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可靠性:工艺FMECA使用手册

嘉峪检测网        2019-10-09 09:23

故障模式影响及危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,简称FMECA)方法起源于美国,目前在航天航空、兵器、舰船、电子、机械和汽车等工业领域得到了广泛的应用。在许多重要领域,FMECA成为设计人员必须掌握的技术。

 

FMECA是一种可靠性定性分析技术,针对产品所有可能的故障,根据对故障模式的分析,确定每种故障模式对产品工作的影响,找出故障原因,并按故障模式的严重程度和发生概率确定其危害性。在产品生命周期的不同阶?#21361;現MECA应用的目的和方法也不尽相同。

 

今天分享一下工艺FMECA的相关知识,供学习参考。

 

 

1、工艺FMECA步骤的主要内容

1.1    系统定义

 

 

与功能及?#24067;﨔MECA一样,工艺FMECA首先对分析对象进行定义。其内容可概括为功能分析、绘制“工艺流程表”及“零部件-工艺关系矩阵”。

     a)  功能分析:对被分析工艺的目的、功能、作用及有关要求等进行分析。

     b)   绘制“工艺流程表”及“零部件-工艺关系矩阵”。

    1)  绘制“工艺流程表”(见表1)。它表示各工序相关的工艺特性和结果。它是工艺FMECA的准备工作。

     2)  绘制“零部件-工艺关系矩阵”(见表2)。它表示零件特性与工艺操作各工序间的关系。

“工艺流程表”、“零部件-工艺关系矩阵”均应作为工艺FMECA报告的一部分。

表1     工艺流程表

 

 

零部件名称:      生产工艺:                   

零部件号:        部门名称:       审核:      第   页•共   页

型号名称:        分析人员:       批准:      填表?#25484;?/span>

 

工艺流程

输  入

输出结果

工序1

 

 

工序2

 

 

……

 

 

表2    零部件-工艺关系矩阵

零部件名称:     生产工艺:                   

零部件号:       部门名称:       审核:        第   页•共   页

型号名称:       分析人员:       批准:        填表?#25484;?/span>

 

零部件特性

工      艺        操         作

工序1

工序2

工序3

……

特性1

 

 

 

 

特性2

 

 

 

 

……

 

 

 

 

1.2    工艺故障模式分析

工艺故障模式是指不能满足工艺要求和/或设计意图的缺陷。它可能是引起下一道(下?#21361;?#24037;序的故障模式的原因,也可能是上一道(上?#21361;?#24037;序故障模式的后果。一般情况下,在工艺FMECA中,是假定提供的零件/材料是合格的。典型的工艺故障模式示例(不局限于)见表3:

 

 

表3  典型的工艺故障模式示例(不局限于)

 

 

序号

故障模式

序号

故障模式

序号

故障模式

(1)

弯曲

(7)

尺寸超差

(13)

光滑度超差

(2)

变形

(8)

位置超差

(14)

未贴标签

(3)

裂纹

(9)

形状超差

(15)

错贴标签

(4)

断裂

(10)

(电的)开路

(16)

搬运损坏

(5)

毛刺

(11)

(电的)短路

(17)

表面污染

(6)

漏孔

(12)

粗糙度超差

(18)

遗留多余物

 

1.3    工艺故障原因分析

 

 

工艺故障原因是指故障为何发生。典型的工艺故障原因示例(不局限于)见表4:

表4典型的工艺故障原因示例(不局限于)

 

 

序号

故障原因

序号

故障原因

(1)

扭矩过大、过小

(11)

工具磨损

(2)

焊接电流、时间、电压不正确

(12)

零件漏装

(3)

虚焊

(13)

零件错装

(4)

铸造浇口/通气口不正确

(14)

安装不当

(5)

粘接不牢

(15)

定位器磨损

(6)

热处理时间、温度、介质不正确

(16)

定位器上有碎屑

(7)

量具不精确

(17)

破孔

(8)

润滑不当

(18)

机器设置不正确

(9)

工件内应力过大

(19)

程序设计不正确

(10)

无润滑

(20)

工装或夹具不正确

1.4     工艺故障影响分析

 

 

工艺故障影响是指故障模式对“顾客”的影响。“顾客”是指下道工序/后续的工序,和/或最终使用者。故障影响可分为下道工序、组件和装备。

a)   对下道工序/后续工序而言:工艺故障影响应该用工艺/工序特性进行描述,见表5(不局限于):

表5    典型的工艺故障影响示例(对下道工序/后续工序而言)

 

 

序号

故障影响

序号

故障影响

(1)

无法取出

(6)

无法配合

(2)

无法钻孔/攻丝

(7)

无法加工表面

序号

故障影响

序号

故障影响

(3)

不匹配

(8)

导致工具工艺磨损

(4)

无法安装

(9)

损坏设备

(5)

无法连接

(10)

危害操作者

 

 

b)  对最终使用者而言:工艺故障影响应该用型号的特性进行描述,见表6(不局限于):

表6    典型的工艺故障影响示例(对最终使用者而言)

 

 

序号

故障影响

序号

故障影响

(1)

噪音过大

(9)

工作性能不稳定

(2)

振动过大

(10)

损耗过大

(3)

阻力过大

(11)

漏水

(4)

操作费力

(12)

漏油

(5)

散发异常的气味

(13)

表面缺陷

(6)

作业不正常

(14)

尺寸、位置、形状超差

(7)

间歇性作业

(15)

非计划维修

(8)

不工作

(16)

废弃

 

1.5   风险优先数(RPN)分析

 

 

风险优先数(RPN)是故障模式严酷度(简称严酷度S)、故障模式发生概率(简?#21697;?#29983;概率O)和故障模式探测度(简称探测D)的乘积,即

RPN=S*O*D

RPN是对潜在故障模式风险等级的评价,它反映了对故障模式发生的可能性及其后果严重性的综合度量。RPN值越大,即该故障模式的危害性越大。

a)   工艺故障模式严酷度(S):是指工艺中的某个工艺故障模式的最严重影响程度。其等级的评分准则见表7:

表7  工艺故障模式严酷度(S)等级的评分准则

 

 

影响

程度

工艺故障模式的最终影响

(对最终使用者而言)

工艺故障模式的最终影响

(对下道作业/后续作业而言)

严酷度

等级

灾难性的

产品毁坏或功能丧失

人员死亡/严重危及作业人员安全及重大环境损害

10、9

致命性的

产品功能基本丧失而无法运行/能运行但性能下降/最终使用者非常不满意

危及作业人员安全、100%产品可能废弃/产品需在专门修理厂进行修理及严重环境损害

8、7

?#26800;?#30340;

产品能运行,但运行性能下降/最终使用者不满意,大多数情况(>75%)发现产品有缺陷

可能有部分(<100%)产品不经筛选而被废弃/产品在专门部门或下生产线进行修理及?#26800;?#31243;度的环境损害

6、5、4

轻度的

有25~50%的最终使用者可发现产品有缺陷、或没有可识别的影响

导致产品非计划维修或修理

3、2、1

 

 

b)  工艺故障模式发生概率(O):是指某个工艺故障模式发生的可能性。发生概率(O)级别数在PFMECA?#27573;?#20013;是一个相对比较的等级,不代表工艺故障模式真实的发生概率。其评分准则见表8: 

表8  工艺故障模式发生概率(O)评分准则

 

 

工艺故障模式发生的可能性

可能的工艺故障模式概率(Po)

级别

很高(?#20013;?#21457;生的故障)

Po≥ 10-1

10

5×10-2≤ Po  <10-1

9

高(经常发生的故障)

2×10-2 ≤ Po  < 5×10-1

8

1×10-2 ≤ Po  < 2×10-2

7

?#26800;齲ㄅ级?#21457;生的故障)

5×10-3 ≤ Po  < 1×10-2

6

2×10-3 ≤ Po  < 5×10-3

5

1×10-3 ≤ Po  < 2×10-3

4

低(很少发生的故障)

5×10-4 ≤ Po  < 1×10-3

3

1×10-4 ≤ Po  < 5×10-4

2

极低(不大可能发生故障)

Po< 1×10-4

1

 

 

c)   工艺故障模式探测度(D):是描述在工艺控制中工艺故障模式被探测出的可能性。探测度(D)也是一个相对比较的等级。为了得到?#31995;?#30340;探测度数值,型号加工、装备工艺控制需要?#27426;系?#25913;进。其评分准则见表9:

表9   工艺故障模式探测度(D)的评分准则

 

 

探测度

评分准则

检查方式*

推荐的探测度分级方法

级别

A

B

C

几乎不可能

无法探测

 

 

无法探测或无法检查

10

很微小

现行探测方法几乎不可能探测出

 

 

以间接的检查进行探测

9

微小

现行探测方法只有微小的机会去探测出

 

 

以目视检查来进行探测

8

很小

现行探测方法只有很小的机会去探测出

 

 

?#36816;?#37325;的目视检查进行探测

7

现行探测方法可以探测

 

以图表方法进行探测

6

?#26800;?/span>

现行探测方法基本上可以探测出

 

 

在零件离开工位之后以量具进行探测

5

中上

现行探测方法有较多机会可以探测出

 

在后续的工序中实行误差检测,或进行工序前测定检查,进行探测

4

现行探测方法很可能探测出

 

在当场可以测错,或在后续工序中探测(如库存、挑选、设置、验证)。不接受缺陷零件

3

很高

现行探测方法几乎肯定可以探测出

 

当场探测(有自动停止功能的自动化量具)。缺陷零件不能通过

2

肯定

现行探测方法肯定可以探测出

 

 

工艺/产品设计了?#26469;?#25514;施,不会生产出有缺陷的零件

1

*注:检查类型:A-采用?#26469;?#25514;施;B-使用量具测量;C-人工检查。

1.6   改进措施

 

 

改进措施是指以减少工艺故障模式的严酷度(S)、发生概率(O)和探测度(D)的级别为出发点的任何工艺设计改进措施和使用补偿措施。一般不论RPN的大小如?#21361;?#23545;严酷度(S)等级为9或10的项目应通过工艺设计上的改进措施或使用补偿措施等手?#21361;?#20197;满足降低该风险的要求。在所有的状况下,当一个工艺故障模式的后果可能对制造/组装人员产生危害时,应该采取预防/改进措施,以排除、减轻、控制或避免该工艺故障模式的发生。对某工艺故障模式确无改进措施,则应在工艺FMECA表相应栏中填写“无”。

 

 

1.7    RPN值的预测或跟踪

 

 

制定改进措施后,应进?#24615;?#27979;或跟踪改进措施的落?#21040;?#26524;、实施的有效性,对工艺故障模式严酷度(S)、工艺故障模式发生概率(O)和工艺故障模式探测度(D)级别的变化情况进行分析,计算相应的RPN值是否符合要求。当不满足要求,?#34892;?#36827;一步改进,并按上述步骤重复进行,直到RPN值满足最低可接受水平为止。

 

 

1.8   工艺FMECA报告

 

 

将工艺FMECA的结果进行归纳、整理成技术报告。其主要内容包括:概述、工艺的描述、系统定义、工艺FMECA表格的填写、结论及建议、附表(如“工艺流程表”、“零部件-工艺关系矩阵”)等。

 

 

1.9    工艺FMECA的实施

实施PFMECA的主要工作是填写工艺FMECA表格(见表10)。应用时,可根据?#23548;是?#20917;对表格的内容进?#24615;觥⑸尽?/span>

 

 

表10   工艺FMECA表格

产品名称(标识)①     生产工艺③     审核         第页•共页

所属装备/型号②          分析人员         批准         填表?#25484;?/span>

 

 

可靠性:工艺FMECA使用手册

表10中各标号的填写?#24471;?#22914;下:

 

 

① 型号名称(标识):是指被分析的型号名称与标识(如型号代号、工程图号等);

② 所属装备/型号:是指被分析的型号安装在哪一种装备/型号上,如果该型号?#27426;?#20010;装备/型号选用,则一一列出;

③ 生产工艺:是指被分析型号生产工艺的名称(如××加工、××装配);

④ 工序名称:是指被分析生产工艺的工艺步骤名称,该名称应与工艺流程表中的各步骤名称相一致;

⑤ 工艺功能/要求:是指被分析的工艺或工序的功能(如车、?#22330;?#38075;、攻丝、焊接、装配等),并记录被分析型号的相关工艺/工序编号。如果工艺包括很多不同故障模式的工序(例如装配),则可以把这些工序以独立项目逐一列出;

⑥ 故障模式:按照本指南1.2条的要求填写。

⑦ 故障原因:按照本指南1.3条的要求填写。

⑧ 故障影响:按照本指南1.4条的要求填写。

⑨ 改进前风险优先数PRN:按照本指南1.5条的要求填写。

⑩ 改进措施:按照本指南1.6条的要求填写。

?责任部门:是指负责改进措施实施的部门和个人,以及预计完成的?#25484;凇?/span>

?改进措施执行情况:是指实施改进措施后,简要记录其执行情况。

?改进措施执行后的RPN:按照本指南1.7条的要求填写。

?备注:是指对各栏的注释和补充。

2   注意事项

主要包括:

a)   掌握PFMECA的的时机与适用?#27573;В?#22312;型号工艺可行性分析、生产工装准备之前,从零部件到系统均应进行工艺FMECA工作。PFMECA主要是考虑型号试制生产工艺的分析,也可能包括包装、贮存、运输等其他工艺的PFMECA;

b)  明确PFMECA与设计的关系:PFMECA中的缺陷不能靠更改型号设计来克服,应坚持“谁工艺设计、谁分析”的原则。但工艺FMECA也应充分考虑型号设计特性,根据需要,邀请型号设计人员参与分析工作,并促进不同部门之间充分交换意见,以最大限度地确保型号满足“顾客”的需求;

c)   掌握PFMECA是一个迭代的过程:PFMECA是对工艺故障模式的风险优先数(RPN)值的大小进行排序,并对关键工艺采取有效地改进措施,进而对改进后的RPN进行跟踪,直到RPN值满足可接受水平为止。PFMECA是一个动态的、反复迭代分析的工艺;

d)  积累经验、注重工艺信息。与设计FMECA一样,工艺FMECA亦应从相似试制生产工艺或工序中,积累有关工艺故障模式、与原因、故障模式严酷度(S)、故障模式发生概率(O)和故障模式探测度(D)等信息,并相应建立数据库,为有效开展PFMECA提供支持。

 

 

 

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来源:可靠性知识

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