論FMEA在汽車開發過程中的實施

04-14

FMEA概述

FMEA-潛在失效模式與後果分析，作為一種預防性策劃工具，其主要目的是發現、評價產品/過程中潛在的失效及其後果；找到能夠避免或減少潛在失效發生的措施並且不斷地完善。

（1）能夠容易、低成本地對產品或過程進行修改，從而減輕事後修改的危機。

（2）找到並實施能夠避免或減少這些潛在失效發生的措施。

在十九世紀五十年代開始，FMEA開始在軍工產業進行應用；八十年代中期，FMEA進入了汽車產業；九十年代中期，FMEA正式成為ISO的推薦要求和QS16949的認證要求。

FMEA在汽車產業的應用，主要是從美國三大汽車製造公司（戴姆勒－克萊斯勒、福特、通用）開始，這三大汽車製造公司制定並廣泛應用於汽車零組件生產行業的可靠性設計分析方法。其工作原理為：

（1）明確潛在的失效模式，並對失效所產生的後果進行評分；

（2）客觀評估各種原因出現的可能性，以及當某種原因出現時，企業能檢測出該原因發生的可能性；

（3）對各種潛在的產品和流程失效進行排序；

（4）以消除產品和流程存在的問題為重點，並幫助預防問題的再次發生。

有關FMEA原理的應用，主要體現在美國三大汽車製造公司制定的《潛在失效模式和後果分析》表格中。該表的內容包括：

（1）功能要求：填寫被分析過程（或工序）的簡要說明和工藝描述；

（2）潛在失效模式：記錄可能會出現的問題點；

（3）潛在失效後果：推測問題點可能會引發的不良影響；

（4）嚴重度（S）：評價上述失效後果並賦予分值（1－10分，不良影響愈嚴重分值愈高）；

（5）潛在失效起因或機理：潛在問題點可能出現的原因或產生機理；

（6）頻度（O）：上述潛在失效起因或機理出現的幾率（1－10分，出現的幾率愈大分值愈高）；

（7）現行控制：列出目前該企業對潛在問題點的控制方法；

（8）探測度（D）：在採用現行的控制方法實施控制時，潛在問題可被查出的難易程度（1－10，查出難度愈大分值愈高）；

（9）風險順序數（RPN）：嚴重度、頻度、探測度三者得分之積，其數值愈大潛在問題愈嚴重，愈應及時採取預防措施；

（10）建議措施：列出「風險順序數」較高的潛在問題點，並制定相應預防措施，以防止潛在問題的發生；

（11）責任及目標完成日期：制定實施預防措施的計劃案；

（12）措施結果：對預防措施計劃案實施狀況的確認。

從上述內容不難看出，FMEA原理的核心是對失效模式的嚴重度、頻度和探測進行風險評估，通過量化指標確定高風險的失效模式，並制定預防措施加以控制，從而將風險完全消除或減小到可接受的水平。8D與FMEA都是通過制定改善對策提升系統可靠性的方法，兩者的區別在於8D是對已經發生的問題的改進，是事後彌補，FMEA著眼於問題發生前，是先發制人。

以往的產品開發，實際上也在作潛在失效模式分析，只不過是封閉在設計人員自身在作潛在失效模式分析。這樣導致分析的不系統、不科學、不充分（設計人員在設計之初或設計過程中，肯定從始至終再考慮會有哪些潛在失效模式並如何規避。這就像一個劫匪準備搶劫銀行，他肯定會提前考慮有哪些風險，並如何規避一樣）。而且，在確定設計目標後，設計開發和工藝開發的沒有考慮到的風險規避，主要依靠樣件的驗證，後來出現了虛擬軟體之後，將風險規避工作由樣件階段推前至產品數模設計完成後。而FMEA的出現，使潛在失效模式分析系統化、科學化和充分（還拿搶劫銀行舉例子，在FMEA的支持下，劫匪會邀請放哨的、運劫品的司機和同夥等，一起分析搶劫銀行的每一個步驟的風險的嚴重度、可能發生的頻度和風險的可探測度），並將風險規避工作推前至產品方案及可行性分析階段。

具體的FMEA文件主要有兩種，設計FMEA和過程FMEA。

設計FMEA是以零件為分析單位，從一個設計概念形成之時或之前開始，並且在產品開發各階段中，當設計有變化或得到其他信息時及時不斷地修改，並在圖樣加工完成之前結束。其評價與分析的對象是最終的產品以及每個與之相關的系統、子系統和零部件。進行DFMEA有助於：

· 設計要求與設計方案的相互權衡；

· 製造與裝配要求的最初設計；

· 提高在設計/開發過程中考慮潛在故障模式及其對系統和產品影響的可能性；

· 為制定全面、有效的設計試驗計劃和開發項目提供更多的信息；

· 建立一套改進設計和開發試驗的優先控制系統；

· 為將來分析研究現場情況、評價設計的更改以及開發更先進的設計提供參考。

過程FMEA是以生產工序為單位進行分析（對於工藝方法單一和集中的工藝模式，可以以工藝方法為單位先進行基礎分析，然後工序FMEA分析時進行調用。），一般在生產工裝準備之前、在過程可行性分析階段或之前開始，而且要考慮從單個零件到總成的所有製造過程。其評價與分析的對象是所有新的部件/過程、更改過的部件/過程及應用或環境有變化的原有部件/過程。PFMEA一般包括下述內容：

· 確定與產品相關的過程潛在故障模式；

· 評價故障對用戶的潛在影響；

· 確定潛在製造或裝配過程的故障起因，確定減少故障發生或找出故障條件的過程式控制制變數。

FMEA文件建立過程中的問題及原因分析

現在國內很多汽車生產企業都已經非常了解FMEA在產品開發過程中的作用，並且很多企業都身體力行，付諸實踐，但由於FMEA的一個集成性和系統性的工作，很多企業在應用時都流於形式，為了編製FMEA而編製FMEA。

在FMEA編製過程中，主要的問題為：

2.編製時機問題：無論是DFMEA還是PFMEA的編製，原則上都應在可行性分析階段開始進行編製。而實際上，現在各主機廠一般都是在數據階段，與產品設計或工藝設計同步進行FMEA編製。此時，由於數據設計本身的工作量非常大，很難將相關人員組織起來。而FMEA的編製是一個專家研討行為，這個過程本身是高投入、低產出的（耗費人力資源，又費時），會在很長一段時間內同時佔用大量的專家資源，而且好像沒有什麼直接性的效益，而很多項目在實施過程中，都存在時間緊，任務重的問題，很難在計劃中拿出一大段時間實施具體的FMEA編製工作。所以，在很多主機廠都不能充分實施；為了保證項目的其它工作的正常進行，實際上取消了FMEA的小組研討的工作。

2.小組組織問題：無法真正將FMEA涉及的人員組織起來，形成小組進行研討編製。通常的情況都是由產品工程師或工藝工程師直接完成FMEA的編製，然後發給相關人員進行意見徵詢。或者編製完成後，根本不徵詢相關人員的意見，直接將相關人員的名字寫到FMEA的小組名單中，然後直接發布。

這些問題產生的主要原因，實際上就是一點：對FMEA的理解，在於還是停留在對概念的理解上，沒有深入對FMEA形成深入的理解。

FMEA文件建立的關鍵控制方法和流程

下面，我們針對之前分析的FMEA文件建立過程中的問題，就從保證FMEA編製的充分性出發，談談FMEA的編製過程的控制。

首先，我們談談FMEA的編製時機和時段。由於FMEA是產品開發和過程開發的指導性文件，所以主要的編製時段是在產品的具體設計之前，比如在產品的概念設計階段和可行性分析階段開始。此時產品開發的主要成員，產品工程師和工藝工程師還沒有進行實質性的產品數據設計和工藝設計，有充分的時間進行FMEA的編製。同時，此時處於可行性分析階段，對產品數據和工藝過程的潛在失效模式的分析也正是可行性分析的一項重要內容。充分的FMEA分析，能充分保證產品的可行性。

其次，我們在談談FMEA小組開展的管理支持。FMEA的編製，首先是一個系統性的行為，其次才是技術行為，因此，FMEA的推行，實際上相當於一種管理變革。要改變相關人員的工作觀念、工作模式。所以，首先要做的是需要強大的管理支持。最高管理早必須充分支持這種模式，特別是從資源上給以充分支持。一般來說，FMEA的研討，需要調動包括從設計到銷售各個環節（包括產品設計、產品製造、質量管理、產品銷售、售後服務等等。）的專家人員，使他們從其它工作中解脫出來，能完全投入到FMEA工作中。只有這些人員充分的參與，才能保證FMEA內容論證的充分性。在實際操作時，由於各相關人員都有部門例行性工作，所以需要成立專門的項目組，使其從部門工作中脫離出來，保證有充分的時間參與FMEA的編製。如果條件不充分，不能實現相關人員完全從部門中脫離出來進入項目組，則可以採用視頻會議的形式，以保證參與人員的充分性。小組成立後剛剛開展工作初期非常重要，這個時期相當於確立工作模型樣板的過程。在這個過程中，管理者、質量體系審核專家都要參與，提供支持並對組織形式、研討深度等提出意見。這裡要著重強調一下，在沒有採用FMEA進行潛在失效模式分析之前，設計人員是潛在失效模式分析的主體，而在採用FMEA進行潛在失效模式分析之後，潛在失效模式分析的責任主體就變成了設計人員之外的相關研討方。因為無論哪種方法，設計人員都會從始至終關心可能的失效模式并力求在自己的設計方案中解決它。在成立了FMEA小組之後，設計人員初始關注的潛在失效模式還會與沒有採用FMEA工具時是一樣的。這時，相關研討方對潛在失效模式的豐富作用就非常大了，他們有責任和義務來提出影響自己所代表方面的潛在失效模式（還拿搶劫銀行舉例子，在成立小組討論搶劫銀行的可靠性時，劫匪之外的放哨人員、運輸人員等輔助人員對潛在風險的意見提供，相對於沒有成立小組討論而言，就變得主要了）。

再次，我們談談FMEA的分析的對象單元。對於DFMEA來說，其分析的對象是零件的設計，所以進行DFMEA分析時，應該以零件為單元進行分析；而對於PFMEA來說，其分析的對象是零件的製作過程，所以，此時，不宜以零件為單元進行分析，而應以工序為單元進行分析（當工序包含的工藝方法比較單一，可以以工藝方法為單元做一些基礎的PFMEA，然後再在工序FMEA分析時引用）。

最後，我們談談FMEA的完善與維護，由於FMEA是為產品開發服務的一種文件，一般一個項目有一個FMEA文件對應，所以，在產品開發結束，正式批產後，此項目的FMEA凍結，並應匯總至FMEA資料庫中，不需要專門完善。後續在進行新項目開發時，如果調用FMEA庫中文件發現FMEA的問題時，可在新項目的FMEA文件中進行完善；如果已批產產品中的部分結構進行工程更改，則可針對工程更改的部分單獨進行FMEA分析並補充FMEA資料庫；如果已批產產品的工藝進行變更，也可針對工藝變更的部分進行FMEA分析，並將相應補充到FMEA資料庫中。

通過對FMEA實際實施過程中的問題分析，我們可以歸納出，FMEA的編製流程如下：

D1-第一步驟：確定FMEA編製啟動時機，建立解決問題小組。

FMEA編製時機必須提前在具體數據設計和製造工程數據之前；在人員組成上，若問題無法獨立解決，通知你認為有關的人員組成團隊。

D2-第二步驟：描述問題

向團隊說明何時、何地、可能會發生什麼事、嚴重程度、目前狀態、如何緊急處理、以及展示照片和收集到的證物。細節描述越清楚，團隊解決問題將越快。

D3-第三步驟：執行暫時對策

若真正原因還未找到，暫時用什麼方法可以最快地防止問題？如全檢、篩選、將自動改為手動、庫存清查等。

D4-第四步驟：找出問題真正原因

找問題真正原因時，最好不要盲目地動手改變目前的生產狀態，先動動腦。您第一件事是要先觀察、分析、比較。列出您所知道的所有生產條件（即魚骨圖），逐一觀察，看看哪些條件變化會導致失效模式發生？夾具、作業員、供應商、運輸商、流程、尺寸、重量、電壓值、CPK、耐電壓等等不良的發生，總是有原因，資料分析常常可以看出蛛絲馬跡。這樣的分析，可以幫助您縮小範圍，越來越接近問題核心。當分析完成，列出您認為最有可能的幾項，再逐一動手作些調整改變，並且分析那一些改變可使品質回復正常及影響變異的程度，進而找到問題真正的原因。

再查找問題的真正原因時，要注意分清直接原因和根本原因。不要只停留在問題的表面原因和直接原因上，而要深入分析到問題的根本原因和起始原因。可以通過多問幾個「為什麼」找到根本原因。

D5-第五步驟：選擇永久對策

找到造成問題的主要原因後，即可開始擬出對策的方法。對策的方法也許有好幾種，例如修理或更新模具。試試對可能的選擇列出其優缺點，要花多少錢？多少人力？能持續多久？再對可能的方法作最佳的選擇，並且確認這樣的對策方法不會產生其它副作用。

D6-第六步驟：執行及驗證永久對策

當永久對策準備妥當，則可開始執行及停止暫時對策。並且對永久對策作一驗證，例如觀察不良率已由4000PPM降為300PPM，CPK由0.5升為1.8等，下游工段及客戶己能完全接受，不再產生問題。

D7-第七步驟：防止再發

對類似的其它生產，雖然尚未發生問題，也需作同步改善，防止再發，即我們說的」他石攻錯」。同時，這樣的失效，也應列入下一產品研發段的FMEA中予以驗證。

總結

FMEA管理是一個質量管理的升級，它將「持續改進」上升到「提前預防」。這要求相關人員要轉變思路，改變以往「出了問題再解決」為「在行動前先把所有風險規避掉」的模式。不僅如此，整個的開發流程、開發計劃也要為FMEA的編製提供充足的時段和有資質的人員，這樣才能保證FMEA編製的操作更加具有實際意義，並且保證FMEA的真正效果。