朱睿中

（株洲中車時代電氣股份有限公司半導(dǎo)體事業(yè)部，湖南株洲 412001）

0 引言

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析）是一種用于確保在APQP（Advanced Product Quality Planning，產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃）中潛在問題予以考慮和闡述的分析方法學(xué)。它最直觀的結(jié)果是跨功能小組的集體知識的文件化。評估和分析的部分是關(guān)于風(fēng)險的判別。最重要的是對有關(guān)設(shè)計（產(chǎn)品或功能），功能評估和應(yīng)用方面的任何更改，以及潛在失效導(dǎo)致的風(fēng)險進(jìn)行討論。

FMEA也能應(yīng)用于非生產(chǎn)領(lǐng)域。例如，F(xiàn)MEA可以用于對行政過程風(fēng)險分析或安全系統(tǒng)評估?？偟膩碇v，F(xiàn)MEA可應(yīng)用于那些產(chǎn)品很重要的產(chǎn)品設(shè)計和制造過程的失效模式[1]。

文中提到的EFMEA（Equipment Failure Mode and Effects Analysis，設(shè)備失效模式及影響分析）與之前提出的EFMEA概念略有不同。文中提出的EFMEA概念更加傾向于PFMEA（Process Failure Mode and Effects Analysis，制程失效模式及影響分析）模式，重點在關(guān)注設(shè)備整個使用壽命中的潛在失效分析。對于設(shè)備在整個的使用過程中可能發(fā)生的各種潛在失效及其后果進(jìn)行分類分析并尋求出相應(yīng)的解決方案，并在日常的工作中持續(xù)更新方案，保證設(shè)備的可利用率[2-3]。

1 分析現(xiàn)有的FMEA模式

現(xiàn)有FMEA分析關(guān)鍵在于對于潛在后果的預(yù)測以及預(yù)防性的對策。在幾種應(yīng)用中都嚴(yán)格遵循FMEA分析的基本法：潛在模式，預(yù)防措施，風(fēng)險評估[4]。這種方式可以應(yīng)用于分析某一種產(chǎn)品，設(shè)計方案等實際存在的目標(biāo)，也可以分析一個流程，工作方式等非實物目標(biāo)。分析過程中，明確自己所需要的分析目標(biāo)并且按照流程進(jìn)行分析，就能夠得到比較理想的解決方案。

2 總結(jié)現(xiàn)行設(shè)備維護(hù)工作模式

目前部門內(nèi)的工作模式，大體上為日常保養(yǎng)與事后分析維修相結(jié)合的工作方式。在工作中按照設(shè)備手冊的要求按時對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后，依據(jù)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，找到方法恢復(fù)設(shè)備。完成之后對于此類故障進(jìn)行總結(jié)、記錄，為之后的工作提供案例參考。這種設(shè)備維護(hù)的方式也是大多數(shù)工廠所實行的設(shè)備管理方式。然而在這之中，還是存在著一些不足。

首先，在設(shè)備的日常保養(yǎng)工作中，大部分時間僅按照設(shè)備生產(chǎn)商提供的設(shè)備資料作為依據(jù)，進(jìn)行設(shè)備的日常維護(hù)工作。設(shè)備資料中的相關(guān)項目適用于大多數(shù)場合的一套保養(yǎng)方式。但是由于設(shè)備最終生產(chǎn)的產(chǎn)品千差萬別，設(shè)備上所進(jìn)行的工藝要求也各不相同，所以設(shè)備在出廠后，所處的狀況差異也會越來越大。任意一個條件的改變都會影響到設(shè)備的表現(xiàn)。這種情況下，僅僅按照通用的保養(yǎng)手冊進(jìn)行工作就有了一定的局限性。

其次，在設(shè)備使用過程中，難免會出現(xiàn)各種故障。突發(fā)性的故障對于設(shè)備的可利用率有著很大的影響。而對于設(shè)備管理者而言，設(shè)備故障無論嚴(yán)重與否，其結(jié)果都是機(jī)臺無法繼續(xù)正常使用。當(dāng)然在這里不討論會引起嚴(yán)重生產(chǎn)安全或者生命安全的問題，這種故障基本屬于無法依靠正常手段恢復(fù)設(shè)備使用的范疇。按照目前手段處理設(shè)備故障時好處很明顯：結(jié)合工作經(jīng)驗與其他資源，可以迅速將有效，指向性明確地解決問題。但是缺點也同樣明顯：設(shè)備已經(jīng)停機(jī)，接下來進(jìn)行的動作都是補(bǔ)救措施。

3 FMEA在日常設(shè)備管理工作中的應(yīng)用

目前的EFMEA模式開始于設(shè)備計劃階段，結(jié)束于設(shè)備投入使用?，F(xiàn)有的EFMEA更偏向于DFMEA（Design Failure Mode and Effects Analysis，設(shè)計失效模式與效果分析）的方式，在設(shè)備開始使用之前的一系列準(zhǔn)備工作中進(jìn)行，當(dāng)設(shè)備開始使用之后，分析工作就停止下來，后續(xù)工作依據(jù)現(xiàn)有分析得出的結(jié)論，比較針對性的進(jìn)行維護(hù)。它只是針對于某一種設(shè)備進(jìn)行，更多的是綜合考慮設(shè)備的適用性，對于設(shè)備的使用方面指導(dǎo)意義有限[5]。

文中提出的EFMEA模式，更加偏向于PFMEA的方式。它是對于整個的工作過程進(jìn)行分析，對于這個過程中可能遇到的各類問題進(jìn)行預(yù)防性解決。PFMEA對象是整個生產(chǎn)過程中的各個步驟，此處類比到設(shè)備管理中就是整個設(shè)備壽命周期中設(shè)備各個功能模塊，對于各功能模塊工作中可能遇到的各種問題，依據(jù)工作中整理出來的經(jīng)驗資料結(jié)合其他途徑獲得的知識，做出預(yù)測性的方案。

此處的EFMEA是對于現(xiàn)有EFMEA的一個拓展與加強(qiáng)：在設(shè)備計劃采購階段，能否滿足工藝設(shè)備生產(chǎn)要求以及后續(xù)要求；這一點是與現(xiàn)有的EFMEA相吻合的。在設(shè)備使用階段，設(shè)備可預(yù)見的失效模式應(yīng)對，與潛在失效模式的分析與應(yīng)對。這方面是本文對于EFMEA的拓展延伸，也是文中重點討論的部分。

3.1 適用范圍

定義其適用范圍僅限于研究設(shè)備本身。暫時在初期排除產(chǎn)品廠務(wù)等其他因素對于設(shè)備表現(xiàn)的影響，單純研究設(shè)備自身。

3.2 對于設(shè)備可用的判定標(biāo)準(zhǔn)

對于設(shè)備可用的界定，規(guī)定2點：淤設(shè)備可以運行。于設(shè)備離線測試數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)。設(shè)備可以運行代表設(shè)備的硬件功能正常，在正常情況下可以開始工藝生產(chǎn)并能夠完成產(chǎn)品的加工。離線測試數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)，意味著設(shè)備在硬件正常運行的前提下，生產(chǎn)前的設(shè)備測試能夠達(dá)標(biāo)，達(dá)到設(shè)備開始生產(chǎn)合格產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。確定了以上2個大前提，接下來對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行FMEA分析，在此采用如下手段。

3.3 分析方法

功能法。從目標(biāo)可以實現(xiàn)的功能出發(fā)，逐項功能進(jìn)行分析，得出失效模式。針對設(shè)備管理的工作特性，選取功能法進(jìn)行分析得到的結(jié)果更具有指導(dǎo)意義。同時鑒于目前實際情況，對于設(shè)備的了解并非十分透徹，多數(shù)的失效模式確立還是依靠經(jīng)驗，并非對于設(shè)備本身的設(shè)計思路模式進(jìn)行分析。從此看來，選取功能法進(jìn)行分析也更便于進(jìn)行分析，更加符合目前狀況。

3.4 分析步驟

在這里參考PFMEA的工作方式進(jìn)行起草。

（1）確定分析小組成員：包括但不限于設(shè)備管理人員+操作人員+維修人員。

（2）做好設(shè)備失效模式統(tǒng)計工作。例如通過日常統(tǒng)計，管理臺賬記錄等渠道進(jìn)行統(tǒng)計。

（3）確定設(shè)備功能模塊結(jié)構(gòu)圖/分析圖。

（4）列出設(shè)備各系統(tǒng)或部件的名稱/功能/失效模式影響/失效原因及失效檢測方法。

（5）確定評分標(biāo)準(zhǔn)。

（6）完成表格分析。

（7）對于改進(jìn)項點提出改進(jìn)方案并需要結(jié)合日常工作。

（8）對于單項分?jǐn)?shù)較高的項目需要提出拯救方案。

（9）綜合考慮改善措施的提升與工作量加大、日常保養(yǎng)時間加長、費用增加等后果之間的關(guān)系，找到最優(yōu)化的解決方案。

3.5 評分規(guī)則

在進(jìn)行FMEA分析過程中，對于嚴(yán)重度、頻度和探測度等3者的打分標(biāo)準(zhǔn)是很重要的。在此首先結(jié)合現(xiàn)有的E/PFMEA分析表格的推薦打分標(biāo)準(zhǔn)，制定出一套適合于自身使用的評分規(guī)則。

3.5.1 嚴(yán)重度

FMEA表格中用字母S，表示對于嚴(yán)重度的區(qū)分，分為兩類：機(jī)臺物理系統(tǒng)失效與離線測試數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)。將離線測試結(jié)果不達(dá)標(biāo)的嚴(yán)重程度定義較高。除此之外，定義最高嚴(yán)重度為會影響到生產(chǎn)或者人身安全的失效模式，最低嚴(yán)重度失效模式為不會造成任何影響的，僅需人員確認(rèn)的設(shè)備失效。失效模式從1到10分為10級，10級為嚴(yán)重安全事故，1級為無影響，僅需確認(rèn)的失效。中間分級按照設(shè)備恢復(fù)所需要的時間長短，費用高低，損壞是否為常備備件進(jìn)行區(qū)分，具體評分見表1。

表1 嚴(yán)重度評分

3.5.2 頻度

FMEA表格中使用字母O表示頻度代表失效模式發(fā)生的頻繁程度。這里使用如下方式定義頻度。按照生產(chǎn)線運行模式，在滿負(fù)荷4班3運轉(zhuǎn)的形式下，設(shè)備失效在每班都發(fā)生的頻率定義為 1（100%），那么就有：

設(shè)備可能的失效率=發(fā)生失效的班次數(shù)統(tǒng)計的總班次數(shù)

在這里統(tǒng)計的總班次數(shù)，定義為在1 a中（365 d）的正常工作日。由此可以得出頻度分布表（表2）。

3.5.3 探測度

FMEA表格中用字母D表示探測度的定義是發(fā)現(xiàn)失效模式的難易程度。難易程度是一個相對較為主觀的概念，并沒有一個可以適當(dāng)量化的標(biāo)準(zhǔn)。探測度的區(qū)分度主要是體現(xiàn)在在人員的專業(yè)程度，工具器具的特殊程度，設(shè)備的自動化程度等方面?；谏鲜鲇^點，結(jié)合現(xiàn)有資料，對探測度分級（表 3）。

3.6 規(guī)則說明

完成了評分標(biāo)準(zhǔn)的制定之后，需要對打分的規(guī)則進(jìn)行說明，以易于操作：

表2 頻度評分

表3 探測度評分

（1）對于各失效項點，僅客觀判別其自身的S/O/D，不考慮現(xiàn)有的防護(hù)與改善措施。

（2）對于各項點的綜合評分達(dá)成一定的區(qū)分度，對于單項得分過高的項點，也需要進(jìn)行特別關(guān)注。

在設(shè)備管理工作中，頻繁發(fā)生的故障相對于偶發(fā)的嚴(yán)重故障更需要投入精力進(jìn)行監(jiān)控解決。根據(jù)這種管控的特性，在EFMEA應(yīng)用中會對于頻度較高的單項進(jìn)行特別的拯救措施。

除此之外，通過討論達(dá)成一致了如下幾條填寫規(guī)范說明。

3.7 填寫標(biāo)準(zhǔn)

（1）失效模式的選取。以最終的失效表現(xiàn)作為失效模式及逆行選擇。最終目的尋找失效模式的根本原因。每條根本原因出現(xiàn)即表示完成一條失效模式的分析。

（2）模式拆分程度。針對于某種設(shè)備，拆分到功能模塊的組成部件，對于一種設(shè)備的某個功能模塊，拆分到實現(xiàn)功能的具體零件。

模式的拆分程度由填寫者根據(jù)實際需求確定，但需要遵循主系統(tǒng)—子系統(tǒng)—部件—零件的模式。

（3）同種失效模式可能由于不同的原因引起，可以在同一種失效模式之內(nèi)分成多條進(jìn)行分析。（4）檢查模式針對于失效模式，改善方案針對于失效機(jī)理。（5）對于同一種失效模式引起不同的子系統(tǒng)失效的，在相應(yīng)的子系統(tǒng)之中進(jìn)行分析

（6）每對一個子系統(tǒng)進(jìn)行分析時，僅針對這一個系統(tǒng)，不考慮外界因素對它的影響，也不考慮相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)對的影響。

通過以上這些重點的描述，形成了一個初步的填寫指導(dǎo)書并以此來指導(dǎo)后續(xù)的工作進(jìn)行。同時應(yīng)用于日常工作中的實例，確實體現(xiàn)出了EFMEA的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

分析了目前的FMEA分析應(yīng)用的特點，同時結(jié)合日常工作中的發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)，嘗試將FMEA分析應(yīng)用到整個設(shè)備的管理周期中，并且在試行時得到了很有益的結(jié)論。

通過這一年來的研究與探索，加上后續(xù)實際的試用，對于FMEA方法在設(shè)備管理方面的使用有了一定的經(jīng)驗積累。在現(xiàn)有的EFMEA基礎(chǔ)上，嘗試在更長的周期中應(yīng)用。將原本應(yīng)用于設(shè)備采購過程中的EFMEA拓展到了設(shè)備整個使用周期內(nèi)。這拓寬了這一科學(xué)方法的使用面，也為今后的設(shè)備管理工作提供了新的思路。在試行的過程中，發(fā)現(xiàn)了很多對現(xiàn)行工作有益的亮點，并且切實體會到這種模式在設(shè)備日常管理的過程中是可行的，并且是有益的。

設(shè)備管理工作由于它持續(xù)時間長，設(shè)備狀況復(fù)雜的特點，是一個需要付出大量時間的工作。并且設(shè)備狀況好壞與生產(chǎn)能力息息相關(guān)。每個制造型企業(yè)對此都有很高的重視程度。在設(shè)備管理工作中不斷地嘗試新的方式提升設(shè)備表現(xiàn)是今后的發(fā)展趨勢。這次FMEA分析應(yīng)用于設(shè)備管理方面只是一個很小的嘗試。理想中FMEA分析的最終目標(biāo)是在問題發(fā)生之前就將其解決。如果設(shè)備維護(hù)工作最終能夠做到這一點，那么幾乎相當(dāng)于規(guī)避了設(shè)備管理工作中所有的計劃外產(chǎn)能損失，這樣生產(chǎn)線就能有計劃地運行在很高的效率之下。