俄式FMEA初探

编者按

2019年6月至2020年4月间，俄罗斯《质量管理方法》杂志发表系列文章介绍对传统FMEA技术进行了改进。改进后的FMEA技术颇具特色，结合了IDEF0（功能建模）、BPMN（业务流程建模与标注）和本体论等与FMEA软件应用关系密切的新技术。文章的主要作者Д.И.帕努科夫是科学技术副博士、伏尔加大学副教授；B.Н.科斯洛夫斯基是科学技术博士，萨马拉技术大学教授、系主任；Д.B.阿伊达罗夫是科学技术副博士、萨马拉技术大学副教授。对13种FMEA软件的分析

任何风险分析方法在使用中都涉及大量的手工操作，尤其是文书工作，因为在分析的每个阶段都需要记录缺陷、后果、原因、报警和检测方法等。此外，还要以足够复杂的表格形成协议来呈现。对于直接分析（即形成思想）阶段的许多专家来说，把这些内容记录在纸上似乎更快、更容易，但这样做，随后的事情就会变得复杂了。首先，需要辨识和重新创建电子形式的记录，这导致额外的时间成本。其次，在将结果转化为电子形式时可能存在不可避免的错误和不准确。

在传统的人、机、料、法、环、测的作业要素上，越来越要加上“数（据）”或“信（息）”这个新要素来规避手工操作，于是各色各样的FMEA软件应运而生。考虑到在生产设计和准备过程中质量管理的普遍需求，下面列出了支持FMEA的软件产品的可能性清单。

•从CAD系统输入数据；

•从其它程序输入FMEA协议的数据；

•功能和需求管理（含它们的结构化）；

•产品和过程的结构化（含视觉化的块图或网络图、过程流图）；

•依据汽车制造商的标准和指南(包括不同类型的FMEA)，使用FMEA协议（包括其它文件）模板或能够对其进行编辑；

•存在组件、故障、原因、后果的标准化库；

•使用分析后果和原因的辅助方法（FTA、ETA等）；

•FMEA协议中高风险区域的可视化；

•计算和分析一般风险，确定降低风险的优先事项；

•能够管理降低风险的措施（包括计划和跟踪行动系统）；

•在FMEA基础上制定管理计划或试验程序；

•在分析和形成FMEA协议时存在交互式线索、信息；

•将分析数据输出到其它常用展示模式；

•实时远程合作的可能性/网络接口的存在；

•可能用多种语言工作的程序，包括改变模板；

•关于故障、后果、原因与其它相关参数的带有网络访问功能的统一数据库；

•与PLM系统的集成；

•接口以及所有数据（参考系统）的完全俄罗斯化。

通过对俄罗斯市场上13种支持FMEA软件的能力分析，可以发现4个基本形式的程序。

（1）仅为在EXCEL或WORD中的模板创建FMEA协议，如IQASystem-TreeTABLE和其它类似软件；

（2）除了基本功能-创建FMEA协议外，还有集成各种额外功能的单独FMEA软件产品，如APIS IQFMEA、XFMEA；

（3）以质量、风险和可靠性控制的更广泛程序方法为框架来创建FMEA的单独模块，如RAM Commander、Companion om Minitab、Medini analyze、Reliability Workbench、ITEM ToolKit、Relyence FMEA；

（4）在PLM系统框架下，完全集成到产品生命周期中或具有整合可能性的创建FMEA单独模块，如SCIO-FMEA、Windchill FMEA、QMS FMEA、CASQ-it FMEA。

IDEF0在FMEA的应用

图1 FMEA程序的IDEF0模型

IDEF是ICAM DEFinition method 的缩写，是美国空军在70年代末80年代初ICAM（Integrated Computer Aided Manufacturing）工程在结构化分析和设计方法基础上发展的一套系统分析和设计方法，IDEF0是其中的一个内容。它清楚严谨地将一个系统当中的功能，以及功能之间的限制、关系、相关信息与对象表达出来，让使用者得以籍由图形便可清楚知道系统的运作方式以及功能所需要的各项资源，并且提供建构者与使用者在相互沟通与讨论时的一种标准化和一致性的语言。

IDEF0在FMEA中的应用，最基本的“细胞”如图1所示。

图1 的左边有输入，右边有输出，上面有标准，下面有人员和方法、材料，有点类似于IATF(International Automotive Task Force)国际汽车工作组推荐的“乌龟图”，只是乌龟四肢代表的内容安放在上下两侧了。但两者是有质的差别的：乌龟图是一种单一过程分析图，而IDEF0的这些细胞可以互联成网络。传统的FMEA程序虽有不同程度的细节描写，但描述的充其量是简单的流程图，列出了基本行动的顺序，但没有说明文件、责任人、流程，或者程序模型的结构非常有限。但在IDEF0模型里，FMEA程序的阡陌纵横、来龙去脉却有着更为详细和清晰的刻画，很像交通图。

表1 FMEA程序A2子阶段的输入和输出

表2 FMEA程序A2子阶段的资源保障

图2 阶段A2《结构化和功能化分析》

首先，它有一个表示最高层次的A0层，分为A1筹备和计划、A2结构和功能分析、A3风险评估、用以降低风险的A4开发和采取措施、A5FMEA结果报告五个阶段。与美、德合作的FMEA新一版对比，A1和A4、A5对应于新一版的第1步和最后两步；A2对应于第2、3步；A3对应于第4、5步。其次，对A0～A5层分别进行介绍，每层都配有输入输出表、资源表、IDEF0图和管理文档四个部分。每层里面又可能区分各个分阶段。其中，特别介绍了A12分阶段“FMEA团队的形成”和A32分阶段“故障模式分析”，也都配以上述四个部分。本文仅给出了A2层的输入输出表（表1）、资源表（表2）、IDEF0图（图2）和管理文档。

管理文档包括。

• FMEA AIAG指南；

•ГОСТ P 51814.2-2001或ГОСТ P 51901.12-2007；

•设计或应用FMEA的企业标准；

•FMEA团队工作方法；

•团队工作计划表。

BPMN在FMEA中的应用

BPMN（Business Process Model and Notation，业务流程模型和符号）1.0规范发布于2004年5月。它的主要目标是要提供一套被所有业务用户理解的标记语言，这些用户包括业务分析者、软件开发者、业务管理者以及监察者。所以，BPMN在业务流程设计与流程实现之间搭建了一条标准化的桥梁。

图3 A2阶段《结构和功能分析》的BPMN

图4 “程序参加者”类的结构

前文已在IDEF0模型中考察了FMEA模型，详细描述了程序参加者的必要功能、执行程序的顺序以及执行程序的指导文件和资源。不幸的是，IDEF0无法明显地显示FMEA程序的参与者在每个功能阶段的作用。此外，在使用FMEA程序的IT支持以及在示意图上标明的关键事件和条件分支时，很难显示服务功能。所有这些在BPMN符号法的工具中，都允许在任何过程的模型中充分灵活和可视化地实现。

本文的重点是在BPMN模型中描述信息系统支持的FMEA程序的位置、程序的每个成员的角色，以及在IDEF0模型中没有的、BPMN的新元素。

该程序由五个主要参与者组成：项目主管、开发部代表、消费者代表和两组人员——FMEA团队主管和直接成员（团队由领导者和参与者组成）。

为了方便比较，BPMN模型被分解成与IDEF0模型相同的基本块，并保留了单个功能的字母与数字符号。BPMN模型在几乎所有主要阶段都给予了实际支持。

与前文相对应，本文只给出A2层的BPMN图（见图3）。

本体论在FMEA的应用

本体论始于17世纪德国的哲学概念。近几十年里，这个词被应用到计算机领域，并在人工智能、计算机语言、数据库理论、情报学和知识管理中发挥越来越重要的作用。斯坦福大学的Gruber给出的本体论定义得到了许多同行的认可，即本体论是对概念化的精确描述：本体论用于描述事物的本质（1995）。

为了全面了解FMEA中分析风险的方法，必须清楚地定义它的理解和功能的结构。这个问题可以基于FMEA过程的本体论模拟来解决。本体论与一组特定的概念一起构成了一个特定领域的知识基础。它是知识基础的“骨架”和“肌肉”，用特定的术语去填满它会使它“复活”，使其成为所有参与者都需要的有用信息的来源。

武汉理工大学的赵秀栩等在《Intelligent Systems and Application》（2012.03）上发表英语文章，题目翻译成中文是《本体论功能过程FMEA知识管理方法的应用研究》。他们认为：“没有一个统一的FMEA知识结构的标准，分散的FMEA知识不能在生产过程中被收集，用于共享、重复使用和保存FMEA知识于生产过程中。”所以，他们提出基于本体论的FMEA知识表达方法，能够及时和高效地提取和转化现存的FMEA知识，以满足质量管理的需求。

应当说，目前俄罗斯的专家同行把本体论应用在FMEA上已取得更加丰硕的成果。他们先把FMEA程序分成八大类作为基础，即：组织、消费者、项目、研究对象、参加者、文档、风险和资源。接着，对每一类的次级类别加以区分，可能有几个等级。结构最复杂的是“风险”类别，信息形式最丰富的是“文档”和“研究对象”类别。图4是“参加者”这一类别的结构图。在该图中，类别与类别之间由各种颜色、虚实的箭头联系，它们代表功能词。此图中有7种功能词，在俄罗斯相关文献上共查到27种。

译者小结

FMEA在中国的应用已比较广泛，俄罗斯专家对FMEA技术在现代应用中的改进工作，可能为中国同行们所生疏，但能为我们提供借鉴以改进我们的工作。上述文献中有大量图表：IDEF0有19表9图；BPMN有1表3图；本体论有8图。如果编印成册的话，对FMEA的学习、应用者，FMEA软件的设计、开发者等，能带来不少启示，也便于深入学习。相关图可能要用Visio、Protege等专用软件来绘制，但用手来画也相对可行。我们应当在理解俄罗斯专家方法的基础上，把它们与新一版的FMEA结合起来。限于水平，本文仅提供有关情况的初步解读。