DFMEA 失效模式與效應分析 Potential Failure Mode Effects Analysis 講授內容 一、 FMEA 基本概念 二、 FMEA 之演變 三、國際間采用 FMEA 之狀況 四、設計 FMEA 表填寫說明 五、制程 FMEA 表填寫說明 六、 FMEA 結果之應用 FMEA 的基本概念 對失效的產品進行分析，找出零組件之失效模式，鑑定出它的失效原因，研究該項失效模式對系統會產生什麼影響。 失效分析在找出零組件或系統的潛在弱點，提供設計、製造、品保等單位采取可行之對策。 失效的定義 在失效分析中，首先要明確產品的失效是什麼，否則產品的數據分析和可靠度評估結果將不一樣，一般而言，失效是指 : 在規定條件下 ( 環境、操作、時間 ) 不能完成即定功能。 在規定條件下，產品參數值不能維持在規定的上下限之間。 產品在工作範圍內，導致零組件的破裂、斷裂、卡死等損壞現象。 FMEA 過程順序 系統有那些功能，特徵，需要條件 ? 會有哪些錯誤 ? 發生錯誤會有多慘 ? 那些錯誤是什麼造成的 ? 發生之頻率 ? 有那些預防和檢測 檢測方法能多好程度 我們能做什麼 ? -- 設計變更 -- 過程變更 -- 特殊控制 -- 改變標準程序或指南 FMEA 之功用 階 段 功 用 設計階段 1. 發掘所有可能之失效模式 2. 依固有的技術進行設計變更 3. 必要之處采用可靠性高之零組件 開發階段 1. 明確把握失效原因，並實施適當的改善 2. 零件安全之寬放確認 3. 壽命、性能、強度等之確認 製造階段 1. 活用工程設計，進而改善制程上之弱點 2. 利用 FMEA 之過程制訂必要之制程標準 客戶抱怨階段 1. 不同之環境產生之失效，以 FMEA 克服 2. 不同之使用法產生之失效，以 FMEA 克服 FMEA 之演變 1.FMECA 為 FMEA 之前身，系在 1950 由格魯曼飛機提出，用在飛機主控系統的失效分析。 波音與馬丁公司在 1957 年正式編訂 FMEA 的作業程序，列在其工程手冊中。 3.60 年代初期，美太空總署將 FMECA 成功的應用於太控計劃。美軍同時也開始應用 FMECA 技術，並於 1974 年出版MIL- STD-1629 FMECA 作業程序。 4.1980 年修改為MIL-STD-1629A ，延用至今 5.1985 由國際電工委員會 (IEC) 出版之 FMECA 國際標準 (IEC812) ，即參考MIL-STD-1629A加以部份修改而成。 FMEA 之特徵 是一項以失效為討論重點的支援性與輔助性的可靠度技術。 用表格方式進行工程分析，使產品在設計與制程規劃時，早期發現缺陷及影響程度以便及早提出解決之道。 是一種系統化之工程設計輔助工具。 4.QS9000/TS16949 FMEA 因分析對象不同分成“設計 FMEA”及“制程 FMEA” ，而 MIL-STD-1629A 因分析項目缺少現行管制方法，故適合設計時使用。 5.FMEA為歸納法之應用，根據另組件的失效資料，由下而上推斷系統的失效模式及其效應，是一種向前推演的方法。 國際間采用 FMEA 之狀況 1.ISO9004 8.5 節 FMEA 作為設計審查之要項。 2.CE 標志，以 FMEA 作為安全分析方法。 3.ISO14000, 以 FMEA 作為重大環境影響面分析與改進方法。 4.QS9000 以 FMEA 作為設計與制程失效分析方法。 設計 FMEA 之目的 1.幫助設計需求與設計方案的評估。 2.幫助初始設計對制造和裝配的需求。 在設計發展階段，增加失效模式和系統效應分析的次數。 提供另一項分析資訊，幫助設計驗證之規劃。 5.根據對顧客需求的影響性，列出失效模式的排序，並按序改善。 提供一項改善方案，可以減少矯正與追查的活動。 提供更好的參考資料，協助現場解決問題，評估設計變更和發展更進一步的設計。 N 設計 FMEA 作業流程 組成 DFMEA小組 資料彙集 釐訂 FMEA 計劃 建立功能方塊圖 產品結構樹 設計可靠度展開 決定分析之項目功能 進行 DFMEA 分析 選擇關鍵失效模式 選擇關鍵失效模式 矯正預防 填寫矯正后風險優先數 所有 RPN小 於規定值 FTA 分析 DFMEA報告 設計審查 記錄保存 N Y Y 設計 FMEA 表 (2) 系統 FMEA 編號 : (1) (2)子系統 頁 次 : of (2) 零組件 : (2) . 設計責任 : (3) . 準 備 者 : (4) 車型 / 年份 : (5) . 生效日期 : FMEA日期 ( 制訂 ) (7) (修訂 ) (7) . 核心小組 : (8) . 項目 功能 潛在失效模式 潛在失效效應 嚴重度 等級 潛在原因設備 失 效 發生度 現行預防設計 管 制 現行檢測設計管 制 難檢度 風險優先數 建議 措施 負責人與日期 執行結果 采行措施 S O D RPN 設計 FMEA 填寫說明 (1)FMEA 編號 : 填入 FMEA文件編號，以便可以追蹤使用。 (2) 系統、子系統及零組件 : 指示合適的分析等級，並填入系統、子系統或零件名稱或零件名稱和編號。 (3) 設計責任者 : 填入 OEM 、部門和小組，也包括供應商名稱。 (4) 準備者 : 填入準備 FMEA責任工程師的姓名、電話號碼、公司。 A. 系統 FMEA 範圍 : -底盤系統 ;- 點火系統 ;- 內部系統 B.子系統 FMEA 範圍 -底盤系統之前懸吊系統 C. 零件範圍 -“Strut”為前懸吊系統之零件。 設計 FMEA 填寫說明 (5)車型 / 年份 : 填入想要分析 / 製造的車型年份。 (6) 生效日期 :最初 FMEA 發佈日期 , 不能超過開始計劃生產的日期 (7)FMEA日期 : 填入 FMEA最初制訂日期，和最新被修訂日期。 (8)核心小組 : 列出有權限參與或執行這項工作的負責個人和單位。 (建議將所有小組成員名字、單位、電話號碼、地址等另行列表 ) (9) 項目 / 功能 : 填入要被分析的名稱和編號。利用專用名詞和工程圖面上顯示的設計等級。於首次正式發行之前，可以使用實驗時使用的編號。 盡可能簡潔地，填入被分析項目的功能使之符合設計意圖。包括這個系統作業相關環境的資訊 ( 如 : 定溫度、壓力、濕度範圍 ) 。如果項目包含一個以上有不同潛在失效模式功能時，則列出所有個別功能。 設計 FMEA 填寫說明 (10) 潛在失效模式 潛在失效模式是零件、子系統、或系統於符合設計意圖過程中可能失效的種類。潛在失效模式也可能是較高階子系統或系統之失效原因，或較低階零組件的失效效應。 列出特別項目和功能的每一潛在失效模式。假設失效是將發生的，但不是必須發生的。 潛在失效模式僅可能發生於某些作業條件下 ( 如 :熱、冷、干、多灰塵的條件 ) 和在某些使用條件下 ( 如 : 行駛哩數在平均數以上、粗糙不平的地形、僅在市區行駛 ) 。 一般的失效模式包含下列各項，但不限於此 : 破碎的、變形、鬆馳、洩漏、黏著、短路、生銹氧化、龜裂。 設計 FMEA 填寫說明 (11) 潛在失效效應 為被客戶查覺在功能特性上失效模式的效應。也就是 : 失效模式一旦發生時，對系統或設備以及操作時使用的人員所造成影響。一般在討論失效效應時，先檢討失效發生時對於局部所產生的影響，然后循產品的組合架構層次，逐層分析一直到最高層級人員、裝備所可能造成的影響。例如 : 由於某個間歇性的系統作業造成某個零組件的破碎，可能造成於組合過程的震動。這個間歇性系統作業降低了系統功效，最后引起客戶不滿意。 常見的失效效應包括 :噪音、漏氣、操作費力、電動窗不作用、煞車不靈、跳動、亂檔、冷卻不夠、車輛性能退化、產生臭氣、外觀不良……等。 設計 FMEA 填寫說明 (12)嚴重度 影響 標準影響的嚴重性 等 級 無警告的危險 非常高的嚴重等級，當潛在失效模式影響到車輛操作安全和 / 或牽涉到違反政府法規時，沒有事先警告產生 10 有警告的危險 非常高的嚴重等級，當潛在失效模式影響到車輛操作安全和 / 或牽涉到違反政府法規時，有事先警告產生 9 非常高 車輛 / 項目無法操作，喪失原來功能 8 高 車輛 / 項目可以操作，但降低功能等級，客戶不滿意。 7 稍有 車輛 / 項目可以操作，但令人舒適或便利的項目無法運作，客戶通常會感受到不舒適。 6 低 車輛 / 項目可以操作，但令人舒適或便利的項目未達到功能要求，客戶有時會不滿意 5 非常低 裝備修整或各種雜音造成不舒適。這些缺點大部份客戶都會發現。 4 較小的 裝備修整或各種雜音造成不舒適。這些缺點可能會被客戶發現。 3 非常小 裝備修整或各種雜音造成不舒適。這些缺點會被有鑑別能力的客戶發現。 2 沒有 沒有影響。 1 設計 FMEA 填寫說明 (13) 等級 這個欄位用來區分任何對零件、子系統、或系統將要求附加於制程管制的特性 ( 如 :關鍵的、主要的、重要的 ) 。 任何項目被認為是要求的特殊制程管制，將被以適當的特徵或符號列入設計 FMEA 的分等欄位，並將於建議行動欄位被提出。 每一個於設計 FMEA 列出的項目，將在制程 FMEA 的特殊制程管制中被列出。 設計 FMEA 填寫說明 (14) 潛在原因 / 設備失效 潛在原因 2. 設備失效 ‧錯誤的原物料規格。 ‧生產良率。 ‧不適當的設計壽命假設。 ‧原物料材質不穩定。 ‧潤滑或加油能力不足。 ‧磨損。 ‧不適當的維護作業。 ‧金屬疲勞。 ‧缺之環境保護。 ‧裝備欠流暢。 ‧錯誤的算法。 ‧腐蝕 ‧超過壓力‧ 設計 FMEA 填寫說明 (15) 發生度 參考下列各因素，決定發生度等級值 (1 10): 1.相似零件或子系統的過去服務歷史資料和相關經驗 ? 2. 零件、上一階零件或分系統是否滯銷 ? 3. 上一階零件或分系統改變程度的大小 ? 4. 零件與上一階零件，基本上是否有差異 ? 5. 零件是否為全新的產品 ? 6. 零件使用條件是否改變 ? 7. 作業環境是否改變 ? 8. 是否運用工程分析去預估，應用此零件之發生度 ? 設計 FMEA 填寫說明 (15) 發生度之參考指標 : 失效的機率 可能失效的比率 等 級 非常高 : 持續不斷的失效。 ≧ 100( 每 1000 單位 ) 10 50( 每 1000 單位 ) 9 高 : 經常失效。 20( 每 1000 單位 ) 8 10( 每 1000 單位 ) 7 一般的 : 失效偶而發生。 5( 每 1000 單位 ) 6 2( 每 1000 單位 ) 5 1( 每 1000 單位 ) 4 低 : 失效比較少發生。 0.5( 每 1000 單位 ) 3 極少的 : 失效未必有發生。 0.1( 每 1000 單位 ) 2 ≦0.01( 每 1000 單位 ) 1 設計 FMEA 填寫說明 (16) 現行設計管制 列出利用預防措施、設計驗證 / 確認 (DV) 、或其它活動，而這些活動是用來確認對失效模式設計適當，和 / 或原因 / 設備均被考慮，目前常用的管制為一些已被使用或正在使用的相同或類似的設計。 ( 如 :道路測試、設計審查、數學研究、可行性審查、原型測試、車隊測試等 ) 。 有三種設計管制或特徵 : (1) 預防原因 / 設備，或失效模式 / 效應發生，或降低發生比率。 (2)偵測原因或設備，並提出矯正措施。 (3)偵測失效模式。 可能的話，最先使用第 (1)種管制 ; 其次，才使用第 (2)種管制 ; 最后，才使用第 (3)種管制。 設計 FMEA 填寫說明 (17)難檢度 查出失效 標準 :查出可能會因設計管制的缺失 等 級 完全不確定 設計管制無法查出潛在原因 / 設備裝置和后面相關的失效模式 ; 或根本沒設計管制。 10 非常些微 非常些微機會可以查出在潛在原因 / 設備裝置和后面相關的失效模式。 9 些微 些微的機會可以查出潛在原因 / 設備裝置和后面相關的失效模式。 8 非常低的 非常低的機會可以查出潛在原因 /...