1、設(shè)計潛在失效模式及后果分析,DFMEA,課程目的,掌握DFMEA的概念和運用時機,發(fā)現(xiàn)、評價產(chǎn)品設(shè)計中潛在的失效及其后果,找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施,將上述過程總結(jié)形成文件,DFMEA Design Potential Failure Model And Effect Analysis,DFMEA應(yīng)用的主要行業(yè) - 航空業(yè) 復(fù)雜的體系，產(chǎn)品和過程，小批量生產(chǎn) - 汽車業(yè)復(fù)雜的體系，產(chǎn)品和過程，大批量生產(chǎn) - 其它行業(yè),DFMEA發(fā)展簡史,正式使用DFMEA技術(shù)是美國六十年代的阿波羅登月計劃。 1993年美國汽車工業(yè)行動集團組織編制FMEA參考手冊。 2001年7月發(fā)布FMEA第三

2、版。 2008年發(fā)布第四版。,能否預(yù)測人類第一次登月會出現(xiàn)的后果以及提前采取對策。,DFMEA基本概念,DFMEA,避免晚期更改，降低開發(fā)成本,多專業(yè)、跨部門合作,及時性、動態(tài)、溝通,企業(yè)經(jīng)驗的積累，為后續(xù)工作提供寶貴參考,DFMEA介紹,減少失效風(fēng)險,“早知道就不會” 早知道 會造成舟曲泥石流就不會濫砍濫伐 早知道 冬天狼沒有吃的，會到村子里來，就不會 讓阿貓自己在門口剝豆豆，被狼叼了去 早知道 這只股票會跌，就不會 讓我損失35元 有些 早知道 是必需的！有些 就不會 是不允許發(fā)生的 有效運用 DFMEA 可減少事后追悔,DFMEA介紹,DFMEA介紹,及時性是成功實施DFMEA的最重要因

3、素之一。 它是“事前的預(yù)防”而不是“事后的追悔”。 事先花時間進(jìn)行DFMEA分析，能夠容易且低成本地對產(chǎn)品設(shè)計或制程進(jìn)行修改，從而減輕事后修改的危機。 DFMEA能夠減少或消除因修改而帶來更大損失的機會，它是一個相互作用的過程，永無止境的改善活動。,DFMEA介紹 DFMEA中的失效形式,1、實體破壞 硬式失效 2、操作功能終止 3、功能退化 軟式失效 4、功能不穩(wěn)定 24項物品機能因老化、退化或不穩(wěn)定而不能滿足原設(shè)定的要求標(biāo)準(zhǔn)，因而失效現(xiàn)象及研判準(zhǔn)則必須量化。,DFMEA實施,團隊方法：DFMEA是由一個多方論證（跨職能）的小組來開發(fā)和維護(hù)的。小組通常由負(fù)責(zé)設(shè)計的工程師領(lǐng)導(dǎo)。,設(shè)計及制造等相

4、關(guān)工作人員 團隊要求 - 經(jīng)驗/過去問題處理積累的知識，轉(zhuǎn)變?yōu)楣镜臒o形資產(chǎn)； - 有效的團隊管理； - 對所有活動的結(jié)果文件化； 多方參與應(yīng)用DFMEA，有助于理清產(chǎn)品和過程分析、評審的思路,失效的定義,失效,在規(guī)定條件下, (環(huán)境、操作、時間)不能完成既定功能。,在規(guī)定條件下, 產(chǎn)品參數(shù)值不能維持在規(guī)定的上下限之間,產(chǎn)品在工作范圍內(nèi), 導(dǎo)致零部件的破裂、斷裂、卡死、損壞現(xiàn)象,在規(guī)定條件下，法律法規(guī)的符合性,FMEA啟動條件,新設(shè)計、新技術(shù),對現(xiàn)有設(shè)計或過程的修改,將現(xiàn)有的設(shè)計或過程用于 新的環(huán)境、場所,FMEA,FMEA實施說明,反饋、評定和糾正措施,FMEA的作用,階 段 1、設(shè)計階段

5、2、開發(fā)階段 3、生產(chǎn)階段 4、客戶服務(wù)/抱怨階段,作 用 1、發(fā)掘所有可能的失效模式 2、根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計變更 3、必要時，采用可靠性高的零部件 1、明確把握失效原因，并實施適當(dāng)改善 2、零件安全范圍的確定 3、壽命、性能、強度等 1、利用工藝設(shè)計，改善過程上的弱點 2、利用DFMEA的過程制定必要防錯措施 1、不同環(huán)境產(chǎn)生的失效，用DFMEA克服 2、不同使用法產(chǎn)生的失效，用DFMEA克服,利用表格方式協(xié)助工程師進(jìn)行工程分析，使其在工程設(shè)計早期發(fā)現(xiàn)潛在缺陷及其影響程度，及早謀求解決之道，以避免失效發(fā)生或降低其發(fā)生時產(chǎn)生的影響。 失效模式分析（Failure Mode analysis

6、) 由下而上分析，即由零、組件至系統(tǒng)，確定在系統(tǒng)內(nèi)不同結(jié)構(gòu)層或功能層次的失效模式。 失效效應(yīng)分析（Failure effect analysis) 對每一個失效模式，確定其失效對其上一層級及最終系統(tǒng)的失效影響，了解其部件界面失效的關(guān)聯(lián)性，作為改進(jìn)的依據(jù)。 關(guān)鍵性分析(Critical analysis) 對每一個失效模式，依其嚴(yán)重等級和發(fā)生概率綜合評估并予以分類，以便確定預(yù)防或改正措施的內(nèi)容和優(yōu)先順序。,FMEA內(nèi)容,FMEA介紹-總原則,總原則：對“失效的結(jié)果”分析，應(yīng)能量化失效模式?jīng)]有糾正導(dǎo)致的風(fēng)險,確定嚴(yán)重度,確定頻度,確定不易探測度,探測度,FMEA的順序,功能、特征或要求,會有什么問

7、題 無功能 部分功能 功能過強 功能降級 功能間歇 非預(yù)期功能,有多糟糕,起因是什么,后果是什么,發(fā)生頻率如何,怎樣預(yù)防和探測,該方法在探測時有多好,能做些什么 設(shè)計更改 過程更改 特殊控制 采用新程序或指南的更改,跟蹤 評審 確認(rèn) 控制計劃,設(shè)計潛在的失效模式及后果分析 Design of Failure Model And Effect Analysis,設(shè)計FMEA（DFMEA）,DFMEA簡介,由“設(shè)計主管工程師多方論證小組”制定,在最大范圍內(nèi)保證已充份的考慮到潛在失效模式及與其相關(guān)的后果起因機理，并指明采取的控制,以其最嚴(yán)密的形式總結(jié)了設(shè)計一個零部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)時，工程師小組的設(shè)計

8、思想,開始于一個設(shè)計概念最終形成之時或之前。,Who,How,What,When,DFMEA范圍,新產(chǎn)品設(shè)計階段 設(shè)計更改階段 產(chǎn)品使用環(huán)境變化時,DFMEA信息相互關(guān)系流程,功能框圖,DFMEA,設(shè)計驗證計劃和報告、PFMEA等,DFMEA的目的,為客觀評價設(shè)計、包括功能要求及設(shè)計方案提供幫助； 減少風(fēng)險和損失，提高產(chǎn)品可靠性； 有助于對設(shè)計要求和不同的設(shè)計方案給予客觀真實的評價； 有助于可制造性和裝配性的早期考慮，實施同步工程技術(shù)； 為制定試驗計劃、質(zhì)量控制計劃提供根據(jù)； 發(fā)揮集體的經(jīng)驗、智慧； 經(jīng)驗積累； 提供改進(jìn)設(shè)計的優(yōu)先控制依據(jù)，引導(dǎo)資源分配；,DFMEA團隊的努力,在最初的DFME

9、A 中，負(fù)責(zé)設(shè)計的工程師能夠直接地主動地聯(lián)系所有相關(guān)部門（設(shè)計、制造、裝配、售后服務(wù)、質(zhì)量、可靠性等方面）的代表。 DFMEA應(yīng)成為促進(jìn)不同部門之間充分交換意見的催化劑，從而提高整個集體的工作水平。,在設(shè)計概念最終形成之時或之前開始。 在產(chǎn)品開發(fā)各階段中，當(dāng)設(shè)計有變化或得到其他信息時，應(yīng)及時修改。 最終在產(chǎn)品加工圖樣完成（定型）時全部結(jié)束。,動態(tài)的DFMEA,DFMEA要求： 要保證制造和裝配能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計意圖。 例如： 必要的拔模（斜度） 要求的表面處理 裝配空間/工具可接近 要求的鋼材強度 過程能力/性能,DFMEA的拓展,DFMEA的拓展,要考慮產(chǎn)品維護(hù)（服務(wù)）及產(chǎn)品回收的技術(shù)/身體的限制

10、。 便利的維修工具 簡便的診斷方法 材料的分類符號（用于回收）,DFMEA的拓展,要為顧客著想，產(chǎn)品使用的方便性、經(jīng)濟性。 操作簡單、易上手； 購買方便、便宜。 為社會的貢獻(xiàn) 資源的節(jié)約 資源的可獲取性 環(huán)境的保護(hù)性,功能框（邊界）圖,一般由代表產(chǎn)品的主要零部件的框和連接框的線組成，這些線反映產(chǎn)品零部件間如何關(guān)聯(lián)或接口。 DFMEA應(yīng)從大到小按系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件方塊圖邏輯順序展開。 框圖可標(biāo)示出零件和產(chǎn)品之間的邏輯關(guān)系。 框圖根據(jù)產(chǎn)品、方法等不拘格式。 可指明設(shè)計范圍內(nèi)的零部件和子系統(tǒng)的相互作用，包括信息、能量（熱）、力或流體的流。 框圖說明了分析中包括的各項目之間的主要關(guān)系，并建立了分析邏輯

11、順序。 注意！ 1.關(guān)注零件的空間關(guān)系，避免干涉； 2.用于DFMEA開發(fā)工作的框圖應(yīng)隨DFMEA文件一起保存。,功能框圖示例,零部件研發(fā)室：李晗,系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零部件框圖。,燈罩 A,開/關(guān) C,燈泡總成 D,極板 E,電池 B,彈簧 F,2,4,3,1,5,5,系統(tǒng)名稱：閃光燈 工作環(huán)境極限條件 溫度：-20160F 耐腐蝕性：規(guī)范B 沖擊：6英尺下落 外部物質(zhì)：灰塵 濕度：0100RH 連接方法： 1.不連接（滑動） 2.鉚接 3.螺紋連接 4.卡扣連接 5.壓緊連接,不屬于此DFMEA,常用的一種DFMEA結(jié)構(gòu),2020年6月28日,31,DFMEA實施的路徑,列出所有功能（“如果項目

12、或接口里有多個含有潛在失效模式的功能，則強烈建議將每個功能及其相應(yīng)的失效模式分開列出”） 確定每一功能的失效可能性 列出每一失效模式的一系列結(jié)果 對每一結(jié)果的嚴(yán)重性進(jìn)行評價 對高風(fēng)險項目定義推薦措施,列出所有功能,期望特性的定義越明確，就越容易識別潛在的失效模式,確定功能的方法,以下羅列可以幫助小組確定DFMEA 的范圍： 功能模式 方塊圖 界面圖 過程流程圖 關(guān)系矩陣圖 示意圖 材料清單,項目/功能,列出被分析項目的名稱和其他相關(guān)信息（如編號、零件級別、設(shè)計水平） 簡潔的文字說明滿足設(shè)計意圖的功能，包括運行環(huán)境（溫度、壓力、濕度、壽命等），度量/測量變量 如項目有多種功能，則分別列出失效模式

13、,潛在失效模式 （指零件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)可能潛在地不能滿足或者實現(xiàn)項目欄里描述的預(yù)期功能的狀態(tài)）,列出所有失效，不一定肯定發(fā)生，因此 “潛在”； 在特殊情況下的失效應(yīng)予以考慮（營銷戰(zhàn)略、產(chǎn)品定位）； 潛在失效模式也可能是上級子系統(tǒng)或系統(tǒng)的潛在失效模式的原因，或者是一個下級零部件的失效模式導(dǎo)致的結(jié)果； 應(yīng)當(dāng)考慮特定條件（熱、冷、干燥、灰塵環(huán)境等），特定狀態(tài)（超過平均里程、不平路段、僅在市內(nèi)行駛等）； 失效模式用規(guī)范化的技術(shù)術(shù)語，不必描述成顧客能夠注意到的現(xiàn)行； 利用經(jīng)驗和頭腦風(fēng)暴。,失效模式舉例-盤式制動系統(tǒng),1、活塞piston 2、固定鉗fixed caliper 3、制動液壓油hydraul

14、ic pressure 4、制動蹄片（摩擦塊）brake pad 5、制動盤brake disc,失效模式舉例-盤式制動系統(tǒng),第四版的一種推薦形式,2020年6月28日,39,潛在的失效后果,失效的潛在后果應(yīng)按顧客所察覺的功能的失效模式的后果進(jìn)行規(guī)定，就如同顧客感受的一樣。 后果應(yīng)根據(jù)指定的所分析的系統(tǒng)、子系統(tǒng)或部件來闡述。部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)級別之間存在的等級關(guān)系。 查閱歷史或類似的DFMEA報告、保修信息、質(zhì)量信息、市場抱怨等，或其他公司類似的例子，如質(zhì)量召回信息、事故新聞等。,潛在的失效后果舉例-盤式制動系統(tǒng),嚴(yán)重度（Severity）,嚴(yán)重度是潛在失效模式對顧客影響（后果）的嚴(yán)重程度的評

15、價。（接受、規(guī)避、轉(zhuǎn)移、降低） 嚴(yán)重度僅針對“后果”。 一般地，只有設(shè)計變更才能改變嚴(yán)重度。 嚴(yán)重度建立了失效模式與風(fēng)險等級之間的聯(lián)系。 對一個失效模式，如果有多種后果，對影響最大的進(jìn)行打分。 嚴(yán)重度分1-10級，9、10級（不滿足法律法規(guī)要求的情形，導(dǎo)致人身傷亡的情形等）的評分情況要重點關(guān)注。1級不用進(jìn)一步分析。 對超出小組成員經(jīng)和知識的評級，（如顧客組裝或最終用戶改裝等），應(yīng)向其設(shè)計DFMEA人員、設(shè)計工程師或顧客咨詢。 如果是內(nèi)部顧客，小組應(yīng)聽取下游作業(yè)人員的意見。,嚴(yán)重度（S）,潛在起因/機理,起因 機理,規(guī)定材料不正確 設(shè)計壽命設(shè)想不足 應(yīng)力過大 潤滑能力不足 維護(hù)說明書不充分 算法

16、不正確 表面精加工規(guī)范不當(dāng) 形成規(guī)范不足 規(guī)定的摩擦材料不當(dāng) 過熱 公差不當(dāng),屈服 化學(xué)氧化 疲勞 電移 材料不穩(wěn)定 蠕變 磨損 腐蝕,潛在起因/機理,頭腦風(fēng)暴法 盡可能對每一失效模式清楚完整的列出每一種潛在的失效機理（分欄填寫。為了不產(chǎn)生歧義，這一點非常重要）； 對系統(tǒng)來說，零部件的失效機理傳導(dǎo)導(dǎo)致的系統(tǒng)失效； 同一失效機理可以引起幾種互相關(guān)聯(lián)的失效模式。也就是說，幾種不同的失效模式可能是一種原因引起的。,潛在起因/機理,DFMEA有二個假設(shè)前提： 失效模式是由設(shè)計缺陷造成，和裝配沒有關(guān)系； 制造/裝配錯誤是由設(shè)計缺陷而起，即設(shè)計缺陷可造成組裝過程的錯誤，如沒有在恰當(dāng)時候采用放錯設(shè)計。,潛在

17、起因/機理,假設(shè)一（設(shè)計缺陷）出現(xiàn)時 什么原因?qū)е碌倪@種失效？ 在什么情況下零件的功能失常？ 為什么可能會造成零件與工程規(guī)范的偏差？ 假設(shè)二（設(shè)計缺陷導(dǎo)致裝配缺陷）出現(xiàn)時 工程規(guī)范對功能重要嗎？ 會裝配顛倒嗎？ 工程規(guī)范和公差是否與制造、裝配相適應(yīng)？,潛在原因的分析應(yīng)注意,對特定的失效原因要使用簡潔明了的描述，如“沒有提出密封要求” 、“設(shè)計選擇材料強度不夠” 等。不能使用“設(shè)計薄弱” ，“不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計等” ； 盡可能將每個失效模式/失效機理的每個潛在原因簡潔、完整的列出，進(jìn)而采取不同的衡量、控制、糾正措施。,失效起因/機理舉例,頻度,是指設(shè)計的壽命中某一特定失效起因/機理發(fā)生的可能性。 發(fā)生

18、可能性的等級評估代表的是相對意義，而不是絕對的值。 通過設(shè)計更改或設(shè)計過程控制可預(yù)防或控制失效起因或機理，以有效降低頻度。,注意！頻度（O）,確定頻度時，應(yīng)考慮 類似產(chǎn)品運行不良記錄? 零部件是否為延用其他零部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)？還是和其類似？ 項目與先前版本項目做了多大程度的變更？ 是否全新開發(fā)，完全不同于先前版本項目？ 用途有無變化？ 如果是，做了工程分析（如可靠性）來估計其預(yù)期頻度嗎？ 應(yīng)用環(huán)境是否變化？ 如果是，做了工程分析（如可靠性）來估計其預(yù)期頻度嗎？ 是否加入了預(yù)防控制？,頻度（O）,現(xiàn)行設(shè)計控制,現(xiàn)行設(shè)計控制 指已經(jīng)或已具備的用于確保設(shè)計功能和可靠性要求足夠而執(zhí)行的活動。活動分兩

19、類：預(yù)防和探測： 預(yù)防： 消除（預(yù)防）失效的機理的要因或失效模式的發(fā)生，或降低發(fā)生率。 探測： 在項目放行到生產(chǎn)前，通過解析方法或物理方法，查出失效或失效模式的起因/機理。 如果可行，更建議使用預(yù)防控制方法。讓預(yù)防控制方法作為設(shè)計意圖的一部分，因為其將影響到最初的頻度。 探測控制應(yīng)象探測要因一樣包括識別探測失效模式的那些活動。 建議：DFMEA小組應(yīng)考慮分析、試驗、評價和其他活動以確保設(shè)計充分。,現(xiàn)行設(shè)計控制 設(shè)計控制包括：類比設(shè)計、設(shè)計評審、數(shù)學(xué)驗算、計算機模擬程序、設(shè)計確認(rèn)、采用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和道路試驗、失效/安全試驗、臺架/實驗室試驗、可靠性/耐久性試驗、樣件試驗、破壞性試驗、材料試驗、車隊

20、試驗等。,預(yù)防的控制方法 基準(zhǔn)研究。 自動防故障裝置設(shè)計。 設(shè)計和材料標(biāo)準(zhǔn)（內(nèi)部的和外部的）。 文件-類似設(shè)計中最好實踐的記錄、以往的教訓(xùn)等。 模擬研究-確定設(shè)計要求的概念分析。 防錯。,現(xiàn)行設(shè)計控制,探測的控制方法 設(shè)計評審。 原型試驗。 驗證試驗。 模擬研究-設(shè)計驗證。 設(shè)計試驗，包括可靠性試驗。 使用類似零部件的模型。,現(xiàn)行設(shè)計控制,確定設(shè)計控制方法 列出所有歷史上曾經(jīng)用過的設(shè)計評估技術(shù)、審查歷史測試報告、產(chǎn)品驗證報告等。 確定并列出所有可用于失效模式的技術(shù)，從最嚴(yán)重的失效模式開始。 同時考慮失效模式的起因和失效模式。 目的是根除原因，或降低發(fā)生的頻率。 潛在的設(shè)計缺陷，需要在設(shè)計驗證過

21、程中進(jìn)行測試。,現(xiàn)行設(shè)計控制舉例,探測度,指零部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)量產(chǎn)前，用現(xiàn)行的設(shè)計控制方法來探測（測量）潛在的失效起因/機理（設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)）能力的評價指標(biāo)。 現(xiàn)有設(shè)計控制探測度的建議方法是假設(shè)失效已經(jīng)發(fā)生，然后評價現(xiàn)有設(shè)計控制探測失效模式的能力。 探測度是在單獨的DFMEA 范圍內(nèi)相對的排序。 為了達(dá)成更低的排序，必須改善設(shè)計控制（如：設(shè)計評審、確認(rèn)、和/或驗證活動）。,探測度（D）,風(fēng)險順序數(shù)（RPN）,公式： RPN=S*O*D 目的是對失效模式風(fēng)險進(jìn)行排序。 在單獨的DFMEA 范圍內(nèi)，1 RPN 1000。 通常，S 9時，無論RPN為多少，應(yīng)特別關(guān)注，以確保制定有設(shè)計控制或預(yù)防糾正

22、措施。另外，只有設(shè)計修改才能降低嚴(yán)重度等級。 不建議設(shè)立RPN的門檻去決定是否采取行動。,風(fēng)險順序數(shù)（RPN）,RPN舉例： 以下哪種風(fēng)險應(yīng)優(yōu)先采取措施？,建議的措施,建議措施 以“預(yù)防”為主，兼顧用“探測”的方法。 工作的順序是降低S-O-D; 對某個具體原因沒有建議措施，在對應(yīng)欄內(nèi)注明“無”,建議措施,降低嚴(yán)重度(S) 只有設(shè)計變更一種方法； 降低頻度(O) 通過設(shè)計更改可消除一個或多個失效模式的起因/機理時，才可降低頻度（O）。 為消除失效模式的防錯設(shè)計； 修改設(shè)計以降低應(yīng)力或替代薄弱（高失效可能性）零部件。 增大設(shè)計余量； 修改材料規(guī)范； 將采取的措施明確的表達(dá)出來，為后來者提供經(jīng)驗。 降低探測度（D） 防錯 增加設(shè)計驗證、確認(rèn) 修改試驗計劃 實驗設(shè)計（DOE）,示例 （沒有將采取的措施明確，文件的價值不能充分體現(xiàn)）,2020年6月28日,64,級別和嚴(yán)重度不和諧,示例,2020年6月28日,65,級別和嚴(yán)重度不和諧,