故障模式影响分析设计FMEA的分析步骤

传统上有两种产物设计办法：一种是基于用度的设计；另一种是基于用户需求的设计。在基于用度的设计办法中，设计者的目的是要在必定的用度束缚下开展设计。这种办法称为代价工程阐发，已超越了本书的阐述规模。在基于用户需求的设计办法中，设计者要提供应用户其所需的产物，并附加一些要求，如满足度调整的职责、平安性斟酌以及其他一些与设计相顺应的尺度。本文将对第2种办法进行叙述。

实施设计FMEA有两个要求：一是要肯定适宜的表格；二是要肯定商定的准则。

设计FMEA的表格没有同一的尺度格局。每家公司都是依据企业自身的必要和用户存眷的内容来肯定本身格局的表格。然则，在汽车行业中，经由过程汽车工业协会（AIAG）的尽力，在1993年7月1日出书颁布了业内同一的FMEA表格及实在施步调办法。

本文所提供的表格里包含那些广泛接受的项目，这些项目将作为设计FMEA的一部门。没有固定的设计FMEA表格，而要依据现实环境进行增减。

同样，也没有同一的和尺度化的商定准则。每家公司都是依据本身的企业必要、产物和用户存眷的内容来订定本身的商定准则。

一样平常来说，可经由过程定量和定性两种办法来订定商定准则。另外，数值可以从1~5也可以从1~10，而从1~10的数值规模更为常用。本章展现两种情势准则的示例。

表6.1是最常用的设计FMEA表格。表格可分为3部门。第1部门从第（1）项到第（10）项，是表格的先容部门，这10项是无关紧要的。然而，这些附加在设计FMEA中的信息为填写FMEA表格提供了可能必要的根本信息。

表格的第2部门包含第（11）项到第（24）项，该部门是所有设计FMEA的必需项目。表格中所有项目（栏）的次序可以转变，也可以再添加新的项目栏，但这些已有的项目中任何一栏都不克不及缺少。第（11）项到第（24）项可以看作是设计FMEA的主体部门。

表格的第3部门包含第（25）项和第（26）项，固然这些项目是无关紧要的，但可以反映卖力填写设计FMEA表格团队的权势巨子性和责任。具名代表已完成了FMEA事情。下文中小括弧中的数字是表6.1中所讨论项目栏的代码号。

确认分体系（1）：肯定分体系的名称或FMEA表格的题目。

设计责任（2）：卖力进行体系设计的企业、公司或部分的名称。

责任人（2A）：有时必要将体系设计的责任详细到小我。

其他相关部分（3）：企业内部影响体系设计的其他人或运动的名称。

相关供给部分或其他（4）：肯定企业外部对体系设计发生影响的人、供给商或工场的名称。也包含介入体系的设计、制作、组装或服务的人、供给商或工场的名称。

模子或产物（5）：使用体系为模子和产物定名。

工程宣布日期（6）：肯定产物预定的宣布日期（年代日）。

阐发职员（7）：通常用于肯定卖力FMEA事情的设计工程师。有时，也记载一些附加信息，例如：

体系设计工程师的德律风号码；

体系设计工程师的地址；

企业运动（包含公司、部分等）；

团队成员（姓名、德律风、地址等）。

实施FMEA日期（8）：记载开端设计FMEA事情的日期（年代日）。

FMEA修订日期（9）：记载末了一次修订的日期（年代日）。

零件名称（10）：肯定零件的名称或零件号，通常要肯定最新版工程图纸的编号。

设计功效（11）：工程师填写设计意图、目标、目的等。设计功效必需依据用户的需乞降期望来订定。归纳综合来讲应包含平安要求、官方尺度以及其他企业表里部的束缚。

通常这些需乞降期望是经由过程QFD以及其他一些斟酌来肯定的。这些斟酌包含产物的责任问题、包管内容、工业尺度和客户的特殊必要。

为保证功效设计的有用性，必需对其进行具体阐明，而且要保证阐明的简洁性、确实性和易于懂得性（避免使用专业术语）。可以经由过程功效框图来肯定设计功效，功效框图用体系可分化的功效块来表现体系的构成原理。功效框图的目标是为了阐明体系中主要的构成部门，而且赞助阐发职员懂得这些构成部门之间的互相作用若何影响体系自身或自身以外的其他体系。

假如用陈说来描写功效，则应使用异常明白的词语来描写。为了便利起见，FMEA填写人应只管即便斟酌使用自动动词和恰当的名词。用自动动词界说机能，再用机能界说功效。用自动动词与这些名词的组合来界说关系，从而使得整个肯定进程变得加倍容易。经由过程零件功效事情表可使这个进程变得更容易（参见表6.2）。

功效的例子有：

提供有联络单位；

提供可维修的分组件；

便于制作；

提供振动阻尼。

潜在故障模式（12）：是问题、存眷点、改良的机遇、故障、缺陷。斟酌潜在故障模式就必定会斟酌设计功效的丢失，这是一个明白的故障。FMEA团队内分工越明白，则越有可能肯定故障的影响及其缘故原由。设计失误解带来发生危害的风险、产物不克不及提供足够的掩护、不克不及平安地执行既定的功效、在不测变乱中不克不及避免严重的效果等。

对付表6.1中第（11）栏所肯定的每个设计功效，都应列出其所有的功效故障。每个功效可能不止有一个故障。为了便于肯定潜在的故障模式，阐发职员可以斟酌功效的阑珊和丢失。

故障的例子有：

不克不及打开；

部件短路；

断路；

线圈不克不及发生电动势（EMF）；

分组件泄电；

腐蚀；

不克不及节制速率。

也可以经由过程提问的方式来肯定预期的故障模式。如：“体系、设计、部件、分体系或进程怎样才会故障呢。”或“这个产物会断路、磨损、凝固……么。”。重点是工程师必需要假想所斟酌的设计怎样产生可能的故障，而不是是否会产生故障。

此外，还可以经由过程故障树阐发（FTA）办法来肯定故障模式。在FTA布局中，顶变乱是零件功效的丢失，进一步可以依次肯定下一条理的故障模式。

潜在故障影响（13）：是故障对上一条理或更高条理的设计、体系、产物、用户以及官方尺度发生的效果。常常会涉及到的问题是“从用户的阅历动身，这个故障模式的效果是什么。”或“这个问题或故障的影响是什么。它的联系关系影响是什么。”故障可能影响到设计自己、产物、用户以及当局的律例等。通常要从用户的角度或阅历来评估故障的影响。

为了肯定潜在的影响，阐发职员要评审如下部门文档：

汗青数据；

保证文档；

外场服务数据；

可行性研讨；

用户的意见（投诉）：；

当前或曩昔类似的FMEA；

靠得住性数据。

无论若何肯定潜在影响，必需肯定设计功效丢失的联系关系影响。而且必需斟酌对设计自身、其他体系、产物以及用户的影响。假如还要斟酌平安性因素，则表中应有一列用于记载响应的注释。潜在故障影响的例子有如下几个。

对高一条理体系：操作失败。

对低一条理体系：没有。

对其他体系：没有。

对产物：机能退化。

对用户：完全不满足；体系操作失败。

对当局：可能没有执行某尺度STD-XXX。

症结特征（14）：因为硬件在设计阶段才开端肯定，以是症结特征通常与设计FMEA相接洽。只有在界说硬件后能力肯定其症结特征或紧张特征。该栏用于肯定症结特征。在设计FMEA中肯定伤害度或紧张度，仅用于对进程、组件和服务FMEA进行专门的节制。从而进一步订定节制方案。

一样平常会发生伤害的症结特征有：尺寸、规格、实验、进程、加工和使用。在如下环境产生时可肯定症结特征：

可能影响平安性；

可能不相符官方尺度；

对付专门的步伐或节制是需要的。

假如“是”则在该栏中填写“Y”，“否”则填写“N”（这个符号表现了症结特征会极年夜地影响到后来的进程FMEA），目标是为了标识一个潜在的症结特征是否存在。当严重度为9或10，而产生度和检测度高于3时便是症结特征典型的征兆。在汽车工业中，这个规矩将有微小的变化。

严重度（15）：严重度表现了潜在设计故障模式影响的严重水平品级。严重度用于描写故障模式的影响。事实上，严重度与影响之间有直接的关系。例如：假如影响严重，则严重度高；相反地，假如影响不严重，则严重度低。

要从体系、设计自身、其他体系、产物、用户以及官方尺度的角度来评估严重度。为了进行评估，通常有一个反映企业同用户和官方尺度结合意见的品级表。表6.3便是一张如许的品级表。

在设计FMEA中，严重度品级以故障模式的最坏影响为根基。在此根基上，再依据故障模式影响的严重度对其进行排序分级。在这一点上，FMEA与FMCA是一样的。

潜在故障缘故原由（16）：故障缘故原由是导致故障模式的设计缺陷。必需重复强调阐明的是对付故障缘故原由要着眼于基本缘故原由，而不是故障的表象。

为了更好地肯定正确的潜在故障缘故原由，阐发职员必需懂得体系和设计，并提出恰当的问题。阐发职员对基本缘故原由相识得越透辟，则越能更好地舆解故障。例如，绝缘欠好的电线是否会导致短路。可以采纳一些办法，如集体讨论、因果阐发法、方框图阐发以及分类图等。

根本的问题是“在体系执行其预期功效时，会以怎样的方式产生故障。”另一种提问方式是“持续问5个为什么。”，使“提出问题”变得越来越艰苦和更具启迪作用。早期的问题很浮浅，而厥后的问题则更有实质性。其他问题也有可能提出：“什么样的情况能导致故障。”和“零件若何或者为什么不克不及到达其工程规格阐明书要求。”

故障模式可能由1个或多个零丁的部件引起，也可能由以下因素引起（部门）：

因为产物设计不敷引起的硬件故障；

部件、零件选择不正确；

进程使用不正确；

节制法式不恰当；

执行进程和质量节制失败；

不正确的安装、维护；

短缺平安装配、情况因素；

误用、滥用；

产物变革；

差错操作指令；

工资差错；

选择不适宜的资料；应力集中；

委顿、恒定冲击；

腐蚀、电（化腐）：蚀、裂蚀；

氢蚀、蚀损斑、发生气孔；

脱碳、磨蚀、冲击和颤振；

与其他部件的互相作用；

与其他体系中部件的互相作用；

与当局条例的互相影响；

与用户的互相作用。

本部门在FMEA中很紧张，由于76%的工程变革是因为改正设计缺陷而引起的，而改良设计只引起24%的工程变革。实施FMEA时紧张的一点便是要肯定所有的潜在故障。

据此，必需强调实施设计FMEA的一个主要作用便是可以肯定并排除由体系与部件交互作用所引起的潜在故障模式。这些交互作用也包含人的因素，因而必需对所有的因素进行周全的评估。

故障模式与缘故原由之间的关系既不是线性关系也不是“一 一对应”的关系。对应一个故障模式可以有许多缘故原由（有时也存在逐一对应的关系），是以应只管即便列出所有可能的缘故原由。这些缘故原由将作为潜在故障模式转到进程FMEA中去。是以，在设计FMEA中肯定的故障缘故原由越多，进程FMEA就变得越容易。

故障缘故原由的例子有：

扭矩过年夜或过小；

差错使用接合件；

硬度；

粘性过年夜或过小；

多孔性。

注意：假如故障影响的品级是8~10，则对根缘故原由的阐发必要投入更多的精神。

产生度（17）：对付某已知的故障缘故原由，在产物设计寿命期内可能激发的故障频度的估量值或累积值相对应的品级数值。为肯定每个缘故原由的故障产生度，阐发职员可以采纳靠得住度数学办法（已超越本书的阐述规模）、期望频率或所研讨的部件在设计寿命期内每100个或1000个部件中的累积故障数（CNF）（分离对应CNF/100或CNF/1 000）。设计FMEA中的设计寿命期是部件的经久性目的。该目的的专门属性与部件相关。

另外一种设计寿命的界说是部件报废前的目的光阴或有效寿命。部件报废是因为设计功效终止（通常因为耗损）。如许，因为修复用度昂扬而不值得再修复。

假如不克不及获得期望频率或累积故障数的估量值，进行设计FMEA时，可转向类似或替代体系和部件以获取类似的信息。

在实施设计FMEA时，通常要假设单点故障，并将单点故障界说为将引起体系故障的部件故障，而且该故障不克不及经由过程冗余或替换的办法来打消。例如，单片硬件和重载电缆事情时，对单个部件具有高度的依附性，这时通常可采纳冗余来避免这种环境。此时，要在重载区安装一个双线电缆，其终端与双电缆之一混合，如许可低落电缆堵截变乱中服务中止的可能性。

必需对每一个单点故障缘故原由计算其产生度/频率。假如不克不及估量其产生度，则要将产生度界说为10。而且成果必需获得全部团队成员的同等承认。表6.4展现了典型的产生度肯定原则。

检测办法肯定原则（18）：是一种办法（法式）、实验、设计评审或工程阐发。有一系列直接的办法来检测设计或零件的故障。这些办法可以很简单（如集体讨论），也可所以技术含量较高的高档办法（若有限元阐发、计算机仿真和试验室实验）。无论使用什么办法，紧张的是在产物交付客户之前，节制办法和技术可以或许有用捕捉问题。

为了尽可能早地检测到设计缺陷，可将这个缺陷看作是设计的软弱环节，以裸露、检测或打消来自设计的问题。在设计FMEA中进行早期检测是一种高效的设计节制。

因为很早就开端实施设计FMEA，要评估检测度有时会很艰苦。在这种环境下，阐发职员要应用汗青信息或者类似部件或体系的相似信息。有时也有可能没有办法、实验或技术来肯定故障，此时，在该栏中要填写诸如“临时未肯定”之类的阐明。

关于检测的另一方面内容是要采纳集体评论辩论的方式来肯定一些新办法和新实验，以备未来利用到义务中。在集体讨论进程中应斟酌的2个首要问题是：

若何发现故障。

若何辨认故障。

答复这些问题，一张清单可能会很有赞助，然而，在设计阶段可以或许检测到故障的最有用的一些方式是：

验证仿真技术；

数学建模；

原型实验；

实验设计；

设计验证实验；

特殊产物实验；

容差累积研讨；

设计评审；

资料评审。

上述检测故障的项目中年夜部门是定量的。然而，设计评审也是一项紧张的对象，可用于评审体系或设计的正确性。设计评审可以定量化，但它也是考察设计的一种定性和体系化的办法。典型的设计评审包含：

初步设计评审——初步设计评审的目标是界说和选择一种能满意产物功效要求的设计办法，其输出是对产物的特性、产物用度估量、使用寿命估量的描写以及对可预知的使用情况的描写。在这一阶段，要求有概率、靠得住性、统计模子和实验；

中央设计评审——中央设计评审的目标是肯定产物是否在可接受的平安水平、可临盆性和好处率下到达其功效要求。在这一阶段，要评估设计计划、评审实验成果、反省平安裕度、评价资料选择以及评审加工和制作进程；

终极设计评审——终极设计评审的目标是评审和同意制作产物所必需的具体设计信息。

在这一阶段，要评估文档的完备性，在产物制作前，这是末了一次对功效、特性、可临盆性、与尺度同等性、操作者误用、好处率、设计平安性的反省。

设计评审清单—— 一张典型的清单一样平常斟酌如下内容。

在产物的使用情况中界说产物：

产物的用途是什么。

可预知的使用情况是什么。

对使用者的技术程度与才能进行描写。

肯定平安性，评估风险：

劫难是什么。

估量每个劫难产生的概率和及厥后果的严重水平。

评价比拟性：

可应用哪些设计特性或临盆技术来削减或打消平安性问题，包含警告和指示。

评价备选设计计划，需斟酌：

--分歧产物的特性和类似性；

--经由过程备选设计提出其他平安性问题；

--它们对付产物有用性的影响；

--它们对付产物终极消费的影响。

在斟酌工资差错时，应按如下基于美军标MIL-STD-1472c和Woodson的尺度清单（部门）来研讨检测办法。

综合节制与显示：

--节制与显示应该同时进行；

--具有类似功效的节制与显示应该分类；

--显示应反映节制动作的正确偏向。

可视化显示：

--可视化应仅显示体系操作所必需的信息；

--症结的显示应定位于操作者最合适的察看规模；

--指导器灯光必需遵循肯定的尺度色彩代码；

--图形的年夜小应以操作者的察看间隔为根基。

音频显示:

--音频旌旗灯号必需有必定的频率和幅值，保证在操作情况中能被听到；

--频响规模必需与事情情况相顺应。

节制：

--节制动作必需与尺度同等并可以或许节制装备的动作；

--依照使用的次序来支配节制；

--应遵循节制色彩代码尺度；

--应依照外形、色彩、尺寸和地位对节制编码。

标签/警示：

--在可预知的操作前提下，对使用者来说标签/警示应易读和易于懂得。

--标签/警示必需做到：

--肯定存在平安性问题的事实；

--预示平安问题的级别；

--预示平安问题导致危险的可能性；

--解释若何避免平安问题；

--假如警示没有被注意，则描写平安问题的效果。

人体丈量学：

--装备的设计必需斟酌到使用者。

操作规模尺度：

--节制必需安顿在操作者所及规模内；

--必需有站立/坐姿操作者的设计尺度；

--必需有操作者座位和节制台的设计尺度。

情况设计尺度：

--出于平安和事情有用性的斟酌，必需有加热、透风、空气前提和湿度尺度；

--恰当的照明；

--恰当的噪声品级；

--恰当的振动和加快限定。

维修性设计尺度：

--可达性尺度；

--重量边界。

清单：

--特定功效的特定清单。

检测度（19）：检测度是在零件开端临盆之前，经由过程有方案的设计节制可以检测到某故障模式由某根缘故原由激发的可能性的比率。要肯定检测度，阐发职员必需要估量表6.1第18栏中所肯定的每个节制在故障产生之前检测到故障的才能，也便是说，第18栏中所肯定的节制对付设计是否有用?

假如节制能检测到故障的才能不克不及肯定或者不克不及估量其检测度，则将检测度定为10。表6.5给出了代表性的检测度准则。

风险次序数（RPN）（20）：该系数是严重度、产生度和检测度三者的乘积。RPN界说了故障的优先权。RPN自己并没有代价或意义，它们仅用于对潜在的设计缺陷进行品级划分。

在设计FMEA中，阐发职员必需时候记住要低落RPN这一目标，而且可经由过程低落严重度、产生度和检测度来低落RPN。

只可以经由过程设计的转变来低落严重度。假如设计可以转变，则可以削减故障。

改良工程规范和要求可以防止故障产生或减低其产生度。

可以经由过程添加或改良设计评估技术、增长样本量、添加检测装备来低落检测度，进步故障产生前检测到故障的才能。

建议步伐（21）：所有的FMEA都要有建议步伐，建议步伐可所以某一详细的步伐也可所以待进一步研讨的提案，设计FMEA中建议步伐的目标是要低落严重度、产生度、检测度或者同时低落这三者。事实上，执行设计FMEA便是要排除设计缺陷，进而打消故障。

为了到达这个目标，FMEA团队必需依照最高的RPN、最高的严重度、最高的产生度如许的次序来肯定故障模式的优先次序。

代表性的建议有：

此时无步伐；

添加机内检测装配；

为设计提供可选择性；

添加冗余分体系。

责任规模某人和完成日期（22）：肯定责任人/组织和完成建议步伐的目的日期。

改正步伐（23）：该项是进一步阐明。这是由于某些步伐只是建议性子的，并纷歧定会执行。阐发职员（通常是设计工程师）：应该对建议步伐进一步处置，以确认这些步伐是否被充足正确地执行或是否必要更新。

要注意所有的FMEA都是及时的文档，阐发职员有责任及时更新这些文档。通常由设计工程师卖力更新这些文档，设计工程师有责任确保设计FMEA是及时的文档，文档应反映最新的相关信息及步伐。

在执行步伐后，应填写有用日期和完成日期，并对采取的步伐进行扼要描写。

修正RPN（24）：设计中所有的步伐组合后，FMEA团队应该从新评估效果的严重度、产生度和检测度。由FMEA团队对成果进行评审，计算新的RPN并对故障进行分等排序。这些进程必要重复进行，直到FMEA团队肯定已经笼罩了所有的相关信息。假如没有采取步伐，则该栏空缺。

同意署名（25）：该署名决议了实施FMEA的权势巨子性，名称和题目由详细企业肯定。代表性的名称有设计司理、靠得住性司理和工程司理。

协作署名（26）：该署名确认了实施和完成FMEA的责任，名称和题目由详细企业肯定。代表性的名称有工程司理、制作司理和质量保证司理。

设计FMEA有时与产物FMEA相联系关系，产物FMEA的研讨办法和根本原理与设计FMEA根本雷同。图6.1和图6.2分离以图形化方式归纳综合先容了产物由体系到设计的开发和流程。

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