让你轻松摆脱事后追悔——FMEA | 案例分析

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尽管FMEA最早的应用是军事领域，但目前FMEA方法已广泛应用于各行各业，包括航空航天、有轨交通、高科技电子、汽车、家电、食品、医疗保健等行业。如今，FMEA已经成功应用于工业界的设计及制造过程的事先预防活动中，并被公认是一种有效的可靠性分析技术。以下列举了三个FMEA应用案例，与大家分享。

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FMEA在汽车行业中的应用

本案例以DFMEA在国产汽油机节流阀体的改进设计中的实施为例，对改进后的DFMEA的实施方法和流程进行阐述。为增加DFMEA的可用度，使初次进行DFMEA的工作人员也能顺利地实施DFMEA，针对发动机设计的特点，对DFMEA的流程进行了归纳和改进(见下图)。

图3 实施DFMEA的流程

为加深对实施阶段的理解，提高分析效率，将实施阶段分成确定基础项、确定衍生项及生成DFMEA报告等3步。实施阶段中，功能、潜在故障模式、潜在故障影响、故障原因和现有控制措施等为基础项，它们的分析是决定DFMEA实施成功与否的关键；S，O，D，RPN和建议的纠正措施为衍生项；基础项确定之后，衍生项可以随之确定。

1.分析基础项

 ●功能：分析项目的功能，用尽可能简明的文字来说明被分析项目满足设计意图的功能；阀体的功能是与阀片配合保证最小流量；与怠速控制阀配合保证怠速流量；与节气门位置传感器配合保证主进气量。

 ●潜在故障模式：每项功能会对应一种或一种以上的故障模式，填写故障模式要遵循"破坏功能"的原则，即尽量列出破坏该功能的所有可能的模式；故障模式大部分来源于故障模式库，还有一部分是新出现的故障模式以及小组分析的结果，阀体的潜在故障模式为磨损、裂纹、断裂以及积碳等。

 ●潜在故障后果：每种故障模式都会有相应的故障后果；分析故障后果时，应尽可能分析出故障的最终影响，即最严重的影响；阀体的潜在故障后果为发动机无力、燃油消耗率高、怠速高。

 ●潜在故障起因：所谓故障的潜在起因是指设计薄弱部分的迹象，其结果就是故障模式；根据阀体结构和对其进行的功能分析，可以知道阀体磨损的潜在故障原因为，阀体喉口与阀片直径不匹配；阀杆与阀片螺钉孔的位置不匹配；怠速控制阀与怠速通道的孔径不匹配；怠速通道的孔系不同轴。

●现有控制措施：根据故障的潜在起因可确定预防与探测的措施，这些都是已有的或将要有的措施。

阀体的现有控制措施为配合设计阀体喉口和阀片直径，保证其配合间隙；配合设计阀杆和阀片螺钉孔位置，保证其同心度；配合设计怠速控制阀和怠速通道的孔径，保证其配合间隙。

2.分析衍生项

根据潜在故障后果确定S，根据潜在故障原因以及同型产品的三包数据确定O，根据探测措施确定D；根据确定的S，O，D计算得到RPN值。如果需要修正，可以提出适当的建议措施，作为改进的依据，最后生成统一的DFMEA报告。

美国汽车工业行动集团(AIAG)颁布的FMEA标准中，提供了严重度、O和D的评定准则，其中，O准则非常直观，根据计算得到的频率即可得。D和严重度判定准则的操作性较差，作者推荐企业根据AIAG的D准则，结合企业现有的控制措施制定适用于企业自身的D判定准则。至于严重度的判定，提倡仍沿用AIAG的准则，但为了增强其可操作性，作者对其进行了进一步的归纳总结，生成如下图所示的流程；根据该流程即可很容易地判定每种故障的严重度。

图4 严重度判别流程

阀体磨损的严重度影响了发动机的基本功能，但未完全丧失，所以严重度为7；阀体磨损的O根据故障数据的统计结果，结合专家组的分析，确定O为3；阀体磨损的检测度现有的控制措施除硬度检测外，均为对两零部件的配合检测，有较多的机会能找出潜在的起因，检测度为4。

专家组确定S和RPN的阈值为7和80，当S超过7(含7)，RPN超过80(含80)时，必须对其进行改进。因此，提出了以下建议措施：a)阀体喉口和阀片直径、阀片和阀杆影响全闭泄漏量，除保证其配合间隙外，还应通过设计保证装配后阀体喉口和阀片的同轴度，并进行全闭泄漏量检测；b)怠速控制阀和怠速通道影响怠速流量，先需要通过设计保证怠速通道孔系的同轴度，然后保证怠速控制阀和怠速通道的同轴度和间隙。

完成以上分析后，要根据建议措施对设计进行修正(实际采取的措施可能与建议措施不同)，修正后再重复以上步骤，直至S和RPN低于确定的DFMEA的S和RPN阈值。

3.生成DFMEA报告

完成每轮DFMEA之后，要及时生成DFMEA报告，包括需改进的零部件、建议措施和改进措施等。

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FMEA在家电行业中的应用

在家电企业生产管理体系中，PFMEA便是行之有效制定和实施“预防措施”的方法之一。现以净化器生产为例探讨在家电产品生产过程中有效应用PFMEA的方法。

PFMEA应用从一般过程的流程图开始，这个流程图应明确与每一工序相关的产品/过程特性，包括产品特征、要求、交付等输出和过程特性、变异来源等输入即制造和装配过程的每一道工序。某企业12476系列净化器整机装配流程图如图5所示。

图5 净化器整机装配流程图

对于流程图中每种潜在的原因，必须充分考虑其对于产品制造装配过程的影响，现参考该企业其他类似小家电生产中发生的故障、关注点，根据PFMEA法原理，针对12476系列净化器整机装配中的三种失效模式分析如下。

1.安装固定不到位

各零部件固定不到位是整机装配中时有出现的状况，特别是新产品试生产中。

失效后果：会造成机器无法正常运作或产生噪音或安装困难，可能导致部分产品报废或全部产品返工，将严重度判定为6。

现有的控制检测：人工目检，对关键部件检查。

失效原因一：前序在制品不合格，发生率为3，探测率为4，风险优先系数RPN为72。

现行控制措施：使用合格的塑料件和零部件，装配前抽检。

失效原因二：螺丝出现漏锁、滑牙，气批扭力少于或大于3kg。发生率为4，探测率为5，风险优先系数RPN为120。

现行控制措施：操作者指导。

失效原因三：零部件螺丝孔位与主体上的螺丝孔位不对齐，未将弹簧垫片打入螺丝孔内，发生率为3，探测率为5，风险优先系数RPN为90。现行控制措施：按操作规程执行。

失效原因四：过滤器部件安装顺序和安装方向失误，发生率为2，探测率为3，风险优先系数RPN为36。现行控制措施：按操作规程执行，标有“FRONT”的面向前，向上。

2.洁净空气输出比率(CADR)测试不达标

CADR值是国际权威机构评价空气净化效能的主要指标，CADR数值越高，则表示净化器的净化效能越高。

失效后果：无法净化或净化能力不达标，可能导致全部产品返工，将严重度判定为8。

现有的控制检测：依据标准ANSI/AHAMAC-1抽检测试过滤器CADR。

失效原因一：过滤器风阻大、效率低，发生率为3，探测率为5，风险优先系数RPN为120。现行控制措施：使用合格过滤器。

失效原因二：过滤器包装袋没有拆除或过滤器与机器之间密封性不好，发生率为2，探测率为5，风险优先系数RPN为80。

现行控制措施：操作者指导，按操作规程执行。

失效原因三：紫外灯安装不到位灯不亮，光催化无法起作用，发生率为2，探测率为3，风险优先系数RPN为48。

现行控制措施：把紫外灯座引线从主体排线孔位排放整齐后，用热融胶把排线孔两边打胶固定，旋转紫外灯时用的力度和速度需一致。

失效原因四：光催化片净化效果不佳，发生率为4。探测率为5，风险优先系数RPN为160。

现行控制措施：使用标准喷涂的光催化片。

3.印制电路板(PCB)不工作或出现乱码

PCB是电子元器件电气连接的提供者，采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率，但一旦出现安装失误，将造成严重后果。

失效后果：机器无法开机，将导致全部产品返工，将严重度判定为8。

现有的控制检测：通电检查是否开机。

失效原因一；电源线连接器没插到位，发生率为2，探测率为5，风险优先系数RPN为80。

现行控制措施：按操作规程执行。

失效原因二：电源连接器虚焊，发生率为3，探测率为5，风险优先系数RPN为120。

现行控制措施：操作者指导。

失效原因三：额定120V，插头插到220V电源，烧保险丝，发生率为2，探测率为3，风险优先系数RPN为48。

现行控制措施：按操作规程执行。

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FMEA在通讯产品上的应用

在该新产品介绍（NPI）发布会举行之后，即可成立一个FMEA团队，包括生产总监、工艺工程师、产品工程师、测试工程师、质量工程师、材料采购员以及项目经理，质量工程师领导该团队。FMEA首次会议的目标是加强初始生产工艺MPI (Manufacturing Process Instruction）和测试工艺TPI(Test Process Instruction）中的质量控制点同时团队也对产品有更深入的了解，一般首次会议期间和之后的主要任务包括：

 ●工艺和生产工程师一步一步地介绍工艺流程图，每一步的工艺功能和要求都需要界定。

 ●团队一起讨论并列出所有可能的失效模式、所有可能的影响、所有可能的原因以及目前每一步的工艺控制，并对这些因素按RPN进行等级排序。例如，在屏幕印制（screen print）操作中对于错过焊膏的所有可能失效模式，现有的工艺控制是模板设计SD (Stencil Design）、定期地清洁模板、视觉检测VI(Visual Inspection）、设备预防性维护PM (Preventive Maintenance）和焊膏粘度检查。

●FMEA团队需要有针对性地按照MEA文件中的控制节点对现有的生产线进行审核，对目前的生产线的设置和其它问题进行综合考虑。如干燥盒的位置，审核小组建议该放在微间距布局设备（Fine-pitch Placementmachine）附近，以方便对湿度敏感的元器件进行处理。

 ●FMEA的后续活动在完成NPI的大致结构之后，可以进行FMEA的后续会议。会议的内容包括把现有的工艺控制和NPI大致结构的质量报告进行综合考虑，FMEA团队对RPN重新进行等级排序，每一个步骤首先考虑前三个主要缺陷，确定好推荐的方案、责任和目标完成日期。

●对于产品的设计、应用、环境材料以及生产组装工艺作出的任何更改，在相应的FMEA文件中都必须及时更新。FMEA更新会议在产品进行批量生产之前是一项日常的活动。

 ●批量生产阶段的FMEA管理作为一个工艺改进的历史性文件，FMEA被转移到生产现场以准备产品的发布。FMEA在生产阶段的主要作用是检查FMEA文件，以在大规模生产之前对每一个控制节点进行掌握，同时审查生产线的有效性，所有在NPI FMEA阶段未受质疑的项目都自然而然地保留到批量生产的现场。

拾取和放置机器精度是工艺审核之后的一个主要考虑因素，设备部门必须验证布局机器的Cp/Cpk，同时进行培训以处理错误印制的电路板。FMEA团队需要密切监视第一次试生产，生产线的质量验证应该与此同时进行。在试生产之后，FMEA需要举行一个会议核查现有的质量控制与试生产的质量报告，主要解决每一个环节的前面三个问题。

FMEA管理记录的是一个不断努力的过程和连续性的工艺改进，FMEA文件应该总是反映设计的最新状态，包括任何在生产过程开始后进行的更改。

后记：

早知道……就不会……，是很多人的口头禅，但是做好“防震设计就不会造成大楼倒塌，改进电力输配设计就不会造成居民大停电，不滥砍乱伐就不会造成泥石流，做好桥梁设计就不会造成大桥倒塌”的道理大家也是懂的，为什么一定要等到事情发生了才要去补救呢？本文谈到的FMEA思想，就是让事情变得可预知，减少事后追悔。

此外，现实中大量的工程事实证明，由于前期研发阶段疏忽，分析不足，措施不够，以至造成产品／过程／服务等投入运行时严重程度不同的失效，给顾客带来损失，甚至产生诸如7•23甬温线动车追尾、诸如魁北克大桥两次倒塌、“挑战者”号航天飞机爆炸等的惨痛事故。如果企业都能深入应用FMEA思想，将FMEA贯穿于研发管理、供应链管理、生产管理、质量管理等各个环节，定能管理项目过程中可能出现的各种风险，为企业节省大量成本。

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