内容发布更新时间 : 2024/11/17 7:39:28星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

FMEA管理模式(Failure Mode and Effect Analysis,失效模式及效应分析)

什么是FMEA?

FMEA(Failure Mode and Effect Analysis,失效模式和效果分析)是一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法。

具体来说，通过实行FMEA，可在产品设计或生产工艺真正实现之前发现产品的弱点，可在原形样机阶段或在大批量生产之前确定产品缺陷。

FMEA最早是由美国国家宇航局(NASA)形成的一套分析模式，FMEA是一种实用的解決问题的方法，可适用于许多工程领域，目前世界许多汽车生产商和电子制造服务商(EMS)都已经采用这种模式进行设计和生产过程的管理和监控。

FMEA的具体内容 FMEA有三种类型，分別是系统FMEA、设计FMEA和工艺FMEA， 1)确定产品需要涉及的技术、能够出现的问题，包括下述各个方面： 需要设计的新系统、产品和工艺； 对现有设计和工艺的改进；

在新的应用中或新的环境下，对以前的设计和工艺的保留使用；

形成FMEA团队。理想的FMEA团队应包括设计、生产、组装、质量控制、可靠性、服务、采购、测试 以及供货方等所有有关方面的代表。

2)记录FMEA的序号、日期和更改内容，保持FMEA始终是一个根据实际情況变化的实时现场记录，需要强调的是，FMEA文件必须包括创建和更新的日期。

3) 创建工艺流程图。

工艺流程图应按照事件的顺序和技术流程的要求而制定，实施FMEA需要工艺流程图，一般情況下工艺流程图不要轻易变动。

4)列出所有可能的失效模式、效果和原因、以及对于每一项操作的工艺控制手段： 对于工艺流程中的每一项工艺，应确定可能发生的失效模式.如就表面贴装工艺(SMT)而言，涉及的问题可能包括，基于工程经验的焊球控制、焊膏控制、使用的阻焊剂 (soldermask)类型、元器件的焊盤图形设计等。

对于每一种失效模式，应列出一种或多种可能的失效影响，例如，焊球可能要影响到产品长期的可靠性，因此在可能的影响方面应该注明。

对于每一种失效模式，应列出一种或多种可能的失效原因.例如，影响焊球的可能因素包括焊盤图形设计、焊膏湿度过大以及焊膏量控制等。

现有的工艺控制手段是基于目前使用的检测失效模式的方法，来避免一些根本的原因。例如，现有的焊球工艺控制手段可能是自动光学检测(AOI)，或者对焊膏记录良好的控制过程。

5)对事件发生的频率、严重程度和检测等级进行排序：

严重程度是评估可能的失效模式对于产品的影响，10为最严重，1为没有影响； 事件发生的频率要记录特定的失效原因和机理多长时间发生一次以及发生的几率。 如果为10，则表示几乎肯定要发生，工艺能力为0.33或者ppm大于10000。

检测等级是评估所提出的工艺控制检测失效模式的几率，列为10表示不能检测，1表示已经通过目前工艺控制的缺陷检测。

计算风险优先数RPN(riskprioritynumber)。

RPN是事件发生的频率、严重程度和检测等级三者乘积，用来衡量可能的工艺缺陷，以便采取可能的预防措施减少关键的工艺变化，使工艺更加可靠。对于工艺的矫正首先应集中在那些最受关注和风险程度最高的环节。

RPN最坏的情況是1000，最好的情況是1，确定从何处着手的最好方式是利用RPN的pareto图，筛选那些累积等级远低于80%的项目。

推荐出负责的方案以及完成日期，这些推荐方案的最终目的是降低一个或多个等级。对一些严重问题要时常考虑拯救方案，如:

?一个产品的失效模式影响具有风险等级9或10； ?一个产品失效模式/原因事件发生以及严重程度很高； ?一个产品具有很高的RPN值等等。

?在所有的拯救措施确和实施后，允许有一个稳定时期，然后还应该对修订的事件发生的频率、严重程度和检测等级进行重新考虑和排序。

FMEA的应用 FMEA实际上意味着是事件发生之前的行为，并非事后补救。因此要想取得最佳的效果，应该在工艺失效模式在产品中出现之前完成。产品开发的5个阶段包括：计划和界定、设计和开发、工艺设计、预生产、大批量生产。

作为一家主要的EMS提供商，Flextronics International已经在生产工艺计划和控制中使用了FMEA管理，在产品的早期引入FMEA管理对于生产高质量的产品，记录并不断改善工艺非常关键。对于该公司多数客户，在完全确定设计和生产工艺后，产品即被转移到生产中心，这其中所使用的即是FMEA管理模式。

手持产品FMEA分析案例

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：

1．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。

2．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。工艺工程师将目前所有的控制点包括在初始的MPI中，如模板设计研究、确定模板清洁、视觉检查的频率以及焊膏控制等。

3. 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。

4. 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。对于表面贴装工艺，首要的两个缺陷是焊球缺陷和tombstone缺陷，可将下面的解決方案推荐给工艺工程师：

对于焊球缺陷，检查模板设计(stencildesign)，检查回流轮廓(reflow profile)和回流预防性维护(PM)记录；

检查屏幕印制精度以及拾取和放置(pick-and-place)机器的布局(placement)精度.

对于墓石(tombstone)缺陷，检查屏幕印制精度以及拾取和放置(pick-and-place)机器的布局(placement)精度；

检查回流方向；研究终端(termination)受污染的可能性。

工艺工程师的研究报告表明，回流温度的急速上升是焊球缺陷的主要原因，终端(termination)受污染是墓石(tombstone)缺陷的可能原因，因此为下一个设计有效性验证测试结构建立了一个设计实验(DOE)，设计实验表明一个供应商的元器件出现墓石(tombstone)缺陷的可能性较大，因此对供应商发出进一步调查的矫正要求。

5. 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，主要解決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。

运用FMEA的意义

使用FMEA管理模式在早期确定项目中的风险，可以帮助电子设备制造商提高生产能力和效率，缩短产品的面市时间。此外通过这种模式也可使各类专家对生产工艺从各个角度

进行检测，从而对生产过程进行改进。所推荐的方案应该是正确的矫正，产生的效益相当可观。为了避免缺陷的产生，需要对工艺和设计进行更改。使用统计学的方法对生产工艺进行研究，并不断反馈给合适的人员，确保工艺的不断改进并避免缺陷产生。

DFMEA(Design Failure Mode and Effects Analysis,设计失效模式及后果分析)

什么是DFMEA

DFMEA是指设计阶段的潜在失效模式分析,是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段,是如何在设计研发阶段保证产品在正式生产过程中交付客户过程中如何满足产品质量的一种控制工具。因为同类型产品的相似性的特点，所以的DFMEA阶段经常后借鉴以前量产过或正在生产中的产品相关设计上的优缺点评估后再针对新产品进行的改进与改善。

DFMEA基本原则 DFMEA是在最初生产阶段之前,确定潜在的或已知的故障模式,并提供进一步纠正措施的一种规范化分析方法；通常是通过部件、子系统/部件、系统/组件等一系列步骤来完成的。最初生产阶段是明确为用户生产产品或提供服务的阶段,该阶段的定义非常重要,在该阶段开始之前对设计的修改和更正都不会引起严重的后果,而之后对设计的任何变更都可能造成产品成本的大幅提高。

DFMEA应当由一个以设计责任工程师为组长的跨职能小组来进行,这个小组的成员不仅应当包括可能对设计产生影响的各个部门的代表,还要包括外部顾客或内部顾客在内。

DFMEA的过程包括产品功能及质量分析、分析故障模式、故障原因分析、确定改进项目、制定纠正措施以及持续改进等6个阶段。

DFMEA与PFMEA的关系

DFMEA是指设计阶段的潜在失效模式分析,是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段,是如何在设计研发阶段保证产品在正式生产过程中交付客户过程中如何满足产品质量的一种控制工具。因为同类型产品的相似性的特点，所以DFMEA阶段经常会借鉴以前量产过或正在生产中的产品相关设计上的优缺点评估后再针对新产品进行的改进与改善。

PFMEA如果在DFMEA阶段做的比较好的话那么在PFMEA阶段将不会出现影响较大的品质问题，但必竟是新产品往往都会出现自身特有的问题点，而这些问题也通常都是要经过长时间的量产或者是交付给客户后才发生或发现的品质问题，这就要通过PFMEA加以分析保证。

两者最终的目的都是一样的都追求产品质量的稳定及良品最大化，同时也为大量生产提供可行性的保证。

形式和格式(Forms and Formats)

?用户可能有他们所要求的特定格式或形式。如果是这样，你只有征得他们的书面同意，才能采用其种格式。

?这是产品设计小组采用的一种分析方法，用于识別设计中固有的潜在失效模式，并确定所应采取的纠正措施。 ?正式程式 ?着眼于客户

?尽可能利用工程判断和详实的数据

我们应在何时进行设计失效模式及后果分析？

?当还有时间修改设计时！

?事后补作设计失效模式及后果分析只能当作一个练习而已

?设计失效模式及后果分析是产品质量先期策划和控制计划(APQP)中“产品设计和开发”阶段的产物

?在分析了客户要求和形成初始概念之后进行

?在过程失效模式及后果分析(PFMEA)之前，通常与可制造性设计(DFM)一道进行。 ?应成为概念开发的一个组成部分 ?是一个动态文件

从一种战略观点出发...

在下列情形下，进行设计失效模式及后果分析DFMEA(或至少评审过去做过的DFMEA) ：

?是一种新的设计

?在原设计基础上修改 ?应用条件或环境发生变化 从一种战略观点出发... ?客户的要求或期望改变

?竞争环境、业务环境或法律环境发生变化

?你公司负有设计责任，且PPAP(生产件批准程式) 的一些条件适用 ?实际发生失效

由谁进行设计失效模式及后果分析？

?由对设计具有影响的各部门代表组成的跨部门小组进行，供应商也可以参加，切不要忘记客户

?小组组长应是负责设计的工程师 跨职能部门小组 ?5-9人，来自： （1）系统工程

（2）零部件设计工程 （3）试验室 （4）材料工程 （5）工艺过程工程 （6）装备设计 （7）制造 （8）质量管理 （9）怎样进行设计

失效模式及后果分析？

提要

?组建跨职能部门设计失效模式及后果分析DFMEA小组 ?列出失效模式、后果和原因 ?评估

（1）the severity of the effect (S) 影响的严重程度

（2）the likelihood of the occurrence (O) 可能发生的机会

and the ability of design controls to detect failure modes and/or their causes (D) 探测出失效模式和/或其原因的设计控制能力

怎样进行设计失效模式及后果分析？

提要

?Calculate the risk priority number (RPN) to prioritize corrective actions 计算风险优先指数(RPN)以确定应优先采取的改进措施

怎样进行设计失效模式及后果分析？

提要

?Plan corrective actions 制订纠正行动计划

?Perform corrective actions to improve the product 采取纠正行动，提高产品质量 ?Recalculate RPN 重新计算风险优先指数(RPN)

怎样进行设计失效模式及后果分析？

提要

?先在草稿纸上进行分析；当小组达成一致意见后，再将有关信息填在设计失效模式及后果分析FMEA表上

（1）use fishbone and tree diagrams liberally 充分利用鱼骨图和树形图

（2）trying to use the FMEA form as a worksheet leads to confusion and messed-up FMEAs 若将FMEA表当做工作单使用，就会造成混乱，使FMEA一塌糊涂 建议

1. 组建一个小组并制订行动计划

?绝不能由个人单独进行设计失效模式及后果分析，因为： （1）由个人进行会使结果出现偏差

（2）进行任何活动，都需要得到其他部门的支持

?应指定一个人(如组长)保管设计失效模式及后果分析FMEA表格

（1）应将小组成员的姓名和部门填入设计失效模式及后果分析FMEA表格 2. 绘制产品功能结构图 ?一种图示方法，其中包括：

（1）用块表示的各种组件(或特性)

（2）用直线表示的各组件之间的相互关系 （3）适当的详细程度 ?结构图

3. 列出每个组件的功能 ?功能系指该组件所起的作用 ?以下列形式说明功能：

Verb + Object + Qualifier 动词+宾语+修饰词 ?例如：

（1）insulates core 使型芯绝缘

（2）assures terminal position in connector 确保端子与接头连接到位 （3）protects tang from smashing, etc. 防止柄脚被压碎，等

?Don't forget auxiliary functions as well a primary functions 不要忘记基本功能和辅助功能 ?Often, components work together to perform a function 通常，多个组件一起行使某一功能

?Hint: Use the Block Diagram! 提示：利用结构图！ 4. 列出质量要求

?a customer want or desire 客户的期望或要求

?could seriously affect customer perception 有可能严重影响客户的看法 ?could lead to a customer complaint 有可能导致客户投诉 ?Hint: Use QFD 提示：使用质量功能展开 5. 列出潜在的失效模式

?a defect, flaw, or other unsatisfactory condition in the product that is caused by a design weakness 由设计缺陷造成的产品缺陷、瑕疵或其它令人不满意的情況 ?典型的失效模式

- breaks - cracks 破碎 断裂

- corrodes - sticks 腐蚀 粘结

- unseats - deforms/melts 未到位 变形/熔化 提示

?从前两个步骤做起： 功能 质量要求

?AIAG将失效模式定义为产品不能实现其设计意图的一种方式。本教材所列第5个步骤中的提示通过列举功能和质量要求，扼要阐述了设计意图。注明“无功能”的中间步骤则是指设计意图无法实现。

?用你自己的话，对下列情況举例说明： failure = no function 失效=无功能

failure = not enough function 失效=功能不强