锂电池QFD 五大工具（二）：FMEA

五大工具（二）：FMEA

在介绍FMEA之前，我们先看一个关于“考驾照”的案例：

学员：看见了。

教练：好，踩油门过去，撞死他！

学员：我不敢。

教练：不敢还不赶紧踩刹车？

在这个案例中，教练并未直接告诉学员看见行人要踩刹车，而是将不踩刹车的后果——“撞死行人”告诉学员，从而达到警示作用，进而培养学员看见行人要踩刹车的意识，这其实就是一种FMEA思维。

FMEA最早于上世纪50~70年代运用于美国航空航天、军工和汽车行业，随后开始逐渐被食品、医疗、通信等行业广泛采用。

发展至今，FMEA已经渗透进各行各业，不仅成为了企业提高产品和过程设计能力的有力工具，甚至在日常生活中，也有非常广泛的应用。

举一些生活中的例子，如：

1）自己总是因为各种原因上班迟到，怎样才能杜绝？

2）安排一次旅行，如何才能确保自身安全并达到旅行目的？

3）驾驶汽车，怎么最大程度降低出现事故的风险？

4）假如自己是饭店老板，如何保证同一道菜品每次做出来口味都一样？

运用FMEA的思维或许能够帮你解决这些问题。

什么是FMEA？

FMEA（Failure Mode & Effect Analyse，（潜在）失效模式及后果分析） 是IATF16949体系中的五大核心工具之一，指在产品/过程/服务等的策划设计阶段，对构成产品的系统、子系统、零部件和对构成过程/服务的各个步骤逐一进行分析，找出潜在的失效模式，并分析其可能的后果，评估其风险，从而预先采取必要的措施降低风险，以提高产品质量和可靠性，确保顾客满意的系统化活动。

总之，FMEA会尽可能地罗列出所有可能的失效模式，并对其进行分析和控制，强调的是预防失效 的发生。

为什么要进行FMEA？

1）FMEA有助于在产品设计阶段对风险进行早期识别，大大减少后期变更（如图纸、模具、设备等）的次数，从而降低产品开发成本；2）FMEA是控制计划、SOP等文件编写的重要依据；3）FMEA是公司技术经验的积累和总结，可以为后续开发同类产品提供宝贵经验；4）FMEA是IATF16949认证的重点审核部分，是汽车行业获取客户订单的必备条件。

什么时候做FMEA？

在设计和制造产品时，通常有三道控制缺陷的防线：

①避免或消除故障起因；

②预先确定和检测故障；

③减少故障的影响和后果。

FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具，因此容易理解的是，FMEA是在产品设计或生产制造之前完成的一项活动，如果在制造过程中才实施FMEA，则不能体现其预防缺陷的功能，这样的FMEA活动将毫无意义。

如何做好FMEA？

最常用的FMEA包括DFMEA （Design Failure Mode and Effects Analysis，设计失效模式及后果分析）和PFMEA （Process Failure Mode and Effects Analysis，过程失效模式及后果分析），DFMEA是对产品特性的定义和分析，PFMEA是对过程特性的定义和分析。

对产品/过程特性的定义包括三个维度：S everity（严重度）、O ccurrence（频度）、D etection——（不易探测度）， 三个维度的乘积被称为风险系数（RPN），即

RPN=S*O*D

其中，S、O、D的取值范围均为1~10，具体标准参考下表：

（需要注意的是，最新版的FMEA已将RPN替换为AP表格，但总体思想是一致的，都是需要识别出高风险的失效模式）

因此，做好FMEA的关键就在于正确的定义产品和过程特性，识别高风险失效模式，并对其进行优化改进，降低风险。

一、FMEA分析经典流程

核心逻辑：建立产品结构→导出功能要求→导出失效模式/后果/原因→风险分析→采取措施优化

1.规划和准备

采用QFD、边界图、风险矩阵等工具确定分析的重点包括哪些范围。

QFD——准确定义产品功能（FMEA分析的前提）；

边界图——识别FMEA分析的范围；

风险矩阵——对系统、子系统和零部件进行风险优先度判断。

2.结构分析

采用框图、结构树等工具确定新开发的产品包括哪些系统、子系统和零部件。

框图——识别分析范围的内外部组件的接口关系；结构树——对分析范围的产品逐层分级为系统、子系统、零部件。

3.功能分析

功能是依赖结构实现的，采用功能网、参数图等工具根据产品结构导出产品的全部功能。

4.失效分析

不满足功能要求的情况称为失效。本阶段的重点是要识别失效模式、后果及原因，并采用失效树、失效网等工具分析它们之间的关系。

5.风险分析

通过失效分析找出所有的潜在失效模式，并对其进行量化分析。

6.优化

根据风险分析的结果，对高风险的失效模式采取改进措施，以降低风险。

7.结果文件化

形成完整的FMEA报告，并进行动态化更新。

二、FMEA表格内容简介

1.项目/功能/要求

项目：FMEA小组通过产品示意图、逻辑框图等识别的项目或零部件（如锂电池包括正极材料、负极材料、隔膜、铝塑膜等）；

功能：分析项目的功能，要求必须能够达到顾客要求或者小组讨论的设计意图（如正极材料为电池提供容量）；

要求：输入满足每项功能的具体要求（如锂电池正极材料克容量满足≥170mAh/g）2.潜在失效模式

指不能满足功能要求的失效情况（如克容量＜170mAh/g）3.潜在失效后果

对失效后果的分析，需要运用失效链分析方法，可以从以下几方面考虑：1）对完成规定功能的影响；2）对系统内其他零部件的影响；3）对上级系统功能的影响；4）对广义顾客满意的影响；5）对安全要求和法规要求的影响。（如正极克容量偏低，会导致电池低容，产品续航下降，降低顾客体验感）4.严重度等级

严重度等级是对潜在失效后果影响程度的评价，一般而言，分数越高代表后果越严重，如涉及安全或法规问题，严重度等级一般是9~10分，需要注意的是，当严重度S≥8时，无论RPN值有多小，都必须立即采取措施降低风险，并且只有通过设计修改才能降低严重度等级。（如正极克容量偏低导致顾客体验感降低，严重度5~6分）5.潜在失效起因

失效起因是对失效模式的原因分析，针对每个失效模式，尽可能列出其所有可能的失效起因。失效起因分析包括如下方法：1）5Why分析；2）4M1E分析；3）DOE验证；4）FTA失效树分析；5）头脑风暴分析。（如正极克容量偏低的原因可能是来料批次一致性差）6.控制预防/控制探测

指现有的对失效模式的预防和探测措施，并对其进行风险评价。预防——预防失效的起因和失效模式的出现，或者降低其出现的几率；探测——探测失效的起因和失效模式的存在。（如正极克容量偏低的原因可能是来料批次一致性差，控制预防措施为要求供应商提供每批次来料的扣电克容量数据，控制探测措施为内部小批量试验验证）7.风险系数RPN

RPN是对失效模式的量化分析指标，考虑了潜在失效模式发生后造成的严重后果、发生的频率和发生后的探测难易程度。

RPN究竟大到何种程度才需要采取措施进行优化，目前并没有一个统一的指标，通常是企业根据自身经验确定，不同的企业对RPN的标准要求不同，以下列出参考指标：

RPN≥125，表示风险严重，需要立即采取措施降低风险；64≤RPN≤125，表示风险较大，需要进行评审确认是否有必要采取措施；RPN＜64，表示风险较小，不必或暂时无需进行改进。

需要注意的是，RPN的三个量化指标S、O、D的优先级顺序为S＞O＞D，即严重度始终要放在风险分析的第一位置，如S≥8时，无论RPN多小，都必须立即采取改进措施。8.建议措施

根据对RPN的分析确定高风险的失效模式，然后采取措施进行改进验证，重新评价失效模式的S、O、D值，直到RPN降低到可接受的水平。同时，我们要保证采取的措施及时体现在相应的文件上，确保措施的落实。

降低严重度（S）：只有通过修改设计，使原来的失效模式改变或不出现，才能降低严重度；

降低频度（O）：可通过修改设计来消除或减少失效原因的发生；如：防错设计；修改设计尺寸公差；SPC控制等。

降低不易探测度（O）：可采取更有效的设计控制方法；

如：增加设计确认/验证；实验设计DOE；改进测试设备/方法等。

总结：FMEA是一种预防失效的可靠性设计方法，其本质是针对风险的管理。

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干货｜实例讲解APQP，这样更好懂！

前言

APQP是汽车行业产品开发的结构性方法，它可以确保设计开发的每个阶段都得到有效策划，对达成设计开发的预期结果至关重要。本文给了一个实际的案例，虽然时间有点久远，但可以给大家一些参考！

背景信息：A公司生产汽车齿轮零件并提供给B公司进行组装，B将A提供的齿轮产品与其他零部件一起组装成汽车分总成零件再提供给某OEM。

A公司目前有220人，8个部门，组织机构如下：

2001.3.13 B公司向A公司的业务部发来一份EMAIL：

1

APQP第一步：计划和确定项目

1 根据顾客要求，定义项目并确定项目范围，将顾客的要求和样品确认后转化为公司内部文件，并通过项目任务书立项。项目任务书如下：

2 由公司建立了跨部门的APQP小组，该小组由于为第一次进行APQP活动，基本上在开始阶段包括了质量，生产，技术，业务，采购，财务等部门的人员参加。具体有：

质量部：A，B主要负责相关职责范围内的事宜；

技术部：C，D主要负责设计开发，工艺等相关事宜；

业务部：E主要负责与顾客的沟通，担任小组的顾客代表；

财务部：F主要负责产品的成本核算；

采购部：G主要负责采购相关事宜；

生产部：H主管

任命技术部C为项目小组组长协调和组织整个小组的策划活动。

3 小组成立后的第一次会议主要议题是初步明确需开展的工作并据此制定进度计划。从计划的角度出发，必须明确任务活动，分配和/或其他事项。小组根据APQP手册的指引，将项目进行工作分解，即分解成开展的工作（活动）。展开的工作需要及组织接口如下：

根据工作展开及相关职责的确定，小组进一步讨论了各项工作所需的资源及逻辑关系（对大项目建议采用网络分析方法和关键路径方法），制定了甘特图计划。

4 首先由技术部门到顾客处与顾客一起将相关的要求进一步讨论并将项目任务书中理解不一致的地方进行明确，将双方的沟通结果形成文件并确认。

5 在信息收集方面，小组用部分时间收集了该顾客的有关情况包括对竞争产品的质量，报刊杂志信息的分析等形成《XX产品信息报告》。报告内容如下：

顾客用该产品的目的，目标市场；

竞争对手或产品情况；

可行性分析。

在可行性分析中，包括以下内容：

（注：该材料清单上应包括初始合格分承包方的清单即材料来源）

2）根据工序假设和产品假设（包括可靠性假设）制定了初步预计的产品质量目标和成本目标。质量目标要求达到一次合格率（良品率）99%以上，可靠性目标需达到XXX标准，产品标准为XX，成本为XXX。

6．小组通过讨论形成了“初始特殊特性清单”，如下：

一般特性没有标识；

本表格并不覆盖所有的特性。

7.产品保证计划内容如下：

注：上述表格的填表说明为：

8. 完成以上工作后，按照预定的计划小组对相关的工作进行了评审，确定了项目定义工作的完成。评审报告如下：

APQP第二步：产品设计和开发

1. 技术部负责组织设计工程师，结合工艺工程师和生产线工程师组成DFMEA小组开发DFMEA。在进行DFMEA之前，小组进行了准备工作，如下：

将其他厂家的类似产品和自己的以前类似产品的失效模式分析结果进行汇总；

开发出如下清单：

顾客需求，包括QFD（质量功能展开）输入和其他的需求文件，包括已知的产品要求和制造/装配要求；

产品分解方框图（略，参见FMEA附录A）。

根据以上信息及相关资料，小组制定的DFMEA（例）如下：

2. 技术部进行设计，包括设计方案制定，详细设计等，其内容包括：

1） 设计计算

选择材料，精度及参数

即齿轮的材料，热处理方法，齿面硬度，精度等级，大，小齿轮的齿数，初选螺旋角。

按齿面接触强度设计

即根据设计任务书中给出的工作条件确定计算系数，并进而计算出齿轮分度圆直径，模数，中心距，修正螺旋角，齿轮宽度。

校核齿根弯曲疲劳强度

根据载荷条件，齿形情况及工作寿命要求，计算弯曲应力（SF1和SF2）及弯曲疲劳许用应力（sF1和sF2），且要求SF1〈sF1，SF2〈sF2。

2） 结构设计

齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸，毛坯，材料，加工方法，使用要求及经济性等因素有关。通常先按齿轮的直径大小，选定合适的结构型式，然后再根据试验数据，进行结构设计---常见的结构型式有齿轮轴（齿轮和轴作成一体），实心结构，腹板式结构，带加强筋的腹板式结构，轮腹式结构，齿圈式结构。

设计并绘制齿轮零件图纸，图纸中应标明主要结构尺寸和形位公差并明确技术要求（包括材质及热处理要求等）。

进行齿轮和轴的联接设计---应根据转速高低和操作的特点，考虑采用单键联接，花键或双键联接。

齿轮传动装置的装配图---应注明主要装配尺寸及装配的技术要求。

3） 齿轮传动 润滑方式设计和润滑剂的选择

根据所设计齿轮传动的转动速度，结构特点和工作环境条件并结合〈设计手册〉中的经验数据来确定。

图纸略。

3 根据顾客要求，形成产品标准。

4 根据顾客要求，关键材料（钢材）的规范为直接应用国际通用的XX标准。

5 经过确认的纳入控制计划的特殊特性清单如下：

6 在设计中需考虑同步工程，即进行DFM/DFA设计，DFM/DFA报告如下：

7 样件控制计划由技术部组织生产部和质量部的人员组成小组来制定。

8.由于需制造模具和工装，由金工车间负责，具体见模具进度计划如下：

9.按照计划在样件制造并试验完成后进行一次正式的设计评审（样件评价），评审内容包括：

10. 设计验证包括二次，一次在样件完成后的全性能和全尺寸测量，第二次在试生产后进行的全性能和全尺寸测量，以验证产品是否可以满足顾客要求。这两次的验证活动均在进度计划中作了安排。

11. 在样件控制计划出来后，经小组人员讨论并准备实施样件的制造。〈样件制造通知书〉由策划小组组长向生产部门发出，生产部门根据生产任务优先安排：

12. 小组按照计划，进行了样件制造后的相关测试和全尺寸检验工作，并将相关的记录整理。在进行完成这一阶段任务后，进行小组总结并填写“小组可行性评审及承诺报告”（略），在评审通过后于2001年5月12日将其与设计样件和相关的样件提交资料（按顾客要求如需提交设计图纸，DFMEA，全尺寸和性能试验报告，材料试验报告等）。

在顾客对设计样件进行相关的试验和评审后，在2001年7月13日给予的答复为设计样件没有问题并反馈回样件评价通过结论的报告。在收到这份报告后，经顾客代表与顾客沟通，第二阶段试生产PPAP的样件推后到2002年2月3日提交，其他要求不变。

APQP第三步：过程设计和开发

1. 技术部门根据进度计划的安排和顾客的要求对产品包装进行了设计，形成了包装标准（包括整体和单体）如下：

包装标准

1.目的：

2.适用范围：

3.职责：

4.包装规格：

5.标签：

6.包装方法

2. 根据设计样件的情况，小组讨论并确定了由技术部制定的过程流程图，基本与初始流程图一致。

3. 为保证未来的预计生产量和节拍，工艺部门根据流程图对场地进行了调整，以尽量减少非增值场地并减少搬运路程，最后形成了场地平面布置图。

4. 为将产品特性根据工序过程展开，工艺部门制定了特性矩阵图，如下：

通过该矩阵图，可确定影响关键特性的主要工序，针对矩阵图的分析，小组进入下一步工作。

5. 根据特性矩阵图和流程图等，由工艺部门人员为主的PFMEA小组着手制定PFMEA。

为准备该工作，小组人员收集了以下资料：

---通用过程流程图（包括确定的过程相关的产品/过程参数）；

---工序过程的各操作的风险分析（PFMEA主要针对高风险操作）；

小组决定对所有通用过程流程图中所阐述的工序过程纳入PFMEA考虑，但不对各工序过程所有的操作进行PFMEA分析。只将上述风险分析中风险系数高的操作纳入。

6．根据PFMEA和相关资料，小组讨论并制定了“试生产控制计划”以指导未来的试生产活动。在试生产控制计划中重要的是需要将有关的特殊特性标识和试生产后样品的试验（如型式试验，生产定型试验等）进行阐述。

7．根据相关的控制计划和PFMEA等资料，由工艺部门制定了过程指导书，检验部门制定了检验指导书，设备部门制定了设备作业和保养指导书（包括日常保养和一级保养），如下所示：

XX工序作业指导书

目的：

范围：

参考文件：

材料和设备：

附件目录：

作业准备要求：

阐述开机前和作业变更时需进行的准备工作

操作要求

阐述操作步骤和要求

维护要求：

阐述员工的预防性维护要求

安全要求：

阐述与安全操作有关的内容，包括产品安全和操作安全

职责：

阐述相关部门的职责

附录1：记录表格等

附录2：反应计划（过程失控反应计划）

阐述过程失控的情况有哪些，针对这些过程失控的反应流程是什么，对受影响的产品如何处置，不合格报告的渠道和时间要求等。

附录3：偶发性事件的反应计划

附录4：返工指导书

阐述返工流程和处理的步骤，可包括返工后的检验范围。

附录5：作业准备验证方法

阐述针对作业准备后产品验证的具体方法和过程，如采用首检，则包括首检的产品个数，首检通过的准则（如SPC方法），首检的职责等。

XX工序检验指导书

XX工序设备及工装预防性保养指导书

8. 为明确对试生产样品的分析工作，小组讨论并确定如下过程及特性进行初始能力研究，计划如下：

9. 对相关的测量系统分析，MSA计划如下:

10. 在完成以上工作后，小组安排进行了过程质量体系审核，检查表参见<APQP手册>

11. 在审核完成后，小组对本阶段进行了总结，总结报告略。

APQP第四步：产品和过程确认

1. 小组将<试生产计划>通知到相关部门

2. 试生产阶段进行的初始能力研究结果(略)

3. MSA报告(略)

4. 试生产样品被提供到认可的实验室进行安全项目的型式试验，依据为试生产控制计划和产品标准(报告略)

5. 试生产样品进行包装后的包装试验报告如下:

包装试验的项目根据产品包装标准进行，由自己的测量室进行(报告略)

6. 根据结果生成生产控制计划(也可以在PPAP顾客批准后批量生产前编制)，生产控制计划略。

7. 根据PPAP检查单检查所有资料齐全后，小组进行了质量策划总结。

PPAP检查单见<PPAP手册>。

质量策划总结引用APQP手册的总结表(略)。

8.小组将样品和资料进行整理(保存一份)按等级3要求寄给顾客，时间为2012年2月1日。

9. 2个月后,收到了顾客的批准通知。

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