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FMEA在设计工作中的应用

  在处理失效模式及相关的原因时,FMEA可以为我们提供一种分析手段。在考虑设计之中可能存在的失效之时,比如安全、成本、性能、质量和可靠性,为了避免这些失效的发生,工程师可以利用FMEA,获得大量关于如何变更开发/制造过程的信息。

  FMEA为我们提供的是一种简便易用的,用来确定究竟哪种风险最令人担心的工具,从而需要我们在问题真正发生之前,采取相应的行动措施,避免它的发生。下面就来介绍下FMEA在设计工作中的应用。

  一、FMEA的过程——简单明了

  FMEA分为三个主要阶段。在这些阶段之中,需要确定合适的行动措施。但是,在FMEA开始之前,重要的一点就是,要完成一些前期准备工作,以便确认此次分析具有稳健性,且其中包括了既往的历史。

  稳健性分析可以利用接口矩阵、边界图以及参数图来完成。许多失效问题往往是由于噪声因素以及与其他零部件和/或系统之间共享的接口所造成的,因为工程师倾向于集中关注他们所直接控制的东西。

  首先,有必要对当前系统及其功能加以描述。透彻的理解将会简化进一步的分析工作。这样,工程师就能够明白,到底系统的哪些用法是人们所需要的,而哪些并非如此。重要的是要同时考虑到预期和意外用法。意外用法属于是不利环境的一种形式。

  接下来,需要为系统创建一幅框图。该图用于概括描述主要组件或过程步骤以及它们之间是如何彼此关联起来的。这些就是所谓的逻辑关系,而FMEA正是围绕这些关系而进行下去的。建立一个编码系统将有助于标识不同的系统要素。FMEA之中应当始终包括有上述框图。

  在开始进行实际的FMEA之前,还需要创建一份工作表,其中包含的是有关当前系统的重要信息,如修订日期或组件名称。在这张工作表中,应当依据上述框图,按合乎逻辑的方式,列出分析对象的所有项目或功能。

  1、严重程度

  依据功能需求及其影响来确定所有的失效模式。失效模式的例子有:电路短路、锈蚀或变形。 重要的是要注意到,一个组件之中的失效模式可以导致另一组件之中的失效模式。因此,对于每种失效模式,均应当采用技术术语,并按功能列出。 此后,需要加以考虑的是每种失效模式的最终影响。失效影响被定义为,按照用户的认知方式,失效模式对于系统功能产生影响的结果。这样,便于按照用户所可能看到或经历的情况,来描写这些影响。失效影响的例子有:性能下降、噪声,甚至是对于用户的伤害。 对于每种影响,分别都赋予一个取值为1(无危险)到10(危重)之间的严重程度值。此类数值有助于工程师排定失效模式及其影响的轻重缓急次序。如果某影响的严重程度值为9或10,则应当考虑采取行动措施,尽可能通过消除该失效模式,或者保护用户免受其影响,来变更相应的设计。严重程度分级9或10一般保留用于那些会对用户造成伤害或者以其他方式引起诉讼的影响。

  2、出现频度

  在这一步当中,需要考虑失效的原因以及它所出现的频数。这项工作可以通过检查类似的产品或过程以及已经记录在案的那些相关的失效情况来完成。失效原因被视为设计缺陷。对于失效模式所有潜在的原因,均应当加以确定和记载。同样,这里也应当采用技术术语来描述。原因的例子有:错误的算法、过高的电压或者不当的操作/工作条件。 同样,也可以为每种失效模式赋予一个范围为1~10的概率值(O)。如果出现频度高(指的是概率值>4的非安全失效模式以及第1步的严重程度值为9或10且概率值>1时),就需要确定出行动措施。 这一步称为FMEA过程的细化部分。 另外,还可以将出现频度定义为百分数(%)。如果发生某种非安全问题的比例不足1%,那么就可以赋予它数值1。这取决于您的产品与客户规格说明。

  3、检查

  当一旦确定了适当的行动措施,需要做的一件工作就是测试它们的效能。同时,还需要进行设计验证。而且,还需要选择合适的检查方法。首先,工程师应当关注当前对系统所采取的控制措施,也就是那些防止失效模式发生或者在失效问题殃及客户之前予以发现。之后,应当确定可以或者已经用于类似系统的,旨在发现失效问题的测试、分析、监控以及其他技术方法。根据这些控制措施,工程师可以了解某种失效问题能够得以识别或发现的可能性到底有多大。前两步的每种组合形式都将获得一个发现指数(D)。该指数表示的是,预定的测试或检查工作在消除缺陷或发现失效模式方面的能力。

  在完成上述3个基本步骤之后,要计算的就是风险优先级数(英文:Risk Priority Numbers,RPN)。

  二、风险优先级数

  RPN在选择防范失效模式的行动措施方面并不发挥什么重要作用。它们更大程度上是属于评价这些行动措施方面的阈值。

  在对严重程度、出现频度和易发现性进行分级之后,只需把这三个数值乘起来,就可以得到RPN = S x O x D

  对于整个过程和/或设计而言,这是一项必须完成的工作。一旦完成,最大关注范围的确定工作就会变得轻松。就纠正措施而言,RPN最高的失效模式应当获得最高的优先级别。这就是说,严重程度值最高的失效模式并不一定就应当首先加以处理。首先应当处理的可能是那些严重程度相对较低,但更常发生且不太易于发现的失效问题。

  在分配了这些数值之后,要记录下配有目标、责任以及实施日期的行动建议。这些行动措施可以包括具体的检查、测试或质量程序、重新设计(如选择新的组件)、增加更多的冗余以及限制环境压力或工作范围。 一旦在设计/过程之中实施了这些行动措施之后,就应当检查新的RPN,以便确认改善情况。为了便于可视化,往往会把这些测试呈现为图形。无论何时,只要设计或过程发生了变化,就应当对FMEA加以更新。

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