俄式FMEA初探

編者按

2019年6月至2020年4月間，俄羅斯《質量管理方法》雜志發表系列文章介紹對傳統FMEA技術進行了改進。改進后的FMEA技術頗具特色，結合了IDEF0（功能建模）、BPMN（業務流程建模與標注）和本體論等與FMEA軟件應用關系密切的新技術。文章的主要作者Д.И.帕努科夫是科學技術副博士、伏爾加大學副教授；B.Н.科斯洛夫斯基是科學技術博士，薩馬拉技術大學教授、系主任；Д.B.阿伊達羅夫是科學技術副博士、薩馬拉技術大學副教授。對13種FMEA軟件的分析

任何風險分析方法在使用中都涉及大量的手工操作，尤其是文書工作，因為在分析的每個階段都需要記錄缺陷、后果、原因、報警和檢測方法等。此外，還要以足夠復雜的表格形成協議來呈現。對于直接分析（即形成思想）階段的許多專家來說，把這些內容記錄在紙上似乎更快、更容易，但這樣做，隨后的事情就會變得復雜了。首先，需要辨識和重新創建電子形式的記錄，這導致額外的時間成本。其次，在將結果轉化為電子形式時可能存在不可避免的錯誤和不準確。

在傳統的人、機、料、法、環、測的作業要素上，越來越要加上“數（據）”或“信（息）”這個新要素來規避手工操作，于是各色各樣的FMEA軟件應運而生。考慮到在生產設計和準備過程中質量管理的普遍需求，下面列出了支持FMEA的軟件產品的可能性清單。

?從CAD系統輸入數據；

?從其它程序輸入FMEA協議的數據；

?功能和需求管理（含它們的結構化）；

?產品和過程的結構化（含視覺化的塊圖或網絡圖、過程流圖）；

?依據汽車制造商的標準和指南(包括不同類型的FMEA)，使用FMEA協議（包括其它文件）模板或能夠對其進行編輯；

?存在組件、故障、原因、后果的標準化庫；

?使用分析后果和原因的輔助方法（FTA、ETA等）；

?FMEA協議中高風險區域的可視化；

?計算和分析一般風險，確定降低風險的優先事項；

?能夠管理降低風險的措施（包括計劃和跟蹤行動系統）；

?在FMEA基礎上制定管理計劃或試驗程序；

?在分析和形成FMEA協議時存在交互式線索、信息；

?將分析數據輸出到其它常用展示模式；

?實時遠程合作的可能性/網絡接口的存在；

?可能用多種語言工作的程序，包括改變模板；

?關于故障、后果、原因與其它相關參數的帶有網絡訪問功能的統一數據庫；

?與PLM系統的集成；

?接口以及所有數據（參考系統）的完全俄羅斯化。

通過對俄羅斯市場上13種支持FMEA軟件的能力分析，可以發現4個基本形式的程序。

（1）僅為在EXCEL或WORD中的模板創建FMEA協議，如IQASystem-TreeTABLE和其它類似軟件；

（2）除了基本功能-創建FMEA協議外，還有集成各種額外功能的單獨FMEA軟件產品，如APIS IQFMEA、XFMEA；

（3）以質量、風險和可靠性控制的更廣泛程序方法為框架來創建FMEA的單獨模塊，如RAM Commander、Companion om Minitab、Medini analyze、Reliability Workbench、ITEM ToolKit、Relyence FMEA；

（4）在PLM系統框架下，完全集成到產品生命周期中或具有整合可能性的創建FMEA單獨模塊，如SCIO-FMEA、Windchill FMEA、QMS FMEA、CASQ-it FMEA。

IDEF0在FMEA的應用

圖1 FMEA程序的IDEF0模型

IDEF是ICAM DEFinition method 的縮寫，是美國空軍在70年代末80年代初ICAM（Integrated Computer Aided Manufacturing）工程在結構化分析和設計方法基礎上發展的一套系統分析和設計方法，IDEF0是其中的一個內容。它清楚嚴謹地將一個系統當中的功能，以及功能之間的限制、關系、相關信息與對象表達出來，讓使用者得以籍由圖形便可清楚知道系統的運作方式以及功能所需要的各項資源，并且提供建構者與使用者在相互溝通與討論時的一種標準化和一致性的語言。

IDEF0在FMEA中的應用，最基本的“細胞”如圖1所示。

圖1 的左邊有輸入，右邊有輸出，上面有標準，下面有人員和方法、材料，有點類似于IATF(International Automotive Task Force)國際汽車工作組推薦的“烏龜圖”，只是烏龜四肢代表的內容安放在上下兩側了。但兩者是有質的差別的：烏龜圖是一種單一過程分析圖，而IDEF0的這些細胞可以互聯成網絡。傳統的FMEA程序雖有不同程度的細節描寫，但描述的充其量是簡單的流程圖，列出了基本行動的順序，但沒有說明文件、責任人、流程，或者程序模型的結構非常有限。但在IDEF0模型里，FMEA程序的阡陌縱橫、來龍去脈卻有著更為詳細和清晰的刻畫，很像交通圖。

表1 FMEA程序A2子階段的輸入和輸出

表2 FMEA程序A2子階段的資源保障

圖2 階段A2《結構化和功能化分析》

首先，它有一個表示最高層次的A0層，分為A1籌備和計劃、A2結構和功能分析、A3風險評估、用以降低風險的A4開發和采取措施、A5FMEA結果報告五個階段。與美、德合作的FMEA新一版對比，A1和A4、A5對應于新一版的第1步和最后兩步；A2對應于第2、3步；A3對應于第4、5步。其次，對A0～A5層分別進行介紹，每層都配有輸入輸出表、資源表、IDEF0圖和管理文檔四個部分。每層里面又可能區分各個分階段。其中，特別介紹了A12分階段“FMEA團隊的形成”和A32分階段“故障模式分析”，也都配以上述四個部分。本文僅給出了A2層的輸入輸出表（表1）、資源表（表2）、IDEF0圖（圖2）和管理文檔。

管理文檔包括。

? FMEA AIAG指南；

?ГОСТ P 51814.2-2001或ГОСТ P 51901.12-2007；

?設計或應用FMEA的企業標準；

?FMEA團隊工作方法；

?團隊工作計劃表。

BPMN在FMEA中的應用

BPMN（Business Process Model and Notation，業務流程模型和符號）1.0規范發布于2004年5月。它的主要目標是要提供一套被所有業務用戶理解的標記語言，這些用戶包括業務分析者、軟件開發者、業務管理者以及監察者。所以，BPMN在業務流程設計與流程實現之間搭建了一條標準化的橋梁。

圖3 A2階段《結構和功能分析》的BPMN

圖4 “程序參加者”類的結構

前文已在IDEF0模型中考察了FMEA模型，詳細描述了程序參加者的必要功能、執行程序的順序以及執行程序的指導文件和資源。不幸的是，IDEF0無法明顯地顯示FMEA程序的參與者在每個功能階段的作用。此外，在使用FMEA程序的IT支持以及在示意圖上標明的關鍵事件和條件分支時，很難顯示服務功能。所有這些在BPMN符號法的工具中，都允許在任何過程的模型中充分靈活和可視化地實現。

本文的重點是在BPMN模型中描述信息系統支持的FMEA程序的位置、程序的每個成員的角色，以及在IDEF0模型中沒有的、BPMN的新元素。

該程序由五個主要參與者組成：項目主管、開發部代表、消費者代表和兩組人員——FMEA團隊主管和直接成員（團隊由領導者和參與者組成）。

為了方便比較，BPMN模型被分解成與IDEF0模型相同的基本塊，并保留了單個功能的字母與數字符號。BPMN模型在幾乎所有主要階段都給予了實際支持。

與前文相對應，本文只給出A2層的BPMN圖（見圖3）。

本體論在FMEA的應用

本體論始于17世紀德國的哲學概念。近幾十年里，這個詞被應用到計算機領域，并在人工智能、計算機語言、數據庫理論、情報學和知識管理中發揮越來越重要的作用。斯坦福大學的Gruber給出的本體論定義得到了許多同行的認可，即本體論是對概念化的精確描述：本體論用于描述事物的本質（1995）。

為了全面了解FMEA中分析風險的方法，必須清楚地定義它的理解和功能的結構。這個問題可以基于FMEA過程的本體論模擬來解決。本體論與一組特定的概念一起構成了一個特定領域的知識基礎。它是知識基礎的“骨架”和“肌肉”，用特定的術語去填滿它會使它“復活”，使其成為所有參與者都需要的有用信息的來源。

武漢理工大學的趙秀栩等在《Intelligent Systems and Application》（2012.03）上發表英語文章，題目翻譯成中文是《本體論功能過程FMEA知識管理方法的應用研究》。他們認為：“沒有一個統一的FMEA知識結構的標準，分散的FMEA知識不能在生產過程中被收集，用于共享、重復使用和保存FMEA知識于生產過程中。”所以，他們提出基于本體論的FMEA知識表達方法，能夠及時和高效地提取和轉化現存的FMEA知識，以滿足質量管理的需求。

應當說，目前俄羅斯的專家同行把本體論應用在FMEA上已取得更加豐碩的成果。他們先把FMEA程序分成八大類作為基礎，即：組織、消費者、項目、研究對象、參加者、文檔、風險和資源。接著，對每一類的次級類別加以區分，可能有幾個等級。結構最復雜的是“風險”類別，信息形式最豐富的是“文檔”和“研究對象”類別。圖4是“參加者”這一類別的結構圖。在該圖中，類別與類別之間由各種顏色、虛實的箭頭聯系，它們代表功能詞。此圖中有7種功能詞，在俄羅斯相關文獻上共查到27種。

譯者小結

FMEA在中國的應用已比較廣泛，俄羅斯專家對FMEA技術在現代應用中的改進工作，可能為中國同行們所生疏，但能為我們提供借鑒以改進我們的工作。上述文獻中有大量圖表：IDEF0有19表9圖；BPMN有1表3圖；本體論有8圖。如果編印成冊的話，對FMEA的學習、應用者，FMEA軟件的設計、開發者等，能帶來不少啟示，也便于深入學習。相關圖可能要用Visio、Protege等專用軟件來繪制，但用手來畫也相對可行。我們應當在理解俄羅斯專家方法的基礎上，把它們與新一版的FMEA結合起來。限于水平，本文僅提供有關情況的初步解讀。