 (根據防錯原理，盡量使用預防的方法為上) ：A= 防錯措施 ； B= 檢具檢查 ； C= 人工檢查
探測度的評級（6-10）
探測度評級（1-5）
步驟6：原因分析及對策
這一步驟，主要用結構化問題解決（Structured problem solving）的思路，通過各種分析工具（包括4M分析，why-why分析等），找出問題發生的根源，并采取行動。
當遇到問題的原因無法被完全消除時，可以圍繞著RPN的三個方面（SOD）通過降低影響，減少發生的頻率，或增加探測度，來改善現狀。
步驟7：回顧對策完成后的評估
完成對策后，需要對RPN進行回顧，如果結果還未到達可接收的范圍，還需要持續改善。
各流程結束后的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，分析系統中不希望出現的狀態。故障樹分析主要用在安全工程以及可靠度工程的領域，用來了解系統失效的原因，并且找到最好的方式降低風險，或是確認某一安全事故或是特定系統失效的發生率。
故障樹分析是演繹推理，是從上到下的方式，分析復雜系統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，FMEA是歸納推理，是從下到上的方式，分析設備或是子系統的單一元件失效或是機能失效的影響。故障樹分析用來分析系統如何避免單一般（或是多重）初始故障發生，是很好的工具，但無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，并識別其局部的影響，不適合用來檢驗多重失效，或是他們對系統層級的影響。故障樹分析會考慮外部事件，而FMEA不會。
最后分享一個生活中的FMEA，博君一笑。
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