FMEA在设备管理工作中的应用探究

朱睿中

（株洲中车时代电气股份有限公司半导体事业部，湖南株洲 412001）

0 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析）是一种用于确保在APQP（Advanced Product Quality Planning，产品质量先期策划）中潜在问题予以考虑和阐述的分析方法学。它最直观的结果是跨功能小组的集体知识的文件化。评估和分析的部分是关于风险的判别。最重要的是对有关设计（产品或功能），功能评估和应用方面的任何更改，以及潜在失效导致的风险进行讨论。

FMEA也能应用于非生产领域。例如，FMEA可以用于对行政过程风险分析或安全系统评估。总的来讲，FMEA可应用于那些产品很重要的产品设计和制造过程的失效模式[1]。

文中提到的EFMEA（Equipment Failure Mode and Effects Analysis，设备失效模式及影响分析）与之前提出的EFMEA概念略有不同。文中提出的EFMEA概念更加倾向于PFMEA（Process Failure Mode and Effects Analysis，制程失效模式及影响分析）模式，重点在关注设备整个使用寿命中的潜在失效分析。对于设备在整个的使用过程中可能发生的各种潜在失效及其后果进行分类分析并寻求出相应的解决方案，并在日常的工作中持续更新方案，保证设备的可利用率[2-3]。

1 分析现有的FMEA模式

现有FMEA分析关键在于对于潜在后果的预测以及预防性的对策。在几种应用中都严格遵循FMEA分析的基本法：潜在模式，预防措施，风险评估[4]。这种方式可以应用于分析某一种产品，设计方案等实际存在的目标，也可以分析一个流程，工作方式等非实物目标。分析过程中，明确自己所需要的分析目标并且按照流程进行分析，就能够得到比较理想的解决方案。

2 总结现行设备维护工作模式

目前部门内的工作模式，大体上为日常保养与事后分析维修相结合的工作方式。在工作中按照设备手册的要求按时对设备进行保养，发现设备故障后，依据发现的故障进行分析，找到方法恢复设备。完成之后对于此类故障进行总结、记录，为之后的工作提供案例参考。这种设备维护的方式也是大多数工厂所实行的设备管理方式。然而在这之中，还是存在着一些不足。

首先，在设备的日常保养工作中，大部分时间仅按照设备生产商提供的设备资料作为依据，进行设备的日常维护工作。设备资料中的相关项目适用于大多数场合的一套保养方式。但是由于设备最终生产的产品千差万别，设备上所进行的工艺要求也各不相同，所以设备在出厂后，所处的状况差异也会越来越大。任意一个条件的改变都会影响到设备的表现。这种情况下，仅仅按照通用的保养手册进行工作就有了一定的局限性。

其次，在设备使用过程中，难免会出现各种故障。突发性的故障对于设备的可利用率有着很大的影响。而对于设备管理者而言，设备故障无论严重与否，其结果都是机台无法继续正常使用。当然在这里不讨论会引起严重生产安全或者生命安全的问题，这种故障基本属于无法依靠正常手段恢复设备使用的范畴。按照目前手段处理设备故障时好处很明显：结合工作经验与其他资源，可以迅速将有效，指向性明确地解决问题。但是缺点也同样明显：设备已经停机，接下来进行的动作都是补救措施。

3 FMEA在日常设备管理工作中的应用

目前的EFMEA模式开始于设备计划阶段，结束于设备投入使用。现有的EFMEA更偏向于DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis，设计失效模式与效果分析）的方式，在设备开始使用之前的一系列准备工作中进行，当设备开始使用之后，分析工作就停止下来，后续工作依据现有分析得出的结论，比较针对性的进行维护。它只是针对于某一种设备进行，更多的是综合考虑设备的适用性，对于设备的使用方面指导意义有限[5]。

文中提出的EFMEA模式，更加偏向于PFMEA的方式。它是对于整个的工作过程进行分析，对于这个过程中可能遇到的各类问题进行预防性解决。PFMEA对象是整个生产过程中的各个步骤，此处类比到设备管理中就是整个设备寿命周期中设备各个功能模块，对于各功能模块工作中可能遇到的各种问题，依据工作中整理出来的经验资料结合其他途径获得的知识，做出预测性的方案。

此处的EFMEA是对于现有EFMEA的一个拓展与加强：在设备计划采购阶段，能否满足工艺设备生产要求以及后续要求；这一点是与现有的EFMEA相吻合的。在设备使用阶段，设备可预见的失效模式应对，与潜在失效模式的分析与应对。这方面是本文对于EFMEA的拓展延伸，也是文中重点讨论的部分。

3.1 适用范围

定义其适用范围仅限于研究设备本身。暂时在初期排除产品厂务等其他因素对于设备表现的影响，单纯研究设备自身。

3.2 对于设备可用的判定标准

对于设备可用的界定，规定2点：淤设备可以运行。于设备离线测试数据达标。设备可以运行代表设备的硬件功能正常，在正常情况下可以开始工艺生产并能够完成产品的加工。离线测试数据达标，意味着设备在硬件正常运行的前提下，生产前的设备测试能够达标，达到设备开始生产合格产品的标准。确定了以上2个大前提，接下来对相应设备进行FMEA分析，在此采用如下手段。

3.3 分析方法

功能法。从目标可以实现的功能出发，逐项功能进行分析，得出失效模式。针对设备管理的工作特性，选取功能法进行分析得到的结果更具有指导意义。同时鉴于目前实际情况，对于设备的了解并非十分透彻，多数的失效模式确立还是依靠经验，并非对于设备本身的设计思路模式进行分析。从此看来，选取功能法进行分析也更便于进行分析，更加符合目前状况。

3.4 分析步骤

在这里参考PFMEA的工作方式进行起草。

（1）确定分析小组成员：包括但不限于设备管理人员+操作人员+维修人员。

（2）做好设备失效模式统计工作。例如通过日常统计，管理台账记录等渠道进行统计。

（3）确定设备功能模块结构图/分析图。

（4）列出设备各系统或部件的名称/功能/失效模式影响/失效原因及失效检测方法。

（5）确定评分标准。

（6）完成表格分析。

（7）对于改进项点提出改进方案并需要结合日常工作。

（8）对于单项分数较高的项目需要提出拯救方案。

（9）综合考虑改善措施的提升与工作量加大、日常保养时间加长、费用增加等后果之间的关系，找到最优化的解决方案。

3.5 评分规则

在进行FMEA分析过程中，对于严重度、频度和探测度等3者的打分标准是很重要的。在此首先结合现有的E/PFMEA分析表格的推荐打分标准，制定出一套适合于自身使用的评分规则。

3.5.1 严重度

FMEA表格中用字母S，表示对于严重度的区分，分为两类：机台物理系统失效与离线测试数据不达标。将离线测试结果不达标的严重程度定义较高。除此之外，定义最高严重度为会影响到生产或者人身安全的失效模式，最低严重度失效模式为不会造成任何影响的，仅需人员确认的设备失效。失效模式从1到10分为10级，10级为严重安全事故，1级为无影响，仅需确认的失效。中间分级按照设备恢复所需要的时间长短，费用高低，损坏是否为常备备件进行区分，具体评分见表1。

表1 严重度评分

3.5.2 频度

FMEA表格中使用字母O表示频度代表失效模式发生的频繁程度。这里使用如下方式定义频度。按照生产线运行模式，在满负荷4班3运转的形式下，设备失效在每班都发生的频率定义为 1（100%），那么就有：

设备可能的失效率=发生失效的班次数统计的总班次数

在这里统计的总班次数，定义为在1 a中（365 d）的正常工作日。由此可以得出频度分布表（表2）。

3.5.3 探测度

FMEA表格中用字母D表示探测度的定义是发现失效模式的难易程度。难易程度是一个相对较为主观的概念，并没有一个可以适当量化的标准。探测度的区分度主要是体现在在人员的专业程度，工具器具的特殊程度，设备的自动化程度等方面。基于上述观点，结合现有资料，对探测度分级（表 3）。

3.6 规则说明

完成了评分标准的制定之后，需要对打分的规则进行说明，以易于操作：

表2 频度评分

表3 探测度评分

（1）对于各失效项点，仅客观判别其自身的S/O/D，不考虑现有的防护与改善措施。

（2）对于各项点的综合评分达成一定的区分度，对于单项得分过高的项点，也需要进行特别关注。

在设备管理工作中，频繁发生的故障相对于偶发的严重故障更需要投入精力进行监控解决。根据这种管控的特性，在EFMEA应用中会对于频度较高的单项进行特别的拯救措施。

除此之外，通过讨论达成一致了如下几条填写规范说明。

3.7 填写标准

（1）失效模式的选取。以最终的失效表现作为失效模式及逆行选择。最终目的寻找失效模式的根本原因。每条根本原因出现即表示完成一条失效模式的分析。

（2）模式拆分程度。针对于某种设备，拆分到功能模块的组成部件，对于一种设备的某个功能模块，拆分到实现功能的具体零件。

模式的拆分程度由填写者根据实际需求确定，但需要遵循主系统—子系统—部件—零件的模式。

（3）同种失效模式可能由于不同的原因引起，可以在同一种失效模式之内分成多条进行分析。（4）检查模式针对于失效模式，改善方案针对于失效机理。（5）对于同一种失效模式引起不同的子系统失效的，在相应的子系统之中进行分析

（6）每对一个子系统进行分析时，仅针对这一个系统，不考虑外界因素对它的影响，也不考虑相关联的子系统对的影响。

通过以上这些重点的描述，形成了一个初步的填写指导书并以此来指导后续的工作进行。同时应用于日常工作中的实例，确实体现出了EFMEA的优势。

4 结语

分析了目前的FMEA分析应用的特点，同时结合日常工作中的发现与改进，尝试将FMEA分析应用到整个设备的管理周期中，并且在试行时得到了很有益的结论。

通过这一年来的研究与探索，加上后续实际的试用，对于FMEA方法在设备管理方面的使用有了一定的经验积累。在现有的EFMEA基础上，尝试在更长的周期中应用。将原本应用于设备采购过程中的EFMEA拓展到了设备整个使用周期内。这拓宽了这一科学方法的使用面，也为今后的设备管理工作提供了新的思路。在试行的过程中，发现了很多对现行工作有益的亮点，并且切实体会到这种模式在设备日常管理的过程中是可行的，并且是有益的。

设备管理工作由于它持续时间长，设备状况复杂的特点，是一个需要付出大量时间的工作。并且设备状况好坏与生产能力息息相关。每个制造型企业对此都有很高的重视程度。在设备管理工作中不断地尝试新的方式提升设备表现是今后的发展趋势。这次FMEA分析应用于设备管理方面只是一个很小的尝试。理想中FMEA分析的最终目标是在问题发生之前就将其解决。如果设备维护工作最终能够做到这一点，那么几乎相当于规避了设备管理工作中所有的计划外产能损失，这样生产线就能有计划地运行在很高的效率之下。