設計失效分析DFMEA在運動器材行業中的運用

摘要：為提高在設計開發過程中考慮故障潛在的失效模式對系統和產品影響的可能性及為制定全面，有效的設計試驗計劃和開發項目提供更多的信息，特建立一套改進設計和開發

試驗的優先控制系統，為將來分析研究現場情況，評價設計的更改以及先進的設計提供參考，產生DFMEA。

關鍵詞：潛在失效；嚴重度；發生度；發現度；風險優先指數

引言：

所謂DFMEA就是設計失效模式與影響分析，即通過風險評估方法，針對系統現有特定功能狀況加以評估及量化其功能失效之嚴重度、發生度、發現度，得出量化之風險指數，再依此指數高低作為實施改善對策之優先順位，并提供改善對策執行效果之評估。它是由負責設計的工程師/小組主要采用的一種分析工具，用以最大限度地保證各種潛在的失效模式及相關的起因/機理已得到充分的考慮和說明。這種系統化的方法體現了一個工程師在任何設計過程中正常經歷的思維過程，并使之規范化和文件化。

1. DFMEA的目的包括以下幾項：

1.1.發現、評價產品中潛在的失效及其后果；

1.2.找到能夠避免或減少這些潛在失效發生的措施；

1.3.為未來使用和持續改進提供文件化的預防經驗和方法；

1.4.為全面有效的設計開發和確認項目的策劃，提供更多的信息；

1.5.為推薦和跟蹤降低風險的措施提供一個公開的討論形式；

1.6.作為PFMEA重要的輸入；

1.7.為將來分析研究現場情況，評價設計的更改及開發更先進的設

計，提供參考。

2. DFMEA展開時機

2.1.依照DFMEA定義，它是一種方法，消除或減少已知或潛在問題，以強化顧客滿意至最大極限。因此，為了要達成此目的，展開DFMEA的時機必須愈早愈好；

2.2.當現有系統、設計產品部件等不管是何種理由，將要變更時；

2.3.當既有的系統設計部件的條件有新的應用時；

2.4.當既有的系統，設計，產品，部件被考慮要改善時；

3. DFMEA 小組成員：

設計工程師通常的小組領導（“誰設計誰負責”）；檢驗工程師；測試工程師；制造工程師；項目經理；質量工程師。運動器材行業一般為：研發（項目工程師），品保，測試，生技，生產線等。

4. DFMEA活動的輸入

4.1.設計功能框圖；

4.2.產品/設計圖樣及工程規范（部分資料含于產品規格書中）；

4.3.由質量機能展開（QFD）得到的設計要求；

4.4.產品可靠性和質量目標，產品的使用環境；

4.5.以往類似產品的DFMEA （已建立之DFMEA庫含重大的“教訓” 及客抱）；

4.6.將所有吸取過的重大的“教訓”（如高的保修費用以及重工費用等）作為識別失效模式的輸入；

4.7.初始工程標準；

4.8.初始特殊特性明細表，特性即一種可測量的產品特性（如亮度、響度）或一種可測量的過程特性（如安裝力、溫度）；

4.9.競爭對手解決相同問題的方法。

5.DFMEA活動的輸出

5.1.潛在失效模式的風險數定級；

5.2.與安全有關的項目明細；

5.3.會議紀要及DFMEA狀態的跟蹤；

5.4.若可能，消除失效的起因，減少失效路經及失效后果；

5.5.改進實驗測試系統的探測能力，若可能，降低探測度數；

5.6.獲得顧客滿意的產品。

6.一個良好的DFMEA必須具備的條件

6.1.確認已知及潛在失效模式；

6.2.確認每一失效模式的效應和原因；

6.3.依據風險優先指數（產品的嚴重度、發生度及發現度）；

6.4.提供問題改正行動及跟催。

7.運動器材行業現行DFMEA窗體統一認知

7.1.部件/功能（Process Function）

填入被分析項目的名稱和其它相關信息（如編號、零件級別

等）。如果該項目有多種功能，且有不同的失效模式，應把所

有的功能單獨列出。一般可用BOM架構或是特定的零組件。

7.2.潛在失效模式的定義（Potential Failure Mode）

7.2.1.在規定條件下 （環境、操作、時間），不能完成既定功能。

7.2.2. 在規定條件下，產品參數值不能維持在規定的上下限之間

7.2.3.產品在工作范圍內，發生零組件的破裂、爆炸、卡死、損壞

現象，潛在失效模式應以物理的或技術用語描述，而非以顧

客觀察到的現象描述。

在運動器材行業，DFMEA潛在失效模式的定義包括：

7.2.3.1.運動器材機械部份：運轉噪音，運轉異音，機臺不穩定，

零件斷裂，人體工學不正確，包裝易損毀，客戶難組裝等等。

7.2.3.2.運動器材電子/電機部份：馬達卡死，阻力無變化，LCD顯示

不清楚，軟件異常，線材易脫落等等。

7.3.潛在的失效后果的定義（Potential Effects of Failure）

潛在失效的效應就是失效模式對功能的影響，的一樣；要清楚的說明該失效模式是否沖擊到安全性，或與法規不符。

7.4.嚴重度 （Severity），

嚴重度是對一個已假定失效模式的最嚴重影響的評價等級。

對級別數值為9和10，不建議修改其判定準則。當某失效模式

的嚴重度為1時不應該再被分析。

7.5.失效潛在的原因/機械原因（Potential Causes/mechanisms of Failure）

所謂潛在失效起因是指一個設計弱點的跡象，其結果就是失效模式。在該可能發生的范圍內，列出對每個失效模式的所有的可以想到的失效起因。應盡可能的簡明扼要，完整的把起因列出來，使得對相應起因能采取適當的校正措施。

運動器材行業典型的失效原因有：

材料不正確，設計壽命預計不足，焊接準線不好，BOM設定錯誤，公差標注錯誤，表面加工規格錯誤，疲勞斷裂，材料不穩定，磨損，焊接變形，制程能力不足。

7.6.發生率（Occurrence）

發生率是指設計的壽命中某一特定失效起因發生的可能性。

通過設計更改或設計過程更改（BOM，公差）來預防或控制該失效模式的起因是降低發生率的唯一途徑。

描述發生率級別數種在其含義，而不在于具體的數值。

7.7.用以控制的防御設計（Current Design Controls Prevention）

列出預防措施，設計確認或其它的活動，這些活動的完成，若將確保該設計對于所考慮的失效模式來說是充分的。現行的控制方法指的是已經用于或正在用于相同或相近設計中的哪些方法。常用的方法有：修改BOM，設定合理的公差，設計合理的結構， 制作校正的治具等。

7.8.用以控制發現問題的設計（Current Design Controls Detection）

在該項目發放量產之前，以任何解析的或物理的方法，查出失

效或失效模式的起因。通常的檢測方法有：目測，靜音室測試，

人員實測，強度分析，壽命測試，機械腳測試，T/R驗證，P/R

驗證，樣品驗證等。

7.9.發現度（Detection）

發現度結合了列在設計控制中最佳的檢測控制等級，為了取得

低的檢測度數值，計劃的設計控制需要不斷的改進。

7.10.填入風險優先指數（RPN）：是嚴重度（S），發生度（O）和發現度（D）

的乘積，分數越高表示風險越大。

在運動器材行業，設計工程師在First Sample時制作最初版的DFMEA表，并送審設計主管確認，設計主管召集各相關部門主管討論，設計工程師針對RPN風險優先數高的事項修改設計，將變更后設計在研發內部確認是否需制樣測試，若測試驗證通過則完善RPN風險優先數；若失敗則重新評估修改設計。研發設計工程師在Final Sample時完善DFMEA表，召集各部門主管討論并檢討，持續執行DFMEA，直至所有RPN值符合要求，完成最終版DFMEA并送呈設計部門主管簽核。最后將核準之DFMEA存入檔案。

嚴重度、發生度、發現度其中有一項大于8的都要有改善建議和執行方案，當問題的嚴重度大于8時，在執行改善對策后，嚴重度不應降低，應該維持先前的評估值。RPN大于100的也要有改善的建議及執行方案，并重新計算RPN值。

在運動器材行業，DFMEA可以用來判定潛在的失效模式，消除這種潛在失效的可能性，并將各種分析予以文件化，以備將來參考，在整個過程中，DFMEA不僅產品的質量得到最優化，而且有效防止不良的產品帶來的災難性后果，使客戶，公司及個人的利益得到了有效的保障。

參考文獻：

[1]《 GBT19001----2008》 8.5.3預防措施