FMEA失效模式與效應分析1講 授 內 容A、入門班 頁次 一 產品風險與可靠度- 1 二 FMEA基本的概念- 5 三 設計FMEA表填寫說明- 20 四 製程FMEA表填寫說明- 41 五 FMEA實施步驟- 56B、實用班 六 FMEA精義與要項說明- 59 七 應用FMEA提升產品可靠度- 72 八 如何有效施行FMEA- 74 九 FMEA學員演練- 82 十 如何應用FMEA與control plan- 84 2一、產品風險與可靠度 Quality System 9000是美國汽車工業的品質管理系統，以持續改善為目 標，強調缺點預防，降低品質差異，減少生產線的浪費與廢棄物。 QS-9000訂定了美國三大汽車公司，福特，克萊斯勒，通用汽車公司， 以及卡車製造業者，和其他相關產業，的品質標準，作為內外服務、零 件、材料供應的要求規範。1、什麼是QS-9000？福特 Q -101 品質管理系統標準通用汽車 NAO Targets for Excellence克萊斯勒 供應商品質保證手冊3一、產品風險與可靠度 1. 面對市場開放與日本車的競爭壓力，美國福特汽車、克萊斯勒、與通用汽車等三大車廠共同主導制訂QS 9000品質系統，並結合美國品管學會（ASCQ）與車輛工程學會（SAE），開始研究如何將可靠度之失效預防觀念 工程技術導入車輛業。 善用現有之可靠度工程分析工具 (如FMEA、FTA 等) 作為前端工程作業，以提供開發產品過程中之工 程決策支援，並發展新的前端工程分析工具。 4一、產品風險與可靠度2. QS 9000 品質系統之各種作業程序與參考手冊，成為美國車輛工業共同之作業準則，並且有成為全世界車輛業共同規範之趨勢。3. 工程人員普遍缺乏整體系統開發觀念，前端工程分析作業無法連貫，分析工作變成多餘而無效的，造成許多在研發初期就應該做好預防的工作，卻要等到進入原型生產，才提出修改建議進行矯正如此不僅浪費時間，而且浪費金錢。4. 必須要有整體性之規劃，並且循序漸進地逐步改善企業之研發環境。5ISO 9000 品質系統客戶要求 QS 9000 + IASG 生產零件核准程序(PPAP) 客戶指定要求品質手冊 程序 作業指導書 其他文件客戶參考手冊 APQP再更進一步則會遭遇誰來分析 ？何時分析？分析結果有何用？如何進行？等等問題，這些問題主要都是因為在引進FMEA技術時，重點都放在如何填寫FMEA表格，而忽略了許多相關的觀念與配合。 64六、FMEA 精義與要項說明 FMEA技術主要係利用表格方式協助工程師進行工程分析，使其在工程設計早期發現潛在缺陷及其影響程度，及早謀求解決之道，以避免失效之發生或降低其發生時產生之影響。 在70年代，美國汽車工業受到國際間強大的競爭壓力，不得不努力導入國防與太空工業之可靠度工程技術，以提高產品品質與可靠度，FMEA即為當時所使用的工具之一。65六、FMEA 精義與要項說明 到80年代以後許多汽車公司開始發展內部之FMEA手冊，此時所發展之分析方法與美軍標準漸漸有所區別，最主要的差異在於引進半定量之評點方式評估失效模式之關鍵性，後來更將此分析法推廣應用於製程之潛在失效模式分析，從此針對分析對象之不同，將FMEA分成“設計FMEA“與“製程FMEA”，並開始要求零件供應商分析其零件之設計與製程。66六、FMEA 精義與要項說明 FMEA 要項FMEA與CA之各項定性分析加以定量評估之研究有很多，其研究 重點主要在於失效模式發生機率、失效效應嚴重度、失效難檢度之 評估、與整體之關鍵性評估。 1.1.失效模式之發生機率分析或評估針對每一個失效模式，分析其在 2. 產品壽命週期中發生之機率，分析方式通常有兩種方式，分別敘 3. 述如下： 4. (1) MIL-STD-1629A 利用MIL-HDBK-217的基本失效率()數據為 5. 主要失效率來源，並確定所有的失效率調整因子，如環境因子 6. 及品質等級因子，需要強大的資料庫才能分析。 67六、FMEA 精義與要項說明(2) SAE J-1739 在一般製造工業與汽車業常用的評估方式為 以評點的方式評估其發生機率，主要以定性的方式評估 其相對發生機率，亦可利用累積失效發生機率或製程能 力來輔助其評點，比上述方式較具彈性，應用也較廣。 除此之外，Joseph T. Pizzo9提出以機率設計分析評估 其發生機率，Henry Ohlef10 等提出以條件機率結合 Markov chain，可分析從零件到系統之失效發生機率， 這些構想都在於要更精確的評估失效發生機率，且可結 合設計分析，但也因此使問題更複雜，分析不易。 68六、FMEA 精義與要項說明2. 嚴重度評估根據每一個失效模式所可能產生之後果的影響程度，評估其嚴重 等級，評估的方式主要有兩種，分別敘述如下： (1) MIL-STD-1629A與IEC 812 評估失效效應對系統之影響，將嚴重度 分成致命失效(Catastrophic)、嚴重失效 (Critical)、主要失效 (Marginal)、次要失效(minor)四個等級。(2) SAE J-1739 在一般製造工業與汽車業常用的評估方式，主要是從安 全性、功能、顧客滿意度、環保等各方面分析，以評點的方式評估 其相對嚴重度。 在評點方式的基礎下，O. P. Gandhi11提出以圖論(graph theory)進 行系統分析，進而評估失效之嚴重程度，對於單純之評點做一修正，可使系統內各層次硬品之失效評點有合理的關係。 69六、FMEA 精義與要項說明3. 難檢度評估難檢度評估重點在於評估所使用的管制措施對於失效模 式偵測之困難度，也有人以偵測出之時機來評估，原本 只見於評點方式，Zigmund M. Bluvband6 針對MIL- STD-1629A之不足，提出QUALITY ASSURANCE TASK，主要即增加一篩選因子(SCREENING FACTOR ，)，則(1-)就相當於是難檢度，但目前MIL-STD- 1629A尚未採用。 70六、FMEA 精義與要項說明4. 關鍵性分析之發展關鍵性分析的目的為運用失效模式與效應分析結果以及 所有的資訊，根據嚴重性分類及其發生機率的綜合影響 ，將每一可能發生失效現象按順序排列，決定該物件的 關鍵程度。常見的關鍵性分析有兩種，一種是以 MIL STD -1629A為主的分析法，利用關鍵性矩陣進行分析； 另一種是以評點的方式，計算其關鍵性指數 (CRITICALITY INDEX)71六、FMEA 精義與要項說明(1) 關鍵性矩陣分析取零組件之失效率(P)、失效模式比()、所分析硬品在任務中的操作時間() 等三者相乘，即得到所分析失效模式之發生機率 進而可得到失效模式關鍵性值(Cm)為其中失效率可應用其他可靠度及維護度分析所使用的同樣的失效率資料，為失效效應機率。 72六、FMEA 精義與要項說明將失效模式與效應分析及關鍵性分析所獲得每一項失效模式之嚴重等級及失效機率按識別編碼描繪在關鍵性矩陣內，各個失效模式在關鍵性矩陣的相對位置即可判定可靠度關鍵失效模式，因此決定可靠度關鍵件，作為管制的重點對象。若是為評估硬品之關鍵性時，則其數值為物件關鍵性值(Cr)，其計算方式為取硬品各失效模式中相同之嚴重等級者，將其Cm值相加即可，假設所分析的硬品中同一嚴重等級的失效模式有n個，則其物件關鍵性值之計算式如下： 對於這種將不同嚴重等級之效應分開評估的方式，Ajay S. Agarwala12 指出其不合理，因為一個失效模式若對應多個不同嚴重等級之效應時，根據 MIL-STD-1629A的規定，將會分開評估，造成不合理現象。 73六、FMEA 精義與要項說明失效模式關鍵性值CmCm = t ：失效效應機率：失效模式比t ：任務時間物品關鍵性值CrCr = (Cm)i 74六、FMEA 精義與要項說明(2) 關鍵性指數分析關鍵性指數又稱為風險優先數(Risk Priority Number)，根據上述之失效模式發生機率、效應嚴重度、及難檢度計算每一失效模式之關鍵性指數，當使用評點技術時，關鍵性指數為這三項評點的乘積，根據此一指數可以決定所有失效模式的優先順序，依此可決定在製程上應加強管理的重點項目。一般而言，關鍵性指數越高，表示該失效模式越重要，例如某家公司以超過150點為必須消除之缺陷或問題，100至50點為必須加強管制的項目。75七、應用FMEA 提升產品可靠度提昇系統可靠度之作法（1）事前評估、元件子系統及系統可靠度之指標是否可達到顧客要求，在設計時考慮到完善之維修計劃，或許較純粹提昇系統可靠度之做法來得容易且經濟。（2）盡可能去除步可靠之元件：第一次使用之元件及開關在 Failing - open 狀態下之失效對系統可靠度之影響最大，系統設計者應考慮去除這些零件。（3）使用經可靠度測試認可之標準零組件：以電阻器為例經可靠度認可之產品雖然價格較貴，但若該元件影響系統可靠度，吾人不應考慮採用價格便宜之劣質貨。（4）考慮採取減額定（Derating）之概念：選用之零組件必須要能承受規定之應力水準。如系統之要求200伏特電壓，則採用能承受300伏特電壓之元件，使其強度(Strength)能遠操過所承受之應力(Stress)。76七、應用FMEA 提升產品可靠度（5）使用環境之控制：如前所述，一般產品使用之環境條件(如溫度、溼度、高度、衝擊力等)均有限制。因此，吾人對其使用環境亦須有所控制。（6）增加備用元件之考量（7）對可靠度及成本或重量限制等設計參數之間取捨作一權衡。（8）以預防維修(Preventive Maintenance)及矯正維修(Corrective Maintenance)兩種方式提昇系統之可維修度(Maintainability)並建立對不可靠零組件置換維修時間的保守估計：可維修度是指一個失效系統能在特定的停機(Downtime)期限內恢復運作之機率。此期限包含了行政作業、修理及後勤支援等時間。77八、如何有效實施 FMEA 1. 成立 FMEA 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。78八、如何有效實施 FMEA2. 宣導 FMEA 作業真義 為一逆向思考過程。 設計者必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 由下往上解析。 結