失效模式及影响分析课件.ppt

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1、,FMEA,What?,Why?,When?,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),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

2、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。,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

3、析都必须使FMEA；91年，ISO9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计；94年，FMEA成为QS9000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。,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,实施FMEA的时机(When),FMEA是事前行为设计FMEA(DFMEA)应在

4、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 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 如何实施预防措施并落实其效果,失效模式及影响分析(FMEA)1

5、,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),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

6、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)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

7、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。,失效模式及影响分析(FMEA)4,传统的FMEA和FMECA FMEA表,失效模式及影响分析(FMEA)5,传统的FMEA和FMECA FMECA表,失效模式及影响分析(FMEA)6,传统的FMEA和FMECA p 失效率，参考手册或通过预计得到 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

8、产品功能分析判断得到 j 失效影响概率，分析人员根据经验判断得到 j 的定量估算表,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 mj失效模式危害度，mj=pjjt Cr 产品危害度,失效模式及影响分析(FMEA)8,传统的FMEA和FMECA严酷度类别：I类灾难性故障 类致命性故障 类严重故障 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,FMEA类型,设计FMEA（DFMEA）设计工程

9、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,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,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

10、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DFMEADFMEA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DFMEA,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

11、其划分为更小的子系统，并确定各级之间的功能关系,DFMEA的基本内容,来自经验和数据,来自推测,重在描述,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),RPN(Risk Priority Number)风险顺序数,RPNSODSSeverity（110）OLikelihood of Occurrence（110）DLikelihood of Detection（110）MAX1000，75 is OK高和低的RPN都应给予充分的注意,严重度（S）,频度（O）,探测度（D）,DFMEA严重度判定准则,DFMEA严重度判定准则,DFMEA频度判定准则,DFMEA探测度判定准则,P

12、FMEA,PFMEA面向的用户,用户包括：最终用户下一级制造或工艺工艺工程师装配工程师维修工程师测试工程师产品分析,采用PFMEA的好处,是一种系统的方法确定与工艺相关的潜在失效模式确定潜在失效的工艺起因确定失效对用户的潜在影响将失效模式根据其影响程度分级，优先采取预防措施,PFMEA应注意的问题,PFMEA是一个动态文件当产品的制造工艺发生变化时需要对PFMEA进行更新PFMEA从工艺流程的最前端(接收)开始，直到产品的制造过程结束制造或装配过程的潜在失效模式/机理都应包含在PFMEA中，但一些信息(如进行严重度和影响分析)可以来自DFMEA,PFMEA创建工艺流程,明确任务熟悉工艺确定起点

13、和终点确定将涉及的复杂度寻找可改进的环节 工艺是否标准化？或不同的人是否产生不同的效果？是否这些步骤经常出现错误？确定步骤顺序描绘工艺流程分析 各工艺步骤对结果的影响 现有的工艺与期望的状态有什么不同？,bad,工艺流程,开始,接收原材料,接收部件,检验,检验,待处理,移交生产部,移交生产部,材料加工,检验,装配,功能测试,待处理,封装,运输,bad,bad,ok,待处理,bad,ok,ok,ok,接收部门,制造部门,PFMEA的基本内容,来自经验和数据,来自推测,重在描述,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),PFMEA严重度判定准则,PFMEA严重度判定准则,PF

14、MEA频度判定准则,PFMEA探测度判定准则,S、O、D、RPN,S（110）O（110）D（110）RPNSOD,SPC数据可以用于确定频度当统计数据不充分时可以用文字描述作为频度的评判准则,统计环境下探测度才能得到有效控制降低探测度因子的唯一方法就是改进工艺控制系统,工艺失效原因,疏忽、遗漏工艺错误误操作设备运行状态偏差缺少控制程序环境,工艺控制文件,SPC记录工作记录检测记录设备运行记录培训记录可溯性记录,FMEA顺序,FMEA实施步骤,步骤1,步骤2,步骤3,步骤4,步骤5,步骤6,步骤7,步骤8,步骤9,步骤10,确定项目及功能,头脑风暴潜在失效模式,确定失效的潜在影响,确定失效的严

15、重度级别,确定失效原因,确定失效发生的频度,确定控制方法,确定可探测度,计算风险顺序数(RPN),实施改进措施,步骤1 确定项目及功能,首先要确定项目、项目层次及功能确定项目中所要评价的所有部件当项目确定为产品的部分时，部件可以为部分部件,步骤2 确定失效模式,确定部件失效模式一个部件可以有多个失效模式,步骤3 确定失效模式的影响,对于每种失效模式要确定对产品的影响从顾客的角度考虑,步骤4 确定失效模式的严重度,严重度或危险程度反映了失效影响对顾客的危害程度,步骤5 确定失效起因/机理,对于每种失效都要目前失效起因失效原因可以是设计引入的也可以是制造过程引入的,步骤6 确定发生的频度,确定失效

16、模式发生的几率信息可以来自现场数据、以往产品的历史数据信息不充分时，也可以根据已有的经验和知识决定,步骤7 确定控制方法,控制方法将有利于预防失效模式发生，即降低失效发生的频度有利于失效原因的探测,步骤8 确定探测度,确定控制方法的有效性，即降低失效发生的频度或失效原因的探测性如果采用多种控制方法，其有效性即探测度反映的是该组控制方法的有效性,步骤9 计算RPN,RPNSOD提供采取预防控制措施的先后顺序通常，应当RPN高者优先采取预防控制措施但在特殊情况下，优先顺序并非按RPN,步骤10 实施改进措施,实施改进，以降低失效风险性，提高顾客满意度，对于进行FMEA是至关重要的确定 在那里采取控

17、制措施(Where)？采取什么样的控制措施(What)？什么时候采取控制措施(When)？持续改进,进行FMEA应注意的问题,时间性层次性灵活性有效性失效模式的完整性,进行FMEA应注意的问题1,时间性 FMEA设计工作结合进行，与设计工作保持同步。FMEA适用于产品研制的整个过程，并且随产品设计的深入而细化。FMEA的结果应作为进一步设计的参考，在设计中加以改进。FMEA的有效与否很大程度上取决于分析及纠正是否及时，FMEA应在产品研制的各评审点或其之前提供有用的信息，否则它就是不及时的和没有作用的。设计完成后再补做FME（C）A的作法是不可取的。,进行FMEA应注意的问题2,层次性 进行F

18、MEA时，分析层次的选取应因情况不同而不同。（1）为保证每一个保障性分析对象有完整输入而在保障性分析对象清单中规定的最低层次；（2）能导致灾难的（I类）或致命的（II类）故障的产品所在的产品层次：（3）规定或预期需要维修的最低产品层次，这些产品可能导致临界的（III类）或轻度的（IV类）故障。,进行FMEA应注意的问题3,灵活性 FMEA分析虽应按照标准化的程序进行，但在某些方面也体现出它的灵活性：（1）在FMEA分析之前，将失效模式的频度、严酷度和探测度等，根据不同产品划分成实用的等级，确定评定标准。（2）失效模式严酷度等的等级划分，即使是对同一产品，系统层次的FMEA和零件层次的FMEA不

19、同，也应采用分别划分评定标准的方法。若从系统的FMEA起到零件的FMEA止用同一评定标准进行分析，对失效模式的评价就会发生混乱，不同层次上的严酷度也会模糊不清了。（3）在与人身事故无关的，一般零件的失效模式严酷度评级中，受到法规限制的失效模式，原则上评定其严酷度为最高等级。,进行FMEA应注意的问题4,有效性 补偿与改进措施的有效与否是FMEA是否改善了产品的可靠性水平的关键，为使这些措施是合理有效的，应注意：（1）补偿与改进措施首先是设计工艺等方面的。仅用“换件”，“维修”等是不能满足要求的。（2）在确定是否采取进一步的改进措施时，进行可靠性与经济性的权衡考虑是合理的。（3）书写建议改进措施

20、的原则是使上级领导及负责人易于理解，而决定是否采取这些措施。（4）应把FMEA的结果补充到图纸、技术资料及标准、质量标准等文件中，以全面防止采取改进措施后的失效模式重新出现。,进行FMEA应注意的问题5,失效模式的完整性 彻底弄清系统各功能级别的全部可能的失效模式是至关紧要的，因为整个FMEA的工作就是以这些失效模式为基础进行的。这里强调的是全部失效模式，决不要不经分析就想当然地认为某种或某些失效模式不重要，放弃分析，这样作有时会导致严重后果。,FMEA与FTA,FTAFault Tree Analysis故障树分析,FMEA案例1运载火箭助推器捆绑结构的FMEA,捆绑结构组成示意图,捆绑结构

21、具有两个功能：功能I：从运载火箭助推器竖立停放、起飞直至助推器发动机关机这段任务时间内，保证助推器与芯级的联接，使二者的相对位置符合规定要求并传递助推器的推力。功能II：当接到控制系统发出的分离信号时，三根前联接杆及后捆绑联接结构上的分离装置应在规定的时间内爆炸分离，即保证助推器与芯级脱开。故障定义 不能按规定的要求完成上述任一项功能均为故障。,FMEA案例1运载火箭助推器捆绑结构的FMEA,FMEA案例1运载火箭助推器捆绑结构的FMEA,捆绑结构功能框图,捆绑结构可靠性框图,FMEA案例1运载火箭助推器捆绑结构的FMEA,初始约定层次：运载火箭约定层次：捆绑结构 任务：分析人员：审核：批准：

22、填表日期：,FMEA案例1运载火箭助推器捆绑结构的FMEA,FMEA案例2雷达系统的FMEA和CA,某雷达可靠性结构模型框图,FMEA案例2雷达系统的FMEA和CA,(CR)ij=ijij（CR）S（CR）ij,FMEA案例2雷达系统的FMEA和CA,20A1前置放大器的CR6.85110-6（1/h）采取措施：根据危害程度分析,选取那些CR值大的部件或元器件及其失效模式,优先采取有效纠正措施,进行工程设计方案改进及有针对性采取有效可靠性设计手段.如：通过降额设计降低失效率、更换元器件、减少失效模式频率比值（）、进行冗余设计、降低损耗率（）等。,FMEA案例3 FMEA在光集成电路中的应用,FMEA案例3 FMEA在光集成电路中的应用,FMEA技术及应用回顾,确定研究对象功能、结构、层次，DFMEA、PFMEA？掌握对象的失效模式、影响所有部件可能的失效模式及对产品的影响列表掌握失效机理、发生的频度失效模式发生的原因、可能性控制、探测度预防控制措施对失效模式/失效机理的探测作用改进措施降低风险的种种措施、效果评估,实施FMEA的技术难点,失效模式的确认 失效机理的确认改进措施落实,精品课件！,精品课件！,谢谢！,信息产业部电子第五研究所元器件可靠性研究分析中心中国赛宝实验室可靠性研究分析中心(CEPREI-RAC)2003年9月,