DFMEA标准教材.ppt

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1、设计潜在失效模式及后果分析,DFMEA,课程目的,掌握DFMEA的概念和运用时机,发现、评价产品设计中潜在的失效及其后果,找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施,将上述过程总结形成文件,DFMEA Design Potential Failure Model And Effect Analysis,DFMEA应用的主要行业-航空业 复杂的体系，产品和过程，小批量生产-汽车业复杂的体系，产品和过程，大批量生产-其它行业,DFMEA发展简史,正式使用DFMEA技术是美国六十年代的阿波罗登月计划。1993年美国汽车工业行动集团组织编制FMEA参考手册。2001年7月发布FMEA第三版。2008年发

2、布第四版。,能否预测人类第一次登月会出现的后果以及提前采取对策。,DFMEA基本概念,DFMEA,避免晚期更改，降低开发成本,多专业、跨部门合作,及时性、动态、沟通,企业经验的积累，为后续工作提供宝贵参考,DFMEA介绍,减少失效风险,“早知道就不会”早知道 会造成舟曲泥石流就不会滥砍滥伐早知道 冬天狼没有吃的，会到村子里来，就不会 让阿猫自己在门口剥豆豆，被狼叼了去早知道 这只股票会跌，就不会 让我损失35元有些 早知道 是必需的！有些 就不会 是不允许发生的有效运用 DFMEA 可减少事后追悔,DFMEA介绍,DFMEA介绍,及时性是成功实施DFMEA的最重要因素之一。它是“事前的预防”而

3、不是“事后的追悔”。事先花时间进行DFMEA分析，能够容易且低成本地对产品设计或制程进行修改，从而减轻事后修改的危机。DFMEA能够减少或消除因修改而带来更大损失的机会，它是一个相互作用的过程，永无止境的改善活动。,DFMEA介绍 DFMEA中的失效形式,1、实体破坏 硬式失效2、操作功能终止3、功能退化 软式失效4、功能不稳定24项物品机能因老化、退化或不稳定而不能满足原设定的要求标准，因而失效现象及研判准则必须量化。,DFMEA实施,团队方法：DFMEA是由一个多方论证（跨职能）的小组来开发和维护的。小组通常由负责设计的工程师领导。,设计及制造等相关工作人员团队要求-经验/过去问题处理积累

4、的知识，转变为公司的无形资产；-有效的团队管理；-对所有活动的结果文件化；多方参与应用DFMEA，有助于理清产品和过程分析、评审的思路,失效的定义,失效,在规定条件下,(环境、操作、时间)不能完成既定功能。,在规定条件下,产品参数值不能维持在规定的上下限之间,产品在工作范围內,导致零部件的破裂、断裂、卡死、损坏现象,在规定条件下，法律法规的符合性,FMEA启动条件,新设计、新技术,对现有设计或过程的修改,将现有的设计或过程用于新的环境、场所,FMEA,FMEA实施说明,反馈、评定和纠正措施,FMEA的作用,阶 段1、设计阶段2、开发阶段3、生产阶段4、客户服务/抱怨阶段,作 用1、发掘所有可能

5、的失效模式2、根据现有的技术进行设计变更3、必要时，采用可靠性高的零部件1、明确把握失效原因，并实施适当改善2、零件安全范围的确定3、寿命、性能、强度等1、利用工艺设计，改善过程上的弱点2、利用DFMEA的过程制定必要防错措施1、不同环境产生的失效，用DFMEA克服2、不同使用法产生的失效，用DFMEA克服,利用表格方式协助工程师进行工程分析，使其在工程设计早期发现潜在缺陷及其影响程度，及早谋求解决之道，以避免失效发生或降低其发生时产生的影响。失效模式分析（Failure Mode analysis)由下而上分析，即由零、组件至系统，确定在系统内不同结构层或功能层次的失效模式。失效效应分析（F

6、ailure effect analysis)对每一个失效模式，确定其失效对其上一层级及最终系统的失效影响，了解其部件界面失效的关联性，作为改进的依据。关键性分析(Critical analysis)对每一个失效模式，依其严重等级和发生概率综合评估并予以分类，以便确定预防或改正措施的内容和优先顺序。,FMEA内容,FMEA介绍-总原则,总原则：对“失效的结果”分析，应能量化失效模式没有纠正导致的风险,确定严重度,确定频度,确定不易探测度,探测度,FMEA的顺序,功能、特征或要求,会有什么问题无功能部分功能功能过强功能降级功能间歇非预期功能,有多糟糕,起因是什么,后果是什么,发生频率如何,怎样预

7、防和探测,该方法在探测时有多好,能做些什么设计更改过程更改特殊控制采用新程序或指南的更改,跟踪评审确认控制计划,设计潜在的失效模式及后果分析Design of Failure Model And Effect Analysis,设计FMEA（DFMEA）,DFMEA简介,由“设计主管工程师多方论证小组”制定,在最大范围內保证已充份的考虑到潜在失效模式及与其相关的后果起因机理，并指明采取的控制,以其最严密的形式总结了设计一个零部件、子系统或系统时，工程师小组的设计思想,开始于一个设计概念最终形成之时或之前。,Who,How,What,When,DFMEA范围,新产品设计阶段设计更改阶段产品使用环

8、境变化时,DFMEA信息相互关系流程,功能框图,DFMEA,设计验证计划和报告、PFMEA等,DFMEA的目的,为客观评价设计、包括功能要求及设计方案提供帮助；减少风险和损失，提高产品可靠性；有助于对设计要求和不同的设计方案给予客观真实的评价；有助于可制造性和装配性的早期考虑，实施同步工程技术；为制定试验计划、质量控制计划提供根据；发挥集体的经验、智慧；经验积累；提供改进设计的优先控制依据，引导资源分配；,DFMEA团队的努力,在最初的DFMEA 中，负责设计的工程师能够直接地主动地联系所有相关部门（设计、制造、装配、售后服务、质量、可靠性等方面）的代表。DFMEA应成为促进不同部门之间充分交

9、换意见的催化剂，从而提高整个集体的工作水平。,在设计概念最终形成之时或之前开始。在产品开发各阶段中，当设计有变化或得到其他信息时，应及时修改。最终在产品加工图样完成（定型）时全部结束。,动态的DFMEA,DFMEA要求：要保证制造和装配能够实现设计意图。例如：必要的拔模（斜度）要求的表面处理装配空间/工具可接近要求的钢材强度过程能力/性能,DFMEA的拓展,DFMEA的拓展,要考虑产品维护（服务）及产品回收的技术/身体的限制。便利的维修工具简便的诊断方法材料的分类符号（用于回收）,DFMEA的拓展,要为顾客着想，产品使用的方便性、经济性。操作简单、易上手；购买方便、便宜。为社会的贡献资源的节约

10、资源的可获取性环境的保护性,功能框（边界）图,一般由代表产品的主要零部件的框和连接框的线组成，这些线反映产品零部件间如何关联或接口。DFMEA应从大到小按系统、子系统、部件方块图逻辑顺序展开。框图可标示出零件和产品之间的逻辑关系。框图根据产品、方法等不拘格式。可指明设计范围内的零部件和子系统的相互作用，包括信息、能量（热）、力或流体的流。框图说明了分析中包括的各项目之间的主要关系，并建立了分析逻辑顺序。注意！1.关注零件的空间关系，避免干涉；2.用于DFMEA开发工作的框图应随DFMEA文件一起保存。,功能框图示例,零部件研发室：李晗,系统、子系统和零部件框图。,灯罩A,开/关C,灯泡总成D,

11、极板E,电池B,弹簧F,2,4,3,1,5,5,系统名称：闪光灯工作环境极限条件温度：-20160F耐腐蚀性：规范B冲击：6英尺下落外部物质：灰尘湿度：0100RH连接方法：1.不连接（滑动）2.铆接3.螺纹连接4.卡扣连接5.压紧连接,不属于此DFMEA,常用的一种DFMEA结构,2023年7月5日,31,DFMEA实施的路径,列出所有功能（“如果项目或接口里有多个含有潜在失效模式的功能，则强烈建议将每个功能及其相应的失效模式分开列出”）确定每一功能的失效可能性列出每一失效模式的一系列结果对每一结果的严重性进行评价对高风险项目定义推荐措施,列出所有功能,期望特性的定义越明确，就越容易识别潜在

12、的失效模式,确定功能的方法,以下罗列可以帮助小组确定DFMEA 的范围：功能模式 方块图 界面图 过程流程图 关系矩阵图 示意图 材料清单,项目/功能,列出被分析项目的名称和其他相关信息（如编号、零件级别、设计水平）简洁的文字说明满足设计意图的功能，包括运行环境（温度、压力、湿度、寿命等），度量/测量变量如项目有多种功能，则分别列出失效模式,潜在失效模式（指零件、子系统、系统可能潜在地不能满足或者实现项目栏里描述的预期功能的状态）,列出所有失效，不一定肯定发生，因此“潜在”；在特殊情况下的失效应予以考虑（营销战略、产品定位）；潜在失效模式也可能是上级子系统或系统的潜在失效模式的原因，或者是一个

13、下级零部件的失效模式导致的结果；应当考虑特定条件（热、冷、干燥、灰尘环境等），特定状态（超过平均里程、不平路段、仅在市内行驶等）；失效模式用规范化的技术术语，不必描述成顾客能够注意到的现行；利用经验和头脑风暴。,失效模式举例-盘式制动系统,1、活塞piston2、固定钳fixed caliper3、制动液压油hydraulic pressure4、制动蹄片（摩擦块）brake pad5、制动盘brake disc,失效模式举例-盘式制动系统,第四版的一种推荐形式,2023年7月5日,39,潜在的失效后果,失效的潜在后果应按顾客所察觉的功能的失效模式的后果进行规定，就如同顾客感受的一样。后果应根

14、据指定的所分析的系统、子系统或部件来阐述。部件、子系统和系统级别之间存在的等级关系。查阅历史或类似的DFMEA报告、保修信息、质量信息、市场抱怨等，或其他公司类似的例子，如质量召回信息、事故新闻等。,潜在的失效后果举例-盘式制动系统,严重度（Severity）,严重度是潜在失效模式对顾客影响（后果）的严重程度的评价。（接受、规避、转移、降低）严重度仅针对“后果”。一般地，只有设计变更才能改变严重度。严重度建立了失效模式与风险等级之间的联系。对一个失效模式，如果有多种后果，对影响最大的进行打分。严重度分1-10级，9、10级（不满足法律法规要求的情形，导致人身伤亡的情形等）的评分情况要重点关注。

15、1级不用进一步分析。对超出小组成员经和知识的评级，（如顾客组装或最终用户改装等），应向其设计DFMEA人员、设计工程师或顾客咨询。如果是内部顾客，小组应听取下游作业人员的意见。,严重度（S）,潜在起因/机理,起因机理,规定材料不正确设计寿命设想不足应力过大润滑能力不足维护说明书不充分算法不正确表面精加工规范不当形成规范不足规定的摩擦材料不当过热公差不当,屈服 化学氧化疲劳 电移材料不稳定 蠕变磨损 腐蚀,潜在起因/机理,头脑风暴法尽可能对每一失效模式清楚完整的列出每一种潜在的失效机理（分栏填写。为了不产生歧义，这一点非常重要）；对系统来说，零部件的失效机理传导导致的系统失效；同一失效机理可以引

16、起几种互相关联的失效模式。也就是说，几种不同的失效模式可能是一种原因引起的。,潜在起因/机理,DFMEA有二个假设前提：失效模式是由设计缺陷造成，和装配没有关系；制造/装配错误是由设计缺陷而起，即设计缺陷可造成组装过程的错误，如没有在恰当时候采用放错设计。,潜在起因/机理,假设一（设计缺陷）出现时什么原因导致的这种失效？在什么情况下零件的功能失常？为什么可能会造成零件与工程规范的偏差？假设二（设计缺陷导致装配缺陷）出现时工程规范对功能重要吗？会装配颠倒吗？工程规范和公差是否与制造、装配相适应？,潜在原因的分析应注意,对特定的失效原因要使用简洁明了的描述，如“没有提出密封要求”、“设计选择材料强

17、度不够”等。不能使用“设计薄弱”，“不恰当的设计等”；尽可能将每个失效模式/失效机理的每个潜在原因简洁、完整的列出，进而采取不同的衡量、控制、纠正措施。,失效起因/机理举例,频度,是指设计的寿命中某一特定失效起因/机理发生的可能性。发生可能性的等级评估代表的是相对意义，而不是绝对的值。通过设计更改或设计过程控制可预防或控制失效起因或机理，以有效降低频度。,注意！频度（O）,确定频度时，应考虑类似产品运行不良记录?零部件是否为延用其他零部件、子系统或系统？还是和其类似？项目与先前版本项目做了多大程度的变更？是否全新开发，完全不同于先前版本项目？用途有无变化？如果是，做了工程分析（如可靠性）来估计

18、其预期频度吗？应用环境是否变化？如果是，做了工程分析（如可靠性）来估计其预期频度吗？是否加入了预防控制？,频度（O）,现行设计控制,现行设计控制指已经或已具备的用于确保设计功能和可靠性要求足够而执行的活动。活动分两类：预防和探测：预防：消除（预防）失效的机理的要因或失效模式的发生，或降低发生率。探测：在项目放行到生产前，通过解析方法或物理方法，查出失效或失效模式的起因/机理。如果可行，更建议使用预防控制方法。让预防控制方法作为设计意图的一部分，因为其将影响到最初的频度。探测控制应象探测要因一样包括识别探测失效模式的那些活动。建议：DFMEA小组应考虑分析、试验、评价和其他活动以确保设计充分。,

19、现行设计控制设计控制包括：类比设计、设计评审、数学验算、计算机模拟程序、设计确认、采用的设计标准和道路试验、失效/安全试验、台架/实验室试验、可靠性/耐久性试验、样件试验、破坏性试验、材料试验、车队试验等。,预防的控制方法基准研究。自动防故障装置设计。设计和材料标准（内部的和外部的）。文件-类似设计中最好实践的记录、以往的教训等。模拟研究-确定设计要求的概念分析。防错。,现行设计控制,探测的控制方法设计评审。原型试验。验证试验。模拟研究-设计验证。设计试验，包括可靠性试验。使用类似零部件的模型。,现行设计控制,确定设计控制方法列出所有历史上曾经用过的设计评估技术、审查历史测试报告、产品验证报告

20、等。确定并列出所有可用于失效模式的技术，从最严重的失效模式开始。同时考虑失效模式的起因和失效模式。目的是根除原因，或降低发生的频率。潜在的设计缺陷，需要在设计验证过程中进行测试。,现行设计控制举例,探测度,指零部件、子系统或系统量产前，用现行的设计控制方法来探测（测量）潜在的失效起因/机理（设计薄弱环节）能力的评价指标。现有设计控制探测度的建议方法是假设失效已经发生，然后评价现有设计控制探测失效模式的能力。探测度是在单独的DFMEA 范围内相对的排序。为了达成更低的排序，必须改善设计控制（如：设计评审、确认、和/或验证活动）。,探测度（D）,风险顺序数（RPN）,公式：RPN=S*O*D目的是

21、对失效模式风险进行排序。在单独的DFMEA 范围内，1 RPN 1000。通常，S 9时，无论RPN为多少，应特别关注，以确保制定有设计控制或预防纠正措施。另外，只有设计修改才能降低严重度等级。不建议设立RPN的门槛去决定是否采取行动。,风险顺序数（RPN）,RPN举例：以下哪种风险应优先采取措施？,建议的措施,建议措施以“预防”为主，兼顾用“探测”的方法。工作的顺序是降低S-O-D;对某个具体原因没有建议措施，在对应栏内注明“无”,建议措施,降低严重度(S)只有设计变更一种方法；降低频度(O)通过设计更改可消除一个或多个失效模式的起因/机理时，才可降低频度（O）。为消除失效模式的防错设计；修

22、改设计以降低应力或替代薄弱（高失效可能性）零部件。增大设计余量；修改材料规范；将采取的措施明确的表达出来，为后来者提供经验。降低探测度（D）防错增加设计验证、确认修改试验计划实验设计（DOE）,示例（没有将采取的措施明确，文件的价值不能充分体现）,2023年7月5日,64,级别和严重度不和谐,示例,2023年7月5日,65,级别和严重度不和谐,示例,2023年7月5日,66,级别和严重度不和谐,示例,2023年7月5日,67,示例,2023年7月5日,68,示例,2023年7月5日,69,示例,2023年7月5日,70,应属于过程,DFMEA文件的维护,DFMEA是一个动态维护的文件，应永远体

23、现最新的设计水平，及最新采取的有关纠正措施，包括量产后发生的设计变更和措施。如果新项目或应用在功能上与现有的产品类似，征得顾客同意后，可使用同一个单一的DFMEA。在开始时使用这个已有的基础的DFMEA 可提供最大机会使用过去的经验和知识；如果有轻微的差别，DFMEA小组应关注那些不同点的影响；DFMEA 不是一个孤立的文件。例如，DFMEA 可作为后续产品开发过程的输入。,设计DFMEA练习,以手中的中性笔为例，开发DFMEA开发步骤：分析产品结构，完成结构方块图并做出DFMEA的层次；列出主要的功能及其失效模式对失效模式进行原因分析（因果图、5-why)对主要的设计失效模式，结合方块图和产品结构完成DFMEA。方法论：1、头脑风暴；2、曾经的产品缺陷；3、使用适当的工具、分析技术；4、为控制工艺开发、控制计划提供依据。,系统DFMEA,系统DFMEA的接口通过接口直接连接环境与每个子系统接触，故要求在完成DFMEA时，要考虑“环境接口”每个子系统应该有其包括其相关系统DFMEA的接口。系统DFMEA的交互作用可在任何接口处发生。（如：热传递、废气排放等）也可能通过环境对“非接触”系统传输或影响。（如发动机废热，举例：本田欧歌在北美的召回，就是因为发动机舱内的排温高热损坏转向油泵的软管。空气湿度的电桥腐蚀、电磁干扰等）,系统DFMEA-项目、功能和失效模式,谢谢大家！,