最新失效模式与效应分析PPT课件.ppt

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1、失效模式与效应分析失效模式与效应分析講 授 內 容一 產品風險、可靠度評估與設計分析 二 FMEA 基 本 概 念三 FMEA 與 CA 關鍵性分析四 設計 FMEA 表填寫說明五 製程 FMEA 表填寫說明六 有效的 FMEA 作業程序七 FMEA 結果之應用八 FMEA 範例1失效的定義根據Collins(1981)的定義失效為一件裝備，裝備的組件或一件結構發任何形狀、尺度或材料性質的變化，造成這些物品處於無法充分地執行其特定的功能的狀態。規格：對於系統或裝備的性能或功能範圍，必須驗証時可以量測。GO/NOGO計數型：較易研判計量型：功能與規格界限不易確定8失效現象物品直接表現失效的形式如

2、下：1.實體破壞：硬式失效2.操作功能中止3.功能退化4.功能不穩定軟式失效24項物品機能因老化(Aging)、退化(Degradation)或不穩定(Unstable)而不能滿足原設定的要求標準，所以失效現象及研判準則必須量化。9失效的分類將失效依照其應用的目的或特性加以分類：1.依失效發生原因分類先天性弱點的失效誤用失效2.依失效發生時間情況分類突發性失效漸次性失效3.依失效範圍程度分類局部性失效全面性失效4.依失效根源分類老化、組件、環境、人員10常用的失效分析方法失效模式與效應分析法圖示法綜合分析法直方圖法因果圖法主次圖法失效模式影響及致命性分析故障樹分析事件樹分析常用的失效分析方法F

3、MEA與FTA綜合ETA與FTA綜合11FMEA之演變1.FMECA之前身為FMEA,係在1950由格魯曼飛機提出,用在飛機主控系統的失效分析.2.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成功的應用于太空計畫.美軍同時也開始應用FMECA技術,並于1974年出版MIL-STD-1629 FMECA作業程序.4.1980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（IEC 812）,即參考MIL-STD-1629A加以部份修改而成.12國際間採用FMEA之狀況1.

4、ISO90048.5節FMEA作為設計審查之要項，另FTA、EN1441風險分析亦是。2.CE標誌，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作為設計與製程失效分析方法。13FMEA之功用階段功用 1.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.必要之處採用可靠性高之零組件2.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3.製造階段1.活用工程設計,進而改善製程上之弱點2.利用FMEA之過程製定必要之製程標準4.客戶抱怨階段1.不同環境產生之失

5、效,以FMEA克服2.不同使用法產生之失效,以FMEA克服14FMEA之特徵1.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。2.用表格方式進行工程分析,使產品在設計與製程規劃時,早 期發現缺陷及影響程度以便及早提出解決之道。3.是一種系統化之工程設計輔助工具。4.QS9000FMEA因分析對象不同分成“設計FMEA”及“製程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,根據零組件的失效資料,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。15直式檔16QS9000設計FMEA表17MLD-STD-1629AF

6、MECA18FMEA與CA關鍵分析定性分析之嚴重等級：嚴重一般區分為I、II、III、IV。I級失效：凡導致整個系統任務喪失或造成致命傷害之失效情況皆屬之。II級失效：凡主要系統受損將導致任務失敗或造成嚴重傷害之失效情況皆屬之。III級失效：凡次要系統受損將減低甚至於喪失可使用度及導致無法完全達成任務者或造成較小傷害之失效情況皆屬之。IV級失效：凡不至於造成傷害或系統之受損者，惟將導致不定期之維護或修理之失效情況皆屬之。19FEMA與CA關鍵分析定量分析之嚴重級：以失效效應機率（）表示失效效應機率（）系統完全喪失極可能喪失可能喪失幾乎不可能喪失對系統無影響1.00.20.10.010.0012

7、0FEMA與CA關鍵分析失效模式關鍵性值CmCm=t：失效效應機率：失效模式比：零組件失效率t ：任務時間物品關鍵性值CrCr=(Cm)i關鍵性矩陣運用失效模式與分析的結果，並根據失效嚴重分類及其發生機率的綜合影響，將每一可能發生之失效現象按順序排列，決定該元件的關鍵程度。21設計FMEA填寫說明(1)FMEA 編號編號: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 、子系統或零組件名稱和編號。(3)設計責任者設計責任者:填入OEM、部門和小組,也包括供應廠商名稱。(4)準備者準備者:填入準備FMEA責任工程師的姓名、電

8、話號碼、公司。(5)車型車型/年份年份:填入想要分析/製造的車型年份。(6)生效日期生效日期:最初FMEA發佈日期,不能超過開始計畫生產的日期。(7)FMEA日期日期:填入FMEA最初制定日期,和最新被修訂日期。(8)核心小組核心小組: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)22設計FMEA填寫說明(9)項目項目/功能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。儘可能簡潔地,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

9、、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。23設計FMEA填寫說明(10)潛在失效模式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操作條件下(如:熱、冷、乾、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、鬆弛、洩漏、黏著、短路、生銹氧化、龜裂。2

10、4設計FMEA填寫說明(11)潛在失效效應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使用的人員所造成的影響。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,然後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,最終引起客戶不滿意。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。25直式檔26設計FMEA填寫說明(13)等

11、級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製程管制的特性(如:關鍵的、主要的、重要的)。任何項目被認為是要求的特殊製程管制,將被以適當的特徵或符號列入設計FMEA的分等欄位內,並將於建議行動欄位被提出。每一個於設計FMEA列出的項目,將在製程FMEA的特殊製程管制中被列出。27設計FMEA填寫說明潛在原因：v錯誤的原料規格v不適當的設計壽命假設v潤滑或加油能力不足v不適當的維護作業v缺乏環境保護v錯誤的算法v超過壓力設備失效：v生產良率v原材料材質不穩定v磨損v金屬疲乏v裝備欠流暢v腐蝕(14)潛在原因/設備失效28設計FMEA填寫說明(15)發生度發生度參考下列各要素，決定發生

12、度等級值（110）：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?29設計FMEA填寫說明(16)現行設計管制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保對失效模式設計適當，且其原因或設備均被考慮。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

13、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；最後，才使用第(3)種管制。30直式檔31設 計FMEA填寫說明(18)風險優先數風險優先數風險優先數是嚴重度(S)、發生度(O)、和難檢度(D)的乘積。RPN=(S)(O)(D)是一項設計風險的指標。當RPN較高時，設計小組應提出矯正措施來降低RPN數。一般實務上，會特別注意嚴重度較高之失效模式，而不理會RPN之數值。32設 計FMEA填寫說明(19)建議措施建議措施：當失效模式依

14、RPN數排列其風險順序時，針對最高級的影響和關鍵項目提出矯正措施。任何建議措施的目的是要減少任何發生度、嚴重度和難檢度。增加設計驗證或確認措施的結果，只可降低難檢度的等級。透過設計變更去除或管制某一或多個影響失效模式的原因或方法，只能降低發生度的等級。只有設計變更能降低嚴重度等級。可以考慮下列的採行措施，但並不限於此：實驗設計修改設計修改測試計畫修改原物料規格(20)負責人與日期負責人與日期：填入建議措施的負責單位或個人，和預定完成日期。(21)採行措施採行措施：完成矯正措施後，填入簡短的執行作業和生效日期。(22)RPN結果結果：將矯正措施實施後，經鑑定、評估和記錄嚴重度、發生度、和難檢度的

15、等級結果填入，進一步的措施只要重覆(19)(22)之步驟即可。33設計FMEA填寫說明追縱確認追縱確認設計責任工程師應負責確認所有的建議措施均已執行或有適當的對策提出。FMEA文件應適時修正並能反映最新的設計等，和最近有關的措施，包括開始量產後所發生的。設計責任工程師可由下列方法確認所有建議措施已被執行：確認達成設計要求。審查工程圖面和規格。組裝或製造文件編訂確認。審查設計FMEA和管制計畫。34設計FMEA表(範例)35設計FMEA之目的1.幫助設計需求與設計方案的評估。2.幫助初始設計對製造和裝配的需求。3.在設計發展階段，增加失效模式和系統效應分析的次數。4.提供另一項分析資訊，幫助設計

16、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，並按排序改善。6.提供一項改善方案，可以減少矯正與追查的活動。7.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。36直式檔37製程FMEA表38製程FMEA填寫說明(1)FMEA 編號編號：填入FMEA文件編號，以便可以追蹤使用。(2)項項 目目：填入將被分析製程系統、子系統或零件名稱和編號。(3)製程責任者製程責任者：填入OEM、部門和小組，也包括供應商名稱。(4)準準 備備 者者：填入準備FMEA責任工程師的姓名、電話號碼、公司。(5)車型年份車型年份：填入想要分析設計製造用的車型年份。(6)生生 效效

17、日日 期期：最初FMEA發佈日期，不能超過開始計畫生產日期。(7)FMEA 日期日期：填入最初FMEA被完成日期，和最新被修訂日期。(8)核核 心心 小小 組組：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)製程功能製程功能/需求需求：填入要被分析的製程或作業簡單的敘述(如：車床、鑽孔、焊接、組裝)。敘述儘可能與被分析的製程或作業目的一致。當製程包含多種作業(如：組裝)，而有不同的潛在失效模式時，要將不同作業視為不同製程處理。39製程FMEA填寫說明(10)潛在失效模式潛在失效模式為製程可能不符合製程要求或設計意圖。敘述規定作業

18、的不合格事項。它是一個原因成為下工程的潛在失效模式或被上工程所影響的潛在失效模式。無論如何，於準備FMEA時，必須假設進料的零組件或原物料是好的。列出每一個特殊作業零件、分系統、系統或製程特性，所引起的潛在失效模式。製程工程師或小組要提出和回答下列問題：製程或零組件為何不符合規格？不考慮工程規格，什麼是客戶(最終使用者、下工程、或服務)所不滿意的？一般的失效模式包含下列各項：破碎的、變形、彎曲、裝訂捆綁、短路、工具磨損、不正確的安裝、灰塵。40製程FMEA填寫說明(11)潛在失效效應潛在失效效應被定義為對客戶要求的功能失效模式。客戶指的是：下個作業、下工程或地點、經銷商、或車輛所有人。每一個潛

19、在失效功能都必須被考慮。對於最終使用者，失效效應經常被指為：雜音、不規律的動作、不能操作的、不穩定的、通風不良、外觀不良、粗糙不平的、過度的費力要求、令人不舒服的氣味、操控性減弱、車輛控制受損。對於下工程而言，失效效應經常被指為：不能拴緊、不能鑽孔或攻牙、不能固定、不能磨光、使作業者危險、危害機器、不合適、不連接、不相配。41直式檔42製程FMEA填寫說明(13)等級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製程管制的特殊產品特性(如：關鍵的、主要的、重要的)。如果在製程FMEA被認定等級，通知設計負責工程師，這將影響工程文件相關管制項目的認定。(14)潛在原因潛在原因/設備失

20、效設備失效在儘可能的範圍裡，列出所有能想像得到的失效原因：不當的扭力不適當的鑽孔不適當的焊接不適當或沒有潤滑不精確的量具缺少零件或放錯不當的熱處理43製程FMEA填寫說明44製程FMEA填寫說明(16)現行製程管制現行製程管制現行製程管制是敘述管制方法，用來預防可能擴大的失效模式和偵查出失效模式的發生。這些管制方法可能包括治具的防誤或SPC或後製程評估。有三種製程管制可以考慮：(1)預防原因/設備，或失效模式/效應的發生，或降低發生比率。(2)查出失效原因，並提出矯正措施。(3)查出失效模式。可能的話，最好先使用第(1)種管制；其次才使用第(2)種管制；最後，才使用第(3)種管制。45直式檔4

21、6製程FMEA填寫說明(18)風險優先數風險優先數風險優先數是嚴重度(S)、發生度(O)、和難檢度(D)的乘積。RPN=(S)(O)(D)是一項製程風險的指標。當RPN較高時，功能小組應提出矯正措施來降低RPN數。一般實務上，會特別注意嚴重度較高之失效模式，而不理會RPN之數值。47製程FMEA填寫說明(19)建議措施建議措施當失效模式依RPN數排列其風險順序時，針對最高等級的影響和關鍵項目提出矯正措施。任何建議措施的目的是要減少任何的發生度、嚴重度和難檢度。可考慮下列的採行措施，但並不限於此。為了降低發生機率，需要製程或設計變更。只有設計或製程變更可以降低嚴重等級。為了增加查出的機率，需要製

22、程或設計變更。通常改進偵查管制方式，對品質改善是浪費和無效的。增加品質管制檢驗頻率不是良好的矯正措施，永久改善措施才是必須的。(20)負責人與日期負責人與日期：填入建議措施的負責單位或個人，和預定完成日期。(21)採行措施採行措施：完成矯正措施後，填入簡短的執行作業和生效日期。(22)RPN結果結果：將矯正措施實施後，經鑑定、評估和記錄嚴重度、發生度和難檢度的等級結果填入，進一步的措施只要重覆(19)(22)之步驟即可。48製程FMEA填寫說明追蹤確認追蹤確認製程責任工程師應負責確認所有的建議措施均已執行或有適當的對策提出。FMEA文件應適時修正並能反應最近的設計水準和最近有關的措施，包括開始

23、量產後所發生的。49製程FMEA表(範例)50製程FMEA之目的1.確認製程潛在的失效模式。2.評估失效對顧客的影響。3.確認製造和裝配之失效原因與製程變異，找出可能之管制方法。4.找出失效模式嚴重等級排序，並按序矯正。5.製造和裝配文件化。51直式檔52有效的FMEA作業程序1.成立成立 FMEA 作業小組作業小組最佳設計審查方式。工作範圍包含設計、製造、檢測及後勤等，需靠各不同專業人員群策群力、分工合作，並非單人可獨力完成。將易產性、安全性、可靠性、維修甚至環保等客戶需求或世界潮流趨勢進行設計植入。53有效的FMEA作業程序2.宣導宣導 FMEA 作業真義作業真義為一逆向思考過程。設計者必

24、須排除我的設計最完美或這種失效不可能等預設立場。由品保人員對成員進行FMEA作業訓練，並提供範例，讓成員充份了解填寫FMEA的目的、內容、實施方式及精神所在。3.確立系統層次介面及功能確立系統層次介面及功能由下往上解析。結構及功能層次需劃分清楚。各層次之結構及功能必需可經由檢驗或測試進行品質判定。54有效的FMEA作業程序4.繪製功能及可靠度方塊圖繪製功能及可靠度方塊圖功能方塊圖以產品組合、結構或功能方式，描述系統為達成任務目標而操作之狀況。可靠度方塊圖明列系統在生命週期內各組件在可靠度計算模式之串、並聯關係，以預估或評估各組件品質對系統可靠度的影響。55有效的FMEA作業程序5.建立建立 F

25、MEA 表表應由設計人員填寫。由品保及與該項組件有界面關係之設計者填寫失效模式及失效原因，再由設計人填寫其餘部份，考慮設計者自我審查甚至是自我批判自己的設計缺失，有實務不周全(未能完整考量)及執行偏差(交差了事)的困擾。審查意見無法令設計者認同時，透過試驗以排除設計疑慮。56有效的FMEA作業程序6.失效檢測及預防或補救措施失效檢測及預防或補救措施 為本表重點，針對各種不同失效模式，必須發展出檢驗及測試的方式期能達到事先預防，事後補救的目標。7.關鍵性分析關鍵性分析 很多元件尤其是火工品(以火藥作功之物品)一次作用件的失效率很難定量分析，故常以功能相似產品實測數據估算或者以定性方式分析。57根

26、據失效嚴重分類及其發生機率的綜合影響，將每一可能發生之失效現象按順序排列，決定該元件的關鍵程度。有效的FMEA作業程序8.分析結果分析結果經關鍵性分析準則，擬定出關鍵元件，在研發時程及預算分配上即可做最適宜的安排。58FMEA結果之應用1.在開始新產品或新製程時，參考類似產品設計或製程之FMEA分析資料，避免採用不良率高之設計或製程，在適當程序加入檢查點，選擇適當的檢查項目與規格等，在對新產品設計或製程進行FMEA時，類似產品設計與製程之FMEA資料更是重要的參考資料之一。2.FMEA最重要的價值在於協助改善產品設計與製程，但經過FMEA之後所發現的失效模式必然很多，一時無法立即全部加以改善，

27、應從關鍵性的失效模式中根據其關鍵性，建立改進行動之優先順序，集中資源，循序改善產品設計或製程。3.經由分析所得失效模式，按其優先順序進行改善，然後再重覆分析、改善，如此不斷的循環，持續提昇產品設計可靠度，降低製程不良率或提高不良品之檢測能力，提昇設計與製造品質。4.將製程FMEA的分析結果回饋給設計工程師，可以讓產品設計工程師瞭解現行的設計在實際進入製程時所可能產生的問題，作為改進產品設計之參考。59FMEA結果之應用5.當實際發生失效時，可查看FMEA報告，若找到相同之失效模式、原因或效應時，可立即應用已分析過之改進建議；若FMEA報告中無類似資料或與實際情況不符時，則修改FMEA資料，如此

28、相互配合，可減少失效處理之時間，並充實FMEA資料。6.配合設計審查作業，作為正式生產前產品可靠度、製程安全性、與環境污染影響等之評估參考資料。7.經由不斷累積FMEA資料，加以整理編成很好的專業技術資料，可作為工程師訓練之參考教材，亦可為公司保存重要之技術資料。8.配合資訊系統，將FMEA資料建成資料庫，可提供健全的失效資訊基礎，作為建立製程檢驗、測試標準、檢驗程序、檢試規範及其他品質管制措施之參考。60設計FMEA表(範例1)61設計FMEA表(範例2)62設計FMEA表(範例3)63設計FMEA表(範例4)64製程FMEA表(範例1)65製程FMEA表(範例2)66製程FMEA表(範例3)67製程FMEA表(範例4)68