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FMEA故障分析解决方案
- 【导读】
- 通过故障模式影响分析技术在提高市场品质方面的实践运用，特别是对使用阶段过程中出现的间题，对进行现状把握、分析和处置对应的过程，将市场品质对应体制和市场故障对应方式
通过故障模式影响分析技术在提高市场品质方面的实践运用，特别是对使用阶段过程中出现的间题，对进行现状把握、分析和处置对应的过程，将市场品质对应体制和市场故障对应方式进行摊程上的规范化和标准化，并建立故障信息数据库，与技术管理数据库相对应，为评估论证、研制、生产各阶段的FMECA的有效性和进行产品的改进、改型或新产品的研制提供依据。
1前言
故障模式影响分析(Failure Mode and Effects Analysis，简记为FMEA)是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。故障模式影响及危害性分析(Failure Mode，Effects and Criticality Analysis， 简记为FMECA)是故障模式影响分析(FMEA)和危害性分析(Criticality Analysis-CA)的组合分析方法，在本文中，除了特别指定，将FMEA和FMECA统称为“FMEA”。FMEA实施的时机可从产品的整体寿命周期来探讨，大体来说FMEA可分成四个阶段：方案阶段、研制阶段、生产阶段和使用阶段。
降低产品市场故障发生的研究主要是在产品使用过程中实际发生的故障、原因及其影响进行分析论证，为评估论证、研制、生产各阶段的FMECA的有效性和进行产品的改进、改型或新产品的研制提供依据。
下面以我国国内著名的某日本合资企业2005年降低市场品质索赔率为例进行说明。
2市场故障的确认
品质问题从根源上分为“图纸设计不良”、“材料不良”、“制造缺陷”、“配合不良”等几种，而由其带来的后果主要有“A级重大事件”、“B级性能问题”、“C级外观不良”和“M级商品性不良”等几种。
图纸不良的零件主要是在设计研发阶段未很好地进行基本车FMEA的工作，对零件的图纸未好好地理解，不能判定正确的零件图纸和未能对协作厂家合适的工艺流程进行严格的确认，导致不能确保制造正确的零件。
制造不良主要是在制造过程中不能确保工艺和操作的一致性造成的零件品质状态的不一致，其中主要表现为厂家的批次管理和初物管理混乱。表1是该日本企业2004年市场索赔件的统计情况。
3市场故障的分析对策程序
根据FRACAS和TQM持续改善的方法，对市场故障发生的分析对策程式进行规范化，主要有9个步骤：故障把握核实；再现故障；隔离故障产品；更换故障产品；故障检测、分析和查找故障模式、原因；确定根本原因；纠正措施适当的对策；效果评价以及规范化和水平展开。
2004年，该企业的市场品质对应工作未能按照系统的方法开展，产品的声誉出现不好的影响。为此2005年开始，该企业严格按照市场品质运行模式和市场故障发生的分析对策程式来进行对应。现以2005年发生的一宗市场品质问题进行举例说明。
(1)故障把握
2005年4月，市场反馈骑式车车型的左前减震发生断裂，造成车辆性能故障。故障发生后，技术人员立即奔赴现场对产品进行“三现主义”的现实问题的确认工作。事发时用户单人骑乘在较平整路面上，时速在50km／h左右，突然发现前面有车辆而紧急刹前刹，左前减震器突然断裂，导致车辆无法行驶。
对现场及车辆进行检查后发现，除左前减震外，其它零件未发现有被撞击过的痕迹，判断车辆被撞击断裂的可能性不大。减震是协作厂家“强”的产品，与减震关联最大的制动鼓盖是协作厂家“田”的产品。2005年5月，河南郑州又有反馈一辆左前减震发生断裂，现场调查未有发现异常。减震是协作厂家“南”的产品，与减震关联最大的制动鼓盖是协作厂家“田”的产品。同一个月内，连续有两宗以上的同类事件发生，应该是产品的质量问题造成的性能异常。
(2)核实、再现故障
品质部门在接到故障相关报告后，应根据故障的严重性，组织人员进行故障调查，以确认故障信息的准确性。核实故障可以用再现试验或有关故障证据来证实。
左前减震断裂的再现实验受温度、湿度、路况环境、驾驶方式、减震器的状态、制动鼓盖等关联件的影响较大。我们将由故障现场返回的一套相关件，另外配置一支左前减震进行了100km的路试试验，期间包括蹄块湿态、制动力和制动距离的检测等。结果表明故障件装车试验制动力及制动距离符合相关要求，试验期间未发现有蹄块突然抱死现象及其它异常，也即是说按常规试验无法重现故障现象，这主要是由于无法完全模拟发生故障时条件(车辆状况、道路、天气、使用状况等综合)进行试验而造成的。
后面市场陆续有左前减震断裂的事例，分布地区分散，断裂减震的制造厂家亦非常分散，但与减震相关的制动鼓盖的厂家出现高度的一致性，都是外协厂“田”的产品。在断裂车辆的生产时间上，有高度的趋同性(0410至0501批次)，这说明该车型在该时间段的产品确实存在一定程度的左前减震断的故障隐患，因此必须抓紧时间对对象范围内的车进行市场对应。
图l 断裂时车辆状态及骑乘者受伤图
图2 定性危害性矩阵
(3)确定故障重要度等级
FMEA中的故障模式概率等级分为四级：灾难的、致命的、临界的、轻度的，具体描述见表2。在该公司，根据摩托车故障的特点和国家“三包”故障的分类，并与其母公司对重要度的判定分类，将故障模式也分为4个级别：A级重大事件、B级性能不良、C级外观等轻微不良和M级商品性不良。具体分类如表3所示。
图3 故障分析工作组的构成
左前减震断裂发生在行驶的过程中，前减震的失效会关联造成制动鼓盖的卡死，属制动零件失效；另由图1可知在制动过程中的断裂占73％，造成人身安全事件的占39％。所以其重要度等级判定为A级。
(4)隔离故障产品和更换故障产品
隔离更换故障产品在服务阶段主要有三方面的内容：
①隔离事件现场的故障件，更换新件试车，检证其运作正常，继续跟踪用户使用情况；②隔离故障同批次的在制品，以避免继续生产不合格产品；③隔离故障同批次的零件生产的产品，不流出市场继续给用户造成不良。
虽然该事件表象为减震断裂，但因为有单独更换减震后事件再发的事例，所以其真正原因不单单是减震的问题，要素确认如表4所示。
针对这三个方面，该公司对0410至0501批次的制动鼓盖进行了生产、库存批次追溯，对该批次32121件零件的三种状态制定以下对策：
①对市场的同类不良，进行更换断裂的前减震器和更换前制动鼓盖(包括制动蹄块)，试车合格后，交还用户并进行市场跟踪；
②暂停故障厂的制动蹄块的供应和生产，同期封存零件仓和服务备件仓的所有故障厂的该车型服务配件；
③对0410至0501批次该车型装故障厂生产的前制动鼓盖的车辆暂时停止发货，已发往市场的由服务部门进行服务点检更换。
(5)故障检测分析和查找故障原因
故障分析是由故障现象、后果去查明故障原因和机理的过程，追查原因中的原因，直到查出根本原因，并能构造出反映故障因果逻辑关系的故障链。只有彻底查明故障原因，才能解释故障发生的过程，才能提出有性的纠正措施。
①成立故障分析工作组
针对特定故障，成立包括与产品试验和故障有关单位和部门的代表、专业失效分析机构和质量可靠性部门的人员组成。其任务是负责故障调查、分析工作、做出分析结论编写故障分析报告，提出改进措施建议。项目组构成如图3所示。
图3 故障分析工作组的构成
②按特定步骤进行故障分析
根据前减震的丌A故障分析图(图4为前减震设计时的FTA简易图)综合运用工程分析、失效机理分析和统计分析的方法，通过分析相关零件和故障的设计和工艺、试验，分析故障零件的工作过程，分析环境和操作的影响，核查零件的故障发生履历和分析对应经验，对故障件进行测试、检查，提出故障原因和机理假设并证实。
图4 前减震FTA简易图
(6)确定根本原因
根据技术分析、测试试验、再现试验和历史经验，故障分析小组一致认为，该事项发生的根本原因是：在一定的环境和驾驶条件下，由于受到湿气的影响，刹车抱死导致刹车蹄块突然和鼓盖贴在一起，由于蹄块设计、制造上的缺陷造成了减震器直接受力，致使其在最薄弱的铸造部位破损。
(7)纠正措施适当的对策
根据市场品质对应运行模式和故障原因分析结果，由标准图纸要求、供应链情况、制造现场、部品纳入检查、生产过程监控、完成车检查和抽出路试提出适当的对策，坚持实施，以提高产品质量，预防不良事件的再发生。
(8)效果评价
对于产品流出市场服务过程中发现的问题的改进效果评价，主要是依靠对改善品的路试试验和市场跟踪来进行效果评价的，一般的跟踪时限为半年至一年，如果改善后继续有不良事件发生，就必须运用PDCA的持续改善的手法进行再次的分析推进。
PDCA循环的概念最早是由美国质量管理专家戴明提出来的，所以又称为“戴明环”。PDCA四个英文字母及其在PDCA循环中所代表的含义如下：
P(Plan)——计划，确定方针和目标，确定活动计划；
D(Do)——执行，实地去做，实现计划中的内容；
C(Check)——检查，总结执行计划的结果，注意效果，找出问题；
A(Action)——行动，对总结检查的结果进行处理，成功的经验加以肯定并适当推广、标准化；失败的教训加以总结，以免重现，未解决的问题放到下一个PDCA循环。
PDCA循环实际上是有效进行任何一项工作的合乎逻辑的工作程序。在质量管理中，PDCA循环得到了广泛的应用，并取得了很好的效果，因此有人称PDCA循环是质量管理的基本方法。
PDCA循环有如下三个特点：①大环带小环；②阶梯式上升；⑧科学管理方法的综合 应用。
PDCA循环应用以QC七种工具为主的统计处理方法以及工业工程(IE)中工作研究的方法，作为进行工作和发现、解决问题的工具。
在对该减震断裂的分析中，我们首先将目标放在直接出现故障的减震这一零件上，但在对减震进行系统的检测分析试验后，我们发现导致减震断裂的直接要素并非来自减震本身，而是另一个相关零件制动蹄块，也就是说最终我们分析出来是制动蹄块在新品投入时，未深入考虑不同使用状态下的摩擦力的变化情况，以及不同关联件之间的应力传递对零件强度的要求而造成不良的发生。最终的结论就是设计的缺陷造成潜在故障的存在，影响了产品的品质。改进后的该零件目前暂未收到有改善后的产品发生同类不良现象的报告，这表明已经收到了预期的改进效果。
(9)规范化工作和水平展开
该公司对于2004年索赔前70位的零件以及2005年发生的市场重要问题均按照以上的市场品质对应体制和市场故障对应方式进行规范化的工作，初步建立了零件的故障信息数据库，每周由市场收集故障和效果资料，由品质部门和协作厂家收集分析和改善资料。同时将FMEA四个阶段(方案阶段、研制阶段、生产阶段和使用阶段)的工作进行水平展开，并将故障报告和纠正措施系统形成一个闭环的系统，如图5所示。
图5 故障报告和纠正措施系统闭环图
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