FMEA 失效模式與效應分析

FMEA失效模式與效應分析

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----------------------------------------------- 56 B、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

一、產品風險與可靠度 1、什麼是QS-9000？ 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。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

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。

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。

QS 9000 品質系統要求 ISO 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&CP FMEA MSA SPC

二、FMEA 的基本概念 ”早知道 ……… 就不會 ”  早知道作好防震設計就不會造成大樓倒塌  早知道改進電力輸配設計就不會造成全台大停電  早知道不濫墾濫伐就不會造成土石流  早知道作好橋樑維護就不會造成高屏大橋倒塌有些早知道是必需的!有些就不會是不允許發生的  核能電廠、水庫、衛星、飛機……. 有效運用FMEA可減少事後追悔

二、FMEA 的基本概念 ”我先 …… 所以沒有 ”  我先看了氣象預報所以沒有淋成落湯雞  我先評估金融大樓高度所以沒有影響飛安  我先設計電腦防火牆所以沒有被駭客入侵有些我先是必需的!有些所以沒有是預期可避免的  核能電廠、水庫、衛星、飛機……. 有效運用 FMEA可強化事先預防

二、FMEA 的基本概念 1.對產品設計與製程進行失效分析，找出元 / 組件的失效模式，鑑定出它的失效原因，並評估該項失效模式對系統會產生什麼影響。 2.找出元 / 組件或系統的潛在弱點，提供設計、製造、品保等單位採取可行之對策，及早進行設計與製程研改，強化產品品質。 3.書面描述上述分析過程，確保產品品質符合顧客需求。

二、FMEA 的基本概念 1. 及時性是成功實施FMEA的最重要因素之一。 2. 它是“事前的預防”而不是“事後的追悔”。 3. 事先花時間進行FMEA分析，能夠容易且低成本地對產品設計或製程進行修改，從而減輕事後修改的危機。 4. FMEA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。

二、FMEA 的基本概念 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。 FMEA 內容 1.失效模式分析(failure mode analysis)  FM • 由下而上分析，即由元件、組件至系統，確定在系統內不同結 • 構層或功能層次的失效模式。 2.失效效應分析(failure effect analysis)  EA • 對每一個失效模式，確定其失效對其上一層模組及最終系統的失 • 效影響，了解其組件介面失效關聯性，做為改進行動的依據。 3.關鍵性分析(critical analysis)  CA • 對每一個失效模式，依其嚴重等級和發生機率綜合評估並予 • 以分類，以便確定預防或改正措施的內容和優先順序。

二、FMEA 的基本概念 失效的定義根據Collins (1981) 的定義「失效為一件裝備，裝備的組件或一件結構發任何形狀、尺度或材料性質的變化，造成這些物品處於無法充分地執行其特定的功能的狀態。」 • 規格：對於系統或裝備的性能或功能範圍， • 必須驗証時可以量測。 • GO / NO GO 計數型：較易研判 • 計量型：功能與規格界限不易確定

二、FMEA 的基本概念 物品直接表現失效的形式如下： 1. 實體破壞：硬式失效 2. 操作功能中止 3. 功能退化 4. 功能不穩定軟式失效 • 2 ~ 4 項物品機能因老化 ( Aging )、退化( Degradation ) 或不穩定(Unstable)而不能滿足原設定的要求標準，所以失效現象及研判準則必須量化。

二、FMEA 的基本概念  將失效依照其應用的目的或特性加以分類： 1.依失效發生原因分類 2.依失效發生時間情況分類 • 先天性弱點的失效 • 誤用失效 • 突發性失效 • 漸次性失效 3.依失效範圍程度分類 4.依失效根源分類 • 局部性失效 • 全面性失效 • 老化、組件、環境、人員

二、FMEA 的基本概念 有否見過PPTC 極端失效狀況列出PPTC之失效定義 (功能、外觀、尺寸) 列出下列系統對PPTC 之特殊功能需求車用连接器通訊電腦

二、FMEA 的基本概念 Poor wetting Poor coplanarity Connector failure mode Open circuit Over gap

二、FMEA 的基本概念  FMEA 之演變 1. FMECA之前身為FMEA ,係在1950由格魯曼飛機提出, 用在飛機主控系統的失效分析。 2.波音與馬丁公司在1957年正式編訂FMEA的作業程序,列在其工程手冊中。 3.60年代初期,美太空總署將FMECA成功的應用於太空計畫。美軍同時也開始應用FMECA技術,並於1974年出版MIL-STD -1629 FMECA作業程序。 4.1980修改為MIL-STD-1629A,延用至今。 5.1985 由國際電工委員會 ( IEC ) 出版之 FMECA 國際標準( IEC 812 ) , 即參考MIL-STD-1629A加以部份修改而成。

二、FMEA 的基本概念  國際間採用 FMEA 之狀況 1. ISO 9004 8.5節FMEA作為設計審查之要項，另FTA、EN 1441風險分析亦是。 2. CE標誌，以FMEA作為安全分析方法。 3. ISO 14000 ，以FMEA作為重大環境影響面分析與改進方法。 4. QS 9000以FMEA作為設計與製程失效分析方法。

二、FMEA 的基本概念 典型車輛工業開發三步驟 APQP Timeline 過程流程圖 (包含所有流程) 過程/流程管制計畫 (所有主要流程) 製程FMEA關鍵特性與失效影響議題 (在所有流程) 由APQP程序啟動過程過程管制計畫有些要素可能含在關鍵特性與特性管制議題設計FMEA (包含所有流程)

二、FMEA 的基本概念 車輛文件發展發展過程流程清單檢查顧客需求將流程清單主要的流程填入FMEA 仔細考量什麼是主要的過程使用RPN指標及相關資訊決定關鍵特性運用FMEA思索每一個過程的要素仔細考量每一階段之管制計畫 prototype pre-launch production 對關鍵特性發展合適的管制機制針對關鍵特性發展管制計畫

二、FMEA 的基本概念  FMEA 之功用階段功用 1.設計階段1.發掘所有可能之失效模式 2.依固有的技術進行設計變更 3.必要之處，採用可靠性高之零組件 2.開發階段 1.明確把握失效原因，並實施適當的改善 2.零件安全之寬放確認 3.壽命、性能、強度等之確認 3.製造階段1.活用工程設計，進而改善製程上之弱點 2.利用FMEA之過程製定必要之製程標準 4.客戶抱怨階段1.不同環境產生之失效，以FMEA克服 2.不同使用法產生之失效，以FMEA克服

二、FMEA 的基本概念  FMEA 之特徵 1.是一項以失效為討論重點的支援性與輔助性的可靠度技術。 2.用表格方式進行工程分析,使產品在設計與製程規劃時,早期發現缺陷及影響程度以便及早提出解決之道。 3.是一種系統化之工程設計輔助工具。 4.QS 9000 FMEA因分析對象不同分成 “設計 FMEA ” 及 “製程 FMEA” ，而 MIL- STD -1629A因分析項目缺少現行管制方法故適合設計時使用。 5.FMEA為歸納法之應用，根據零組件的失效資料,由下而上推斷系統的失效模式及其效應，是一種向前推演的方法。

二、FMEA 的基本概念  QS 9000 設計/製程 FMEA 表

二、FMEA 的基本概念  MLD-STD-1629A FMECA

三、設計 FMEA 填寫說明 • 通常於藍圖完成時開始實施 (1) FMEA 編號 : 填入 FMEA 文件編號,以便可以追蹤使用。 (2) 系統、子系統及零組件: 指示合適的分析等級,並填入系統、子系統或零組件名稱和編號。 (3) 設計責任者: 填入OEM、部門和小組,也包括供應廠商名稱。 (4) 準備者: 填入準備 FMEA 責任工程師的姓名、電話號碼、公司。 (5) 車型/年份 : 填入想要分析/製造的車型年份。 (6) 生效日期 : 最初 FMEA 發佈日期,不能超過開始計畫生產的日期。 (7) FMEA日期: 填入 FMEA 最初制定日期,和最新被修訂日期。 (8) 核心小組: 列出有權限參與或執行這項工作的負責個人和單位。 (建議將所有小組成員名字、單位、電話號碼、地址等另行列表)

三、設計 FMEA 填寫說明 (9) 項目/功能填入要被分析的名稱和編號，利用專用名詞和工程圖面上顯示的設計等級。於首次正式發行之前，可以使用實驗時使用的編號。儘可能簡潔地,填入被分析項目的功能使之符合設計意圖。包括這個系統作業相關環境的資訊 (如:定溫度、壓力、濕度範圍) 。如果項目包含一個以上有不同潛在失效模式功能時，則列出所有個別功能。 1. 設計內容 : 列出清單(確認何項設計是期望的，何項設計是不想要的) 2. 顧客需要 : 可被規範及被量測所需的工具 QFD、顧客面談、可靠度需求比較分析、產品品質資訊製程需求 3. 產品需求 : 4. 製造組裝的需求

三、設計 FMEA 填寫說明 運用QFD將PPTC系統機能展開並列出PPTC功能方塊圖系統車身次系統門窗內裝外裝組件門內板玻璃窗密封條門閂

三、設計 FMEA 填寫說明 • (10) 潛在失效模式 • 是零件、子系統或系統，於符合設計意圖過程中可能失效的種類。 • 潛在失效模式也可能是較高階子系統或系統之失效原因，或較低階零組件 • 的失效效應。 • 列出特別項目和功能的每一潛在失效模式。 • 假設失效是將發生的，但不是必須發生的。 • 潛在失效模式僅可能發生於某些操作條件下 ( 如:熱、冷、乾、多灰塵的 • 條件 ) 和在某些使用條件下( 如:行駛哩數在平均數以上、粗糙不平的地形 • 、僅在市區行駛) 。 • 一般的失效模式包含下列各項,但不限於此:破碎的、變形、鬆弛、洩漏、 • 黏著、短路、生銹氧化、龜裂。

三、設計 FMEA 填寫說明 • 由下列方向思考PPTC之失效模式 • 1. 不符合功能規格時之產品現象 • 2. 使用者(系統)之環境 • 3. 不當之使用方式(worst case) • Contact’s plating and soldering • Contact’s retention force • Connector continuity • Connector coplanarity • Others

三、設計 FMEA 填寫說明 (11)潛在失效效應為被客戶查覺在功能特性上失效模式的效應。也就是:失效模式一旦發生時，對系統或設備以及操作使用的人員所造成的影響。一般在討論失效效應時，先檢討失效發生時對於局部所產生的影響，然後循產品的組合架構層次，逐層分析一直到最高層級人員、裝備所可能造成的影響。例如:由於某個間歇性的系統作業造成某個零件的破碎，可能造成於組合過程的震動。這個間歇性系統作業降低了系統功效，最終引起客戶不滿意。　　常見的失效效應包括:噪音、漏氣、操作費力、電動窗不作用、煞車不靈、跳動、亂檔、冷卻不夠、車輛性能退化、產生臭氣、外觀不良…等。

三、設計 FMEA 填寫說明 PPTC失效時對连接器、電腦、通訊及車輛等系統有何影響

三、設計 FMEA 填寫說明 (12) 嚴重度(S) 失效模式一旦發生時，對系統或設備以及操作使用的人員所造成的嚴重程度的評估指標。嚴重度僅適用於結果，要減少失效的嚴重度等級數字，別無他法，只能透過修改設計才能達成。

三、設計 FMEA 填寫說明 (12)嚴重度(S) 影響標準:影響的嚴重性等級危險發生無預警影響操作的安全性/或不符合政府法規 10 危險發生有預警影響操作的安全性/或不符合政府法規 9 非常高無法操作以及短暫失去功能 8 高可操作但減低功能層次，造成客戶不滿意 7 中等可操作但方便舒適的功能無法執行，以客戶的經驗認為不適合 6 低可操作但減低方便舒適的功能，以客戶的經驗認為些許不滿意 5 非常低無法操作以及短暫失去功能 4 輕微不符合的項目的裝配表面處理及異音，不良資訊來自一般客戶 3 非常輕微不符合的項目的裝配表面處理及異音，不良資訊來自特定客戶 2 無無影響 1

三、設計 FMEA 填寫說明 (13) 等級這個欄位用來區分任何對零件、子系統或系統將要求附加於製程管制的特性 ( 如:關鍵的、主要的、重要的 ) 。任何項目被認為是要求的特殊製程管制,將被以適當的特徵或符號列入設計 FMEA 的分等欄位內,並將於建議行動欄位被提出。每一個於設計 FMEA 列出的項目,將在製程 FMEA的特殊製程管制中被列出。

三、設計 FMEA 填寫說明 (14) 潛在失效起因/機理這個欄位是指一個設計薄弱部份，其作用結果就是失效模式，在儘可能的範圍內，完整且簡要的列出每個失效模式所有可以想得到的失效起因或機理，以利針對相對應的失效起因採取改正措施。典型的失效起因: 規定的材料不對、設計壽命估計不當、應力過大、潤滑不足、維修保養說明不當、環境保護不足、計算錯誤、假設錯誤等典型的失效機理 : 降伏、疲勞、材料不穩定性、蠕變、磨損、腐蝕等

三、設計 FMEA 填寫說明 (15)發生率(O) 參考下列各要素，決定發生率等級值（1～10）： 1.相似零件或子系統的過去服務歷史資料和相關經驗 ? 2.零件、上一階零件或分系統是否滯銷? 3.上一階零件或分系統改變程度的大小? 4.零件與上一階零件，基本上是否有差異? 5.零件是否為全新的產品? 6.零件使用條件是否改變? 7.作業環境是否改變? 8.是否運用工程分析去預估，應用此零件之發生率 ?

三、設計 FMEA 填寫說明 (15)發生率(O) 失效可能性失效可能發生比例等級非常高:失效無法避免 ≧1/2 10 高:重複失效 1/8 8 1/20 7 一般:非經常性的失效 1/80 6 1/400 5 1/2000 4 低:比較少的失效 1/15000 3 1/150000 2 輕微:未必會發生的失效 1/1500000 1

三、設計 FMEA 填寫說明 (16) 現行設計管制列出利用預防措施、設計驗證/確認(DV)、或其它活動，而這些活動是用來確保對失效模式設計適當，且其原因或設備均被考慮。目前常用的管制為一些已被使用或正在使用的相同或類似的設計。 ( 如:可靠度/原型件測試、worst case stress analysis、robust design、ESS、 DOE、田口、FEA、FT、道路測試、設計審查、數學研究、可行性審查、組件derating 、車隊測試等)。有三種設計管制或特徵: (1)預防起因/機理，或失效模式/效應發生，或降低發生比率。 (2)查出起因或機理，找到矯正措施。 (3)查明失效模式。可能的話，最先使用第 (1) 種管制；其次，才使用第 (2) 種管制；最後，才使用第 (3) 種管制。

三、設計 FMEA 填寫說明 (17) 偵檢度(D) 是指零件、次系統或系統在生產之前，用前述第(2)種現行設計管制方法 (查出起因或機理，並提出矯正措施)來偵檢潛在失效起因/機理(設計薄弱部份)能力的評估指標，或者用第(3)種設計管制方法(查明失效模式)發展為後續偵檢失效模式能力的評估指標。  為了降低不昜偵檢度級數，有計畫的設計管制(預防、確認和驗證等活動)需不斷地改進。

三、設計 FMEA 填寫說明 (17)偵檢度(D) 發現標準:設計管制發現失效的可能性等級完全不確定不能發現潛在原因/機理以及併發的失效模式 10 非常輕微的非常輕微的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 9 輕微 8 輕微的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式非常低非常低的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 7 低低的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 6 一般一般的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 5 高於一般高於一般的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 4 高高的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 3 非常高非常高的修改設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 2 幾乎確定可確定設計管制將會發現潛在原因以及併發的失效模式 1

三、設計FMEA填寫說明 (18)風險優先數風險優先數是嚴重度(S)、發生度(O)、和難檢度(D) 的乘積。 RPN = (S)  (O)  (D) 是一項設計風險的指標。當 RPN 較高時，設計小組應提出矯正措施來降低 RPN 數。一般實務上，會特別注意嚴重度較高之失效模式，而不理會 RPN 之數值。

三、設計FMEA填寫說明 (19) 建議措施：　當失效模式依RPN數排列其風險順序時，針對最高級的影響和關鍵項目提出矯正措施。任何建議措施的目的是要減少任何發生度、嚴重度和難檢度。增加設計驗證或確認措施的結果，只可降低難檢度的等級。透過設計變更去除或管制某一或多個影響失效模式的原因或方法，只能降低發生度的等級。只有設計變更能降低嚴重度等級。可以考慮下列的採行措施，但並不限於此：  實驗設計  修改設計　　 修改測試計畫  修改原物料規格 (20) 負責人與日期：填入建議措施的負責單位或個人，和預定完成日期。 (21) 採行措施：完成矯正措施後，填入簡短的執行作業和生效日期。 (22) RPN結果：將矯正措施實施後，經鑑定、評估和記錄嚴重度、發生度、和難檢度的等級結果填入，進一步的措施只要重覆(19) ～ (22)之步驟即可。

三、設計FMEA填寫說明 追縱確認設計責任工程師應負責確認所有的建議措施均已執行或有適當的對策提出。 FMEA 文件應適時修正並能反映最新的設計等，和最近有關的措施，包括開始量產後所發生的。設計責任工程師可由下列方法確認所有建議措施已被執行：  確認達成設計要求。　　  審查工程圖面和規格。　　  組裝或製造文件編訂確認。  審查設計FMEA和管制計畫。

三、設計FMEA填寫說明  設計FMEA之目的 1.幫助設計需求與設計方案的評估。 2.幫助初始設計對製造和裝配的需求。 3.在設計發展階段，增加失效模式和系統效應分析的次數。 4.提供另一項分析資訊，幫助設計驗證之規劃。 5.根據對顧客需求的影響性，列出失效模式的排序，並按排序改善。 6.提供一項改善方案，可以減少矯正與追查的活動。 7.提供更好的參考資料，協助現場解決問題，評估設計變更和發展更進一步的設計。

三、設計FMEA填寫說明  設計FMEA為集體的努力 1.組成團隊以設計工程師為主體，召集相關部門共同進行。 2.設計FMEA是一份動態文件，應在一個設計概念最終形成之時或之前開始，而且，在產品開發各階段中，當設計有變化或得到其他資訊時，應及時的，不斷地修改，並最終在產品加工圖樣完成之前全部結束。 3.設計FMEA在體現設計意圖的同時，應考量製造/裝配的相關性，但不需考慮製造或裝配過程中可能發生的潛在失效模式和其起因/機理。

 設計FMEA為集體的努力 選擇Champion(主席) 確認與政策及目標有關之共同與特殊原因並於不同之組織層級採用不同之量測手法選擇團隊成員選擇Leader(召集人) 查證跨功能團隊之代表性及專業開始調查

三、設計FMEA填寫說明 • 4.設計FMEA 不是靠製程控制來克服設計中潛在的缺陷。 • 5.設計FMEA應考量製造/裝配的技術限制如 • 配方中PE之MI、熔點及密度與CB之體積分率、 • 粒徑分佈、形狀及BET比表面積等，對混練 • 製程的流性昜製性。 • 要求的表面處理。 • 裝配空間/工具可接近。 • 要求的結構強度。 • 製程能力/性能 • 6.設計FMEA應從，列出設計希望做什麼及不希望做什麼開始，如設計 • 意圖、顧客的需求、車輛要求文件、已知產品的要求和製造/裝配要求 • 等都應結合起來。設計必須了解製程才能竟其功

四、製程FMEA填寫說明 (1)FMEA 編號：填入FMEA文件編號，以便可以追蹤使用。 (2)項　　目：填入將被分析製程系統、子系統或零件名稱和編號。 (3)製程責任者：填入OEM、部門和小組，也包括供應商名稱。 (4)準備者：填入準備FMEA責任工程師的姓名、電話號碼、公司。 (5)車型／年份：填入想要分析設計／製造用的車型年份。 (6)生效日期：最初FMEA發佈日期，不能超過開始計畫生產日期。 (7)FMEA 日期：填入最初FMEA被完成日期，和最新被修訂日期。 (8)核心小組：列出有權限參與或執行這項工作的負責個人和單位。 (建議將所有小組成員名字、單位、電話號碼、地址等另行列表)。 (9)製程功能/需求：填入要被分析的製程或作業簡單的敘述(如：車床、鑽孔、焊接、組裝)。敘述儘可能與被分析的製程或作業目的一致。當製程包含多種作業(如：組裝)，而有不同的潛在失效模式時，要將不同作業視為不同製程處理。　　　

四、製程FMEA填寫說明 (10)潛在失效模式為製程可能不符合製程要求或設計意圖。敘述規定作業的不合格事項。它可能是引起下一工作道次的潛在失效模式，也可能是上一工作道次潛在失效的結果，無論如何，於準備 FMEA時，必須假設進料的零組件或原物料是好的。根據零件、分系統、系統的工藝特性，對應特定的工作道次列出每一個潛在的失效模式。製程工程師或小組要提出和回答下列問題： 製程或零組件為何不符合規格？　　不考慮工程規格，什麼是客戶(最終使用者、下工程、或服務)所不滿意的？　　一般的失效模式包含下列各項：　　破碎的、變形、彎曲、裝訂捆綁、短路、工具磨損、不正確安裝、灰塵。

四、製程FMEA填寫說明 列出製造流程圖與製程條件思考不符合製程條件時之產品現象

FMEA 失效模式與效應分析