失效模式与效应分析(FMEA-4)

1潛在失效模式與效應分析POTENTIALFAILUREMODE&EFFECTSANALYSIS(FMEA-4)2課程大綱一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革二、失效模式與效應分析(FMEA)的意義三、失效模式與效應分析(FMEA)的功用四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類六、失誤樹分析(FTA)是輔助FMEA的有利工具七、ISO/TS16949的FMEA參考手冊裡的設計失效模式及效應分析(DFMEA)作業方法導引八、ISO/TS16949的FMEA參考手冊裡的製程失效模式及效應分析(PFMEA)作業方法導引附表A.設計之失效模式與效應分析表格(DFMEAForm)B.製程之失效模式與效應分析表格(PFMEAForm)3課程目的1.發現和評價產品／過程中潛在的失效及失效效應2.找到能夠避免或減少這些潛在失效發生的措施3.將上述整個過程文件化，它是對設計過程的更完善化，以明確必須做什麼樣的設計和過程，才能滿足顧客的需要4.FMEA強調是一個“事情發生前”的行動，而不是“後見之明”5.結合FMEA核心小組(coreteam)，在事前導入FMEA分析以減輕事後修改或帶來更大損失的機會6.提升設計／製程改進之能力並結合設計／製程確認驗証之相關失效模式4品質計劃的準則『潛在失效模式及效應分析參考手冊』ISO/TS16949Element4.2品質系統中，4.2.3品質計劃(Qualityplanning)---節中有幾項是迥異於ISO9000者，即：1.品質計劃----必須使用APQP『高等(先期)產品品質計劃及管制方案參考手冊』2.特殊特性----在準備FMEA和管制方案時必須先確定特殊特性3.應用跨部門團隊----製作及檢討FMEA，並採取行動降低潛在失效模式4.可行性分析5.製程FMEA----應考失『潛在失效模式及效應分析參考手冊』(PotentialFailureModeandEffectsAnalysisReferenceManual)6.管制方案----參考APQP手冊及『量產零件核准過程手冊』(PPAP：ProductionPartApprovalProcessPlan)5一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革FMEA全文是FailureModeandEffectsAnalysis失效模式及效應分析，及設計審查(DesignReview)和可靠性工程(Reliability)的重要作業，也是系統工程管理(SystemEngineeringManagement)中的重要工作，因為系統工程管理的三大技術領域是：(一)合成(Synthesis)(二)最佳化(Optimization)(三)技術性能衡量(TechnicalPerformanceMeasurement)而技術性能衡量中的可靠性工程作業中，即包含了可靠性預測(ReliabilityPrediction)、失效模式及效應分析(FMEA)、失誤樹分析(FaultTreeAnalysis)、設計確認(DesignVerificationTest)6一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革1960年代，美國軍方和NASA在執行設計審查時，規定必須使用FMEA，FMEA於是逐漸在工業界推廣開來。1972年美國Ford汽車公司成立可靠度方案小組研議FMEA，之後將FMEA作法制定於該公司Q-101標準內。台灣的福特六和公司品質保證部亦在1986年4月發佈中文版「不良模式分析手冊」(PotentialFailureModeandEffectsAnalysisforManufacturingandAssemblyProcesses)，要求申請Q1供應商認證的協力廠執行FMEA。1991年美國Ford汽車公司改組了PowertrainOperations，把原來DimensionalControlPlan(DCP)擴大應用範圍，成為DynamicControlPlan，而FMEA即是DCP當中的要項之一。7一、失效模式與效應分析(FMEA)的沿革1993年7月，美國汽車工業行動小組(AutomotiveIndustryActionGroup：AIAG)發行了汽車工業專用的標準化FMEA表格。而GM、Ford和Chrysler的FMEA聯合工作小組更在AIAG和美國品質學會ASQC的協助下，制定了PotentialFailureModeandEffectsAnalysis：FMEA參考手冊，供給申請ISO/TS16949認證的協力廠使用。這有一些協力廠在準備FMEA時的指導原則，及有詳細說明如何逐項填滿FMEA表格，但未做基本原理或實施方法的解釋。因此在進入解說ISO/TS16949FMEA參考手冊內容之前，先對FMEA做原理及背景的闡述。8二、失效模式與效應分析(FMEA)的意義(一)失效(Failure)產品內的系統、子系統或零組件在特定時間內無法達成設計所預定功能。(二)失效模式(FailureMode)系統、子系統或零組件在特定操作狀況下(如冷、熱、乾、濕)和特定使用條件下(顚陂路面、爬坡、緊急煞車等),於特定時間內無法達成原先設計所預定功能之狀態，(如：裂開、變形、彎曲鬆脫、洩漏卡住、短等)。9二、失效模式與效應分析(FMEA)的意義(三)失效效應(EffectsofFailure)從顧客的觀點(內部或外部)來看，失效模式對於產品的系統、子系統和零組件對於產品功能的影響或效應，尤其要注意是否危及安全要求和觸犯法規規制。失效效應通常可從下列資料得知：歷史資料、保固文件市場使用報告、顧客抱怨相似零件的FMEA、可靠性資料。(四)失效模式及效應分析(FailureModeandEffectsAnalysis)是個簡易而有系統的方法論，用來評估失效狀況、問題產生、錯誤發生、風險承擔、關切事項的各種可能方式及其後果，進而採取改善行動。10三、失效模式與效應分析(FMEA)的功用汽車工業是個產值規模龐大且具有高度風險的產業，因為對一般民眾而言，汽車是價值僅次於房屋的生活工具、而且汽車的使用期間有可能發生對人身安全潛在的威脅，加上汽車本身又是由許多複雜且來自不同協廠的系統、子系統和零組件所構成，在產品壽命期間長期使用狀況下，車子的可靠性會涉及駕駛人和乘客安全。因此對於中心工廠而言，產銷汽車這項產品會有機會遭致多方面的風險(risk)，從法律(如：消保法、刑法、檸檬法)、產品責任、顧客需求、政府法規(如：油耗、噪音、安全）、保固及服務補償支出、技術開發、市場壓力、同業競爭等，所以必須事先界定這些風險之所在，予以分析研究後訂出今後改善之道。11失效模式及效應分析程序12三、失效模式與效應分析(FMEA)的功用傳統風險分析，集中於三個階段：(一)那裏出錯了?(二)出錯的機率有多少?(三)出錯導致的後果是什麼?如何改正?而革新的風險分析做法，應該是：(一)預防使之不出錯(二)消除出錯而引起的資源損失(三)減少出錯的機會及其後果FMEA就有上述預防功能，在業界運作的實證下，被確認防範產品失效，避免汽車召回修整(RecallCampaign)的必要性。13四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題組成跨部門小組從(1)技術工程面(2)非技術工程面製作系統、設計、製程之各種方塊圖(BlockDiagram)事先找出(1)已知失效事項(2)潛在失效事項製作失誤樹狀圖(FaultTreeChart)估算(1)發生頻率(機率)(2)嚴重性(3)易檢性評量並決定(1)忽略不理(2)計劃應掙取行動(3)立即採取行動達成下列目的(1)減少失效發生之機率(2)降低因失導致之嚴重性圖1FMEA實施作業流程14四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題若以汽車業者的觀點來看，FMEA就是：產品自設計以至生產完成及實際使用的過程中，事先預防品質不良發生的一種分析技術。來自不同領域的專業人員小組，自概念設計階段起經由腦力激盪法和收集各種調查資料加以分析，列出在產品系統、設計、生產、製造、組裝時可能發生的失效模式和其成因及後果效應；並且以計畫方法評估失效的發生頻度(Occurrence)、嚴重性(Severity)和易檢性(Detection)算出風險優先指數=發生頻度計點＊嚴重性計點＊易檢性計點(RPN：RiskPriorityNumber)做為採取改善行動的依據。如果有兩項以上的失效具有相同的風險優先指數，優先處理當中嚴重性計點最高者，因為它涉及失效的後果效應；然後再處理易檢性計點較高者，因為它涉及顧客是否容易察覺到這項失效的發生。15在使用FMEA前，必須先了解FMEA方法論之四個前題：＊1.問題點有輕重緩急之分，重大急事得優先處理，FMEA就是用以區分這種優先順序。＊2.「顧客」應該明確界定，顧客不單指「最後使用產品」的消費者顧客，也可能是「下個工程作業」這種顧客，當然是失效後果會波及的對象。顧客明確界定之後，問題點才容易突顯，解決方案也容易定位。四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題16四、失效模式與效應分析(FMEA)的實施流程的前題＊3.功能、目的、行動必須清楚周知。＊4.採取預防導向，以持續改善來推動FMEA，當系統、設計、製程等一有變化，FMEA文件也隨之更動，促使品質跟著得以確保。例如發現到大批產品有一共通性不良成因(Commoncause)，成為固有的失效機制時，可判斷這失效可能出自於系統或設計的不當，應該從設計面改良，而設計一變更，先得執行DFMEA；若少數產品具有特別不良成因(Specialcause)，可判斷這失效可能出自零組件瑕疵或製程上的問題，應從製程面改善，而製程一有變更，先得執行PFMEA。17五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類ISO/TS16949正式文件中只提到設計失效模式及效應分析(DF-MEA)和製程失效模式及效應分析(PFMEA)，但是APQP參考手冊附錄有提及系統失效模式及效應分析(SFMEA)，而Stamatis則認為FMEA應該有四種類，涵蓋了產品設計概念形成階段以至產品使用階段，這是比較完整的立論。(1)SFMEA：在早期產品概念形成階段，分析整體系統的潛在弱點。(2)DFMEA：設計FMEA(3)PFMEA：製程FMEA(4)ServiceFMEA：售後服務FMEA18五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類至於這四種FMEA，應該在那個階段實施，何時完成，和產品品質計劃的介面又是如何呢？我們在APQP產品品質計劃時間表上標上四種FMEA實施的起始點，就能一目瞭然。(圖2）由於ISO/TS16949並未提及ServiceFMEA以下的討論就專注於SFMEA、DFMEA和PFMEA之間的互動關係。失效模式會成為下游作業或功能潛在失效模式的成因；失效模式也可能是上游作業或功能失效模式的效應影響。例如系統失效的成因會成為設計失效模式，而製程失效樣式是設計失效成因所導致的。19圖2FMEA實施時期和產品品質計劃時間表之關係品質計劃工作內容規劃及界定品質計劃專案產品設計開發之確認製程設計及開發之確認產品及製程合格認證回饋、評估及改善之行動產品形成及應用經過時程概念提出產品開發原型試作生產量產閞始銷售及核准案被核准開始FMEA實施階段SFMEADFMEAPFMEASERVICEFMEA計劃產品設計及開發製程設計及開發新產品計劃生產回饋、評估及改善行動20五、失效模式與效應分析(FMEA)的種類大部份的產品製程特性都可能發生數個潛在失效模式，這些失效模式即應該單獨列舉，因為每一個潛在失效模式或許會有不同的效應和不同的成因。必要時，FMEA得重複實施於持續改善的過程中，直到最後一次FMEA的風險優先指數已達到目標值。(圖3)由於從系統以至零件之間有很多層別，執行FMEA時必須先界定本次FMEA分析的對象層次，亦即「顧客」居於何等層次。層次的區分大致如下：1.系統(System)達成性能所需之軟體、硬體，主要裝置和周邊裝置。2.子系統(SubSystem)組成系統之一部份，具有獨