【技术分享】DFMEA第四步 失效分析

DFMEA的第四步失效分析的目的是识别失效原因，失效模式及失效后果，并使用失效网显示它们的关系以进行风险评估，DFMEA失效分析的工具是失效树、失效网。

 

失效分析的主要目标：

1、识别结构元素下功能的潜在失效；

2、建立失效链，失效模式、失效原因及失效后果；

3、失效关系可视化；

4、客户的失效与供应商关联起来；

 

什么是DFMEA的失效？

当输入、控制和干扰因子处于可允许的范围内，由于错误的功能设计，产生了错误的或出现了不期望的边界效应。系统和子系统失效模式是根据功能损失或劣化来描述的，可能的失效是从功能中推断出来的，不是头脑风暴瞎整出来的，失效模式的短语是“名词”加“动词组合成的，机油泄漏。应用确切的指标、数据、事实来描述失效，失效的描述必须是清晰和可理解，不能写不符合、不OK、失效、中断等此类的描述，不足以帮助我们去找到失效原因。通常一个功能可以有多种失效。

大家都说，失效不是头脑风暴出来的，那到底是如何分析得出的呢？

失效是从已知的功能推断出来的，我们DFMEA中的功能中推断出七种失效类别，一个功能不一定会出现所有的七种失效，但要考虑以下的七种失效类别。

1. 功能丧失，如：无法操作、突然失效；

2. 部分功能，如：性能损失；

3. 功能退化，如：性能随时间损失／衰退；

4. 过度功能，如：操作超出可接受阈值；

5. 间歇性功能，如：操作随机启动-停止-启动，

6. 非预期功能，如：在错误的时间操作、意外方向、不相等性能，

7. 延迟功能，如：非预期时间间隔后操作。

    

举例：

灯泡的功能是发光、照明；

• 灯灭了是功能丧失；

• 只有一盏灯亮，有一盏灯不亮，那是部分功能，性能损失；

• 灯点亮200小时后，亮度下降，那是功能退化；

• 灯太亮，那是过度功能，超出预期；

• 灯在点亮时发热，发热是不预期的要求，那是非预期的功能；

• 安全气囊在20ms内点爆，那是功能延迟。

 

图上绿色的是功能，红色就是发生故障，也就是失效。功能的失效由功能推导出来的，下面对应七种失效的状态，

1、突然失效，也就是功能丧失；

2、随时间变化，就是功能可靠性，功能随时间退化；

3、间歇性失效，功能有时候有，功能有时候又没有了

4、功能过度或功能不足；

5、非预期执行，在错误的时间操作、意外方向、不相等性能；

6、不满足功能等级的要求；

7、功能错误的方向；

 

失效链有三个不同的层面构成，失效后果，失效模式及失效原因。

聚焦元素的失效是失效模式，它的上一级功能的失效是失效后果，它的下一级功能的失效是失效原因。

根据功能推导出失效模式，失效后果及失效原因，在失效分析过程中形成失效链。

聚焦元素的失效是失效模式，与其关联的是失效后果和失效原因。

到底失效被认为是失效后果、失效模式还是失效原因，取决于你聚焦的是哪一层级，如系统、子系统、组件还是零件？

聚焦元素的失效是失效模式，它的上一级功能的失效是失效后果，它的下一级功能的失效是失效原因。

 

 

下面来用起动机的例子说明一下，

第一级：动力系统，

第二级：起动机，

第三级：传动机构，

第四级：拨叉，

第五级：材质。

案例中的聚焦元素是传动机构，那么传动机构功能的失效就是失效模式，基于电磁控制机构位移不能实现和飞轮的啮合，

失效后果就是它的上一级较高级别：起动机，上一级的功能的失效是失效后果，失效后果是启动开关闭合信息和输入电源时无转速输出。

失效原因是它的下一级较低级别：拨叉，下一级功能的失效是失效原因，失效原因是拨叉耐磨性能不足。

 

失效后果是失效模式的后果，对失效模式对应较高一级产品，不论是内部的，还是外部的产品，车辆的最终用户，适用的法律法规，我们要从多个客户的角度理解失效后果。

 

对客户的影响后果是客户可能会注意或碰到的后果，包括对安全影响。一个失效模式有多个后果，包括了多个内部的失效后果及外部客户相关的失效后果。

最终用户车辆使用者的失效后果示例，包括：听到噪音、外观体验差、闻到难闻的气味、车辆无法启动、不能实现某种功能，如不能转向、刹车失灵等。

失效模式是可能无法满足或提供预期功能，失效模式不是头脑风暴瞎整出来的，是从功能任务中推断出来的，前面已经讲过了，失效模式从功能中，使用七种失效类型中推断出的。失效模式来源于功能，应使用技术术语来描述。

在进行DFMEA分析时，假设按照设计目的进行制造和组装，如果历史数据显示制造过程中存在缺陷，团队可以自行决定是否进行例外处理，是否考虑在设计优化，以减少或消除在制造过程中产生缺陷。

总的来讲，失效模式是定义为零件、子系统或系统可能失去符合或提供预期功能的情况，因为每三级构成FMEA的结构关系，失效模式可以是更高一级产品的失效原因，也是较低级别的失效后果。

系统级失效模式的示例包括如下：不能传递扭矩，脱离得太快、不脱离、无信号传递等。

组件级或零件级的失效模式是硬件的失效，如组件破裂、变形、断裂、松脱、氧化等。

失效原因是失效模式发生的原因，失效原因造成的后果是失效模式，尽有可能识别每一种失效模式的所有潜在原因。在功能分析中的参数图的噪音因素是可能的失效原因，尽有可能的简明、完整地列出，以便针对失效原因制定预防措施和探测措施。

应针对具体的失效模式，识别出所有影响相应功能的技术参数的影响，如电机的输出扭矩过小（当电机为三层关系中的较低级别时）。从导致产品发生功能失效模式或潜在失效模式的那些物理、化学或生物变化过程等方面，寻找失效模式发生的直接原因，如转子的外形尺寸，长度10+-0.1mm。从外部因素（如其他产品的失效、使用、环境和人为因素等）方面，寻找产品发生失效模式的间接原因，这就是参数图中的噪音因素，如环境温度、湿度等。

失效原因来源于下较低级别的功能失效模式、要求和潜在噪音因子（参数图中的干扰因子，是间接失效原因），我们从从系统及零件设计因素、噪音（干扰）因素、DFM可制造性、软件问题等四个层次展开原因分析，失效的直接原因为下一较低级别的功能性能设计不完善，如选择了错误的材料、几何尺寸外径过大或过小，表面硬度过小等。

噪音因子包括了系统交互、随时间变化、外部环境、车辆使用者的错误行为、人体制造变化等五个方面，也是失效模式的间接失效原因。失效原因还包括缺少可制造稳健设计，如几何形状允许向后或倒置安装零件，零件缺乏明显的设计特征，运输容器设计导致零件划伤或粘在一起，零件处理导致损坏等。

软件问题也作为系统及组件的失效原因，当然也可以将软件进行结构分析为软件模块、单元等进行单独的风险分析，软件FMEA我们在下一次单独讲解。

 

 

对失效网进行逻辑连接时，用下面的提问是非常有效的，将失效原因链接到失效模式，应自问，失效模式为什么或发生？将失效后果链接到失效模式，应自问，失效模式发生时产生了什么后果?

我们研究的案例是起动机，聚焦元素是起动的传动机构，那么传动机构对应的失效是失效模式，它的上一较高级别是起动机，起动机对应的失效是失效后果，它的下一较低级别是拨叉，拨叉对应的失效是失效原因，传动机构的位移为什么不能实现和飞轮的啮合？因为拨叉材料选择错误引起耐磨性能不足。传动机构的位移不能实现和飞轮的啮合时，会生产什么后果和影响？起动机在启动开关闭合信息和输入电源时，无法转速和扭力输出。

每三层构成FMEA的失效关系，根据失效网，我们将失效网填入表格中，今天我们以传动机构为关注元素，将关注元素的失效填入中间的格子里，失效模式是“基于电磁控制机构位移不能实现和飞轮的啮合”，那么他们的上一较高级别为起动机，将起动机的失效填入上一级，失效后果：有启动开关闭合信号和输入电源时无转速输出，下一级较低级别是拨叉，将拨叉的失效填入下一级，拨叉耐磨性能不足。

 

DFMEA新版表格将结构分析、功能分析与失效分析融入到表格中，每三层结构成DFMEA的数据结构关系，三层结构树的关系是起动机、传动机构、拨叉，聚焦元素是传动机构，它的上一级较高级别是起动机，它的下一级较低级别拨叉。

功能网的三层数据结构关系，聚焦元素的功能是基于电磁控制机构的位移实现和飞轮的啮合，它的上一级较高级别起动机的功能是基于启动开关闭合信号把蓄电池的电能转化输出给飞轮具有特定扭矩的转速，它的下一级较低级别拨叉的功能是材料耐磨性能。

失效网的三层数据结构关系，聚焦元素的失效是失效模式，基于电磁控制机构位移不能实现和飞轮的啮合，失效后果是有启动开关闭合信号和输入电源时无转速输出，失效原因是拨叉耐磨性能不足。

 

鲜老师对新版FMEA讲解的视频文章系列：

【技术分享】DFMEA第一步规划与准备阶段

【技术分享】DFMEA第二步结构分析

【技术分享】DFMEA第三步 功能分析

作者简介：

鲜万世：TUV莱茵FMEA资深专家之一，著名微信公众号主编，FMEA相关原创技术文章200多篇。在欧美日世界500强制造业集团公司，相关质量管理的经验超过10年；擅长于汽车制造系统及其零部件制造与质量改进项目的培训与咨询·；建立了精益成熟度评价系统，并为上汽大众汽车、延锋伟世通建立了精益评估系统；擅长FMEA、ISO9001、IATF16949等与质量有关的管理体系以及质量改进的工具应用。

国可RFMEA

R-FMEA是基于业界标准和最佳实践开发而成的失效模式及影响分析软件。它基于FMEA工程应用行业-汽车行业的标准和最佳实践，融合国可工软团队十几年的可靠性咨询和服务经验， 基于产品结构树和工艺流程图，通过向导式的分析过程， 建立产品设计的DFMEA（设计FMEA）和产品制造的PFMEA（工艺FMEA）， 并可以扩展到SFMEA（系统FMEA）、MFMEA（机器FMEA）、 FMECA（故障模式、影响和危害性分析）等不同的应用。

与传统的FMEA分析方法和软件相比，R-FMEA最大的特点是通过其七步的分析流程， 构建了关联紧密的FMEA基础数据关系，即FMEA主模型。FMEA主模型体现了类三维模型概念，既包括了结构之间、功能之间、失效之间的关联关系， 又包括了结构、功能、失效、措施、风险值（S、O、D）之间的关联关系。这些关联关系在分析过程中逐步创建，并保存于底层数据库中。通过FMEA主模型，工程人员可以根据需要构建简单的或者及其复杂的FMEA分析， 并实现企业知识的积累和快速重用。