让你轻松摆脱事后追悔——FMEA | 案例分析

尽管FMEA最早的应用是军事领域,但目前FMEA方法已广泛应用于各行各业,包括航空航天、有轨交通、高科技电子、汽车、家电、食品、医疗保健等行业。如今,FMEA已经成功应用于工业界的设计及制造过程的事先预防活动中,并被公认是一种有效的可靠性分析技术。以下列举了三个FMEA应用案例,与大家分享。


1

FMEA在汽车行业中的应用


本案例以DFMEA在国产汽油机节流阀体的改进设计中的实施为例,对改进后的DFMEA的实施方法和流程进行阐述。为增加DFMEA的可用度,使初次进行DFMEA的工作人员也能顺利地实施DFMEA,针对发动机设计的特点,对DFMEA的流程进行了归纳和改进(见下图)。

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图3 实施DFMEA的流程


为加深对实施阶段的理解,提高分析效率,将实施阶段分成确定基础项、确定衍生项及生成DFMEA报告等3步。实施阶段中,功能、潜在故障模式、潜在故障影响、故障原因和现有控制措施等为基础项,它们的分析是决定DFMEA实施成功与否的关键;S,O,D,RPN和建议的纠正措施为衍生项;基础项确定之后,衍生项可以随之确定。


1.分析基础项


 ●功能:分析项目的功能,用尽可能简明的文字来说明被分析项目满足设计意图的功能;阀体的功能是与阀片配合保证最小流量;与怠速控制阀配合保证怠速流量;与节气门位置传感器配合保证主进气量。

 ●潜在故障模式:每项功能会对应一种或一种以上的故障模式,填写故障模式要遵循"破坏功能"的原则,即尽量列出破坏该功能的所有可能的模式;故障模式大部分来源于故障模式库,还有一部分是新出现的故障模式以及小组分析的结果,阀体的潜在故障模式为磨损、裂纹、断裂以及积碳等。

 ●潜在故障后果:每种故障模式都会有相应的故障后果;分析故障后果时,应尽可能分析出故障的最终影响,即最严重的影响;阀体的潜在故障后果为发动机无力、燃油消耗率高、怠速高。

 ●潜在故障起因:所谓故障的潜在起因是指设计薄弱部分的迹象,其结果就是故障模式;根据阀体结构和对其进行的功能分析,可以知道阀体磨损的潜在故障原因为,阀体喉口与阀片直径不匹配;阀杆与阀片螺钉孔的位置不匹配;怠速控制阀与怠速通道的孔径不匹配;怠速通道的孔系不同轴。

●现有控制措施:根据故障的潜在起因可确定预防与探测的措施,这些都是已有的或将要有的措施。

阀体的现有控制措施为配合设计阀体喉口和阀片直径,保证其配合间隙;配合设计阀杆和阀片螺钉孔位置,保证其同心度;配合设计怠速控制阀和怠速通道的孔径,保证其配合间隙。


2.分析衍生项


根据潜在故障后果确定S,根据潜在故障原因以及同型产品的三包数据确定O,根据探测措施确定D;根据确定的S,O,D计算得到RPN值。如果需要修正,可以提出适当的建议措施,作为改进的依据,最后生成统一的DFMEA报告。

美国汽车工业行动集团(AIAG)颁布的FMEA标准中,提供了严重度、O和D的评定准则,其中,O准则非常直观,根据计算得到的频率即可得。D和严重度判定准则的操作性较差,作者推荐企业根据AIAG的D准则,结合企业现有的控制措施制定适用于企业自身的D判定准则。至于严重度的判定,提倡仍沿用AIAG的准则,但为了增强其可操作性,作者对其进行了进一步的归纳总结,生成如下图所示的流程;根据该流程即可很容易地判定每种故障的严重度。

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图4 严重度判别流程


阀体磨损的严重度影响了发动机的基本功能,但未完全丧失,所以严重度为7;阀体磨损的O根据故障数据的统计结果,结合专家组的分析,确定O为3;阀体磨损的检测度现有的控制措施除硬度检测外,均为对两零部件的配合检测,有较多的机会能找出潜在的起因,检测度为4。

专家组确定S和RPN的阈值为7和80,当S超过7(含7),RPN超过80(含80)时,必须对其进行改进。因此,提出了以下建议措施:a)阀体喉口和阀片直径、阀片和阀杆影响全闭泄漏量,除保证其配合间隙外,还应通过设计保证装配后阀体喉口和阀片的同轴度,并进行全闭泄漏量检测;b)怠速控制阀和怠速通道影响怠速流量,先需要通过设计保证怠速通道孔系的同轴度,然后保证怠速控制阀和怠速通道的同轴度和间隙。

完成以上分析后,要根据建议措施对设计进行修正(实际采取的措施可能与建议措施不同),修正后再重复以上步骤,直至S和RPN低于确定的DFMEA的S和RPN阈值。


3.生成DFMEA报告


完成每轮DFMEA之后,要及时生成DFMEA报告,包括需改进的零部件、建议措施和改进措施等。



2

FMEA在家电行业中的应用


在家电企业生产管理体系中,PFMEA便是行之有效制定和实施“预防措施”的方法之一。现以净化器生产为例探讨在家电产品生产过程中有效应用PFMEA的方法。

PFMEA应用从一般过程的流程图开始,这个流程图应明确与每一工序相关的产品/过程特性,包括产品特征、要求、交付等输出和过程特性、变异来源等输入即制造和装配过程的每一道工序。某企业12476系列净化器整机装配流程图如图5所示。


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图5 净化器整机装配流程图


对于流程图中每种潜在的原因,必须充分考虑其对于产品制造装配过程的影响,现参考该企业其他类似小家电生产中发生的故障、关注点,根据PFMEA法原理,针对12476系列净化器整机装配中的三种失效模式分析如下。


1.安装固定不到位


各零部件固定不到位是整机装配中时有出现的状况,特别是新产品试生产中。

失效后果:会造成机器无法正常运作或产生噪音或安装困难,可能导致部分产品报废或全部产品返工,将严重度判定为6。

现有的控制检测:人工目检,对关键部件检查。

失效原因一:前序在制品不合格,发生率为3,探测率为4,风险优先系数RPN为72。

现行控制措施:使用合格的塑料件和零部件,装配前抽检。

失效原因二:螺丝出现漏锁、滑牙,气批扭力少于或大于3kg。发生率为4,探测率为5,风险优先系数RPN为120。

现行控制措施:操作者指导。

失效原因三:零部件螺丝孔位与主体上的螺丝孔位不对齐,未将弹簧垫片打入螺丝孔内,发生率为3,探测率为5,风险优先系数RPN为90。现行控制措施:按操作规程执行。

失效原因四:过滤器部件安装顺序和安装方向失误,发生率为2,探测率为3,风险优先系数RPN为36。现行控制措施:按操作规程执行,标有“FRONT”的面向前,向上。


2.洁净空气输出比率(CADR)测试不达标


CADR值是国际权威机构评价空气净化效能的主要指标,CADR数值越高,则表示净化器的净化效能越高。

失效后果:无法净化或净化能力不达标,可能导致全部产品返工,将严重度判定为8。

现有的控制检测:依据标准ANSI/AHAMAC-1抽检测试过滤器CADR。

失效原因一:过滤器风阻大、效率低,发生率为3,探测率为5,风险优先系数RPN为120。现行控制措施:使用合格过滤器。

失效原因二:过滤器包装袋没有拆除或过滤器与机器之间密封性不好,发生率为2,探测率为5,风险优先系数RPN为80。

现行控制措施:操作者指导,按操作规程执行。

失效原因三:紫外灯安装不到位灯不亮,光催化无法起作用,发生率为2,探测率为3,风险优先系数RPN为48。

现行控制措施:把紫外灯座引线从主体排线孔位排放整齐后,用热融胶把排线孔两边打胶固定,旋转紫外灯时用的力度和速度需一致。

失效原因四:光催化片净化效果不佳,发生率为4。探测率为5,风险优先系数RPN为160。

现行控制措施:使用标准喷涂的光催化片。


3.印制电路板(PCB)不工作或出现乱码


PCB是电子元器件电气连接的提供者,采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错,提高了自动化水平和生产劳动率,但一旦出现安装失误,将造成严重后果。

失效后果:机器无法开机,将导致全部产品返工,将严重度判定为8。

现有的控制检测:通电检查是否开机。

失效原因一;电源线连接器没插到位,发生率为2,探测率为5,风险优先系数RPN为80。

现行控制措施:按操作规程执行。

失效原因二:电源连接器虚焊,发生率为3,探测率为5,风险优先系数RPN为120。

现行控制措施:操作者指导。

失效原因三:额定120V,插头插到220V电源,烧保险丝,发生率为2,探测率为3,风险优先系数RPN为48。

现行控制措施:按操作规程执行。


3

FMEA在通讯产品上的应用


在该新产品介绍(NPI)发布会举行之后,即可成立一个FMEA团队,包括生产总监、工艺工程师、产品工程师、测试工程师、质量工程师、材料采购员以及项目经理,质量工程师领导该团队。FMEA首次会议的目标是加强初始生产工艺MPI (Manufacturing Process Instruction)和测试工艺TPI(Test Process Instruction)中的质量控制点同时团队也对产品有更深入的了解,一般首次会议期间和之后的主要任务包括:

 ●工艺和生产工程师一步一步地介绍工艺流程图,每一步的工艺功能和要求都需要界定。

 ●团队一起讨论并列出所有可能的失效模式、所有可能的影响、所有可能的原因以及目前每一步的工艺控制,并对这些因素按RPN进行等级排序。例如,在屏幕印制(screen print)操作中对于错过焊膏的所有可能失效模式,现有的工艺控制是模板设计SD (Stencil Design)、定期地清洁模板、视觉检测VI(Visual Inspection)、设备预防性维护PM (Preventive Maintenance)和焊膏粘度检查。

●FMEA团队需要有针对性地按照MEA文件中的控制节点对现有的生产线进行审核,对目前的生产线的设置和其它问题进行综合考虑。如干燥盒的位置,审核小组建议该放在微间距布局设备(Fine-pitch Placementmachine)附近,以方便对湿度敏感的元器件进行处理。

 ●FMEA的后续活动在完成NPI的大致结构之后,可以进行FMEA的后续会议。会议的内容包括把现有的工艺控制和NPI大致结构的质量报告进行综合考虑,FMEA团队对RPN重新进行等级排序,每一个步骤首先考虑前三个主要缺陷,确定好推荐的方案、责任和目标完成日期。

●对于产品的设计、应用、环境材料以及生产组装工艺作出的任何更改,在相应的FMEA文件中都必须及时更新。FMEA更新会议在产品进行批量生产之前是一项日常的活动。

 ●批量生产阶段的FMEA管理作为一个工艺改进的历史性文件,FMEA被转移到生产现场以准备产品的发布。FMEA在生产阶段的主要作用是检查FMEA文件,以在大规模生产之前对每一个控制节点进行掌握,同时审查生产线的有效性,所有在NPI FMEA阶段未受质疑的项目都自然而然地保留到批量生产的现场。

拾取和放置机器精度是工艺审核之后的一个主要考虑因素,设备部门必须验证布局机器的Cp/Cpk,同时进行培训以处理错误印制的电路板。FMEA团队需要密切监视第一次试生产,生产线的质量验证应该与此同时进行。在试生产之后,FMEA需要举行一个会议核查现有的质量控制与试生产的质量报告,主要解决每一个环节的前面三个问题。

FMEA管理记录的是一个不断努力的过程和连续性的工艺改进,FMEA文件应该总是反映设计的最新状态,包括任何在生产过程开始后进行的更改。


后记:

早知道……就不会……,是很多人的口头禅,但是做好“防震设计就不会造成大楼倒塌,改进电力输配设计就不会造成居民大停电,不滥砍乱伐就不会造成泥石流,做好桥梁设计就不会造成大桥倒塌”的道理大家也是懂的,为什么一定要等到事情发生了才要去补救呢?本文谈到的FMEA思想,就是让事情变得可预知,减少事后追悔。

此外,现实中大量的工程事实证明,由于前期研发阶段疏忽,分析不足,措施不够,以至造成产品/过程/服务等投入运行时严重程度不同的失效,给顾客带来损失,甚至产生诸如7•23甬温线动车追尾、诸如魁北克大桥两次倒塌、“挑战者”号航天飞机爆炸等的惨痛事故。如果企业都能深入应用FMEA思想,将FMEA贯穿于研发管理、供应链管理、生产管理、质量管理等各个环节,定能管理项目过程中可能出现的各种风险,为企业节省大量成本。


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