失效模式及影响分析

危 害 度 Cr
D
E Ⅳ Ⅲ Ⅱ 严酷度类别 Ⅰ
FMEA类型

设计FMEA（DFMEA）
设计工程师/小组采用的，充分考虑并确定设计阶 段的各种失效模式及相关机理。

过程FMEA（PFMEA）
制造、装配工程师/小组采用的，充分考虑并确定 过程阶段的各种失效模式及相关机理。
DFMEA
DFMEA面向的用户
推动实施FMEA
为什么要实施FMEA（Why？） 实施FMEA的时机（When？） 如何实施FMEA（How？）

为什么要实施FMEA(Why)
实施“预防措施”而非“纠正措施” 增加可探测的几率 确定最严酷的失效并降低其影响 降低失效的发生 将质量、可靠性引入产品设计和制造过 程

FMEA的三个核心元素
失效模式－指产品失效的表现形式。 失效影响－指失效模式会造成对安全性、产品功能的影 响。 (严酷度－某种失效模式影响的严重程度。) 失效原因(失效机理)－使产品发生失效的根本原因。

FMEA的历史发展
50年代初美国第一次将FMEA思想用于战斗机操作系统 的设计分析； 60年代中期，FMEA应用于航天工业(Apollo计划)； 80年代初，FMEA进入微电子工业； 80年度中期，汽车工业开始应用FMEA； 88年，美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统 的设计及分析都必须使FMEA； 91年，ISO－9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计； 94年，FMEA成为QS－9000的认证要求。 “潜在失效模式及后果分析（FMEA）”（2002年 第三版）是美国三大汽车公司推出的汽车零组件生产 和所属供应商的强制性要求。
β β
j j
＝1
很可能丧失
有可能丧失 无影响
0.1< β j <1
0< β j <0.1
β
j
＝0
失效模式及影响分析(FMEA)－7

传统的FMEA和FMECA
t－工作时间，产品每次任务的工作小时数或工作循环次数 С mj－失效模式危害度， С mj=λ p· α j· β j· t Cr －产品危害度

概述

FMEA概念
失效模式及影响分析(Failure Mode Effect Analysis, FMEA)就是在产品设计过程、生产过程中，通过对产品各 组成单元潜在的各种失效模式及其对产品功能的影响进行 分析，并把 每个潜在失效模式按它的严酷程度予以分类， 提出可以采用的预防改进措施，以提高产品可靠性的一种 设计、过程分析方法。 实质：通过FMEA及其改进措施的实施，降低产品设 计、过程的潜在失效风险。
DFMEA的基本内容
顾客抱怨 保证和维修信息 以往工作历史 FMEA小组经验(头脑风暴)
项目 －功能 潜在失 效模式 潜在失 效影响 来自经验和数据 来自推测
严 重 度 S
潜在失 效原因/ 机理
频 度 O
现行设 计控制
探 测 度 D
R P N
重在描述
建议措 施
责任及 目标完 成日期
严 重 度 S
频 度 O
采用DFMEA的好处

对设计缺陷进行评价 提高充分考虑潜在失效模式及其对系统/产品的影响的 几率 将失效模式根据其影响程度分级，优先采取预防措施 可以缩短产品的开发时间，降低成本，提高质量、可 靠性和安全性
DFMEA应注意的问题

DFMEA是一个动态文件，当产品的设计发生变化时需 要对DFMEA进行更新 在产品的设计方案确定后就必须完成DFMEA DFMEA的目的是实现设计思想，并假定制造和装配过 程能实现这一思想 制造或装配过程的潜在失效模式/机理由PFMEA解决， 而非效果
失效模式及影响分析(FMEA)－1

FMEA分析方法
根据产品的复杂程度及功能关系划分产品层次 在约定的层次进行FMEA 硬件法－根据产品的功能对每个潜在失效模式及其影 响进行分析评价。(产品结构、设计图纸及其 他资料确定。严格的FMEA) 功能法－根据产品的功能输出对其失效模式及其影响 进行分析评价。 (产品初期，设计尚未完成， 资料不全面。简单的FMEA。自上而下的功 能FMEA)
产品结构和功能的资料 产品运行和维修资料 产品使用的环境 产品的最低工作要求 产品质量、可靠性数据

掌握产品的潜在失效模式
潜在失效模式 失效模式发生的几率 失效原因/失效机理 对失效模式/机理的控制能力
如何实施FMEA(How)－2

掌握FMEA的基本方法与实施步骤
FMEA基本概念 FMEA表的基本组成 严酷度、频度、探测度等级的评定方法
设计失效的原因
由于忽视了一些问题或不恰当的使用导致的设计失效 如：不恰当的容限 不正确的应力 错误的假设 错误的材料选择 采用了低级别的元器件 缺乏设计标准

设计方框图
系统
子系统1
子系统2
子系统3
子系统4
部件1
部件2
部件3
对于复杂功能系统/产品应将其划分为更小的子系统， 并确定各级之间的功能关系
严重度（S）
影响 无警告的 严重危害 有警告的 严重危害 很高 高 中等 低 很低 严重度评定准则 严重度 这是一种非常严重的失效形式，在没有任何失效预兆的情况 10 下影响到行车安全或不符合政府的法规 这是一种非常严重的失效形式，是在有任何失效预兆的前提 下发生，影响到行车安全或不符合政府的法规 车辆/项目不能运行（丧失基本功能） 车辆/项目可运行，但性能下降，顾客非常不满意 9 8 7
中等
中上 高 很高
控制有中等的机会能探测出
设计控制有中上多的机会能探测出 控制有较多的机会能探测出 控制有很多的机会能探测出
5
4 3 2
肯定能
控制几乎肯定能探测出
1
DFMEA严重度判定准则
Effect Criteria: Severity of Effect for DFMEA Rank Hazardous – Failure affects safe product operation or involves 10 no warning noncompliance with government regulation without warning. Hazardous – Failure affects safe product operation or involves 9 with noncompliance with government regulation with warning. warning Very High High Moderate Product is inoperable with loss of primary Function. Product is operable, but at reduced level of performance. 8 7

实施FMEA的时机(When)
FMEA是事前行为 设计FMEA(DFMEA)应在初始产品设计 阶段进行 过程FMEA(PFMEA)在产品制造过程(工 艺)设计阶段进行 过程FMEA可以在现有产品的制造过程中 应用 FMEA可重复进行

如何实施FMEA(How)－1

掌握必要的信息和资料
失效模式及影响分析 FMEA
报告人：恩云飞
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心 CEPREI—RAC
2003年9月
What?
When?
FMEA
Why?
How?
主要内容
概述(概念) 推动实施FMEA(Why? When? How?) FMEA(FMEA、FMECA) 设计FMEA(QS9000) 过程FMEA(QS9000) // FMEA的步骤顺序 进行FMEA应注意的问题 案例分析 总结(技术回顾、难点分析) 失效模式与失效分析(失效分析、分析案例)

传统的FMEA和FMECA
FMECA表
代 码 产 品 或 功 能 标 志 功 能 故 障 模 式 故 障 原 因 任 务 阶 段 与 工 作 方 式 严 酷 度 类 别 故障 概率 或故 障率 数据 源 故 障 率 λ p 故 障 模 式 频 数 比 α j 故障 影响 概率 β j 工 作 时 间 t 故障 模式 危害 度 С mj 产品危害度
用户包括：




最终用户 功能维修 下一级系统或产品的设计者 工艺工程师 装配工程师 测试工程师 产品分析
进行DFMEA应考虑的问题
设计的方向(希望达到的，不希望出现的) 用户需要的 用户想要的 产品要求的 制造装配所要求的

可以利用的信息： 用户合同 已知产品质量 可靠性要求 制造要求
车辆/项目可运行，但舒适性/方便性项目不能运行，顾客不满 6 意 车辆/项目可运行，但舒适性/方便性项目性能下降，顾客有些 5 不满意 配合和外观/尖响和咔嗒响等项目不舒服。大多数顾客（75％ 4 以上）能感觉到有缺陷
轻微
很轻微 无
配合和外观/尖响和咔嗒响等项目不舒服。50％的顾客能感觉 到有缺陷
配合和外观/尖响和咔嗒响等项目不舒服。有辨别能力的顾客 （25％以下）能感觉到有缺陷 无可辨别的后果
3
2 1
频度（O）
失效发生的可能性 很高：持续性失效 可能的失效率 100个 每1000辆车/项目 50个 每1000辆车/项目 频度 10 9
高：经常性失效
20个 每1000辆车/项目
10个 每1000辆车/项目
8
7 6 5 4
中等：偶然性失效
5个 每1000辆车/项目 2个 每1000辆车/项目 1个 每1000辆车/项目
失效模式及影响分析(FMEA)－4

传统的FMEA和FMECA
FMEA表
代 码 产品 或 功能 标志 功 能 故 障 模 式 故 障 原 因 任务阶 段与 工作方 式 故障影响 局部 影响 高层次 影响 最终 影响 故 障 检 测 方 法 补 偿 措 施 严 酷 度 类 别 备 注
失效模式及影响分析(FMEA)－5
GJB190－主要考虑系统的安全、功能、任务
失效模式及影响分析(FMEA)－3

可靠性关键件和重要件的判别准则
（1）失效会导致人员伤亡、财产严重损失，或违反法规的产品。 （2）从寿命周期费用来说是昂贵的产品。虽然不会严重影响系统的安全， 但是它的采购费或使用维护费用极其昂贵。那么从经济的角度看，它也 是个关键件。 （3）只要它发生失效就会引起系统失效的产品。虽然不一定影响安全，但 严重影响任务的完成。 （4）历来使用表现不理想的产品，虽然失效并不影响系统的安全，但严重 地影响了系统的可用性，增加了维修费用及对备件的需求量。 （5）难以采购的，或由于采用新工艺而难以制造的产品。这种产品一旦发 生了失效，由于难以制造和采购，就可能因缺件而影响系统的可用性和 任务完成。 （6）已知需要对其进行特殊处理，储存、运输或试验、防护的产品。
Cr Cmj
备 注
失效模式及影响分析(FMEA)－6

传统的FMEA和FMECA
λ p －失效率，参考手册或通过预计得到 α j －失效模式频数比，参考失效率原始数据或试验及使用数 据推出，也可以根据产品功能分析判断得到 β j －失效影响概率，分析人员根据经验判断得到 β j 的定量估算表 失效影响 功能丧失
失效模式及影响分析(FMEA)－2

确定重要件和关键件
可靠性关键件和重要件指的是其失效会严重影响系统安全性、 可用性、任务成功、维修及寿命周期费用等的产品。 关键件是具有关键特性的产品。关键特性是指，如有失效可能 危及人身安全、导致武器系统或完成所要求使命的主要系统失效 的特性。(GJB190) 重要件是具有重要特性的产品。重要特性是指，该特性虽不 是关键特性，但如有失效，可能导致最终产品不能完成所要求使 命的特性。(GJB190)
Cr Cmj p a j j t
j 1 j 1
n
n
失效模式及影响分析(FMEA)－8

传统的FMEA和FMECA
危害性增大 故 障 模 式 发 生 概 率 等 级 A B C A B
严酷度类别： I类－灾难性故障 Ⅱ类－致命性故障 Ⅲ类－严重故障 Ⅳ类－轻度故障 失效模式发生的概率(失效模式频数)： A级－经常发生，>20%。 B级－有时发生，10%～20%。 C级－偶然发生，1%～10%。 D级－很少发生，0.1%～1%。 E级－极少发生，<0.1%。 危害性矩阵
探 测 度 D
R P N
RPN(Risk Priority Number) 风险顺序数
RPN＝S×O×D
S＝Severity（1～10） O＝Likelihood of Occurrence（1～10） D＝Likelihood of Detection（1～10） MAX＝1000，75 is OK 高和低的RPN都应给予充分的注意
低：相对很少发生的失效
0.5个 每1000辆车/项目
0.1个 每1000辆车/项目 0.010个 每1000辆车/项目
3
2 1
极低：失效不太可能发生
探测度（D）
探测性 几乎不可能 很微小 微小 很小 小 准则：设计控制探测出来的可能性 探测度 控制绝对肯定不可能探测潜在的起因 /机理及后续的失效模 10 式，或根本没有控制 控制可能探测不出来 控制有极少的机会能探测出 控制有很少的机会能探测出 控制可能能探测出 9 8 7 6