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DFMEA(Design Failure Mode and Effects Analysis,设计失效模式及后果分析)

　　DFMEA是指设计阶段的潜在失效模式分析,是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段,是如何在设计研发阶段保证产品在正式生产过程中交付客户过程中如何满足产品质量的一种控制工具。因为同类型产品的相似性的特点，所以的DFMEA阶段经常后借鉴以前量产过或正在生产中的产品相关设计上的优缺点评估后再针对新产品进行的改进与改善。

　　DFMEA是指设计阶段的潜在失效模式分析,是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段,是如何在设计研发阶段保证产品在正式生产过程中交付客户过程中如何满足产品质量的一种控制工具。因为同类型产品的相似性的特点，所以的DFMEA阶段经常后借鉴以前量产过或正在生产中的产品相关设计上的优缺点评估后再针对新产品进行的改进与改善。

　　PFMEA如果在DFMEA阶段做的比较好的话那么在PFMEA阶段将不会出现影响较大的品质问题，但必竟是新产品往往都会出现自身特有的问题点，而这些问题也通常都是要经过长时间的量产或者是交付给客户后才发生或发现的品质问题，这就要通过PFMEA加以分析保证。

　　两者最终的目的都是一样的都追求产品质量的稳定及良品最大化，同时也为大量生产提供可行性的保证。

• 用户可能有他们所要求的特定格式或形式。如果是这样，你只有征得他们的书面同意，才能采用其种格式。

• 这是产品设计小组采用的一种分析方法，用于识别设计中固有的潜在失效模式，并确定所应采取的纠正措施。

• 正式程序
• 着眼于客户
• 尽可能利用工程判断和详实的数据

• 当还有时间修改设计时！
• 事后补作设计失效模式及后果分析只能当作一个练习而已

• 设计失效模式及后果分析是产品质量先期策划和控制计划(APQP)中“产品设计和开发”阶段的产物
• 在分析了客户要求和形成初始概念之后进行
• 在过程失效模式及后果分析(PFMEA)之前，通常与可制造性设计(DFM)一道进行。

• 应成为概念开发的一个组成部分
• 是一个动态文件

　　从一种战略观点出发...

　　在下列情形下，进行设计失效模式及后果分析DFMEA(或至少评审过去做过的DFMEA) ：

• 是一种新的设计
• 在原设计基础上修改
• 应用条件或环境发生变化

　　从一种战略观点出发...

• 客户的要求或期望改变
• 竞争环境、业务环境或法律环境发生变化
• 你公司负有设计责任，且PPAP(生产件批准程序) 的一些条件适用
• 实际发生失效

• 由对设计具有影响的各部门代表组成的跨部门小组进行
  • 供应商也可以参加
  • 切不要忘记客户
• 小组组长应是负责设计的工程师

　　跨职能部门小组

• 5-9人，来自：
  • 系统工程
  • 零部件设计工程
  • 试验室
  • 材料工程
  • 工艺过程工程
  • 装备设计
  • 制造
  • 质量管理

　　提要

• 组建跨职能部门设计失效模式及后果分析DFMEA小组
• 列出失效模式、后果和原因
• 评估
  • the severity of the effect (S) 影响的严重程度
  • the likelihood of the occurrence (O) 可能发生的机会
  • and the ability of design controls to detect failure modes and/or their causes (D) 探测出失效模式和/或其原因的设计控制能力

　　提要

• Calculate the risk priority number (RPN) to prioritize corrective actions 计算风险优先指数(RPN)以确定应优先采取的改进措施

　　提要

• Plan corrective actions 制订纠正行动计划
• Perform corrective actions to improve the product 采取纠正行动，提高产品质量
• Recalculate RPN 重新计算风险优先指数(RPN)

　　提要

• 先在草稿纸上进行分析；当小组达成一致意见后，再将有关信息填在设计失效模式及后果分析FMEA表上
  • use fishbone and tree diagrams liberally 充分利用鱼骨图和树形图
  • trying to use the FMEA form as a worksheet leads to confusion and messed-up FMEAs 若将FMEA表当做工作单使用，就会造成混乱，使FMEA一塌糊涂

　　建议

　　1. 组建一个小组并制订行动计划

• 绝不能由个人单独进行设计失效模式及后果分析，因为：
  • 由个人进行会使结果出现偏差
  • 进行任何活动，都需要得到其他部门的支持
• 应指定一个人(如组长)保管设计失效模式及后果分析FMEA表格
  • 应将小组成员的姓名和部门填入设计失效模式及后果分析FMEA表格

　　2. 绘制产品功能结构图

• 一种图示方法，其中包括：
  • 用块表示的各种组件(或特性)
  • 用直线表示的各组件之间的相互关系
  • 适当的详细程度

• 结构图

　　3. 列出每个组件的功能

• 功能系指该组件所起的作用
• 以下列形式说明功能：

　　Verb + Object + Qualifier

　　动词+宾语+修饰词

• 例如：
  • insulates core 使型芯绝缘
  • assures terminal position in connector 确保端子与接头连接到位
  • protects tang from smashing, etc. 防止柄脚被压碎， 等

• Don't forget auxiliary functions as well a primary functions 不要忘记基本功能和辅助功能
• Often, components work together to perform a function 通常，多个组件一起行使某一功能
• Hint: Use the Block Diagram! 提示：利用结构图！

　　4. 列出质量要求

• a customer want or desire 客户的期望或要求
• could seriously affect customer perception 有可能严重影响客户的看法
• could lead to a customer complaint 有可能导致客户投诉
• Hint: Use QFD 提示：使用质量功能展开

　　5. 列出潜在的失效模式

• a defect, flaw, or other unsatisfactory condition in the product that is caused by a design weakness 由设计缺陷造成的产品缺陷、瑕疵或其它令人不满意的情况

• 典型的失效模式

　　- breaks　- cracks

　　　破碎　　　断裂

　　- corrodes　- sticks

　　　腐蚀　　　　　粘结

　　- unseats　- deforms/melts

　　　未到位　　　变形/熔化

　　提示

• 从前两个步骤做起：
  • 功能
  • 质量要求

• AIAG将失效模式定义为产品不能实现其设计意图的一种方式。本教材所列第5个步骤中的提示通过列举功能和质量要求，扼要阐述了设计意图。注明“无功能”的中间步骤则是指设计意图无法实现。

• 用你自己的话，对下列情况举例说明：

　　failure = no function

　　　　失效=无功能

　　failure = not enough function

　　　　失效=功能不强

　　failure = too much function

　　　　失效=功能过强

• 同样：

　　failure = no quality requirement, etc.

　　　　失效=无质量要求，等

• 具体说明每种情况发生的方式:
  • 使用“技术”术语具体说明
  • 采用工程技术判断和/或分析
  • 参考历史资料，如顾客户抱怨等
  • “组件或特性，导致无功能”
• 例如：线束夹＋螺钉＋车身面板上的孔眼
• 功能=固定线束
• 无功能=夹子不能将线束固定在车身面板上，失效模式：
  • 夹子在弯头处出现裂纹或断裂
  • 夹子从固定孔眼中脱落
• 功能不足=夹子不能将线束夹紧，失效模式：
  • 夹子太大
  • 夹子未锁定
• 功能过强=夹子将线束夹得过紧，失效模式：
  • 夹子的金属边夹破了电线
  • 夹子对不齐

　　6. 推导各种失效模式的潜在后果

• 失效的结果（衍生物）
• 有可能后果
  • 最终客户或中间客户
  • 政府法规，或
  • 系统层次中的某一部分

• 顾客的抱怨是有用的信息来源
• 其后果可能是：
  • 功能完全丧失，或
  • 性能或质量下降
• 许多失效模式有不止一种影响！
• 提示：从你在上面所提到的“无功能”情况出发
• 失效的后果通常表现为从直接后果到对客户的最终后果等一系列连锁反应
• 建议对每一种失效模式建立这种关系链，并记录在失效模式及后果分析FMEA表上
  • 运用树形图（故障树）

　　6. 说明

• 无功能=夹具不能将电线固定住
• 失效模式：夹具弯曲处出现裂缝
• 后果：线束松脱
  • 可能缠住或绊住
  • 可能丧失电气功能
• 功能不足=夹子不能将电线夹紧
• 失效模式：线束松动
• 后果：线束发出咔嗒声
  • 客户感觉到嗓音
• 功能过强=夹子将线束夹的过紧
• 失效模式：夹具不对中
• 后果：使线束变形
  • 有可能使接头移位
  • 有可能使电气系统丧失功能

　　6. 失效的后果

• 如果影响了安全或对政府法规的符合性，就应如实讲清。

　　7. 评估每种后果的严重性

• AIAG严重性评估标准是针对车辆发生的失效制订的。它有助于将这个表格转换成你的特定产品的术语。

　　严重性打分：Severity Rating (S):

9-10	unsafe 不安全
7-8	loss of primary function 丧失基本功能
5-6	discomfort 不舒适、不方便
2-4	noticeable 具有明显的影响
1	no effect 无影响

　　 严重性列表 AIAG Severity Table

　　影响的严重性 Severity of Effect (S):

10	unsafe or out of compliance, with no warning to the customer 不安全或不符合法规，未告诫客户
9	unsafe or out of compliance, but a warning is given 不安全或不符合法规，但发出了警告
8	inoperable 不能操作
7	operable, but at reduced performance 可操作，但性能降低
6	comfort or convenience item is inoperable 舒适方便的项目不能操作
5	comfort or convenience item is operable, but at reduced performance 舒适方便的项目能操作，但性能降低
4	noticeable by most customers 绝大多数客户感觉明显
3	noticeable by average customer 一般客户感觉明显
2	noticeable by discriminating customer 辨别能力强的客户感觉明显
1	no effect 无影响
0	THERE IS NO SCORE OF ZERO. 无零分

　　7a. Classify special product characteristics 特殊产品特性分类

　　如果影响到安全或违反法规(严重性为9或10分)而且发生率或探测性（occurrence or detection）评分也很高(如3分以上)...这些产品特性须特别加以控制。

• Control Plan 控制计划

　　8. 确定每种失效模式的潜在原因

• 形成失效模式的设计缺陷是造成失效的原因
  • 是产品设计后所固有的
  • 与产品的使用有关
• 许多失效模式是多种原因造成的！
• 将导致失效的条件文件化
  • 例如：应力超过强度
• 考虑“可预见的对产品的错误使用”
  • 如用一根20A保险丝代替10A保险丝
• 此外，还应考虑产品的使用寿命
• 失效通常是由一系列的事件造成的，从直接原因到最终原因等
• 建议为每一种失效模式建立这种链并记录到失效模式及后果分析表
  • 可利用故障树或鱼刺图加以阐述
• 因果图

• 例如：线束夹子
• 失效模式：夹具弯曲处断裂
• 原因：
  • 弯曲半径太小，无法承受较大的应力<< 设计标准不明确
  • 振动<< 安装方向不对<< 受到空间限制
• 设计失效模式及后果侧重于设计缺陷。然而有时在失效的“设计”原因与“过程”原因之间并无明显区别。
  • 示例：即使所有加工尺寸都符合规格，但累积公差仍有可能造成一小部分零部件失效。这实际上属于设计缺陷。
• 如果确信某项设计特别易受过程变差的影响，就应将此也视为一种设计缺陷，并应列入设计失效模式及后果分析中。

　　9. 评估每种失效原因出现的可能性

　　如果依据现有设计进行生产的话

• 利用历史资料
• 注重改进
• 考虑产品使用寿命
• 利用可靠性模型，与类似的产品进行比较。

　　Occurrence Rating (O):发生率评分(0)：

9-10	failure is almost inevitable 失效几乎是不可避免的
7-8	repeated failures likely 有可能重复失效
4-6	occasional failures likely 有可能偶尔失效
2-3	relatively few failures 很少失效
1	failure is unlikely 不可能失效
O	ccurrence Rating (O):发生率评分(0)

　　AIAG Occurrence Table 发生率表

10	> 1 in 2 2项发生1次	failure is almost inevitable 失效几乎是不可避免的
9	1 in 3 3项发生1次	-
8	1 in 8 8项发生1次	repeated failures likely 有可能重复失效
7	1 in 20 20项发生1次	-
6	1 in 80 80项发生1次	occasional failures likely 有可能偶尔失效
5	1 in 400 400项发生1次	-
4	1 in 2000 2000项发生1次	-
3	1 in 15,000 15,000项发生1次	relatively few failures 很少失效
2	1 in 150,000 150,000项发生1次	-
1	< 1 in 1,500,000 1,500,000项发生1次	failure is unlikely 不可能失效

• Be conservative in assigning numbers. 在评分时应持保守态度
• No clue? Assume a score of 10 to "flag" the RPN. 没有线索怎么办？可评10分“标明”风险顺序数 RPN。

　　10. 编制现有设计控制清单

• 设计控制：能够保证合理设计的任何技术
  • 可制造性分析DFM Analysis
  • Sneak Circuit Analysis (System FMEA)潜行回路分析(系统FMEA)
  • 耐久性/验证试验
  • 有限元分析Finite Element Analysis
  • 模拟方法Simulation
  • 其它

　　设计失效模式及后果分析的目的：

• 核实失效模式及其原因
  • 产品确实能够以这种方式失效吗？
  • 产品还会以其它方式失效？
  • 是否已识别失效的真正原因？
• ...或者防止发生失效
• 失效模式如同疾病，设计控制则象医生采取的诊断方法
  • no false negatives 无虚假否定
  • no false positives 无虚假肯定
  • (doctor prefers prevention) (医生喜欢采取预防方法)

　　提示

• To continue the analogy, the FMEA is like a list of suspicions that a doctor has based on the symptoms he sees. The design controls are the tests that the doctor proposes to either confirm or throw out those suspicions. 继续进行类比。FMEA恰似一名医生根据他所看到的病症作出的一系列诊断。设计控制就是医生用于证实或排除这些诊断的试验。

• 设计控制有三种类型：

　　(1) 防止失效产生的原因；

　　(2) 查明失效的原因；

　　(3) 检测失效模式

• 在FMEA表上指定用于相同或类似设计的设计控制手段
• 设计控制对应于控制失效模式或原因
  • 可以采取任何类型：1，2 或3，或其中的任意组合。
  • 如果没有，可写“无”。

　　11.探测失效

• 探测评分----衡量第2或第3种设计控制能力，告诉我们
  • 潜在的失效模式是否是真正的失效模式，或
  • 潜在的原因是否是真实的原因
  • 还可以对第1种“预防性”控制的有效性进行评分

　　Detection Rating (D):探测评分(D)

9-10	remote chance of detecting failure 查明失效的可能性极小
7-8	very low chance 可能性很小
5-6	low to moderate chance 可能性不大
2-4	good chance 可能性较大

　　1 will almost certainly detect failure (if it passes this, it won’t fail) 几乎肯定能探测到失效(如能通过这项探测，就不会失效)

　　注意：

• 这是一种数值判断
• 其目的是评估现有设计控制能力
• Controls designed to force failure may mask real failure modes! 用于强行防止失效的设计控制手段有可能掩盖真正的失效模式！
  • (应小心谨慎，并自己作出判断)

　　12.估算风险优先数(RPN)

• RPN= S x O x D

　　RPN =Severity of Effect x Occurrence Rating x Detection Rating

　　RPN =后果的严重性x失效发生概率评分x探测评分

• 重点放在较高的RPN上

　　措施

• 从最大的RPN项目开始
  • 不要凭直觉随意确定优先“减小”数值

　　13. 纠正措施

• 应采取哪些改进措施来降低：严重性、发生率或探测评分
• 减轻严重程度--更改设计，以控制其后果
• 降低发生率--更改设计，以控制其产生原因
• 改进探测--改进试验或模拟方法
• 如果严重性的评分为9或10分时，应予以特别注意
• 你不建议采取纠正措施吗来降低风险优先数RPN？
  • 不要在表上留下空格不填。应填写“无”
• 某些项目可能需要与PFMEA小组讨论。将这一点记在表上。

　　14. 职责和预定日期

• FMEA以采取行动为主
• 必须确定职责并记录履行日期
• 指定最适合履行职责的个人或小组
• 被指定的个人或小组应该是FMEA小组成员。

　　15. 采取的纠正措施

• 记入表内，以便
  • 追踪进展情况
  • 将“充分的关注”文件化（理智的、知识丰富的、负责任的人员应确保产品的设计、制造和交付符合适用的政府标准和法规。为实现充分的关注并符合顾客的其它要求，在执行关键特性标识系统是，应将标准关注、附加关注和特殊关注设计到质量体系中。）
• 完成日期和简要说明

　　16. 重新计算风险优先数RPN

• 评价建议采取的纠正行动
• 然后重新评估
  • 严重程度severity,
  • 发生率，和/或occurrence, and/or
  • 探测能力detection.
  • 重新计算风险优先数RPN
  • 利用支持数据确认改进措施
• 结果：
  • 有可能对失效重新排序
  • 有可能导致进一步纠正措施

• 谭语农.设计失效模式及后果分析

• FMEA
• PFMEA