潜在失效模式及其后果分析 (FMECA)

FMEA
错误输入（过大） 输入过小 输出过大 无输入 无输出 短路 开路 漏泄 其它（1）
（1）指可适合于系统性、要求和运行限制的其它独特失效条件
SS
第三讲 FMECA分析技术
3.1 可靠性分析
3.2 失效分析技术
3.3 FMECA 分析技术
3.4 FEMA 特点
3.5 分析对象、范围 3.6 目的、意义、作用
例：继电器的触头失效模式。
FMEA
失效模式：元器件或产品失效的一种表现形式；
失效后果：失效模式对产品功能、安全性所
造成的后果；
危害度 (严重度)：某种失效后果的严重程度；
潜在失效模式：可能发生的失效模式。
SS
典型的失效模式
弯曲 断裂 脏污 短路 表面粗糙 毛刺 转运损坏 变形 开路 开孔太深 孔错位 漏开孔 表面太光滑 接触不良
工作组编写；是一本设计FMEA和过程FMEA的开发指 南；目的不在于定义要求，而是在于阐明FMEA技术开发 中的问题；
1993年2月发布第一版；1995年2月发布第二版；
2001年7月发布第三版；2008年6月发布第四版；
2001年11月发布《设备和工装潜在失效模式及后果分
析（MFMEA ）》第一版；
SS
2.1.1 可靠性
可靠性的形成

FMEA
设计过程形成：分析、评估、优化 生产过程形成：控制计划 使用过程形成：使用规范

}
固有 可靠性

使用可靠性
SS
—— 有关术语
FMEA
2.1.2 可靠度
产品在规定的条件下和规定的时间内完
成规定功能的概率。
可靠度是时间的递减函数。
R（t）= P（ T > t ）
2.2 失效与寿命特征参数
2.3 系统与可靠性模型 2.4 可靠性工程 2.5 失效模式
SS
2.1 可靠性与可靠度
2.1.1 可靠性
FMEA
产品在规定的条件下和规定的时间内完成规 定功能的能力。

规定条件：使用条件、环境条件、贮存条件 规定时间：小时、频次、里程 规定功能：故障判据
产品质量特性随时间变化的内在规律
可靠性
2.1.3 累积故障概率

产品在规定的条件下和规定的时间内，
丧失规定功能的概率

亦称为不可靠度
F(t) = P ( T ≤ t )
SS
—— 有关术语
可靠性

累积故障概率的估计值：
r(t) ^ F(t) = ———— No
其中： No、 R(t) 同可靠度计算
SS
2.2 失效与故障
2.2.1 定义：
4)重要性(后果程度)；5)复杂性。
SS
——有关术语
FMEA
(2) 进行可靠性计算:指标分配、预计、评估 可靠性模型 ；
(3) 进行可靠性分析 FMECA / FTA；
(4) 制定可靠性设计准则；
(5) 进行可靠性验证与评估。
(6) 可靠性控制→生产制造。
(7) 可靠性维护→用户使用。
SS
2.5 失效模式
SS
不可修复的产品: 由于产品用途的规定/经济上的考
2.2.4 寿命特征参数
2) 平均故障间隔时间( MTBF )
MTBF = — t I = — n i=1 n
其中 n： 故障发生次数; 1 n T
可靠性
tI： 每次工作持续时间
T： 产品总工作时间
可修复的产品:
基本修复、完全修复
SS
2.2.4 寿命特征参数
手册提供了应用 FMEA 技术的总体指南，但并没有给出
如何完成每一 FMEA 项目的具体说明，也不是综合性的 参考资料或培训资料。
FMEA参考手册第四版的变化
包含与系统、子系统、接口和零部件等级别的设计相关
的方法，以及与制造和装配的过程相关的方法；
增加索引、示例，重要段落予以标示，更易理解使用； 定义并强化设计和过程FMEA的联系的理解，同时定义了
对发生或可能发生失效的系统及其组成单元 进行分析。
鉴别其失效模式、失效原因(失效机理) ； 估计该失效模式对系统可能产生的后果； 分析该后果的严重程度 (影响和后果分析) ；
采取措施，提高系统的可靠性。
SS
常用失效分析方法
按失效原因分类:
—— 直方图、因果图、主次图；

FMEA
A1
A2
A3
n
An
RS（t）= Ri（t）
S （ t） = 1 + 2 + 3 + … + n
SS
i=1
—— 系统与系统结构图
并联系统可靠性模型 A1 A2
An
RS（t）= 1 - 〔 1 - Ri（t）〕
i=1
n
SS
—— 系统与系统结构图
混联系统可靠性模型
B1
注意：失效模式应以规范化技术术语描述， 不同于顾客察觉的现象
潜在失效的后果
噪音 粗糙 费力 工作不正常 异味 渗漏 不能工作 报废 外观不良
对最终 使用者
对下道 工序
无法紧固 不能配合 不能连接 无法安装 损坏设备 危害操作者 工装过度磨损
典型的失效机理

FMEA
物理的：磨损、屈服、疲劳… 化学的：腐蚀、老化、变质 … 原材料/元器件缺陷：
!
SS
第一讲 概 述
1.1

FMEA
FMECA包含两部分
失效模式及后果分析(FMEA); 危害度分析(CA);


FMEA与CA合并为FMECA。
可靠性工程中最基本、最有效和最重要的 分析技术之一
SS
——概述
FMEA
1.2 发展过程
FMEA60年代中期由美国军方研发和建立; 首先在航空航天及核技术中应用;
对组织和管理者的影响
对组织和管理者的影响
1.4 FMEA 技术的应用：
设计---- 一开始就使缺陷降到最低
尽可能完善, 管理效益↑↑
制造---- 不是根据发生的问题采取措施，
而是事先对可能发生的问题进行
先期控制
事物---- 经验/认识的程度↑↑
避免在过程阶段化费大量人力物力
1.4 FMEA 技术的应用：
3) 平均修复时间(MTTR)
MTTR = — t i n i=1
其中： n：修复次数 t I: 第 i 次修复时间

可靠性
1 n
产品维修性
SS
2.3 系统与可靠性模型
系统:
FMEA
广义概念: 由若干个单元有机组成的一个可完成某一 功能的综合体。 狭义概念: 为完成某项任务或实现某种功能的设备、 人员、技术及环境的集合。

FMEA
产品或产品的一部份不能或将不能完成预定
功能的事件或状态。
故障与失效在英文中统称 failure；
故障 → 可修复产品 失效 → 不可修复的产品。
SS
失效的三种形式
失效的三种形式: 1） 功能 失效
2） 参数 3） 破坏
失效 失效
—— 有关术语
FMEA
2.2.3 失效率
已工作到 t 时刻的产品，在 t时刻后单位时间
高科技产品
SS
ISO/TS16949技术规范
体系要求的五大核心工具之一:
PPAP : 生产件批准程序 APQP : 产品质量先期策划 SPC : 统计过程控制 FMEA: 潜在失效模式及后果影响分析 MSA : 测量系统分析
FMEA 参考手册
由北美三大汽车公司（克莱斯勒、福特和通用）FMEA
The philosophy behind it : FMEA背后的理念
DO IT RIGHT THE FIRST TIME
—— 第一次就做好
Avoid TRIAL AND ERROR
—— 避免尝试和失误 关注产品系统的可靠性安全性
——有关术语
FMEA
第二讲 有关术语与概念
2.1 可靠性与可靠度
和其他工具的关联；
改进了严重度、发生频度、探测度的评级表，以便对实
际分析和使用更有意义；
介绍了行业内目前使用的可选方法，不再强调“标准表
格”
建议不要把RPN作为风险评估的首要方法。
FMEA参考手册第四版的变化
第一章：提供了FMEA通用指南，提出管理者支持的需求
和定义一个开发并维持FMEA的过程的需求，以及持续改 进需求； 第二章：描述了在DFMEA和PFMEA之间比较通用的应用 方法，其中包括：策划、策略、措施计划、管理者支持的 需求和FMEA中的职责； 第三章：着重于DFMEA，包括，建立分析的范围、框图 使用、 DFMEA的各种类型，小组的组建、分析的基本程 序、措施计划、后续行动、RPN的可选方法、与PFMEA 以及确认计划的联系。 第四章：着重于PFMEA，包括，建立分析的范围、流程 图的使用、 小组的组建、分析的基本程序、措施计划、 与DFMEA以及控制计划的开发的联系。
三、加工问题；
四、装配问题；
五、检测问题；
六、使用问题。
可能发生的失效模式
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 失效模式 结构失效（破损） 物理性质的卡结 颤振 搁置失效 打不开 关不上 误开 误关 内部泄漏 外部泄漏 超出容限 意外运行 断续性工作不稳 漂移性工作不稳 错误指示 序号 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 失效模式 错误模式 不能切换 提前运行 滞后运行
标题
FMEA
潜在失效模式及其后果分析
（FMECA）
SS
引言
FMEA
引 言 从神舟载人飞船谈起
SS
引言

FMEA
产品可靠性 —— 现代产品质量的关键.

产品二种质量指标

性能指标 —— 产品完成规定功能所需的性能

可靠性指标 —— 产品性能随时间保持的能力

产品竞争的焦点 谁不重视可靠性必将受到惩罚
第三讲 FMECA分析技术
3.1 可靠性分析
FMEA
为了保证产品/过程设计的可靠性，应对设计方
案做可靠性分析；
目 的:
1）评价系统及其组成单元的可靠性水平； 2）提高系统及其组成单元的可靠性 (更重要)
主要方法: 故障/失效分析技术。
SS
——FMECA分析技术
FMEA
3.2 失效分析技术
C1
A1
A1
B2
A3
C2
B3
SS
2.4 可靠性工程
目的 : 减少失效率和寿命周期费用；
费用
总费用 研制费用
FMEA
使用费用
最佳区域
R（t）
SS
——有关术语
FMEA
可靠性工程内容 ：
(1) 论证确定可靠性指标
定性 → 定量：MTBF / λ（t） 准则: 1)必要性；2)可能性；3)危害性；
后对可能造成特别严重后果的失效进行单独
分析，发展成危害度分析，即CA，与FMEA合
称FMECA;
以后在世界范围内得到广泛应用，并形成相 应标准。
SS
—— 概述
FMEA
1.3 现 状
在航天工程研制中，己被规定为必须采用的 方法； 在汽车制造业中，已成为汽车OEM厂商及其 供应商质量体系要求之一； 如: QS9000与VDA6.1 → TS16949 产品特点: 大规模复杂系统
系统的可靠性R系=R设· R软件· R人员· R接口
SS
——系统与系统结构图
一般系统的功能结构图
SE1.1
Baidu Nhomakorabea
SE1
系统
SE1.2 SE2.1 SE2.2.1
System
SE2
SE2.2
SE2.3 SE2.2.2 交接点
SS
...
SE3 （SE：系统单元） SE3.5
——系统与系统结构图
串联系统可靠性模型
t内发生故障的概率。
λ（t）=
N
0
r （ t） NS t
r（t） t SS
r（t）
NS t
0
t+ t
2.2.4 寿命特征参数
1) 平均故障时间 ( MTTF ) MTTF = — t i N0 i=1
其中：No ： 参加试验数→最终失效数 tI ：

可靠性
1
N0
开始工作到失效的时间 虑不能或不需要修理的产品；
按失效模式影响分类:
—— FMECA、FTA、ETA；

按综合应用分类: —— FMECA + FTA、 —— FTA + ETA。
SS
3.3 FMECA 分析技术
潜在失效模式影响及后果分析(FMEA) :

FMEA
Failure Mode and Effects Analysis
一种系统化的可靠性定性分析方法; 通过对系统各组成部分进行事前分析，发现、 评价产品或过程中潜在的失效模式，查明其对 系统的影响程度，以便采取措施进行预防。
SS
—— 有关术语

可靠性
可靠度的估计值：
^ No-r(t) R (t) = ————— No
其中：No : t=0时刻，在规定条件下工作的产品数 r(t): 在0→t时刻的工作时间内，发生故障的 产品数
100台计算机开始工作 t=0 有5台发生故障 仍有95台在工作 t=1000h t SS
—— 有关术语
不稳定、不均匀、选择处理不当
失效的潜在起因/机理
起因机理
扭矩不当 焊接不当 润滑不足或无润滑 零件漏装或错装 定位器有碎屑
测量不精确
热处理不当
损坏的工装
不正确的机器设置
浇口/通风不足
失效发生的主要原因分布
失效发生的原因主要包括六个方面：
一、设计问题；
二、材料问题（含器件）