DFMEA標準教材課件

設計潛在失效模式及后果分析DFMEA2024年11月23日1課程目的掌握DFMEA的概念和運用時機發(fā)現(xiàn)、評價產品設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形成文件2024年11月23日2DFMEA

Design

Potential

Failure

ModelAndEffect

Analysis

DFMEA應用的主要行業(yè)--航空業(yè)——復雜的體系,產品和過程,小批量生產--汽車業(yè)——復雜的體系,產品和過程,大批量生產--其它行業(yè)2024年11月23日3DFMEA發(fā)展簡史正式使用DFMEA技術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第三版。2008年發(fā)布第四版。能否預測人類第一次登月會出現(xiàn)的后果以及提前采取對策。2024年11月23日4DFMEA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2024年11月23日5DFMEA介紹減少失效風險滿足顧客要求保持競爭力改進產品質量DFMEA2024年11月23日6“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2024年11月23日7DFMEA介紹及時性是成功實施DFMEA的最重要因素之一。它是“事前的預防”而不是“事后的追悔”。事先花時間進行DFMEA分析,能夠容易且低成本地對產品設計或制程進行修改,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。2024年11月23日8DFMEA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2~4項物品機能因老化、退化或不穩(wěn)定而不能滿足原設定的要求標準，因而失效現(xiàn)象及研判準則必須量化。2024年11月23日9DFMEA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)和維護的。小組通常由負責設計的工程師領導。設計及制造等相關工作人員團隊要求-經(jīng)驗/過去問題處理積累的知識,轉變?yōu)楣镜臒o形資產；-有效的團隊管理；-對所有活動的結果文件化；多方參與應用DFMEA,有助于理清產品和過程分析、評審的思路2024年11月23日10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,產品參數(shù)值不能維持在規(guī)定的上下限之間產品在工作范圍內,導致零部件的破裂、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2024年11月23日11FMEA啟動條件新設計、新技術對現(xiàn)有設計或過程的修改將現(xiàn)有的設計或過程用于新的環(huán)境、場所FMEA2024年11月23日12FMEA實施說明DFMEA介紹-APQP過程圖策劃

產品設計和開發(fā)

過程設計和開發(fā)

產品與過程確認生產概念提出和批準項目批準樣件試生產投產計劃和確定項目產品設計和開發(fā)驗證過程設計和開發(fā)驗證產品和過程確認DFMEAPFMEA反饋、評定和糾正措施2024年11月23日13FMEA的作用階段1、設計階段2、開發(fā)階段3、生產階段4.客戶服務/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)有的技術進行設計變更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)境產生的失效，用DFMEA克服2、不同使用法產生的失效，用DFMEA克服2024年11月23日14利用表格方式協(xié)助工程師進行工程分析,使其在工程設計早期發(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)生時產生的影響。失效模式分析（FailureModeanalysis)由下而上分析,即由零、組件至系統(tǒng),確定在系統(tǒng)內不同結構層或功能層次的失效模式。失效效應分析（Failureeffectanalysis)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聯(lián)性,作為改進的依據(jù)。關鍵性分析(Criticalanalysis)對每一個失效模式,依其嚴重等級和發(fā)生概率綜合評估并予以分類,以便確定預防或改正措施的內容和優(yōu)先順序。FMEA內容2024年11月23日15FMEA介紹-總原則總原則:對“失效的結果”分析，應能量化失效模式?jīng)]有糾正導致的風險設計零件功能潛在失效模式失效的后果失效的原因現(xiàn)有設計控制確定嚴重度確定頻度確定不易探測度探測度2024年11月23日16FMEA的順序過程功能要求潛在失效模式潛在失效的后果嚴重度數(shù)S級別潛在失效的起因/機理頻度數(shù)現(xiàn)行設計控制不易探測度數(shù)D風險順序數(shù)RPN建議措施責任和目標完成日期措施結果預防探測采取的措施嚴重度數(shù)頻度數(shù)不易探測度數(shù)R.PN功能、特征或要求會有什么問題無功能部分功能功能過強功能降級功能間歇非預期功能有多糟糕起因是什么后果是什么發(fā)生頻率如何怎樣預防和探測該方法在探測時有多好能做些什么設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控制計劃2024年11月23日17設計潛在的失效模式及后果分析

DesignofFailure

ModelAndEffect

Analysis

設計FMEA（DFMEA）2024年11月23日18DFMEA簡介由“設計主管工程師／多方論證小組”制定在最大范圍內保證已充份的考慮到潛在失效模式及與其相關的后果起因／機理,并指明采取的控制以其最嚴密的形式總結了設計一個零部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)時,工程師／小組的設計思想開始于一個設計概念最終形成之時或之前。WhoHowWhatWhen2024年11月23日19DFMEA范圍新產品設計階段設計更改階段產品使用環(huán)境變化時2024年11月23日20DFMEA信息相互關系流程2024/11/23功能框圖DFMEA設計驗證計劃和報告、PFMEA等21DFMEA的目的為客觀評價設計、包括功能要求及設計方案提供幫助；減少風險和損失,提高產品可靠性；有助于對設計要求和不同的設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；為制定試驗計劃、質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；提供改進設計的優(yōu)先控制依據(jù),引導資源分配；2024年11月23日22DFMEA團隊的努力在最初的DFMEA中,負責設計的工程師能夠直接地主動地聯(lián)系所有相關部門（設計、制造、裝配、售后服務、質量、可靠性等方面）的代表。DFMEA應成為促進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。2024年11月23日23在設計概念最終形成之時或之前開始。在產品開發(fā)各階段中,當設計有變化或得到其他信息時,應及時修改。最終在產品加工圖樣完成（定型）時全部結束。動態(tài)的DFMEA2024年11月23日24DFMEA要求:要保證制造和裝配能夠實現(xiàn)設計意圖。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2024年11月23日25DFMEA的拓展要考慮產品維護（服務）及產品回收的技術/身體的限制。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）2024年11月23日26DFMEA的拓展要為顧客著想,產品使用的方便性、經(jīng)濟性。操作簡單、易上手；購買方便、便宜。為社會的貢獻資源的節(jié)約資源的可獲取性環(huán)境的保護性2024年11月23日27功能框（邊界）圖一般由代表產品的主要零部件的框和連接框的線組成，這些線反映產品零部件間如何關聯(lián)或接口。DFMEA應從大到小按系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件方塊圖邏輯順序展開。框圖可標示出零件和產品之間的邏輯關系?？驁D根據(jù)產品、方法等不拘格式。可指明設計范圍內的零部件和子系統(tǒng)的相互作用，包括信息、能量（熱）、力或流體的流?？驁D說明了分析中包括的各項目之間的主要關系，并建立了分析邏輯順序。注意！1.關注零件的空間關系，避免干涉；2.用于DFMEA開發(fā)工作的框圖應隨DFMEA文件一起保存。2024年11月23日28功能框圖示例零部件研發(fā)室:李晗2024年11月23日系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零部件框圖。燈罩A開/關C燈泡總成D極板E電池B彈簧F243155系統(tǒng)名稱:閃光燈工作環(huán)境極限條件溫度:-20~160F耐腐蝕性:規(guī)范B沖擊:6英尺下落外部物質:灰塵濕度:0~100RH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DFMEA2024年11月23日30常用的一種DFMEA結構2024/11/2331DFMEA實施的路徑列出所有功能（“如果項目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果對每一結果的嚴重性進行評價對高風險項目定義推薦措施2024年11月23日32列出所有功能希望、不希望顧客的期望（QFD）車輛要求的文件產品的制造/裝配/服務/回收要求期望特性的定義越明確,就越容易識別潛在的失效模式2024年11月23日33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●關系矩陣圖●示意圖●材料清單2024年11月23日34項目/功能列出被分析項目的名稱和其他相關信息（如編號、零件級別、設計水平）簡潔的文字說明滿足設計意圖的功能,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2024年11月23日35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予以考慮（營銷戰(zhàn)略、產品定位）；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致的結果；應當考慮特定條件（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、僅在市內行駛等）；失效模式用規(guī)范化的技術術語,不必描述成顧客能夠注意到的現(xiàn)行；利用經(jīng)驗和頭腦風暴。2024年11月23日36失效模式舉例-盤式制動系統(tǒng)1、活塞piston2、固定鉗fixedcaliper3、制動液壓油hydraulicpressure4、制動蹄片（摩擦塊）brakepad5.制動盤brakedisc2024年11月23日37失效模式舉例-盤式制動系統(tǒng)項目功能要求失效模式盤式剎車系統(tǒng)按要求停止車輛行駛（考慮環(huán)境情況如濕度、干燥等）在干燥的瀝青公路上，用規(guī)定的力量在規(guī)定的距離內停止車輛行駛。車輛不能停止。車輛在超過規(guī)定的距離外停止。車輛在超過雙倍的制動力下停止。允許未受制動的車輛在沒有系統(tǒng)要求下繼續(xù)行駛。沒有行駛要求下活動；或汽車行駛部分受阻。沒有行駛需要下活動；汽車不能行駛。剎車轉軸允許傳動力從剎車片到輪軸。必須遞送規(guī)定轉矩抗力到輪軸。未能有效遞送轉矩抗力。2024年11月23日38第四版的一種推薦形式2024/11/2339潛在的失效后果失效的潛在后果應按顧客所察覺的功能的失效模式的后果進行規(guī)定,就如同顧客感受的一樣。后果應根據(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系。查閱歷史或類似的DFMEA報告、保修信息、質量信息、市場抱怨等,或其他公司類似的例子,如質量召回信息、事故新聞等。2024年11月23日40潛在的失效后果舉例-盤式制動系統(tǒng)2024年11月23日41嚴重度（Severity）嚴重度是潛在失效模式對顧客影響（后果）的嚴重程度的評價。（接受、規(guī)避、轉移、降低）嚴重度僅針對“后果”。一般地,只有設計變更才能改變嚴重度。嚴重度建立了失效模式與風險等級之間的聯(lián)系。對一個失效模式,如果有多種后果,對影響最大的進行打分。嚴重度分1-10級,9、10級（不滿足法律法規(guī)要求的情形,導致人身傷亡的情形等）的評分情況要重點關注。1級不用進一步分析。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）,應向其設計DFMEA人員、設計工程師或顧客咨詢。如果是內部顧客,小組應聽取下游作業(yè)人員的意見。2024年11月23日42嚴重度（S）后果評定準則：后果的嚴重度嚴重度無警告的嚴重危害這是一種非常嚴重的失效形式，它是在沒有任何失效預兆的情況下影響到行車安全或不符合政府的法規(guī)10有警告的嚴重危害這是一種非常嚴重的失效形式，是在具有失效預兆的前提下所發(fā)生的，影響到行車安全和/或不符合政府的法規(guī)9很高車輛/項目不能運行，基本功能喪失8高車輛/項目可運行，基本功能降低，顧客非常不滿意7中等車輛/項目可運行，次要功能喪失，但舒適性/方便性項目不能運行，顧客不滿意6低車輛/項目可運行，次要功能降低，但舒適性/方便性項目的性能下降，顧客有些不滿意5很低配合和外觀/尖響和卡嗒響等項目不舒服。大多數(shù)顧客（75%以上）能感覺到有缺陷4輕微配合和外觀/尖響和卡嗒響等項目不舒服。50%的顧客能感覺到有缺陷3很輕微配合和外觀/尖響和卡嗒響等項目不舒服。有辨識能力的顧客（25%以下）能感覺到有缺陷2無無可辨別的后果12024年11月23日43潛在起因/機理起因機理規(guī)定材料不正確設計壽命設想不足應力過大潤滑能力不足維護說明書不充分算法不正確表面精加工規(guī)范不當形成規(guī)范不足規(guī)定的摩擦材料不當過熱公差不當屈服化學氧化疲勞電移材料不穩(wěn)定蠕變磨損腐蝕2024年11月23日44潛在起因/機理頭腦風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導致的系統(tǒng)失效；同一失效機理可以引起幾種互相關聯(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。2024年11月23日45潛在起因/機理DFMEA有二個假設前提:失效模式是由設計缺陷造成，和裝配沒有關系；制造/裝配錯誤是由設計缺陷而起，即設計缺陷可造成組裝過程的錯誤，如沒有在恰當時候采用放錯設計。2024年11月23日46潛在起因/機理假設一（設計缺陷）出現(xiàn)時什么原因導致的這種失效？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？假設二（設計缺陷導致裝配缺陷）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？2024年11月23日47潛在原因的分析應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”、“設計選擇材料強度不夠”等。不能使用“設計薄弱”,“不恰當?shù)脑O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,進而采取不同的衡量、控制、糾正措施。具體問題具體分析關注經(jīng)驗的傳承確實起到控制產品質量的作用2024年11月23日48失效起因/機理舉例2024年11月23日49頻度是指設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。通過設計更改或設計過程控制可預防或控制失效起因或機理,以有效降低頻度。2024年11月23日50注意！頻度（O）確定頻度時，應考慮類似產品運行不良記錄?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）來估計其預期頻度嗎？應用環(huán)境是否變化？如果是，做了工程分析（如可靠性）來估計其預期頻度嗎？是否加入了預防控制？2024年11月23日51頻度（O）失效發(fā)生可能性可能的失效率頻度很高：持續(xù)性失效≥100個，每個1000輛車/項目1050個，每個1000輛車/項目9高：經(jīng)常性失效20個，每個1000輛車/項目810個，每個1000輛車/項目7中等：偶然性失效5個，每個1000輛車/項目62個，每個1000輛車/項目51個，每個1000輛車/項目4低：相對很少發(fā)生的失效0.5個，每個1000輛車/項目30.1個，每個1000輛車/項目2極低：失效不太可能發(fā)生≤0.010個，每個1000輛車/項目12024年11月23日52現(xiàn)行設計控制現(xiàn)行設計控制指已經(jīng)或已具備的用于確保設計功能和可靠性要求足夠而執(zhí)行的活動?；顒臃謨深?預防和探測:預防:消除（預防）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，更建議使用預防控制方法。讓預防控制方法作為設計意圖的一部分，因為其將影響到最初的頻度。探測控制應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小組應考慮分析、試驗、評價和其他活動以確保設計充分。2024年11月23日53現(xiàn)行設計控制

設計控制包括:類比設計、設計評審、數(shù)學驗算、計算機模擬程序、設計確認、采用的設計標準和道路試驗、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、車隊試驗等。預防的控制方法基準研究。自動防故障裝置設計。設計和材料標準（內部的和外部的）。文件---類似設計中最好實踐的記錄、以往的教訓等。模擬研究---確定設計要求的概念分析。防錯。2024年11月23日54現(xiàn)行設計控制探測的控制方法設計評審。原型試驗。驗證試驗。模擬研究---設計驗證。設計試驗,包括可靠性試驗。使用類似零部件的模型。2024年11月23日55現(xiàn)行設計控制確定設計控制方法列出所有歷史上曾經(jīng)用過的設計評估技術、審查歷史測試報告、產品驗證報告等。確定并列出所有可用于失效模式的技術,從最嚴重的失效模式開始。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。潛在的設計缺陷,需要在設計驗證過程中進行測試。2024年11月23日56現(xiàn)行設計控制舉例2024年11月23日57探測度指零部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)量產前，用現(xiàn)行的設計控制方法來探測（測量）潛在的失效起因/機理（設計薄弱環(huán)節(jié)）能力的評價指標。現(xiàn)有設計控制探測度的建議方法是假設失效已經(jīng)發(fā)生，然后評價現(xiàn)有設計控制探測失效模式的能力。探測度是在單獨的DFMEA范圍內相對的排序。為了達成更低的排序，必須改善設計控制（如:設計評審、確認、和/或驗證活動）。2024年11月23日58探測度（D）探測度準則：設計控制可能探測出來的可能性探測度定級絕對不肯定設計控制將不能和/或不可能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式，或根本沒有設計控制10很極少設計控制只有很極少的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式9極少設計控制只有極少的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式8很少設計控制有很少的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式7少設計控制有較少的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式6中等設計控制有中等的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式5中上設計控制有中上多的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式4多設計控制有較多的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式3很多設計控制有很多的機會能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式2幾乎肯定設計控制幾乎肯定能找出潛在的起因/機理及后續(xù)的失效模式12024年11月23日59風險順序數(shù)（RPN）公式:RPN=S*O*D目的是對失效模式風險進行排序。在單獨的DFMEA范圍內，1≤RPN≤1000。通常，S≥9時，無論RPN為多少，應特別關注，以確保制定有設計控制或預防糾正措施。另外，只有設計修改才能降低嚴重度等級。不建議設立RPN的門檻去決定是否采取行動。2024年11月23日60風險順序數(shù)（RPN）RPN舉例：以下哪種風險應優(yōu)先采取措施？項目嚴重度（S）頻度（O）探測度（D）RPNA744112B925902024年11月23日61建議的措施建議措施以“預防”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,在對應欄內注明“無”2024年11月23日62建議措施降低嚴重度(S)只有設計變更一種方法；降低頻度(O)通過設計更改