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工藝FMECA使用手冊
來源:可靠性知識 | 作者:可靠性知識 | 發布時間: 2022-01-12 | 1748 次瀏覽 | 分享到:
故障模式影響及危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,簡稱FMECA)方法起源于美國,目前在航天航空、兵器、艦船、電子、機械和汽車等工業領域得到了廣泛的應用。在許多重要領域,FMECA成為設計人員必須掌握的技術。

故障模式影響及危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,簡稱FMECA)方法起源于美國,目前在航天航空、兵器、艦船、電子、機械和汽車等工業領域得到了廣泛的應用。在許多重要領域,FMECA成為設計人員必須掌握的技術。

FMECA是一種可靠性定性分析技術,針對產品所有可能的故障,根據對故障模式的分析,確定每種故障模式對產品工作的影響,找出故障原因,并按故障模式的嚴重程度和發生概率確定其危害性。在產品生命周期的不同階段,FMECA應用的目的和方法也不盡相同。

 

工藝FMECA步驟的主要內容

1.1  系統定義

與功能及硬件FMECA一樣,工藝FMECA首先對分析對象進行定義。其內容可概括為功能分析、繪制“工藝流程表”及“零部件-工藝關系矩陣”。

a) 功能分析:對被分析工藝的目的、功能、作用及有關要求等進行分析。

b) 繪制“工藝流程表”及“零部件-工藝關系矩陣”。

1) 繪制“工藝流程表”(見表1)。它表示各工序相關的工藝特性和結果。它是工藝FMECA的準備工作。

2) 繪制“零部件-工藝關系矩陣”(見表2)。它表示零件特性與工藝操作各工序間的關系。

“工藝流程表”、“零部件-工藝關系矩陣”均應作為工藝FMECA報告的一部分。

表1 工藝流程表

零部件名稱:      生產工藝:                   

零部件號:        部門名稱:       審核:      第   頁?共   頁

型號名稱:        分析人員:       批準:      填表日期


工藝流程

輸入

輸出結果

工序1



工序2



……




表2 零部件-工藝關系矩陣

零部件名稱:     生產工藝:                  

零部件號:       部門名稱:       審核:        第   頁?共   頁

型號名稱:       分析人員:       批準:        填表日期

 

零部件特性

工藝操作

工序1

工序2

工序3

……

特性1





特性2





……






1.2  工藝故障模式分析

工藝故障模式是指不能滿足工藝要求和/或設計意圖的缺陷。它可能是引起下一道(下游)工序的故障模式的原因,也可能是上一道(上游)工序故障模式的后果。一般情況下,在工藝FMECA中,是假定提供的零件/材料是合格的。典型的工藝故障模式示例(不局限于)見表3:

表3 典型的工藝故障模式示例(不局限于)

序號

故障模式

序號

故障模式

序號

故障模式

1

彎曲

7

尺寸超差

13

光滑度超差

2

變形

8

位置超差

14

未貼標簽

3

裂紋

9

形狀超差

15

錯貼標簽

4

斷裂

10

(電的)開路

16

搬運損壞

5

毛刺

11

(電的)短路

17

表面污染

6

漏孔

12

粗糙度超差

18

遺留多余物

 

1.3  工藝故障原因分析

工藝故障原因是指故障為何發生。典型的工藝故障原因示例(不局限于)見表4:

表4 典型的工藝故障原因示例(不局限于)

序號

故障原因

序號

故障原因

1

扭矩過大、過小

11

工具磨損

2

焊接電流、時間、電壓不正確

12

零件漏裝

3

虛焊

13

零件錯裝

4

鑄造澆口/通氣口不正確

14

安裝不當

5

粘接不牢

15

定位器磨損

6

熱處理時間、溫度、介質不正確

16

定位器上有碎屑

7

量具不精確

17

破孔

8

潤滑不當

18

機器設置不正確

9

工件內應力過大

19

程序設計不正確

10

無潤滑

20

工裝或夾具不正確


1.4  工藝故障影響分析

工藝故障影響是指故障模式對“顧客”的影響。“顧客”是指下道工序/后續的工序,和/或最終使用者。故障影響可分為下道工序、組件和裝備。

a) 對下道工序/后續工序而言:工藝故障影響應該用工藝/工序特性進行描述,見表5(不局限于):

表5 典型的工藝故障影響示例(對下道工序/后續工序而言)


序號

故障影響

序號

故障影響

1

無法取出

6

無法配合

2

無法鉆孔/攻絲

7

無法加工表面

3

不匹配

8

導致工具工藝磨損

4

無法安裝

9

損壞設備

5

無法連接

10

危害操作者


b) 對最終使用者而言:工藝故障影響應該用型號的特性進行描述,見表6(不局限于):

表6 典型的工藝故障影響示例(對最終使用者而言)

序號

故障影響

序號

故障影響

1

噪音過大

9

工作性能不穩定

2

振動過大

10

損耗過大

3

阻力過大

11

漏水

4

操作費力

12

漏油

5

散發異常的氣味

13

表面缺陷

6

作業不正常

14

尺寸、位置、形狀超差

7

間歇性作業

15

非計劃維修

8

不工作

16

廢棄


1.5  風險優先數(RPN)分析

風險優先數(RPN)是故障模式嚴酷度(簡稱嚴酷度S)、故障模式發生概率(簡稱發生概率O)和故障模式探測度(簡稱探測D)的乘積,即

RPN=S*O*D

RPN是對潛在故障模式風險等級的評價,它反映了對故障模式發生的可能性及其后果嚴重性的綜合度量。RPN值越大,即該故障模式的危害性越大。

a) 工藝故障模式嚴酷度(S):是指工藝中的某個工藝故障模式的最嚴重影響程度。其等級的評分準則見表7:

表7 工藝故障模式嚴酷度(S)等級的評分準則

影響程度

工藝故障模式的最終影響
  (對最終使用者而言)

工藝故障模式的最終影響
  (對下道作業/后續作業而言)

嚴酷度等級

災難性的

產品毀壞或功能喪失

人員死亡/嚴重危及作業人員安全及重大環境損害

109

致命性的

產品功能基本喪失而無法運行/能運行但性能下降/最終使用者非常不滿意

危及作業人員安全、100%產品可能廢棄/產品需在專門修理廠進行修理及嚴重環境損害

87

中等的

產品能運行,但運行性能下降/最終使用者不滿意,大多數情況(>75%)發現產品有缺陷

可能有部分(<100%)產品不經篩選而被廢棄/產品在專門部門或下生產線進行修理及中等程度的環境損害

654

輕度的

2550%的最終使用者可發現產品有缺陷、或沒有可識別的影響

導致產品非計劃維修或修理

321


b) 工藝故障模式發生概率(O):是指某個工藝故障模式發生的可能性。發生概率(O)級別數在PFMECA范圍中是一個相對比較的等級,不代表工藝故障模式真實的發生概率。其評分準則見表8:

表8 工藝故障模式發生概率(O)評分準則


工藝故障模式發生的可能性

可能的工藝故障模式概率(Po

級別

很高(持續發生的故障)

Po≥ 10-1

10

5×10-2≤ Po  <10-1

9

高(經常發生的故障)

2×10-2 ≤ Po  <   5×10-1

8

1×10-2 ≤ Po  <   2×10-2

7

中等(偶爾發生的故障)

5×10-3 ≤ Po  <   1×10-2

6

2×10-3 ≤ Po  <   5×10-3

5

1×10-3 ≤ Po  <   2×10-3

4

低(很少發生的故障)

5×10-4 ≤ Po  <   1×10-3

3

1×10-4 ≤ Po  <   5×10-4

2

極低(不大可能發生故障)

Po<   1×10-4

1


c) 工藝故障模式探測度(D):是描述在工藝控制中工藝故障模式被探測出的可能性。探測度(D)也是一個相對比較的等級。為了得到較低的探測度數值,型號加工、裝備工藝控制需要不斷地改進。其評分準則見表9:

表9 工藝故障模式探測度(D)的評分準則

探測度

評分準則

檢查方式*

推薦的探測度分級方法

級別

A

B

C

幾乎不可能

無法探測



無法探測或無法檢查

10

很微小

現行探測方法幾乎不可能探測出



以間接的檢查進行探測

9

微小

現行探測方法只有微小的機會去探測出



以目視檢查來進行探測

8

很小

現行探測方法只有很小的機會去探測出



以雙重的目視檢查進行探測

7

現行探測方法可以探測


以圖表方法進行探測

6

中等

現行探測方法基本上可以探測出



在零件離開工位之后以量具進行探測

5

中上

現行探測方法有較多機會可以探測出


在后續的工序中實行誤差檢測,或進行工序前測定檢查,進行探測

4

現行探測方法很可能探測出


在當場可以測錯,或在后續工序中探測(如庫存、挑選、設置、驗證)。不接受缺陷零件

3

很高

現行探測方法幾乎肯定可以探測出


當場探測(有自動停止功能的自動化量具)。缺陷零件不能通過

2

肯定

現行探測方法肯定可以探測出



工藝/產品設計了防錯措施,不會生產出有缺陷的零件

1

*注:檢查類型:A-采用防錯措施;B-使用量具測量;C-人工檢查。


1.6  改進措施

改進措施是指以減少工藝故障模式的嚴酷度(S)、發生概率(O)和探測度(D)的級別為出發點的任何工藝設計改進措施和使用補償措施。一般不論RPN的大小如何,對嚴酷度(S)等級為9或10的項目應通過工藝設計上的改進措施或使用補償措施等手段,以滿足降低該風險的要求。在所有的狀況下,當一個工藝故障模式的后果可能對制造/組裝人員產生危害時,應該采取預防/改進措施,以排除、減輕、控制或避免該工藝故障模式的發生。對某工藝故障模式確無改進措施,則應在工藝FMECA表相應欄中填寫“無”。

1.7  RPN值的預測或跟蹤

制定改進措施后,應進行預測或跟蹤改進措施的落實結果、實施的有效性,對工藝故障模式嚴酷度(S)、工藝故障模式發生概率(O)和工藝故障模式探測度(D)級別的變化情況進行分析,計算相應的RPN值是否符合要求。當不滿足要求,尚需進一步改進,并按上述步驟重復進行,直到RPN值滿足最低可接受水平為止。

1.8  工藝FMECA報告

將工藝FMECA的結果進行歸納、整理成技術報告。其主要內容包括:概述、工藝的描述、系統定義、工藝FMECA表格的填寫、結論及建議、附表(如“工藝流程表”、“零部件-工藝關系矩陣”)等。

1.9  工藝FMECA的實施

實施PFMECA的主要工作是填寫工藝FMECA表格(見表10)。應用時,可根據實際情況對表格的內容進行增、刪。

表10 工藝FMECA表格

產品名稱(標識)         生產工藝       審核       第頁?共頁

所屬裝備/型號           分析人員        批準       填表日期

工序
名稱

工序功能要求

工藝故障
模式

工藝故障
原因

工藝故障影響

改進前的風險優先數

改進措施

責任部門

改進措施
執行情況

改進措施執行后的(RPN)

備注

下道工序影響

組件影響

裝備影響

嚴酷度S

發生概率O

探測度D

RPN

嚴酷度S

發生概率O

探測度D

RPN

?

?

?

?

表10中各標號的填寫說明如下:

① 型號名稱(標識):是指被分析的型號名稱與標識(如型號代號、工程圖號等);

② 所屬裝備/型號:是指被分析的型號安裝在哪一種裝備/型號上,如果該型號被多個裝備/型號選用,則一一列出;

③ 生產工藝:是指被分析型號生產工藝的名稱(如××加工、××裝配);

④ 工序名稱:是指被分析生產工藝的工藝步驟名稱,該名稱應與工藝流程表中的各步驟名稱相一致;

⑤ 工藝功能/要求:是指被分析的工藝或工序的功能(如車、銑、鉆、攻絲、焊接、裝配等),并記錄被分析型號的相關工藝/工序編號。如果工藝包括很多不同故障模式的工序(例如裝配),則可以把這些工序以獨立項目逐一列出;

⑥ 故障模式:按照本指南1.2條的要求填寫。

⑦ 故障原因:按照本指南1.3條的要求填寫。

⑧ 故障影響:按照本指南1.4條的要求填寫。

⑨ 改進前風險優先數PRN:按照本指南1.5條的要求填寫。

⑩ 改進措施:按照本指南1.6條的要求填寫。

? 責任部門:是指負責改進措施實施的部門和個人,以及預計完成的日期。

? 改進措施執行情況:是指實施改進措施后,簡要記錄其執行情況。

? 改進措施執行后的RPN:按照本指南1.7條的要求填寫。

? 備注:是指對各欄的注釋和補充。

 

注意事項

主要包括:

a)  掌握PFMECA的的時機與適用范圍:在型號工藝可行性分析、生產工裝準備之前,從零部件到系統均應進行工藝FMECA工作。PFMECA主要是考慮型號試制生產工藝的分析,也可能包括包裝、貯存、運輸等其他工藝的PFMECA;

b)  明確PFMECA與設計的關系:PFMECA中的缺陷不能靠更改型號設計來克服,應堅持“誰工藝設計、誰分析”的原則。但工藝FMECA也應充分考慮型號設計特性,根據需要,邀請型號設計人員參與分析工作,并促進不同部門之間充分交換意見,以最大限度地確保型號滿足“顧客”的需求;

c)  掌握PFMECA是一個迭代的過程:PFMECA是對工藝故障模式的風險優先數(RPN)值的大小進行排序,并對關鍵工藝采取有效地改進措施,進而對改進后的RPN進行跟蹤,直到RPN值滿足可接受水平為止。PFMECA是一個動態的、反復迭代分析的工藝;

d)  積累經驗、注重工藝信息。與設計FMECA一樣,工藝FMECA亦應從相似試制生產工藝或工序中,積累有關工藝故障模式、與原因、故障模式嚴酷度(S)、故障模式發生概率(O)和故障模式探測度(D)等信息,并相應建立數據庫,為有效開展PFMECA提供支持。















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