FMEA在設備管理工作中的應用探究

朱睿中

（株洲中車時代電氣股份有限公司半導體事業部，湖南株洲 412001）

0 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析）是一種用于確保在APQP（Advanced Product Quality Planning，產品質量先期策劃）中潛在問題予以考慮和闡述的分析方法學。它最直觀的結果是跨功能小組的集體知識的文件化。評估和分析的部分是關于風險的判別。最重要的是對有關設計（產品或功能），功能評估和應用方面的任何更改，以及潛在失效導致的風險進行討論。

FMEA也能應用于非生產領域。例如，FMEA可以用于對行政過程風險分析或安全系統評估。總的來講，FMEA可應用于那些產品很重要的產品設計和制造過程的失效模式[1]。

文中提到的EFMEA（Equipment Failure Mode and Effects Analysis，設備失效模式及影響分析）與之前提出的EFMEA概念略有不同。文中提出的EFMEA概念更加傾向于PFMEA（Process Failure Mode and Effects Analysis，制程失效模式及影響分析）模式，重點在關注設備整個使用壽命中的潛在失效分析。對于設備在整個的使用過程中可能發生的各種潛在失效及其后果進行分類分析并尋求出相應的解決方案，并在日常的工作中持續更新方案，保證設備的可利用率[2-3]。

1 分析現有的FMEA模式

現有FMEA分析關鍵在于對于潛在后果的預測以及預防性的對策。在幾種應用中都嚴格遵循FMEA分析的基本法：潛在模式，預防措施，風險評估[4]。這種方式可以應用于分析某一種產品，設計方案等實際存在的目標，也可以分析一個流程，工作方式等非實物目標。分析過程中，明確自己所需要的分析目標并且按照流程進行分析，就能夠得到比較理想的解決方案。

2 總結現行設備維護工作模式

目前部門內的工作模式，大體上為日常保養與事后分析維修相結合的工作方式。在工作中按照設備手冊的要求按時對設備進行保養，發現設備故障后，依據發現的故障進行分析，找到方法恢復設備。完成之后對于此類故障進行總結、記錄，為之后的工作提供案例參考。這種設備維護的方式也是大多數工廠所實行的設備管理方式。然而在這之中，還是存在著一些不足。

首先，在設備的日常保養工作中，大部分時間僅按照設備生產商提供的設備資料作為依據，進行設備的日常維護工作。設備資料中的相關項目適用于大多數場合的一套保養方式。但是由于設備最終生產的產品千差萬別，設備上所進行的工藝要求也各不相同，所以設備在出廠后，所處的狀況差異也會越來越大。任意一個條件的改變都會影響到設備的表現。這種情況下，僅僅按照通用的保養手冊進行工作就有了一定的局限性。

其次，在設備使用過程中，難免會出現各種故障。突發性的故障對于設備的可利用率有著很大的影響。而對于設備管理者而言，設備故障無論嚴重與否，其結果都是機臺無法繼續正常使用。當然在這里不討論會引起嚴重生產安全或者生命安全的問題，這種故障基本屬于無法依靠正常手段恢復設備使用的范疇。按照目前手段處理設備故障時好處很明顯：結合工作經驗與其他資源，可以迅速將有效，指向性明確地解決問題。但是缺點也同樣明顯：設備已經停機，接下來進行的動作都是補救措施。

3 FMEA在日常設備管理工作中的應用

目前的EFMEA模式開始于設備計劃階段，結束于設備投入使用。現有的EFMEA更偏向于DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis，設計失效模式與效果分析）的方式，在設備開始使用之前的一系列準備工作中進行，當設備開始使用之后，分析工作就停止下來，后續工作依據現有分析得出的結論，比較針對性的進行維護。它只是針對于某一種設備進行，更多的是綜合考慮設備的適用性，對于設備的使用方面指導意義有限[5]。

文中提出的EFMEA模式，更加偏向于PFMEA的方式。它是對于整個的工作過程進行分析，對于這個過程中可能遇到的各類問題進行預防性解決。PFMEA對象是整個生產過程中的各個步驟，此處類比到設備管理中就是整個設備壽命周期中設備各個功能模塊，對于各功能模塊工作中可能遇到的各種問題，依據工作中整理出來的經驗資料結合其他途徑獲得的知識，做出預測性的方案。

此處的EFMEA是對于現有EFMEA的一個拓展與加強：在設備計劃采購階段，能否滿足工藝設備生產要求以及后續要求；這一點是與現有的EFMEA相吻合的。在設備使用階段，設備可預見的失效模式應對，與潛在失效模式的分析與應對。這方面是本文對于EFMEA的拓展延伸，也是文中重點討論的部分。

3.1 適用范圍

定義其適用范圍僅限于研究設備本身。暫時在初期排除產品廠務等其他因素對于設備表現的影響，單純研究設備自身。

3.2 對于設備可用的判定標準

對于設備可用的界定，規定2點：淤設備可以運行。于設備離線測試數據達標。設備可以運行代表設備的硬件功能正常，在正常情況下可以開始工藝生產并能夠完成產品的加工。離線測試數據達標，意味著設備在硬件正常運行的前提下，生產前的設備測試能夠達標，達到設備開始生產合格產品的標準。確定了以上2個大前提，接下來對相應設備進行FMEA分析，在此采用如下手段。

3.3 分析方法

功能法。從目標可以實現的功能出發，逐項功能進行分析，得出失效模式。針對設備管理的工作特性，選取功能法進行分析得到的結果更具有指導意義。同時鑒于目前實際情況，對于設備的了解并非十分透徹，多數的失效模式確立還是依靠經驗，并非對于設備本身的設計思路模式進行分析。從此看來，選取功能法進行分析也更便于進行分析，更加符合目前狀況。

3.4 分析步驟

在這里參考PFMEA的工作方式進行起草。

（1）確定分析小組成員：包括但不限于設備管理人員+操作人員+維修人員。

（2）做好設備失效模式統計工作。例如通過日常統計，管理臺賬記錄等渠道進行統計。

（3）確定設備功能模塊結構圖/分析圖。

（4）列出設備各系統或部件的名稱/功能/失效模式影響/失效原因及失效檢測方法。

（5）確定評分標準。

（6）完成表格分析。

（7）對于改進項點提出改進方案并需要結合日常工作。

（8）對于單項分數較高的項目需要提出拯救方案。

（9）綜合考慮改善措施的提升與工作量加大、日常保養時間加長、費用增加等后果之間的關系，找到最優化的解決方案。

3.5 評分規則

在進行FMEA分析過程中，對于嚴重度、頻度和探測度等3者的打分標準是很重要的。在此首先結合現有的E/PFMEA分析表格的推薦打分標準，制定出一套適合于自身使用的評分規則。

3.5.1 嚴重度

FMEA表格中用字母S，表示對于嚴重度的區分，分為兩類：機臺物理系統失效與離線測試數據不達標。將離線測試結果不達標的嚴重程度定義較高。除此之外，定義最高嚴重度為會影響到生產或者人身安全的失效模式，最低嚴重度失效模式為不會造成任何影響的，僅需人員確認的設備失效。失效模式從1到10分為10級，10級為嚴重安全事故，1級為無影響，僅需確認的失效。中間分級按照設備恢復所需要的時間長短，費用高低，損壞是否為常備備件進行區分，具體評分見表1。

表1 嚴重度評分

3.5.2 頻度

FMEA表格中使用字母O表示頻度代表失效模式發生的頻繁程度。這里使用如下方式定義頻度。按照生產線運行模式，在滿負荷4班3運轉的形式下，設備失效在每班都發生的頻率定義為 1（100%），那么就有：

設備可能的失效率=發生失效的班次數統計的總班次數

在這里統計的總班次數，定義為在1 a中（365 d）的正常工作日。由此可以得出頻度分布表（表2）。

3.5.3 探測度

FMEA表格中用字母D表示探測度的定義是發現失效模式的難易程度。難易程度是一個相對較為主觀的概念，并沒有一個可以適當量化的標準。探測度的區分度主要是體現在在人員的專業程度，工具器具的特殊程度，設備的自動化程度等方面。基于上述觀點，結合現有資料，對探測度分級（表 3）。

3.6 規則說明

完成了評分標準的制定之后，需要對打分的規則進行說明，以易于操作：

表2 頻度評分

表3 探測度評分

（1）對于各失效項點，僅客觀判別其自身的S/O/D，不考慮現有的防護與改善措施。

（2）對于各項點的綜合評分達成一定的區分度，對于單項得分過高的項點，也需要進行特別關注。

在設備管理工作中，頻繁發生的故障相對于偶發的嚴重故障更需要投入精力進行監控解決。根據這種管控的特性，在EFMEA應用中會對于頻度較高的單項進行特別的拯救措施。

除此之外，通過討論達成一致了如下幾條填寫規范說明。

3.7 填寫標準

（1）失效模式的選取。以最終的失效表現作為失效模式及逆行選擇。最終目的尋找失效模式的根本原因。每條根本原因出現即表示完成一條失效模式的分析。

（2）模式拆分程度。針對于某種設備，拆分到功能模塊的組成部件，對于一種設備的某個功能模塊，拆分到實現功能的具體零件。

模式的拆分程度由填寫者根據實際需求確定，但需要遵循主系統—子系統—部件—零件的模式。

（3）同種失效模式可能由于不同的原因引起，可以在同一種失效模式之內分成多條進行分析。（4）檢查模式針對于失效模式，改善方案針對于失效機理。（5）對于同一種失效模式引起不同的子系統失效的，在相應的子系統之中進行分析

（6）每對一個子系統進行分析時，僅針對這一個系統，不考慮外界因素對它的影響，也不考慮相關聯的子系統對的影響。

通過以上這些重點的描述，形成了一個初步的填寫指導書并以此來指導后續的工作進行。同時應用于日常工作中的實例，確實體現出了EFMEA的優勢。

4 結語

分析了目前的FMEA分析應用的特點，同時結合日常工作中的發現與改進，嘗試將FMEA分析應用到整個設備的管理周期中，并且在試行時得到了很有益的結論。

通過這一年來的研究與探索，加上后續實際的試用，對于FMEA方法在設備管理方面的使用有了一定的經驗積累。在現有的EFMEA基礎上，嘗試在更長的周期中應用。將原本應用于設備采購過程中的EFMEA拓展到了設備整個使用周期內。這拓寬了這一科學方法的使用面，也為今后的設備管理工作提供了新的思路。在試行的過程中，發現了很多對現行工作有益的亮點，并且切實體會到這種模式在設備日常管理的過程中是可行的，并且是有益的。

設備管理工作由于它持續時間長，設備狀況復雜的特點，是一個需要付出大量時間的工作。并且設備狀況好壞與生產能力息息相關。每個制造型企業對此都有很高的重視程度。在設備管理工作中不斷地嘗試新的方式提升設備表現是今后的發展趨勢。這次FMEA分析應用于設備管理方面只是一個很小的嘗試。理想中FMEA分析的最終目標是在問題發生之前就將其解決。如果設備維護工作最終能夠做到這一點，那么幾乎相當于規避了設備管理工作中所有的計劃外產能損失，這樣生產線就能有計劃地運行在很高的效率之下。