潛在失效模式和后果分析 FMEA 10分鍾教程

FMEA 是英文 Failure Mode and Effect Analysis的首字母縮寫， 中文一般叫“潛在失效模式和后果分析”。從名字就能看出，FMEA重點關注失效模式。后果是由本層失效導致的上層的失效模式，所以后果也算是失效模式。

失效模式

“效”的意思是“功用”，“失效”字面含義可以理解為“失去功用”。

每個產品都有功能。你可以把產品的功能簡單理解為幫助用戶做事。比如：

• 筆能寫字
• 風扇能產生風
• 汽車能運送人、貨物

在實際工程開發過程中，功能會被定義得更准確、全面。為了表述簡單清晰，本文中的功能、失效、措施只是簡單概述。

FMEA中的失效模式指產品功能部分或全部喪失、不期望的產品功能。下面是失效的例子：

• 筆產生的墨跡斷斷續續是功能部分喪失。
• 筆不能產生墨跡是功能全部喪失。
• 風扇產生噪音是不期望的功能。

為什么做FMEA？

FMEA的目的是預防失效模式的發生。對於商品，失效發生就等於賠錢！比如三星Galaxy Note7自燃。

FMEA是如何預防失效模式發生的呢？

1. 在項目早期就開始使用FMEA。如果在項目快結束的時候才開始做FMEA，該踩的坑已經踩過了，FMEA的預防作用幾乎沒有了。
2. 通過FMEA找到高風險的失效，並制定預防措施和檢測措施降低風險。

對於第二點，已經有成熟的FMEA五步法。

FMEA五步法

FMEA的重點是失效模式，那我們如何找全一個產品的失效模式呢？

有個方法是拿一張白紙，把自己能想到的失效模式寫下來。

這個方法很“直接”但不可行，因為肯定會有失效模式被遺漏。如果重要的失效模式被遺漏，很可能導致設計失敗，或者后期花費很大代價修復。

一種可行的、經過實踐檢驗的方法是FMEA VDA標准定義的FMEA五步法，其中的步驟1至步驟3可以幫助我們找全一個產品的失效模式。下面是FMEA五步法：

1. 建立結構
2. 從結構導出功能
3. 從功能導出失效
4. 風險分析
5. 優化

FMEA五步法中的步驟4是識別風險項，步驟5是優化風險項，降低其風險。

下面我就用用一支中性筆為例，簡單介紹FMEA五步法。

步驟1：建立結構

相比於抽象的功能、失效，一個產品的結構是比較實在的。不遺漏、不重復地列出結構是比較容易的。

比如一只中性筆，有三個子部件，筆帽、筆桿、筆芯。每個子部件根據分析的深度可以繼續向下分解，比如筆帽還可以分解為筆帽筒、筆帽夾等等。在本里中假設筆芯是向某個供應商直接購買的，所以沒有繼續向下分析。

【圖1】 結構

步驟2：從結構導出功能

結構中的每一個元素都有功能，比如筆帽就算一個結構元素。沒有功能的元素，用戶不期望有，而且會增加筆的成本，降低筆的利潤，沒有人願意在產品里面留一個無用的結構元素。

功能肯定是依賴結構實現的，沒有憑空產生的功能，比如產生墨跡這個功能是由筆芯實現的。

所以，我們可以從產品的結構導出產品的全部功能。

下圖中藍色字體為從結構導出的功能。

【圖2】 功能網

步驟3：從功能導出失效

失效可以很容易地用功能來定義。
失效指：

1. 功能部分失效
2. 功能全部失效
3. 產生了不期望的功能

下圖中的紅色字體為失效。（因為對筆的功能理解不深刻，所以失效定義得比較簡單，請讀者不要深究）。

【圖3】 失效網

步驟4： 風險分析

通過步驟3，我們已經找到所有的潛在失效。下一步的目標是找到高風險、需要重點關注的潛在失效。

為了找到高風險項目，首先我們需要給每個潛在失效的風險打分。FMEA用嚴重度（Severity）、發生度（Occurrence）和探測度（Detection）三個指標來評估風險。這三個指標的分值都是1分到10分，分值越大，風險越高。在評估風險時，我們需要給每個失效模式確定嚴重度、發生度和探測度的分值。

失效模式的嚴重度表示失效模式導致的后果有多么嚴重。分值越大，后果越嚴重。失效模式的嚴重度是從其后果繼承來的。比如圖3中失效BMT1.1的后果是B1.1。如果失效B1.1的嚴重度是8，那么失效BMT1.1會從B1.1繼承嚴重度8，BMT1.1的嚴重度至少是8。

失效模式的發生度表示失效模式發生的概率。分值越大，發生概率越大。預防措施是降低失效模式發生概率的措施。

失效模式的探測度表示失效模式發生后可以被探測到的概率。分值越大，失效不被探測到的概率越大。檢測措施是檢測到失效發生的措施，提高失效模式被檢測到的概率。

基於這三個指標有很多評估風險的方法。

方法1： 把嚴重度（S），發生度（O）和探測度（D）相乘，得到一個數，叫RPN（Risk Priority Number）。

最開始大家認為RPN值越大的失效模式風險就越大，但實際情況並非如此。比如表1中的例子，手機自燃的嚴重度比序號2高很多，而且發生度也比較高，它的風險應該比電池不耐用大很多，但手機自燃的RPN卻比電池不耐用低，所以RPN和風險會不匹配。

在最新的FMEA VDA標准，已經不推薦用RPN來評估風險了。

【表1】 RPN缺點舉例

序號	失效	S	O	D	RPN
1	手機自燃	10	3	1	30
2	電池不耐用	4	8	2	64

方法2： 嚴重度和發生度組成的風險矩陣。

風險（risk）可以用事件的后果的嚴重度（severity）和事件本身發生的概率（probability）來評估。嚴重度越大，概率越高的失效，風險就越大。圖4是根據S和O制定的風險矩陣，將S和O值的100中組合分為3類，高風險（紅色）、中風險（黃色）、低風險（綠色）。

風險矩陣式比較好的評估失效模式風險方法。

【圖4】 SO風險矩陣

方法3： 嚴重度和檢測度組成的風險矩陣。此方法和方法2類似，就不再詳細介紹了。

圖5確定了失效BMT1.1的S、O、D值，S=8，O=4，D=2。根據圖4中的SO風險矩陣，當前為高風險的失效。

【圖5】 確定S、O、D值

步驟5： 優化

步驟4找到高風險、需要重點關注的潛在失效，步驟就是想辦法降低風險。這里就不再詳述了。

一般失效的嚴重度是由上層失效模式繼承得到，不能被降低，能夠被降低的是發生度和檢測度。

FMEA工具

如果你想用一個工具提高做FMEA的效率，推薦APIS FMEA。

如何安裝試用版APIS FMEA，可以參見博文： APIS IQ FMEA 試用版安裝包和“破解”（去除60天使用限制）

FAQ

FMEA能分析任何失效嗎？

FMEA適合分析單點失效，不適合分析多點失效。

單點失效和多點失效定義可以參見功能安全（ISO26262）。一般用FTA（故障樹分析）分析多點失效。

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參考

[1] FMEA VDA 標准

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