电子产品FMECA工作的改进

宋奖利

（中国电子科技集团公司第二十研究所 陕西省西安市 710068）

1 FMECA工作现状

FMECA （故障模式、影响及危害性分析）是针对电子产品开展可靠性分析的重要定性方法, 是产品研制生产过程中一项非常重要的预防分析工作。通过研究产品的每个组成部分可能存在的失效模式并确定各个失效模式对产品其它组成部分和产品要求功能的影响，对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平，提高产品或过程的可靠性，降低后期进行弥补改善的成本。

随着新时期装备通用质量特性工作重要程度的提升，产品研制生产中FMECA工作的受重视程度也越来越高。但在FMECA开展过程中也出现了很多问题，如比如有的单位只是按照标准照搬,导致未能发挥FMECA方法的功效，或者是工作流程混乱，导致工作任务较重引起设计人员的反感，更有大部分的FMECA报告更新不及时未能起到预防风险的作用等等。本文拟以问题为导向，按照管理、技术等方向探究改进方向。

2 正确的流程开展FMECA

从管理的角度按照正确的流程开展FMECA，包括整个工作开始的时间，导入和更新的时机以及各个阶段开展的重点等等，都直接影响着FMEC A工作最终的输出质量。

当前大部分电子产品FMECA工作开展流程管理存在的问题主要有：

2.1 开始时间滞后

FMECA的宗旨是成为“事前”行为，而不是“事后”行为，要识别、评估并最终降低的是潜在风险。既然是潜在的风险，就必须是在电子产品、过程实施之前，潜在的风险存在状态下开展的，否则就毫无意义。当前部分单位的FMECA是在产品和过程已策划完成，甚至是已经实现了之后才开始，目的只是为了通过文件审查，只是将现有的、已经形成的措施及方案照搬到报告中，分析的过程缺失。

2.2 更新时机不明确

FMECA是动态的，必须随着产品设计开发过程实时更新，产品生命周期内从来没有发生过设计、工艺更改或质量问题的现象一般是不存在的，但很多FMECA报告基本在研制阶段完成后就再未更新，与实际技术状态完全不一致。另外，除了有新设计、新应用或者新质量问题等发生时产生的被动要求，对于持续改进如QCC活动时产生的主动FMECA更新要求往往未能得到重视。

2.3 评审时机不明确或缺失

由于FMECA工作采取归纳法的原则，表单量巨大，评审工作往往流于形式或由于缺少FMECA的评审机制缺失，致使对故障模式的描述不统一， FMECA的遗漏项目得不到完善，错误的分析得不到纠正等，也会存在因对评审者缺少必要的和主动的时效约束而评审延时的问题。

按照图1规定的工作流程开展，即在早期论证和方案阶段，主要通过开展功能FMEA即功能故障模式影响分析，从产品系统设计和功能设计层面，识别系统可能的功能故障模式或缺陷，进而通过纠正措施优化系统方案。在工程研制阶段主要开展硬件FMEA、软件FMEA、使用FMEA等工作，其影响覆盖了可靠性优化设计、测试性优化设计、维修保障优化设计、关键故障信息生成、类似设备故障模式的改进优化。在设计定型阶段，引用FMECA报告中的故障模式，确认维修性和测试性鉴定试验的方案制定等。在生产与使用阶段，通过使用故障信息的反馈与对比，可进一步完成FMECA分析信息，通过进一步的纠正措施现实设计可靠性提升。每一次的FMECA工作的阶段性完成或迭代更新都应该结合通用质量特性专题评审或设计评审等活动完成评审，对于严酷程度在二类以上的故障则应该开展专题评审，确保设计补偿措施的有效性及故障模式消除的完整性、真实性。

图1：FMECA工作流程

表1

3 参考新的评分方法

现行FMECA实施指南包括GJB/Z 1391-2006《故障模式、影响及危害性分析指南》等标准中一般使用严酷度等级(S)、工艺故障模式的发生概率等级(O)和工艺故障模式的被检测难度等级(D)的乘积求得风险优先数(RPN)来确定优先级。这种方法下使用RPN的局限性主要有以下几方面：

RPN涵盖维度有3方面，对某故障模式的评价结果，取值的范围是1～1000。根据GB/T 7826第5.3.6.4“风险评估”，RPN的最小值为：1×1×1=1，PRN的最大值：10×10×10=1000，1000个数值只产生120个有效数字，大部分数值范围都是空的，类似于“11、23、37、57”等数字无法得到；

发生概率等级表格评分等级中的比率不是恒定的，也不是线性的，发生概率等级的评分1～10不是具有可测量特征的比率值，例如，在两个连续的等级之间，比率值可以为2.5或2。10分：≥0.1；9分：≥0.05；8分：≥0.02；10分与9分是2的比率值，9分与8分是2.5的比率值；

由于RPN等级中的比率不是恒定的，无法进行线性比较。实际有明显差别的时候，RPN数的差别却很小。例如：S=6，O=4，D=2，此时RPN为48，当S=6，O=5，D=2，此时RPN为60。第二个RPN值不是第一个RPN值的二倍，但实际上O=5的发生概率是O=4的二倍；RPN值不能进行线性比较。

综上所述，RPN值的单纯数字比较存在一定的不合理性，1～1000的值过于定量化，在实际实施过程中很多企业会在企业标准汇总设定固定的RPN值，例如设定只要RPN>120，就强制性地采取改进措施，单纯比较RPN值可能会产生错误的结论。目前在国际上FMECA应用比较多的主要有三种做法：以德系企业VDA标准为基础的FMECA方法；以福特汽车为主的福特汽车FMECA方法；以通用汽车为主的通用汽车FMECA方法。2016年，在新版AIAG-FMECA手册中不建议用RPN的极限值来确定措施的优先顺序，使用行动优先级 (Action Priority，简称AP)以改善此问题，让FMECA的输出结果更符合实际管控高风险故障模式的行动顺序。AP分为三个等级：H（高优先级）、M（中优先级）和L（低优先级），将采用严重度、频度和探测度的组合方法来进行定义。

AP三种等级包括：优先级高（H）：行动的最高优先级。团队必须制定适用改进探测和（或）/预防措施，或者证明/说明目前的措施是适当的。优先级中等（M）：行动的中等优先级。团队应该确定一个适用的改进预防和/或探测措施，或者由公司自行决定，证明/说明目前的措施是适当的。优先级低（L）：行动的低优先级，团队可以确定要改进的预防或探测措施。

相比较RPN的具体定量的数值，AP更加偏向于定性。新版FMECA中DFMEA的行动优先级AP评估表为FMECA团队提供了S，O，D的1000种所有的组合逻辑，可以根据每个S，O，D值和这些值的组合的单独评估来确定行动的优先次序，来确定操作的优先级，确定降低风险的可能需求。由于大部分电子设备很少会涉及人员死亡/严重危及作业人员安全及重大环境损害，故严酷度等级(S)基本不会达到10、9级别，按照GJB/Z 1391-2006标准建议：一般不论工艺故障模式RPN 的大小如何，对严酷度等级(S)为9 或10的项目应通过工艺设计上的措施或产品加工、装配过程控制或预防/改进措施等手段，以满足降低该风险的要求，故RPN法有可能导致分析后不采取相应行动。以AP法作为判断故障模式优先级顺序的补充方法作为权衡依据似更为合理，更准确的判断优先级。

4 完善故障模式库

现行工作中故障的表现形式可以参考的主要是GJB299C《电子设备可靠性预计手册》提供的元器件或组件的失效模式及频次比，但机电产品、机械产品故障模式数据库尚未广泛建立和应用, 同时典型的工艺故障模式库不够细化，如固定器、轴承等机械产品的故障模式及频次比查找就比较困难。由于组件以上组装层次的故障模式则主要依靠各型号单位自身积累，目前很多单位存在靠个人经验临时集中的做法，没有建立完善的故障模式库。产品的故障模式库是故障模式影响分析工作的重要输入，不仅适用于大批量生产的产品，在开发周期短、小子样、技术风险大的军工电子产品领域同样适用。RAC(美国可靠性分析中心)发布的FMD（Failure Modes/mechanism Distributions）故障模式分布中对于机电产品、机械产品、机械零件等常见的故障模式均有提供，同时经过新型微波着陆设备工艺FMEA工作过程中涉及到的工艺过程的分析总结，其中对典型工艺故障模式总结补充部分如表1所示（仅摘录部分），在型号FMECA工作中可以考虑引入参考。

5 结语

FMECA实际应用中存在可用性不高、针对性不强等问题，对产品设计开发、工艺设计等起到的帮助作用不够明显，但不应质疑FMECA工作本身的有效性，更应该将FMECA工作作为可靠性系统工程的一部分与其他研发工作协同开展，充分发挥团队的作用按照PDCA原则改进完善。才能避免大部分FMECA报告在完成后基本不会再更新或起不到预防作用的问题，充分发挥与改进研制、使用等工作的联动作用，以是否达到全面正确识别产品薄弱环节、对薄弱环节采取有效措施为目的来评价FMECA工作的有效性实现FMECA的工作持续改进，提高FMECA工作有效性。