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嘉峪檢測網 2019-10-09 09:23
故障模式影響及危害性分析（Failure Mode Effects and Criticality Analysis，簡稱FMECA）方法起源于美國，目前在航天航空、兵器、艦船、電子、機械和汽車等工業領域得到了廣泛的應用。在許多重要領域，FMECA成為設計人員必須掌握的技術。
FMECA是一種可靠性定性分析技術，針對產品所有可能的故障，根據對故障模式的分析，確定每種故障模式對產品工作的影響，找出故障原因，并按故障模式的嚴重程度和發生概率確定其危害性。在產品生命周期的不同階段，FMECA應用的目的和方法也不盡相同。
今天分享一下工藝FMECA的相關知識，供學習參考。
1、工藝FMECA步驟的主要內容
1.1 系統定義
與功能及硬件FMECA一樣，工藝FMECA首先對分析對象進行定義。其內容可概括為功能分析、繪制“工藝流程表”及“零部件－工藝關系矩陣”。
a) 功能分析：對被分析工藝的目的、功能、作用及有關要求等進行分析。
b) 繪制“工藝流程表”及“零部件－工藝關系矩陣”。
1) 繪制“工藝流程表”（見表1）。它表示各工序相關的工藝特性和結果。它是工藝FMECA的準備工作。
2) 繪制“零部件－工藝關系矩陣”（見表2）。它表示零件特性與工藝操作各工序間的關系。
“工藝流程表”、“零部件－工藝關系矩陣”均應作為工藝FMECA報告的一部分。
表1 工藝流程表
零部件名稱： 生產工藝：
零部件號： 部門名稱： 審核： 第 頁•共 頁
型號名稱： 分析人員： 批準： 填表日期
|
工藝流程 |
輸 入 |
輸出結果 |
|
工序1 |
|
|
|
工序2 |
|
|
|
…… |
|
|
表2 零部件-工藝關系矩陣
零部件名稱： 生產工藝：
零部件號： 部門名稱： 審核： 第 頁•共 頁
型號名稱： 分析人員： 批準： 填表日期
|
零部件特性 |
工 藝 操 作 |
|||
|
工序1 |
工序2 |
工序3 |
…… |
|
|
特性1 |
|
|
|
|
|
特性2 |
|
|
|
|
|
…… |
|
|
|
|
1.2 工藝故障模式分析
工藝故障模式是指不能滿足工藝要求和/或設計意圖的缺陷。它可能是引起下一道（下游）工序的故障模式的原因，也可能是上一道（上游）工序故障模式的后果。一般情況下，在工藝FMECA中，是假定提供的零件/材料是合格的。典型的工藝故障模式示例（不局限于）見表3：
表3 典型的工藝故障模式示例（不局限于）
|
序號 |
故障模式 |
序號 |
故障模式 |
序號 |
故障模式 |
|
（1） |
彎曲 |
（7） |
尺寸超差 |
（13） |
光滑度超差 |
|
（2） |
變形 |
（8） |
位置超差 |
（14） |
未貼標簽 |
|
（3） |
裂紋 |
（9） |
形狀超差 |
（15） |
錯貼標簽 |
|
（4） |
斷裂 |
（10） |
（電的）開路 |
（16） |
搬運損壞 |
|
（5） |
毛刺 |
（11） |
（電的）短路 |
（17） |
表面污染 |
|
（6） |
漏孔 |
（12） |
粗糙度超差 |
（18） |
遺留多余物 |
|
|
|||||
1.3 工藝故障原因分析
工藝故障原因是指故障為何發生。典型的工藝故障原因示例（不局限于）見表4：
表4典型的工藝故障原因示例（不局限于）
|
序號 |
故障原因 |
序號 |
故障原因 |
|
（1） |
扭矩過大、過小 |
（11） |
工具磨損 |
|
（2） |
焊接電流、時間、電壓不正確 |
（12） |
零件漏裝 |
|
（3） |
虛焊 |
（13） |
零件錯裝 |
|
（4） |
鑄造澆口/通氣口不正確 |
（14） |
安裝不當 |
|
（5） |
粘接不牢 |
（15） |
定位器磨損 |
|
（6） |
熱處理時間、溫度、介質不正確 |
（16） |
定位器上有碎屑 |
|
（7） |
量具不精確 |
（17） |
破孔 |
|
（8） |
潤滑不當 |
（18） |
機器設置不正確 |
|
（9） |
工件內應力過大 |
（19） |
程序設計不正確 |
|
（10） |
無潤滑 |
（20） |
工裝或夾具不正確 |
1.4 工藝故障影響分析
工藝故障影響是指故障模式對“顧客”的影響。“顧客”是指下道工序/后續的工序，和/或最終使用者。故障影響可分為下道工序、組件和裝備。
a) 對下道工序/后續工序而言：工藝故障影響應該用工藝/工序特性進行描述，見表5（不局限于）：
表5 典型的工藝故障影響示例（對下道工序/后續工序而言）
|
序號 |
故障影響 |
序號 |
故障影響 |
|
（1） |
無法取出 |
（6） |
無法配合 |
|
（2） |
無法鉆孔/攻絲 |
（7） |
無法加工表面 |
|
序號 |
故障影響 |
序號 |
故障影響 |
|
（3） |
不匹配 |
（8） |
導致工具工藝磨損 |
|
（4） |
無法安裝 |
（9） |
損壞設備 |
|
（5） |
無法連接 |
（10） |
危害操作者 |
b) 對最終使用者而言：工藝故障影響應該用型號的特性進行描述，見表6（不局限于）：
表6 典型的工藝故障影響示例（對最終使用者而言）
|
序號 |
故障影響 |
序號 |
故障影響 |
|
（1） |
噪音過大 |
（9） |
工作性能不穩定 |
|
（2） |
振動過大 |
（10） |
損耗過大 |
|
（3） |
阻力過大 |
（11） |
漏水 |
|
（4） |
操作費力 |
（12） |
漏油 |
|
（5） |
散發異常的氣味 |
（13） |
表面缺陷 |
|
（6） |
作業不正常 |
（14） |
尺寸、位置、形狀超差 |
|
（7） |
間歇性作業 |
（15） |
非計劃維修 |
|
（8） |
不工作 |
（16） |
廢棄 |
1.5 風險優先數（RPN）分析
風險優先數(RPN)是故障模式嚴酷度(簡稱嚴酷度S)、故障模式發生概率(簡稱發生概率O)和故障模式探測度(簡稱探測D)的乘積，即
RPN=S*O*D
RPN是對潛在故障模式風險等級的評價，它反映了對故障模式發生的可能性及其后果嚴重性的綜合度量。RPN值越大，即該故障模式的危害性越大。
a) 工藝故障模式嚴酷度(S)：是指工藝中的某個工藝故障模式的最嚴重影響程度。其等級的評分準則見表7：
表7 工藝故障模式嚴酷度（S）等級的評分準則
|
影響 程度 |
工藝故障模式的最終影響 （對最終使用者而言） |
工藝故障模式的最終影響 （對下道作業/后續作業而言） |
嚴酷度 等級 |
|
災難性的 |
產品毀壞或功能喪失 |
人員死亡/嚴重危及作業人員安全及重大環境損害 |
10、9 |
|
致命性的 |
產品功能基本喪失而無法運行/能運行但性能下降/最終使用者非常不滿意 |
危及作業人員安全、100%產品可能廢棄/產品需在專門修理廠進行修理及嚴重環境損害 |
8、7 |
|
中等的 |
產品能運行，但運行性能下降/最終使用者不滿意，大多數情況(>75%)發現產品有缺陷 |
可能有部分（<100%）產品不經篩選而被廢棄/產品在專門部門或下生產線進行修理及中等程度的環境損害 |
6、5、4 |
|
輕度的 |
有25～50%的最終使用者可發現產品有缺陷、或沒有可識別的影響 |
導致產品非計劃維修或修理 |
3、2、1 |
b) 工藝故障模式發生概率(O)：是指某個工藝故障模式發生的可能性。發生概率（O）級別數在PFMECA范圍中是一個相對比較的等級，不代表工藝故障模式真實的發生概率。其評分準則見表8：
表8 工藝故障模式發生概率（O）評分準則
|
工藝故障模式發生的可能性 |
可能的工藝故障模式概率（Po） |
級別 |
|
很高（持續發生的故障） |
Po≥ 10-1 |
10 |
|
5×10-2≤ Po <10-1 |
9 |
|
|
高（經常發生的故障） |
2×10-2 ≤ Po < 5×10-1 |
8 |
|
1×10-2 ≤ Po < 2×10-2 |
7 |
|
|
中等（偶爾發生的故障） |
5×10-3 ≤ Po < 1×10-2 |
6 |
|
2×10-3 ≤ Po < 5×10-3 |
5 |
|
|
1×10-3 ≤ Po < 2×10-3 |
4 |
|
|
低（很少發生的故障） |
5×10-4 ≤ Po < 1×10-3 |
3 |
|
1×10-4 ≤ Po < 5×10-4 |
2 |
|
|
極低（不大可能發生故障） |
Po< 1×10-4 |
1 |
c) 工藝故障模式探測度(D)：是描述在工藝控制中工藝故障模式被探測出的可能性。探測度(D)也是一個相對比較的等級。為了得到較低的探測度數值，型號加工、裝備工藝控制需要不斷地改進。其評分準則見表9：
表9 工藝故障模式探測度(D)的評分準則
|
探測度 |
評分準則 |
檢查方式* |
推薦的探測度分級方法 |
級別 |
||
|
A |
B |
C |
||||
|
幾乎不可能 |
無法探測 |
|
|
√ |
無法探測或無法檢查 |
10 |
|
很微小 |
現行探測方法幾乎不可能探測出 |
|
|
√ |
以間接的檢查進行探測 |
9 |
|
微小 |
現行探測方法只有微小的機會去探測出 |
|
|
√ |
以目視檢查來進行探測 |
8 |
|
很小 |
現行探測方法只有很小的機會去探測出 |
|
|
√ |
以雙重的目視檢查進行探測 |
7 |
|
小 |
現行探測方法可以探測 |
|
√ |
√ |
以圖表方法進行探測 |
6 |
|
中等 |
現行探測方法基本上可以探測出 |
|
√ |
|
在零件離開工位之后以量具進行探測 |
5 |
|
中上 |
現行探測方法有較多機會可以探測出 |
√ |
√ |
|
在后續的工序中實行誤差檢測，或進行工序前測定檢查，進行探測 |
4 |
|
高 |
現行探測方法很可能探測出 |
√ |
√ |
|
在當場可以測錯，或在后續工序中探測（如庫存、挑選、設置、驗證）。不接受缺陷零件 |
3 |
|
很高 |
現行探測方法幾乎肯定可以探測出 |
√ |
√ |
|
當場探測（有自動停止功能的自動化量具）。缺陷零件不能通過 |
2 |
|
肯定 |
現行探測方法肯定可以探測出 |
√ |
|
|
工藝/產品設計了防錯措施，不會生產出有缺陷的零件 |
1 |
|
*注：檢查類型：A-采用防錯措施；B-使用量具測量；C-人工檢查。 |
||||||
1.6 改進措施
改進措施是指以減少工藝故障模式的嚴酷度(S)、發生概率(O)和探測度(D)的級別為出發點的任何工藝設計改進措施和使用補償措施。一般不論RPN的大小如何，對嚴酷度(S)等級為9或10的項目應通過工藝設計上的改進措施或使用補償措施等手段，以滿足降低該風險的要求。在所有的狀況下，當一個工藝故障模式的后果可能對制造/組裝人員產生危害時，應該采取預防/改進措施，以排除、減輕、控制或避免該工藝故障模式的發生。對某工藝故障模式確無改進措施，則應在工藝FMECA表相應欄中填寫“無”。
1.7 RPN值的預測或跟蹤
制定改進措施后，應進行預測或跟蹤改進措施的落實結果、實施的有效性，對工藝故障模式嚴酷度（S）、工藝故障模式發生概率（O）和工藝故障模式探測度（D）級別的變化情況進行分析，計算相應的RPN值是否符合要求。當不滿足要求，尚需進一步改進，并按上述步驟重復進行，直到RPN值滿足最低可接受水平為止。
1.8 工藝FMECA報告
將工藝FMECA的結果進行歸納、整理成技術報告。其主要內容包括：概述、工藝的描述、系統定義、工藝FMECA表格的填寫、結論及建議、附表（如“工藝流程表”、“零部件－工藝關系矩陣”）等。
1.9 工藝FMECA的實施
實施PFMECA的主要工作是填寫工藝FMECA表格（見表10）。應用時，可根據實際情況對表格的內容進行增、刪。
表10 工藝FMECA表格
產品名稱（標識）① 生產工藝③ 審核 第頁•共頁
所屬裝備/型號② 分析人員 批準 填表日期
表10中各標號的填寫說明如下：
① 型號名稱（標識）：是指被分析的型號名稱與標識（如型號代號、工程圖號等）；
② 所屬裝備/型號：是指被分析的型號安裝在哪一種裝備/型號上，如果該型號被多個裝備/型號選用，則一一列出；
③ 生產工藝：是指被分析型號生產工藝的名稱（如××加工、××裝配）；
④ 工序名稱：是指被分析生產工藝的工藝步驟名稱，該名稱應與工藝流程表中的各步驟名稱相一致；
⑤ 工藝功能/要求：是指被分析的工藝或工序的功能（如車、銑、鉆、攻絲、焊接、裝配等），并記錄被分析型號的相關工藝/工序編號。如果工藝包括很多不同故障模式的工序（例如裝配），則可以把這些工序以獨立項目逐一列出；
⑥ 故障模式：按照本指南1.2條的要求填寫。
⑦ 故障原因：按照本指南1.3條的要求填寫。
⑧ 故障影響：按照本指南1.4條的要求填寫。
⑨ 改進前風險優先數PRN：按照本指南1.5條的要求填寫。
⑩ 改進措施：按照本指南1.6條的要求填寫。
?責任部門：是指負責改進措施實施的部門和個人，以及預計完成的日期。
?改進措施執行情況：是指實施改進措施后，簡要記錄其執行情況。
?改進措施執行后的RPN：按照本指南1.7條的要求填寫。
?備注：是指對各欄的注釋和補充。
2 注意事項
主要包括：
a) 掌握PFMECA的的時機與適用范圍：在型號工藝可行性分析、生產工裝準備之前，從零部件到系統均應進行工藝FMECA工作。PFMECA主要是考慮型號試制生產工藝的分析，也可能包括包裝、貯存、運輸等其他工藝的PFMECA；
b) 明確PFMECA與設計的關系：PFMECA中的缺陷不能靠更改型號設計來克服，應堅持“誰工藝設計、誰分析”的原則。但工藝FMECA也應充分考慮型號設計特性，根據需要，邀請型號設計人員參與分析工作，并促進不同部門之間充分交換意見，以最大限度地確保型號滿足“顧客”的需求；
c) 掌握PFMECA是一個迭代的過程：PFMECA是對工藝故障模式的風險優先數（RPN）值的大小進行排序，并對關鍵工藝采取有效地改進措施，進而對改進后的RPN進行跟蹤，直到RPN值滿足可接受水平為止。PFMECA是一個動態的、反復迭代分析的工藝；
d) 積累經驗、注重工藝信息。與設計FMECA一樣，工藝FMECA亦應從相似試制生產工藝或工序中，積累有關工藝故障模式、與原因、故障模式嚴酷度（S）、故障模式發生概率（O）和故障模式探測度（D）等信息，并相應建立數據庫，為有效開展PFMECA提供支持。
來源：可靠性知識
