第六章 故障模式影响和危害性分析

第六章 故障模式影响和危害性分析（FMECA ）第一节 概述1.1 基本定义：故障模式影响和危害性分析（Failure Mode,Effects and Criticality Analysis ，简记为FMECA ）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。

是一种系统化的故障预想技术，它是运用归纳的方法系统地分析产品设计可能存在的每一种故障模式及其产生的后果和危害的程度。

通过全面分析找出设计薄弱环节，实施重点改进和控制。

故障模式影响和危害性分析 （Failure Mode ，Effects and Criticality Analysis ，简记为FMECA ）是故障模式影响分析（FMEA ）和危害性分析 （Criticality Analysis-CA ）的组合分析方法。

在本文中，除了特别指定，将 FMEA 和 FMECA 统称为“FMEA”。

故障模式影响分析包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析分析。

FMEA 的实施一般通过填写FMEA 表格进行。

为了划分不同故障模式产生的最终影响的严重程度，在进行故障影响分析之前，一般对最终越南故乡的后果等级进行预定义，最终影响的严重程度等级又成为严酷度（指故障模式所产生火锅的严重程度）类别。

Failure Mode Effect Analysis危害性分析（CA）的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所发生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响。

CA是FMEA的补充或扩展，只有在进行FMEA的基础上才能进行CA。

CA常用的方法有两种，即风险优先数（Risk Priority Number，PRN）法和危害矩阵法，前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等军用领域[4]。

1.2. 发展历史FMECA 之前身为FMEA(Failure Mode and Effects Analysis, FMEA)，FMEA 作为一种可靠性分析方法起源于美国。

早在 5 0 年代初，美国格鲁门飞机公司在研制飞机主操纵系统时就采用FMEA 方法，应用于飞机主操纵系统的失效分析，取得了良好的效果。

1957 年波音(Boeing)与马丁(Martin Marietta)公司在其工程手册中正式列出FMEA 之作业程序。

到了60 年代后期和70 年代初期，FMEA方法开始广泛地应用于航空、航天、舰船、兵器等军用系统的研制中，并逐渐渗透到机械、汽车、医疗设备等民用工业领域，取得显著的效果。

60 年代初期，美国航空太空总署(NASA)将FMECA 技术成功地应用于太空计划，同时美国军方也开始应用FMECA 技术，并于1974 年出版军用标准MIL-STD-1629 规定FMECA 作业程序，1980 年将此一标准修订改版为MIL-STD-1629A，延用至今，目前此一标准仍为全世界重要之FMECA 参考标准之一。

1976年，美国国防部确定FMEA所有武器采购的必要活动。

七十年代后期，美国汽车工业采用FMEA作为风险评估工具。

到80 年代以后许多汽车公司开始发展内部之FMECA 手册，此时所发展之分析方法与美军标准渐渐有所区别，最主要的差异在于引进半定量之评点方式评估失效模式之关键性，后来更将此分析法推广应用于制程之潜在问题模式分析，因此针对分析对象之不同，将FMECA 分成「设计FMECA」与「制程FMECA」，并开始要求供货商其所供应的零件进行设计与制程FMECA，视为对供货商的重点考成项目。

在各个汽车厂都要求其零件供货商按照其规定之表格与程序进行FMECA 的情况下，由于各公司的规定不同，造成零件供货商额外的负担与困扰，为改善此一现象，福特(Ford)、克赖斯勒(Chrysler)、与通用汽车(General Motor)等三家公司在美国品管学会(ASQC)与汽车工业行动组(AIAG)的赞助下，整合各汽车公司之规定与表格，在1993 年完成「潜在失效模式与效应分析(FMEA)参考手册」，确立了FMECA 在汽车工业的必要性，并统一其分析程序与表格。

1985 年由国际电工委员会(International Electronical Commission, IEC)所出版之FMECA 国际标准「IEC 812」即是参考美军标准MIL-STD-1629A 加以部份修改而成之FMEA 作业程序。

1991年，ISO9000 推荐采用FMEA；1994年，QS9000 强制采用FMEA，将FMECA 视为重要的设计管制与安全分析方法。

国内在80 年代初期，随着可靠性技术在工程中的应用，FMECA 的概念和方法也逐渐被接受。

目前在航空、航天、兵器、舰船、电子、机械、汽车、家用电器等工业领域，FMEA 方法均获得了一定程度的普及，为保证产品的可靠性发挥了重要作用。

可以说该方法经过长时间的发展与完善，已获得了广泛的应用与认可，成为在系统的研制中必须完成的一项可靠性分析工作。

1.3.FMECA 的种类FMECA主要包括设计FMECA（D－FMECA）、过程FMEA（P－FMECA）和系统FMECA。

1.3.1 设计FMECA设计失效模式、效应与危害性分析(design FMECA)是属于在概念定义到设计定型整个研究发展过程中的一项实质的设计机能，为求达到其效益，设计FMECA 必须配合设计发展之程序反复进行。

在执行FMECA 所须投入的努力程度与选用方法的复杂程度应视个别计划的特性与需求而定，所以需要对个别计划加以裁适(Tailoring)，无论复杂的程度如何，裁适的原则为必须使设计FMECA 对于计划之决策有所帮助。

在考虑设计发展方式的可行性与完整性时，对于计划的决策者而言，适当地执行FMECA 其价值难以估计！FMECA 做为设计工具以及在决策过程中的有效性决定于设计初期对于问题的信息是否有效地传达沟通，或许FMECA 给人最大的批评在于其对设计之改进效益有限，其最主要原因为执行的时机不对，以及单独作业，在设计过程中没有适当的输入FMECA 信息，掌握时机或许是执行FMECA 是否有效的最重要因素。

FMECA 的目的为发现在系统设计中的疑点与盲点，确认所有失效模式，其第一要务为及早确认系统设计中所有的致命性(catastrophic)与关键性(critical)失效发生的原因与可能性，以便尽早提出工程变更(engineering change)作业修改设计，将之消除或使其发生机率降至最低。

所以应该在获得初步设计数据后尽早开始进行系统高层次之FMECA 作业，当获得更多资料后，再将分析的工作扩展到低组合层次硬品。

1.3.2 过程FMECA将FMECA 技术应用于制造/组装过程之分析称为「过程FMECA」(process FMECA)，一般称之为「制程FMECA」。

过程FMECA 乃是在规划设计制造程序时，利用FMECA 技术分析制程中每一步骤可能的潜在失效模式及其影响程度，并找出每一失效模式的发生原因与发生机率，寻求各种可能的方法以避免失效模式发生或降低其发生率，减低其影响程度，或提高制程不良之检出能力，以便在正式进入生产前就能改善其制造／组装程序，使制造不良品的机会降低，并提升制造质量。

1.3.3系统FMECA系统FMEA是D-FMEA和P-FMEA的进一步发展，是批量投产前的质量保证；是一种重要的支持跨部门合作的管理方法。

揭示了在项目的所有关键部位按项目进度如何通过经验、计算、试验和检验降低已有的风险或将来的风险，结构化的记录可以被后续活动所使用。

1.4. FMECA的目的FMECA的目的是通过FMECA可以找出设计中的缺陷和可靠性薄弱环节，特别是故障率高的单点故障，采取补救或改进措施。

例如某一元件故障率较高且失效将导致严重后果，就可以采取冗余技术、进一步降额、改用可靠性等级更高的元器件或修改设计等措施（包括设计、工艺和管理），以消除或减少故障发生的可能性，提高产品的可靠性。

这是预防为主的设计思想的一种，及早发现问题及早解决。

主要目的如下：1）提高产品的功能保证和可靠性；2）降低担保费用与折扣费用；3）缩短开发过程；4）减少批量投产时的问题；5）提高准时供货信誉；6）实现更经济的生产；7）改进服务8）改善内部信息流。

，1.5. FMEA的作用保证有组织的、系统的、全面的查明产品的一切可能的故障模式及其影响，对它们采取适当的补救措施，或确定其风险已低于可以承受的水平。

找出产品的“单点故障”。

如果单点故障出现的概率不是极低的话，则应在设计、工艺、管理等方面采取切实有效的措施。

为制定关键项目清单或关键项目可靠性控制计划提供依据。

为可靠性建模、设计、评定提供依据。

揭示安全性设计的薄弱环节，为安全性设计提供依据。

为元器件、材料、工艺的选用提供信息。

为确定需要重点控制质量及生产工艺（包括采购、检验）的薄弱环节提供信息。

为可测性设计、单元测试系统设计、维修保障设计、编写维修指南提供信息。

为冗余设计、故障诊断、隔离及结构重组等提供信息。

为及早发现设计、工艺缺陷，以便提出改进措施。

为同类产品的设计提供帮助信息。

作为产品符合可靠性设计指标的一种反复、叠代的设计手段。

1.6. FMEA 的工作程序①确定被分析产品的特性；②确定分析的最低约定层次；层次的划分应注意以下几点：层次划分是以物理层次划分而不是以逻辑层次划分；最低约定层次的确定取决于对产品进行FMEA的总体要求和产品的实际情况。

③建立功能框图。

建立各模块的功能框图，并对各方框的功能给予标记代码，以便进行分析。

④建立可靠性框图。

根据功能框图建立相应的可靠性框图，以便进行故障影响分析。

⑤确定分析方法。

FMEA有两种基本方法，功能法和硬件法。

⑥填写FMEA表格。

⑦编写FMEA报告。

⑧故障原因。

鉴定并说明与所假设的故障模式有关的可能故障原因。

⑨故障影响。

每个假设的故障模式对产品使用、功能或状态所导致的后果。

⑩故障检测方法。

操作人员或维修人员用来检测故障模式发生的方法。

补偿措施。

对故障模式的相对重要性予以排队，对于相对重要的故障模式要采取消除或减轻其不良影响的预防补救措施。

编写FMEA报告。

一般在执行FMECA 时，大都以填写FMECA 表格作为工作重点，而忽略了其它应配合的工作项目。

实际上，若要使FMECA 确实发挥其效用，除了分析表格中之填写项目外，先期规划与分析结果之应用也应加以重视，再配合【失效报告、分析与改正作业体系】，更可使其效益大增，以制程FMECA 为例，主要包括先期规划、分析、与结果应用等三者较完整之流程，以及与其它相关配合工作之关系。