電子產(chǎn)品FMECA工作的改進(jìn)

宋獎(jiǎng)利

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所 陜西省西安市 710068）

1 FMECA工作現(xiàn)狀

FMECA （故障模式、影響及危害性分析）是針對(duì)電子產(chǎn)品開(kāi)展可靠性分析的重要定性方法, 是產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)非常重要的預(yù)防分析工作。通過(guò)研究產(chǎn)品的每個(gè)組成部分可能存在的失效模式并確定各個(gè)失效模式對(duì)產(chǎn)品其它組成部分和產(chǎn)品要求功能的影響，對(duì)各種可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析，以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑦@些風(fēng)險(xiǎn)減小到可接受的水平，提高產(chǎn)品或過(guò)程的可靠性，降低后期進(jìn)行彌補(bǔ)改善的成本。

隨著新時(shí)期裝備通用質(zhì)量特性工作重要程度的提升，產(chǎn)品研制生產(chǎn)中FMECA工作的受重視程度也越來(lái)越高。但在FMECA開(kāi)展過(guò)程中也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，如比如有的單位只是按照標(biāo)準(zhǔn)照搬,導(dǎo)致未能發(fā)揮FMECA方法的功效，或者是工作流程混亂，導(dǎo)致工作任務(wù)較重引起設(shè)計(jì)人員的反感，更有大部分的FMECA報(bào)告更新不及時(shí)未能起到預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的作用等等。本文擬以問(wèn)題為導(dǎo)向，按照管理、技術(shù)等方向探究改進(jìn)方向。

2 正確的流程開(kāi)展FMECA

從管理的角度按照正確的流程開(kāi)展FMECA，包括整個(gè)工作開(kāi)始的時(shí)間，導(dǎo)入和更新的時(shí)機(jī)以及各個(gè)階段開(kāi)展的重點(diǎn)等等，都直接影響著FMEC A工作最終的輸出質(zhì)量。

當(dāng)前大部分電子產(chǎn)品FMECA工作開(kāi)展流程管理存在的問(wèn)題主要有：

2.1 開(kāi)始時(shí)間滯后

FMECA的宗旨是成為“事前”行為，而不是“事后”行為，要識(shí)別、評(píng)估并最終降低的是潛在風(fēng)險(xiǎn)。既然是潛在的風(fēng)險(xiǎn)，就必須是在電子產(chǎn)品、過(guò)程實(shí)施之前，潛在的風(fēng)險(xiǎn)存在狀態(tài)下開(kāi)展的，否則就毫無(wú)意義。當(dāng)前部分單位的FMECA是在產(chǎn)品和過(guò)程已策劃完成，甚至是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了之后才開(kāi)始，目的只是為了通過(guò)文件審查，只是將現(xiàn)有的、已經(jīng)形成的措施及方案照搬到報(bào)告中，分析的過(guò)程缺失。

2.2 更新時(shí)機(jī)不明確

FMECA是動(dòng)態(tài)的，必須隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)時(shí)更新，產(chǎn)品生命周期內(nèi)從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)設(shè)計(jì)、工藝更改或質(zhì)量問(wèn)題的現(xiàn)象一般是不存在的，但很多FMECA報(bào)告基本在研制階段完成后就再未更新，與實(shí)際技術(shù)狀態(tài)完全不一致。另外，除了有新設(shè)計(jì)、新應(yīng)用或者新質(zhì)量問(wèn)題等發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的被動(dòng)要求，對(duì)于持續(xù)改進(jìn)如QCC活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的主動(dòng)FMECA更新要求往往未能得到重視。

2.3 評(píng)審時(shí)機(jī)不明確或缺失

由于FMECA工作采取歸納法的原則，表單量巨大，評(píng)審工作往往流于形式或由于缺少FMECA的評(píng)審機(jī)制缺失，致使對(duì)故障模式的描述不統(tǒng)一， FMECA的遺漏項(xiàng)目得不到完善，錯(cuò)誤的分析得不到糾正等，也會(huì)存在因?qū)υu(píng)審者缺少必要的和主動(dòng)的時(shí)效約束而評(píng)審延時(shí)的問(wèn)題。

按照?qǐng)D1規(guī)定的工作流程開(kāi)展，即在早期論證和方案階段，主要通過(guò)開(kāi)展功能FMEA即功能故障模式影響分析，從產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)層面，識(shí)別系統(tǒng)可能的功能故障模式或缺陷，進(jìn)而通過(guò)糾正措施優(yōu)化系統(tǒng)方案。在工程研制階段主要開(kāi)展硬件FMEA、軟件FMEA、使用FMEA等工作，其影響覆蓋了可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)、測(cè)試性優(yōu)化設(shè)計(jì)、維修保障優(yōu)化設(shè)計(jì)、關(guān)鍵故障信息生成、類似設(shè)備故障模式的改進(jìn)優(yōu)化。在設(shè)計(jì)定型階段，引用FMECA報(bào)告中的故障模式，確認(rèn)維修性和測(cè)試性鑒定試驗(yàn)的方案制定等。在生產(chǎn)與使用階段，通過(guò)使用故障信息的反饋與對(duì)比，可進(jìn)一步完成FMECA分析信息，通過(guò)進(jìn)一步的糾正措施現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)可靠性提升。每一次的FMECA工作的階段性完成或迭代更新都應(yīng)該結(jié)合通用質(zhì)量特性專題評(píng)審或設(shè)計(jì)評(píng)審等活動(dòng)完成評(píng)審，對(duì)于嚴(yán)酷程度在二類以上的故障則應(yīng)該開(kāi)展專題評(píng)審，確保設(shè)計(jì)補(bǔ)償措施的有效性及故障模式消除的完整性、真實(shí)性。

圖1：FMECA工作流程

表1

3 參考新的評(píng)分方法

現(xiàn)行FMECA實(shí)施指南包括GJB/Z 1391-2006《故障模式、影響及危害性分析指南》等標(biāo)準(zhǔn)中一般使用嚴(yán)酷度等級(jí)(S)、工藝故障模式的發(fā)生概率等級(jí)(O)和工藝故障模式的被檢測(cè)難度等級(jí)(D)的乘積求得風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)(RPN)來(lái)確定優(yōu)先級(jí)。這種方法下使用RPN的局限性主要有以下幾方面：

RPN涵蓋維度有3方面，對(duì)某故障模式的評(píng)價(jià)結(jié)果，取值的范圍是1～1000。根據(jù)GB/T 7826第5.3.6.4“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”，RPN的最小值為：1×1×1=1，PRN的最大值：10×10×10=1000，1000個(gè)數(shù)值只產(chǎn)生120個(gè)有效數(shù)字，大部分?jǐn)?shù)值范圍都是空的，類似于“11、23、37、57”等數(shù)字無(wú)法得到；

發(fā)生概率等級(jí)表格評(píng)分等級(jí)中的比率不是恒定的，也不是線性的，發(fā)生概率等級(jí)的評(píng)分1～10不是具有可測(cè)量特征的比率值，例如，在兩個(gè)連續(xù)的等級(jí)之間，比率值可以為2.5或2。10分：≥0.1；9分：≥0.05；8分：≥0.02；10分與9分是2的比率值，9分與8分是2.5的比率值；

由于RPN等級(jí)中的比率不是恒定的，無(wú)法進(jìn)行線性比較。實(shí)際有明顯差別的時(shí)候，RPN數(shù)的差別卻很小。例如：S=6，O=4，D=2，此時(shí)RPN為48，當(dāng)S=6，O=5，D=2，此時(shí)RPN為60。第二個(gè)RPN值不是第一個(gè)RPN值的二倍，但實(shí)際上O=5的發(fā)生概率是O=4的二倍；RPN值不能進(jìn)行線性比較。

綜上所述，RPN值的單純數(shù)字比較存在一定的不合理性，1～1000的值過(guò)于定量化，在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中很多企業(yè)會(huì)在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯總設(shè)定固定的RPN值，例如設(shè)定只要RPN>120，就強(qiáng)制性地采取改進(jìn)措施，單純比較RPN值可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)論。目前在國(guó)際上FMECA應(yīng)用比較多的主要有三種做法：以德系企業(yè)VDA標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的FMECA方法；以福特汽車為主的福特汽車FMECA方法；以通用汽車為主的通用汽車FMECA方法。2016年，在新版AIAG-FMECA手冊(cè)中不建議用RPN的極限值來(lái)確定措施的優(yōu)先順序，使用行動(dòng)優(yōu)先級(jí) (Action Priority，簡(jiǎn)稱AP)以改善此問(wèn)題，讓FMECA的輸出結(jié)果更符合實(shí)際管控高風(fēng)險(xiǎn)故障模式的行動(dòng)順序。AP分為三個(gè)等級(jí)：H（高優(yōu)先級(jí)）、M（中優(yōu)先級(jí)）和L（低優(yōu)先級(jí)），將采用嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度的組合方法來(lái)進(jìn)行定義。

AP三種等級(jí)包括：優(yōu)先級(jí)高（H）：行動(dòng)的最高優(yōu)先級(jí)。團(tuán)隊(duì)必須制定適用改進(jìn)探測(cè)和（或）/預(yù)防措施，或者證明/說(shuō)明目前的措施是適當(dāng)?shù)?。?yōu)先級(jí)中等（M）：行動(dòng)的中等優(yōu)先級(jí)。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該確定一個(gè)適用的改進(jìn)預(yù)防和/或探測(cè)措施，或者由公司自行決定，證明/說(shuō)明目前的措施是適當(dāng)?shù)?。?yōu)先級(jí)低（L）：行動(dòng)的低優(yōu)先級(jí)，團(tuán)隊(duì)可以確定要改進(jìn)的預(yù)防或探測(cè)措施。

相比較RPN的具體定量的數(shù)值，AP更加偏向于定性。新版FMECA中DFMEA的行動(dòng)優(yōu)先級(jí)AP評(píng)估表為FMECA團(tuán)隊(duì)提供了S，O，D的1000種所有的組合邏輯，可以根據(jù)每個(gè)S，O，D值和這些值的組合的單獨(dú)評(píng)估來(lái)確定行動(dòng)的優(yōu)先次序，來(lái)確定操作的優(yōu)先級(jí)，確定降低風(fēng)險(xiǎn)的可能需求。由于大部分電子設(shè)備很少會(huì)涉及人員死亡/嚴(yán)重危及作業(yè)人員安全及重大環(huán)境損害，故嚴(yán)酷度等級(jí)(S)基本不會(huì)達(dá)到10、9級(jí)別，按照GJB/Z 1391-2006標(biāo)準(zhǔn)建議：一般不論工藝故障模式RPN 的大小如何，對(duì)嚴(yán)酷度等級(jí)(S)為9 或10的項(xiàng)目應(yīng)通過(guò)工藝設(shè)計(jì)上的措施或產(chǎn)品加工、裝配過(guò)程控制或預(yù)防/改進(jìn)措施等手段，以滿足降低該風(fēng)險(xiǎn)的要求，故RPN法有可能導(dǎo)致分析后不采取相應(yīng)行動(dòng)。以AP法作為判斷故障模式優(yōu)先級(jí)順序的補(bǔ)充方法作為權(quán)衡依據(jù)似更為合理，更準(zhǔn)確的判斷優(yōu)先級(jí)。

4 完善故障模式庫(kù)

現(xiàn)行工作中故障的表現(xiàn)形式可以參考的主要是GJB299C《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》提供的元器件或組件的失效模式及頻次比，但機(jī)電產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品故障模式數(shù)據(jù)庫(kù)尚未廣泛建立和應(yīng)用, 同時(shí)典型的工藝故障模式庫(kù)不夠細(xì)化，如固定器、軸承等機(jī)械產(chǎn)品的故障模式及頻次比查找就比較困難。由于組件以上組裝層次的故障模式則主要依靠各型號(hào)單位自身積累，目前很多單位存在靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)臨時(shí)集中的做法，沒(méi)有建立完善的故障模式庫(kù)。產(chǎn)品的故障模式庫(kù)是故障模式影響分析工作的重要輸入，不僅適用于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，在開(kāi)發(fā)周期短、小子樣、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大的軍工電子產(chǎn)品領(lǐng)域同樣適用。RAC(美國(guó)可靠性分析中心)發(fā)布的FMD（Failure Modes/mechanism Distributions）故障模式分布中對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)械零件等常見(jiàn)的故障模式均有提供，同時(shí)經(jīng)過(guò)新型微波著陸設(shè)備工藝FMEA工作過(guò)程中涉及到的工藝過(guò)程的分析總結(jié)，其中對(duì)典型工藝故障模式總結(jié)補(bǔ)充部分如表1所示（僅摘錄部分），在型號(hào)FMECA工作中可以考慮引入?yún)⒖肌?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

FMECA實(shí)際應(yīng)用中存在可用性不高、針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、工藝設(shè)計(jì)等起到的幫助作用不夠明顯，但不應(yīng)質(zhì)疑FMECA工作本身的有效性，更應(yīng)該將FMECA工作作為可靠性系統(tǒng)工程的一部分與其他研發(fā)工作協(xié)同開(kāi)展，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的作用按照PDCA原則改進(jìn)完善。才能避免大部分FMECA報(bào)告在完成后基本不會(huì)再更新或起不到預(yù)防作用的問(wèn)題，充分發(fā)揮與改進(jìn)研制、使用等工作的聯(lián)動(dòng)作用，以是否達(dá)到全面正確識(shí)別產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)、對(duì)薄弱環(huán)節(jié)采取有效措施為目的來(lái)評(píng)價(jià)FMECA工作的有效性實(shí)現(xiàn)FMECA的工作持續(xù)改進(jìn)，提高FMECA工作有效性。