FMEA在設(shè)備管理工作中的應(yīng)用探究

朱睿中

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司半導(dǎo)體事業(yè)部，湖南株洲 412001）

0 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析）是一種用于確保在APQP（Advanced Product Quality Planning，產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃）中潛在問(wèn)題予以考慮和闡述的分析方法學(xué)。它最直觀的結(jié)果是跨功能小組的集體知識(shí)的文件化。評(píng)估和分析的部分是關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)的判別。最重要的是對(duì)有關(guān)設(shè)計(jì)（產(chǎn)品或功能），功能評(píng)估和應(yīng)用方面的任何更改，以及潛在失效導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行討論。

FMEA也能應(yīng)用于非生產(chǎn)領(lǐng)域。例如，F(xiàn)MEA可以用于對(duì)行政過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析或安全系統(tǒng)評(píng)估?？偟膩?lái)講，F(xiàn)MEA可應(yīng)用于那些產(chǎn)品很重要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的失效模式[1]。

文中提到的EFMEA（Equipment Failure Mode and Effects Analysis，設(shè)備失效模式及影響分析）與之前提出的EFMEA概念略有不同。文中提出的EFMEA概念更加傾向于PFMEA（Process Failure Mode and Effects Analysis，制程失效模式及影響分析）模式，重點(diǎn)在關(guān)注設(shè)備整個(gè)使用壽命中的潛在失效分析。對(duì)于設(shè)備在整個(gè)的使用過(guò)程中可能發(fā)生的各種潛在失效及其后果進(jìn)行分類分析并尋求出相應(yīng)的解決方案，并在日常的工作中持續(xù)更新方案，保證設(shè)備的可利用率[2-3]。

1 分析現(xiàn)有的FMEA模式

現(xiàn)有FMEA分析關(guān)鍵在于對(duì)于潛在后果的預(yù)測(cè)以及預(yù)防性的對(duì)策。在幾種應(yīng)用中都嚴(yán)格遵循FMEA分析的基本法：潛在模式，預(yù)防措施，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[4]。這種方式可以應(yīng)用于分析某一種產(chǎn)品，設(shè)計(jì)方案等實(shí)際存在的目標(biāo)，也可以分析一個(gè)流程，工作方式等非實(shí)物目標(biāo)。分析過(guò)程中，明確自己所需要的分析目標(biāo)并且按照流程進(jìn)行分析，就能夠得到比較理想的解決方案。

2 總結(jié)現(xiàn)行設(shè)備維護(hù)工作模式

目前部門內(nèi)的工作模式，大體上為日常保養(yǎng)與事后分析維修相結(jié)合的工作方式。在工作中按照設(shè)備手冊(cè)的要求按時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后，依據(jù)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，找到方法恢復(fù)設(shè)備。完成之后對(duì)于此類故障進(jìn)行總結(jié)、記錄，為之后的工作提供案例參考。這種設(shè)備維護(hù)的方式也是大多數(shù)工廠所實(shí)行的設(shè)備管理方式。然而在這之中，還是存在著一些不足。

首先，在設(shè)備的日常保養(yǎng)工作中，大部分時(shí)間僅按照設(shè)備生產(chǎn)商提供的設(shè)備資料作為依據(jù)，進(jìn)行設(shè)備的日常維護(hù)工作。設(shè)備資料中的相關(guān)項(xiàng)目適用于大多數(shù)場(chǎng)合的一套保養(yǎng)方式。但是由于設(shè)備最終生產(chǎn)的產(chǎn)品千差萬(wàn)別，設(shè)備上所進(jìn)行的工藝要求也各不相同，所以設(shè)備在出廠后，所處的狀況差異也會(huì)越來(lái)越大。任意一個(gè)條件的改變都會(huì)影響到設(shè)備的表現(xiàn)。這種情況下，僅僅按照通用的保養(yǎng)手冊(cè)進(jìn)行工作就有了一定的局限性。

其次，在設(shè)備使用過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種故障。突發(fā)性的故障對(duì)于設(shè)備的可利用率有著很大的影響。而對(duì)于設(shè)備管理者而言，設(shè)備故障無(wú)論嚴(yán)重與否，其結(jié)果都是機(jī)臺(tái)無(wú)法繼續(xù)正常使用。當(dāng)然在這里不討論會(huì)引起嚴(yán)重生產(chǎn)安全或者生命安全的問(wèn)題，這種故障基本屬于無(wú)法依靠正常手段恢復(fù)設(shè)備使用的范疇。按照目前手段處理設(shè)備故障時(shí)好處很明顯：結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)與其他資源，可以迅速將有效，指向性明確地解決問(wèn)題。但是缺點(diǎn)也同樣明顯：設(shè)備已經(jīng)停機(jī)，接下來(lái)進(jìn)行的動(dòng)作都是補(bǔ)救措施。

3 FMEA在日常設(shè)備管理工作中的應(yīng)用

目前的EFMEA模式開始于設(shè)備計(jì)劃階段，結(jié)束于設(shè)備投入使用?，F(xiàn)有的EFMEA更偏向于DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis，設(shè)計(jì)失效模式與效果分析）的方式，在設(shè)備開始使用之前的一系列準(zhǔn)備工作中進(jìn)行，當(dāng)設(shè)備開始使用之后，分析工作就停止下來(lái)，后續(xù)工作依據(jù)現(xiàn)有分析得出的結(jié)論，比較針對(duì)性的進(jìn)行維護(hù)。它只是針對(duì)于某一種設(shè)備進(jìn)行，更多的是綜合考慮設(shè)備的適用性，對(duì)于設(shè)備的使用方面指導(dǎo)意義有限[5]。

文中提出的EFMEA模式，更加偏向于PFMEA的方式。它是對(duì)于整個(gè)的工作過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)于這個(gè)過(guò)程中可能遇到的各類問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防性解決。PFMEA對(duì)象是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)步驟，此處類比到設(shè)備管理中就是整個(gè)設(shè)備壽命周期中設(shè)備各個(gè)功能模塊，對(duì)于各功能模塊工作中可能遇到的各種問(wèn)題，依據(jù)工作中整理出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)資料結(jié)合其他途徑獲得的知識(shí)，做出預(yù)測(cè)性的方案。

此處的EFMEA是對(duì)于現(xiàn)有EFMEA的一個(gè)拓展與加強(qiáng)：在設(shè)備計(jì)劃采購(gòu)階段，能否滿足工藝設(shè)備生產(chǎn)要求以及后續(xù)要求；這一點(diǎn)是與現(xiàn)有的EFMEA相吻合的。在設(shè)備使用階段，設(shè)備可預(yù)見(jiàn)的失效模式應(yīng)對(duì)，與潛在失效模式的分析與應(yīng)對(duì)。這方面是本文對(duì)于EFMEA的拓展延伸，也是文中重點(diǎn)討論的部分。

3.1 適用范圍

定義其適用范圍僅限于研究設(shè)備本身。暫時(shí)在初期排除產(chǎn)品廠務(wù)等其他因素對(duì)于設(shè)備表現(xiàn)的影響，單純研究設(shè)備自身。

3.2 對(duì)于設(shè)備可用的判定標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于設(shè)備可用的界定，規(guī)定2點(diǎn)：淤設(shè)備可以運(yùn)行。于設(shè)備離線測(cè)試數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)。設(shè)備可以運(yùn)行代表設(shè)備的硬件功能正常，在正常情況下可以開始工藝生產(chǎn)并能夠完成產(chǎn)品的加工。離線測(cè)試數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)，意味著設(shè)備在硬件正常運(yùn)行的前提下，生產(chǎn)前的設(shè)備測(cè)試能夠達(dá)標(biāo)，達(dá)到設(shè)備開始生產(chǎn)合格產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。確定了以上2個(gè)大前提，接下來(lái)對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行FMEA分析，在此采用如下手段。

3.3 分析方法

功能法。從目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，逐項(xiàng)功能進(jìn)行分析，得出失效模式。針對(duì)設(shè)備管理的工作特性，選取功能法進(jìn)行分析得到的結(jié)果更具有指導(dǎo)意義。同時(shí)鑒于目前實(shí)際情況，對(duì)于設(shè)備的了解并非十分透徹，多數(shù)的失效模式確立還是依靠經(jīng)驗(yàn)，并非對(duì)于設(shè)備本身的設(shè)計(jì)思路模式進(jìn)行分析。從此看來(lái)，選取功能法進(jìn)行分析也更便于進(jìn)行分析，更加符合目前狀況。

3.4 分析步驟

在這里參考PFMEA的工作方式進(jìn)行起草。

（1）確定分析小組成員：包括但不限于設(shè)備管理人員+操作人員+維修人員。

（2）做好設(shè)備失效模式統(tǒng)計(jì)工作。例如通過(guò)日常統(tǒng)計(jì)，管理臺(tái)賬記錄等渠道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（3）確定設(shè)備功能模塊結(jié)構(gòu)圖/分析圖。

（4）列出設(shè)備各系統(tǒng)或部件的名稱/功能/失效模式影響/失效原因及失效檢測(cè)方法。

（5）確定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

（6）完成表格分析。

（7）對(duì)于改進(jìn)項(xiàng)點(diǎn)提出改進(jìn)方案并需要結(jié)合日常工作。

（8）對(duì)于單項(xiàng)分?jǐn)?shù)較高的項(xiàng)目需要提出拯救方案。

（9）綜合考慮改善措施的提升與工作量加大、日常保養(yǎng)時(shí)間加長(zhǎng)、費(fèi)用增加等后果之間的關(guān)系，找到最優(yōu)化的解決方案。

3.5 評(píng)分規(guī)則

在進(jìn)行FMEA分析過(guò)程中，對(duì)于嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度等3者的打分標(biāo)準(zhǔn)是很重要的。在此首先結(jié)合現(xiàn)有的E/PFMEA分析表格的推薦打分標(biāo)準(zhǔn)，制定出一套適合于自身使用的評(píng)分規(guī)則。

3.5.1 嚴(yán)重度

FMEA表格中用字母S，表示對(duì)于嚴(yán)重度的區(qū)分，分為兩類：機(jī)臺(tái)物理系統(tǒng)失效與離線測(cè)試數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)。將離線測(cè)試結(jié)果不達(dá)標(biāo)的嚴(yán)重程度定義較高。除此之外，定義最高嚴(yán)重度為會(huì)影響到生產(chǎn)或者人身安全的失效模式，最低嚴(yán)重度失效模式為不會(huì)造成任何影響的，僅需人員確認(rèn)的設(shè)備失效。失效模式從1到10分為10級(jí)，10級(jí)為嚴(yán)重安全事故，1級(jí)為無(wú)影響，僅需確認(rèn)的失效。中間分級(jí)按照設(shè)備恢復(fù)所需要的時(shí)間長(zhǎng)短，費(fèi)用高低，損壞是否為常備備件進(jìn)行區(qū)分，具體評(píng)分見(jiàn)表1。

表1 嚴(yán)重度評(píng)分

3.5.2 頻度

FMEA表格中使用字母O表示頻度代表失效模式發(fā)生的頻繁程度。這里使用如下方式定義頻度。按照生產(chǎn)線運(yùn)行模式，在滿負(fù)荷4班3運(yùn)轉(zhuǎn)的形式下，設(shè)備失效在每班都發(fā)生的頻率定義為 1（100%），那么就有：

設(shè)備可能的失效率=發(fā)生失效的班次數(shù)統(tǒng)計(jì)的總班次數(shù)

在這里統(tǒng)計(jì)的總班次數(shù)，定義為在1 a中（365 d）的正常工作日。由此可以得出頻度分布表（表2）。

3.5.3 探測(cè)度

FMEA表格中用字母D表示探測(cè)度的定義是發(fā)現(xiàn)失效模式的難易程度。難易程度是一個(gè)相對(duì)較為主觀的概念，并沒(méi)有一個(gè)可以適當(dāng)量化的標(biāo)準(zhǔn)。探測(cè)度的區(qū)分度主要是體現(xiàn)在在人員的專業(yè)程度，工具器具的特殊程度，設(shè)備的自動(dòng)化程度等方面?；谏鲜鲇^點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有資料，對(duì)探測(cè)度分級(jí)（表 3）。

3.6 規(guī)則說(shuō)明

完成了評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的制定之后，需要對(duì)打分的規(guī)則進(jìn)行說(shuō)明，以易于操作：

表2 頻度評(píng)分

表3 探測(cè)度評(píng)分

（1）對(duì)于各失效項(xiàng)點(diǎn)，僅客觀判別其自身的S/O/D，不考慮現(xiàn)有的防護(hù)與改善措施。

（2）對(duì)于各項(xiàng)點(diǎn)的綜合評(píng)分達(dá)成一定的區(qū)分度，對(duì)于單項(xiàng)得分過(guò)高的項(xiàng)點(diǎn)，也需要進(jìn)行特別關(guān)注。

在設(shè)備管理工作中，頻繁發(fā)生的故障相對(duì)于偶發(fā)的嚴(yán)重故障更需要投入精力進(jìn)行監(jiān)控解決。根據(jù)這種管控的特性，在EFMEA應(yīng)用中會(huì)對(duì)于頻度較高的單項(xiàng)進(jìn)行特別的拯救措施。

除此之外，通過(guò)討論達(dá)成一致了如下幾條填寫規(guī)范說(shuō)明。

3.7 填寫標(biāo)準(zhǔn)

（1）失效模式的選取。以最終的失效表現(xiàn)作為失效模式及逆行選擇。最終目的尋找失效模式的根本原因。每條根本原因出現(xiàn)即表示完成一條失效模式的分析。

（2）模式拆分程度。針對(duì)于某種設(shè)備，拆分到功能模塊的組成部件，對(duì)于一種設(shè)備的某個(gè)功能模塊，拆分到實(shí)現(xiàn)功能的具體零件。

模式的拆分程度由填寫者根據(jù)實(shí)際需求確定，但需要遵循主系統(tǒng)—子系統(tǒng)—部件—零件的模式。

（3）同種失效模式可能由于不同的原因引起，可以在同一種失效模式之內(nèi)分成多條進(jìn)行分析。（4）檢查模式針對(duì)于失效模式，改善方案針對(duì)于失效機(jī)理。（5）對(duì)于同一種失效模式引起不同的子系統(tǒng)失效的，在相應(yīng)的子系統(tǒng)之中進(jìn)行分析

（6）每對(duì)一個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，僅針對(duì)這一個(gè)系統(tǒng)，不考慮外界因素對(duì)它的影響，也不考慮相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)對(duì)的影響。

通過(guò)以上這些重點(diǎn)的描述，形成了一個(gè)初步的填寫指導(dǎo)書并以此來(lái)指導(dǎo)后續(xù)的工作進(jìn)行。同時(shí)應(yīng)用于日常工作中的實(shí)例，確實(shí)體現(xiàn)出了EFMEA的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

分析了目前的FMEA分析應(yīng)用的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合日常工作中的發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)，嘗試將FMEA分析應(yīng)用到整個(gè)設(shè)備的管理周期中，并且在試行時(shí)得到了很有益的結(jié)論。

通過(guò)這一年來(lái)的研究與探索，加上后續(xù)實(shí)際的試用，對(duì)于FMEA方法在設(shè)備管理方面的使用有了一定的經(jīng)驗(yàn)積累。在現(xiàn)有的EFMEA基礎(chǔ)上，嘗試在更長(zhǎng)的周期中應(yīng)用。將原本應(yīng)用于設(shè)備采購(gòu)過(guò)程中的EFMEA拓展到了設(shè)備整個(gè)使用周期內(nèi)。這拓寬了這一科學(xué)方法的使用面，也為今后的設(shè)備管理工作提供了新的思路。在試行的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了很多對(duì)現(xiàn)行工作有益的亮點(diǎn)，并且切實(shí)體會(huì)到這種模式在設(shè)備日常管理的過(guò)程中是可行的，并且是有益的。

設(shè)備管理工作由于它持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備狀況復(fù)雜的特點(diǎn)，是一個(gè)需要付出大量時(shí)間的工作。并且設(shè)備狀況好壞與生產(chǎn)能力息息相關(guān)。每個(gè)制造型企業(yè)對(duì)此都有很高的重視程度。在設(shè)備管理工作中不斷地嘗試新的方式提升設(shè)備表現(xiàn)是今后的發(fā)展趨勢(shì)。這次FMEA分析應(yīng)用于設(shè)備管理方面只是一個(gè)很小的嘗試。理想中FMEA分析的最終目標(biāo)是在問(wèn)題發(fā)生之前就將其解決。如果設(shè)備維護(hù)工作最終能夠做到這一點(diǎn)，那么幾乎相當(dāng)于規(guī)避了設(shè)備管理工作中所有的計(jì)劃外產(chǎn)能損失，這樣生產(chǎn)線就能有計(jì)劃地運(yùn)行在很高的效率之下。