潜在失效模式和后果分析 FMEA 10分钟教程

Posted 2022-01-19 足球中国

FMEA 是英文 Failure Mode and Effect Analysis的首字母缩写， 中文一般叫“潜在失效模式和后果分析”。从名字就能看出，FMEA重点关注失效模式。后果是由本层失效导致的上层的失效模式，所以后果也算是失效模式。

失效模式

“效”的意思是“功用”，“失效”字面含义可以理解为“失去功用”。

每个产品都有功能。你可以把产品的功能简单理解为帮助用户做事。比如：

• 笔能写字
• 风扇能产生风
• 汽车能运送人、货物

在实际工程开发过程中，功能会被定义得更准确、全面。为了表述简单清晰，本文中的功能、失效、措施只是简单概述。

FMEA中的失效模式指产品功能部分或全部丧失、不期望的产品功能。下面是失效的例子：

• 笔产生的墨迹断断续续是功能部分丧失。
• 笔不能产生墨迹是功能全部丧失。
• 风扇产生噪音是不期望的功能。

为什么做FMEA？

FMEA的目的是预防失效模式的发生。对于商品，失效发生就等于赔钱！比如三星Galaxy Note7自燃。

FMEA是如何预防失效模式发生的呢？

1. 在项目早期就开始使用FMEA。如果在项目快结束的时候才开始做FMEA，该踩的坑已经踩过了，FMEA的预防作用几乎没有了。
2. 通过FMEA找到高风险的失效，并制定预防措施和检测措施降低风险。

对于第二点，已经有成熟的FMEA五步法。

FMEA五步法

FMEA的重点是失效模式，那我们如何找全一个产品的失效模式呢？

有个方法是拿一张白纸，把自己能想到的失效模式写下来。

这个方法很“直接”但不可行，因为肯定会有失效模式被遗漏。如果重要的失效模式被遗漏，很可能导致设计失败，或者后期花费很大代价修复。

一种可行的、经过实践检验的方法是FMEA VDA标准定义的FMEA五步法，其中的步骤1至步骤3可以帮助我们找全一个产品的失效模式。下面是FMEA五步法：

1. 建立结构
2. 从结构导出功能
3. 从功能导出失效
4. 风险分析
5. 优化

FMEA五步法中的步骤4是识别风险项，步骤5是优化风险项，降低其风险。

下面我就用用一支中性笔为例，简单介绍FMEA五步法。

步骤1：建立结构

相比于抽象的功能、失效，一个产品的结构是比较实在的。不遗漏、不重复地列出结构是比较容易的。

比如一只中性笔，有三个子部件，笔帽、笔杆、笔芯。每个子部件根据分析的深度可以继续向下分解，比如笔帽还可以分解为笔帽筒、笔帽夹等等。在本里中假设笔芯是向某个供应商直接购买的，所以没有继续向下分析。

【图1】 结构

步骤2：从结构导出功能

结构中的每一个元素都有功能，比如笔帽就算一个结构元素。没有功能的元素，用户不期望有，而且会增加笔的成本，降低笔的利润，没有人愿意在产品里面留一个无用的结构元素。

功能肯定是依赖结构实现的，没有凭空产生的功能，比如产生墨迹这个功能是由笔芯实现的。

所以，我们可以从产品的结构导出产品的全部功能。

下图中蓝色字体为从结构导出的功能。

【图2】 功能网

步骤3：从功能导出失效

失效可以很容易地用功能来定义。
失效指：

1. 功能部分失效
2. 功能全部失效
3. 产生了不期望的功能

下图中的红色字体为失效。（因为对笔的功能理解不深刻，所以失效定义得比较简单，请读者不要深究）。

【图3】 失效网

步骤4： 风险分析

通过步骤3，我们已经找到所有的潜在失效。下一步的目标是找到高风险、需要重点关注的潜在失效。

为了找到高风险项目，首先我们需要给每个潜在失效的风险打分。FMEA用严重度（Severity）、发生度（Occurrence）和探测度（Detection）三个指标来评估风险。这三个指标的分值都是1分到10分，分值越大，风险越高。在评估风险时，我们需要给每个失效模式确定严重度、发生度和探测度的分值。

失效模式的严重度表示失效模式导致的后果有多么严重。分值越大，后果越严重。失效模式的严重度是从其后果继承来的。比如图3中失效BMT1.1的后果是B1.1。如果失效B1.1的严重度是8，那么失效BMT1.1会从B1.1继承严重度8，BMT1.1的严重度至少是8。

失效模式的发生度表示失效模式发生的概率。分值越大，发生概率越大。预防措施是降低失效模式发生概率的措施。

失效模式的探测度表示失效模式发生后可以被探测到的概率。分值越大，失效不被探测到的概率越大。检测措施是检测到失效发生的措施，提高失效模式被检测到的概率。

基于这三个指标有很多评估风险的方法。

方法1： 把严重度（S），发生度（O）和探测度（D）相乘，得到一个数，叫RPN（Risk Priority Number）。

最开始大家认为RPN值越大的失效模式风险就越大，但实际情况并非如此。比如表1中的例子，手机自燃的严重度比序号2高很多，而且发生度也比较高，它的风险应该比电池不耐用大很多，但手机自燃的RPN却比电池不耐用低，所以RPN和风险会不匹配。

在最新的FMEA VDA标准，已经不推荐用RPN来评估风险了。

【表1】 RPN缺点举例

序号	失效	S	O	D	RPN
1	手机自燃	10	3	1	30
2	电池不耐用	4	8	2	64

方法2： 严重度和发生度组成的风险矩阵。

风险（risk）可以用事件的后果的严重度（severity）和事件本身发生的概率（probability）来评估。严重度越大，概率越高的失效，风险就越大。图4是根据S和O制定的风险矩阵，将S和O值的100中组合分为3类，高风险（红色）、中风险（黄色）、低风险（绿色）。

风险矩阵式比较好的评估失效模式风险方法。

【图4】 SO风险矩阵

方法3： 严重度和检测度组成的风险矩阵。此方法和方法2类似，就不再详细介绍了。

图5确定了失效BMT1.1的S、O、D值，S=8，O=4，D=2。根据图4中的SO风险矩阵，当前为高风险的失效。

【图5】 确定S、O、D值

步骤5： 优化

步骤4找到高风险、需要重点关注的潜在失效，步骤就是想办法降低风险。这里就不再详述了。

一般失效的严重度是由上层失效模式继承得到，不能被降低，能够被降低的是发生度和检测度。

FMEA工具

如果你想用一个工具提高做FMEA的效率，推荐APIS FMEA。

如何安装试用版APIS FMEA，可以参见博文： APIS IQ FMEA 试用版安装包和“破解”（去除60天使用限制）

FAQ

FMEA能分析任何失效吗？

FMEA适合分析单点失效，不适合分析多点失效。

单点失效和多点失效定义可以参见功能安全（ISO26262）。一般用FTA（故障树分析）分析多点失效。