新版FMEA在產(chǎn)品開發(fā)過程中的應(yīng)用研究

童 興

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

2019年AIAG和VDA聯(lián)合發(fā)布了新版的FMEA手冊(cè)，新版的FMEA手冊(cè)融合了AIAG和VDA對(duì)FMEA編制的要求，較AIAG第四版FMEA（以下簡(jiǎn)稱老版FMEA）手冊(cè)發(fā)生了較大的變化，因此需要對(duì)新版FMEA手冊(cè)的新變化進(jìn)行研究，以便于在產(chǎn)品開發(fā)過程中融入新版FMEA的應(yīng)用。

1 新版FMEA手冊(cè)的變化研究

對(duì)新版FMEA手冊(cè)附錄F變更點(diǎn)總結(jié)進(jìn)行了研究，新版FMEA手冊(cè)較老版 FMEA手冊(cè)有三個(gè)重要變更，即采用了FMEA分析的七步法、增加了FMEA-MSR和使用AP取代了RPN來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

1.1 FMEA分析的七步法

新版FMEA手冊(cè)采用了七步法來系統(tǒng)地進(jìn)行FMEA分析，使得FMEA分析更加系統(tǒng)和嚴(yán)謹(jǐn)。具體來說，七步法包括規(guī)劃和準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)分析、功能分析、失效分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、優(yōu)化和結(jié)果文件化七個(gè)步驟[1]。

規(guī)劃和準(zhǔn)備步驟是進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃。重點(diǎn)是明確整個(gè)FMEA分析的計(jì)劃和邊界，特別是需要明確后續(xù)FMEA分析中包括什么不包括什么。后續(xù)分析中對(duì)不包括的內(nèi)容要重點(diǎn)評(píng)審，一旦這些內(nèi)容被排除在分析范圍之外，其潛在的風(fēng)險(xiǎn)就不會(huì)被關(guān)注。

功能分析步驟是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，按照結(jié)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品功能的識(shí)別。其重點(diǎn)是將產(chǎn)品功能按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分解情況進(jìn)行產(chǎn)品功能的分解，使各零部件的功能和產(chǎn)品的功能形成支撐關(guān)系。在老版FMEA手冊(cè)中雖然有功能和要求，但沒有形成系統(tǒng)的要求。

失效分析步驟是在結(jié)構(gòu)分析和功能分析的基礎(chǔ)上，按照失效后果、失效模式和失效要因來構(gòu)建失效鏈。其重點(diǎn)是將上一級(jí)別的失效模式，通過結(jié)構(gòu)關(guān)系和功能支撐關(guān)系傳導(dǎo)到下一級(jí)別，以在整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中形成有效的失效鏈，便于找到最根本的失效要因。

風(fēng)險(xiǎn)分析步驟是在失效分析的基礎(chǔ)上，評(píng)估失效的風(fēng)險(xiǎn)。其重點(diǎn)是基于失效要因所采取的現(xiàn)行與預(yù)計(jì)的措施的有效性、探測(cè)方法的可行性，以及失效后果的嚴(yán)重性來系統(tǒng)地評(píng)估失效的風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)化步驟是在風(fēng)險(xiǎn)分析步驟的基礎(chǔ)上，針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目采取針對(duì)性的措施，以降低風(fēng)險(xiǎn)。其重點(diǎn)是針對(duì)設(shè)計(jì)方案的有效和探測(cè)方案的有效進(jìn)行改進(jìn)，以降低系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，并依據(jù)改進(jìn)措施形成具體的改進(jìn)計(jì)劃，并對(duì)改進(jìn)后的結(jié)果重新進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

結(jié)果文件化步驟是在前六個(gè)步驟的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)FMEA分析進(jìn)行總結(jié)，向相關(guān)方報(bào)告分析的結(jié)果。其重點(diǎn)是向相關(guān)方，特別是最高管理者，報(bào)告FMEA分析中所發(fā)現(xiàn)的高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目，所采取的措施以及風(fēng)險(xiǎn)降低的水平，以供相關(guān)方進(jìn)行決策。

對(duì)七步法的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整理和總結(jié)，如表1所示。

表1 FMEA七步法概要

1.2 FMEA-MSR

FMEA-MSR是指監(jiān)視及相應(yīng)的補(bǔ)充 FMEA，其來源于VDA第四卷機(jī)電系統(tǒng)FMEA，其作用是通過增加額外的監(jiān)控措施和響應(yīng)來降低高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目對(duì)顧客的影響。FMEA-MSR重點(diǎn)將運(yùn)用在使用了較多監(jiān)控和故障診斷的系統(tǒng)中，如整車的動(dòng)力總成系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等。

導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測(cè)非常煩瑣的主要原因是監(jiān)測(cè)對(duì)象存在一定的多變性和復(fù)雜性。因此，在選擇監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理人員上，一定要挑選管理技術(shù)好的人，且非常熟悉環(huán)境監(jiān)測(cè)流程。然而在日常工作中，具有雙重技能的人才少之又少，因此，聘用監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理人員時(shí)，通常看其管理能力是否強(qiáng)，或聘用單純的技術(shù)人員擔(dān)任監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理人員。針對(duì)工作環(huán)境問題來講，同室內(nèi)工作環(huán)境相比，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作要長時(shí)間在室外接受惡劣環(huán)境的洗禮，在這種條件下工作是極為辛苦的，一些員工因?yàn)閮?nèi)體力不支而調(diào)離其他崗位，這是造成環(huán)境監(jiān)測(cè)人員稀少的關(guān)鍵原因之一。

FMEA-MSR在FMEA風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的監(jiān)控能力和相應(yīng)措施的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確認(rèn)能夠在失效發(fā)生的情況下，降低顧客處的風(fēng)險(xiǎn)，如動(dòng)力總成系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在某個(gè)故障出現(xiàn)時(shí)，故障能夠被及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，并由駕駛員或車輛及時(shí)采取相應(yīng)的規(guī)避措施，如車輛進(jìn)入跛行狀態(tài)等，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火等嚴(yán)重故障的發(fā)生，從而降低對(duì)顧客的影響。具體 FMEA-MSR的分析邏輯及其和DFMEA的關(guān)系見圖1所示。

圖1 FMEA-MSR和DFMEA的分析邏輯圖

其重點(diǎn)是評(píng)估現(xiàn)有系統(tǒng)的監(jiān)控能力是否充分，是否需要增加額外的監(jiān)控能力來降低相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。因此在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，評(píng)估的維度從DFMEA的嚴(yán)重度（Severity）、頻度（Occur-rence）和探測(cè)度（Detection），變更為嚴(yán)重度（Severity）、頻度（Frequency）和監(jiān)視（Monitoring）三個(gè)維度。

FMEA-MSR的“嚴(yán)重度”評(píng)價(jià)和DFMEA是一致的。

“頻度”關(guān)注的是在給定的運(yùn)行情況下，車輛的預(yù)期使用壽命期間發(fā)生失效起因的頻率，和DFMEA頻度評(píng)價(jià)的差異在于，F(xiàn)MEA-MSR的頻度評(píng)價(jià)更關(guān)注功能的使用時(shí)間內(nèi)失效的頻率，因此FMEA-MSR中的“頻度”和DFMEA中的“頻度”有一個(gè)差異，即FMEA-MSR中“頻度”在依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)后，可以根據(jù)相關(guān)運(yùn)行條件占總運(yùn)行時(shí)間的比例來降低“頻度”的評(píng)價(jià)值，即當(dāng)相關(guān)運(yùn)行時(shí)間少于總運(yùn)行時(shí)間 10%的時(shí)候，“頻度”可以降 1分，當(dāng)相關(guān)運(yùn)行時(shí)間少于總運(yùn)行時(shí)間1%的時(shí)候，“頻度”可以降2分。在DFMEA的“頻度”評(píng)價(jià)中，則不能根據(jù)這個(gè)條款來調(diào)整評(píng)價(jià)的分值。

“監(jiān)視”不僅僅關(guān)注產(chǎn)品所配備的監(jiān)視系統(tǒng)能否發(fā)現(xiàn)故障，更要關(guān)注發(fā)生故障后相關(guān)系統(tǒng)的響應(yīng)能力。

1.3 AP措施優(yōu)先級(jí)

在新版FMEA手冊(cè)中，使用AP來替代了RPN值的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方式。AP采用了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制，即根據(jù)嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度的組合，將風(fēng)險(xiǎn)分為了高中低三個(gè)級(jí)別，從而使用的FMEA的使用者可以在一個(gè)評(píng)估體系中來評(píng)估改進(jìn)措施的優(yōu)先級(jí)，避免了以往使用RPN值時(shí)存在的若干不足。

1.4 其他變化

圍繞著三個(gè)重要變更，新版 FMEA手冊(cè)使用了全新的FMEA表格，對(duì)原有的嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了部分優(yōu)化。

全新的FMEA表格體現(xiàn)了FMEA分析七步法中核心的五個(gè)步驟，包括了結(jié)構(gòu)分析、功能分析、失效分析、風(fēng)險(xiǎn)分析和優(yōu)化五個(gè)步驟。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化要重點(diǎn)關(guān)注嚴(yán)重度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化，在新版FMEA中，和安全性相關(guān)的失效均被評(píng)估為10分，不再區(qū)分是否有警報(bào)，加嚴(yán)了對(duì)安全性失效的關(guān)注度。

2 新版FMEA手冊(cè)的應(yīng)用研究

結(jié)合新版FMEA的變化，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，則需要按照七步法的要求逐步執(zhí)行，來完成 FMEA的編制和應(yīng)用工作，重點(diǎn)可以按照以下方案開展相關(guān)工作。

2.1 編制結(jié)構(gòu)樹和結(jié)構(gòu)框圖

通過結(jié)構(gòu)樹和結(jié)構(gòu)框圖，按照產(chǎn)品—系統(tǒng)—部件—零件的多層級(jí)進(jìn)行展開，將一個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完全展開。

通過結(jié)構(gòu)樹的展開，可以識(shí)別出產(chǎn)品不同層級(jí)之間的結(jié)構(gòu)支撐關(guān)系，可以為后面的功能展開創(chuàng)造一個(gè)良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時(shí)也可以通過結(jié)構(gòu)支撐關(guān)系，評(píng)估目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的薄弱點(diǎn)，為后期的失效分析打下基礎(chǔ)。

通過結(jié)構(gòu)框圖，可以識(shí)別同一層級(jí)不同模塊之間的相關(guān)關(guān)系，如物理連接關(guān)系，空間關(guān)系、信息傳遞關(guān)系等，并為同一層級(jí)不同模塊之間的失效關(guān)系分析打下基礎(chǔ)。

2.2 編制功能關(guān)系圖

在結(jié)構(gòu)樹和結(jié)構(gòu)框圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)品的功能識(shí)別，將產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)途徑通過結(jié)構(gòu)樹和結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行傳遞，從而將產(chǎn)品的功能分解到具體的零件上，以形成產(chǎn)品的功能支撐關(guān)系。并通過該產(chǎn)品功能支撐關(guān)系，為后續(xù)失效鏈的分析打下基礎(chǔ)。

2.3 對(duì)涉及安全性的功能進(jìn)行診斷及相應(yīng)能力的評(píng)估

針對(duì)新版FMEA新增的FMEA-MSR，則需要開展兩個(gè)方面的分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。

一是針對(duì)產(chǎn)品自身已經(jīng)具備的診斷及相應(yīng)功能進(jìn)行分析，以確認(rèn)其能夠降低失效模式所帶來的影響，如汽車產(chǎn)品上發(fā)動(dòng)機(jī)ECU所具備的OBD功能的分析。

二是針對(duì)產(chǎn)品自身尚無診斷能力的功能進(jìn)行分析，以確認(rèn)能夠通過增加對(duì)失效的診斷和響應(yīng)來降低失效模式對(duì)顧客的影響。基于FMEA的分析模式和FMEA-MSR分析模式的異同點(diǎn)，在實(shí)際工作中，重點(diǎn)需要考慮失效模式的嚴(yán)重度為9分和10分的，且尚沒有進(jìn)行診斷的相關(guān)功能模塊，即涉及安全和法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)的功能模塊。在資源允許的情況下，也可對(duì)失效模式嚴(yán)重度為7分和8分的功能模塊開展此項(xiàng)工作，即會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品主要功能喪失或降低的功能模塊，以進(jìn)一步降低顧客處的風(fēng)險(xiǎn)，提升顧客滿意度。

3 總結(jié)

通過上述的研究和分析，可以看出，新版FMEA最大的變化在于使用了七步法來規(guī)范FMEA編制的過程，同時(shí)增加了 FMEA-MSR，以降低失效對(duì)顧客的影響。和老版 FMEA手冊(cè)相比，新版FMEA中七步法中的結(jié)構(gòu)分析和功能分析步驟是老版FMEA手冊(cè)中要求不明確的點(diǎn)，需要針對(duì)這些點(diǎn)按照相應(yīng)的方案開展工作，同時(shí)要針對(duì)嚴(yán)重度等級(jí)較高的功能開展FMEA-MSR分析，以便于順利實(shí)現(xiàn)新老版FMEA的切換。

后續(xù)將在新版FMEA應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究FMEA在產(chǎn)品質(zhì)量管理中的拓展應(yīng)用。