FMEA方法在电机开发中的应用准备

【导读】
“工欲善其事，必先利其器”。为了能够保证FMEA实施的效率和质量，在FMEA进行的前期必须对FMEA活动进行充分的准备。FMEA的实施准备工作包括：建立跨功能的FMEA小组、策划FMEA活动和准
“工欲善其事，必先利其器”。为了能够保证FMEA实施的效率和质量，在FMEA进行的前期必须对FMEA活动进行充分的准备。FMEA的实施准备工作包括：建立跨功能的FMEA小组、策划FMEA活动和准备FMEA活动的相关资料。


2.1 建立跨功能的FMEA小组
   为了能够高质量、高效率的完成FMEA工作，必须要由FMEA小组来开展FMEA活动。这个FMEA小组成员必须是来自不同部门的人员组成，FMEA小组就FMEA相关功能、失效之间的相互关系进行广泛而深入的思想交流。在FMEA小组成员之间相互思想碰撞之下，FMEA才能够达到所期望的水平。


2.1.1 定义FMEA关键人员
   FMEA小组中的关键人员包括FMEA负责人和FMEA主持人。

   (1)FMEA负责人
   FMEA负责人应在FMEA的编写过程中，计划和组织FMEA会议；准备FMEA会议的文件资料和样品；协调FMEA的签字流转和发布。同时，他也应是该FMEA小组的联系人。在该项目中，由项目经理和电机开发部经理确定，由该项目电机产品开发负责人担任FMEA负责人。

   (2)FMEA主持人
   即主持FMEA会议的专职人员。他应在FMEA的编写过程中，与跨功能小组合作，提供FMEA方法的支持和指导，以保证FMEA活动的效率和质量。在FMEA会议中，FMEA主持人应作为催化剂，激励FMEA小组成员就相关功能、失效之间的相互关系进行广泛而深入的思想交流。

   在公司内部有这样专业的FMEA主持人团队。这些FMEA主持人需要达到以下资质要求，并由其部门经理所任命：

   具有3年以上的产品开发经验；

   参加了4天以上的主持技巧培训；

   参加了7天以上的FMEA专业培训（包括FMEA基础知识培训、FMEA软件应用培训、FMEA主持技巧培训）；

   每年有超过30小时以上的FMEA主持经验；

   50%以上的工作量花费在FMEA活动上。

   在该项目中，由项目经理和电机开发部经理确定，电机产品开发领域FMEA主持人负责主持该FMEA。


2.1.2 成立跨功能的FMEA小组
   在确定了该项目的FMEA关键人员后，项目经理和FMEA负责人及主持人讨论，在公司内部选择合适的人员组成跨功能的FMEA小组。该小组成员的选择，可参考“表1FMEA跨功能小组成员参考表”作为选择依据。
 
表1FMEA跨功能小组成员参考表
 
   R：负责
   C：核心小组成员
   S：支持（根据小组需求的可选的扩展小组成员）

   根据各个FMEA小组成员在FMEA活动中的职责和参与程度，该FMEA小组的核心小组成员和支持小组成员如下：

   (1)核心小组成员
   核心小组成员将全程参与FMEA活动，从不同的角度，在不同的技术领域提供技术支持。基于该FMEA的类型和分析范围，其核心小组成员除FMEA负责人和FMEA主持人外，还包括了以下人员：

   电机机械开发工程师：以产品开发的角度，在电机的机械结构方面提供技术支持；

   电机电磁开发工程师：以产品开发的角度，在电机的电磁技术方面提供技术支持；

   电机测试工程师：以产品验证的角度，在电机的测试方案设计方面提供技术支持；

   电机生产规划工程师：以生产规划的角度，在面向制造和装配的设计方面提供技术支持。

   (2)支持小组成员
   支持小组成员不必全程参与FMEA活动，仅在分析与其工作职责相关接口部分时，才需要参与。基于该FMEA的接口分析，选择了以下成员作为支持小组成员：

   电力驱动系统开发工程师

   电力电子控制器硬件开发工程师

   电力驱动系统匹配工程师：

   电机质量保证工程师

   电机制造运营工程师

   物流工程师

   电机零部件采购工程师

   销售工程师

   整车厂客户

   零件供应商


2.2 策划FMEA活动
   FMEA策划的目的便是建立和维护用于定义FMEA活动的计划。FMEA策划包括：确定FMEA的目的和范围、确定FMEA活动的资源并计划FMEA活动。


2.2.1 确定FMEA的目的和范围
   在进行FMEA前，首先应明确FMEA的目的，即为什么需要做这份FMEA。只有明确FMEA目的。才能针对该目的，策划FMEA活动。针对该永磁同步电机开发项目，其FMEA活动的目的便是：采用系统化的FMEA方法，以尽早在开发过程中探测和识别电机产品的潜在失效，并系统性地对潜在失效进行分析，以预防设计风险并改善产品质量。

   在明确了FMEA目的之后，便是确定FMEA的范围，即哪些部分需要进行完整的FMEA分析，那些部分需要进行变型的FMEA分析，那些部分不需要分析而只需借用其他FMEA即可。

   通常情况下，对于全新开发的项目，FMEA应分析完整的产品；对于变型开发的项目，FMEA应分析与变型部分相关的产品，其它部分则参考现有的FMEA；如果某份FMEA的内容能够完全或部分适用于其它产品，则该份FMEA可被这些产品所借用。因为该项目为一个全新开发的平台项目，故该FMEA分析范围为整个永磁同步电机产品。在明确了FMEA的范围之后，还应确定该FMEA相关的接口关系，如“图4FMEA接口关系图”所示。
 
图4 FMEA接口关系图
 
   这些接口关系包括：
   (1)与客户FMEA以之间的接口关系。在销售工程师、系统工程师、匹配工程师等的协助下，需要和客户定义整车FMEA和电力驱动系统FMEA之间的接口以及电力驱动系统FMEA与电机设计FMEA之间的接口，这样以确保整车/客户层级的产品功能和失效分析能够传递至电力驱动系统层级，并转而传递至电机层级。

   (2)与供应商FMEA之间的接口关系。需要和供应商定义电机设计FMEA和供应商FMEA之间的接口，这样以确保电机的产品功能和失效分析能够传递至供应商处的原材料层。

   (3)与过程FMEA之间的接口关系。需要和生产规划部门定义电机设计FMEA和电机过程FMEA之间的接口，这样以确保设计方面的产品功能和失效分析能够传递至生产/装配过程方面。


2.2.2 计划FMEA的资源和活动
   FMEA是一个系统化的流程，其分析步骤可以分解为FMEA准备、结构分析、功能分析、失效分析、措施分析、优化改进等步骤，其过程流程图如“图5FMEA过程流程图”所示。
 
图5 FMEA过程流程图

   (1)FMEA准备。为了能够保证FMEA活动的效率和质量，在FMEA进行的前期必须对FMEA活动进行准备。FMEA的实施准备工作包括：建立跨功能的FMEA小组、策划FMEA活动和准备FMEA活动的相关资料。FMEA的准备工作确是FMEA能否保质保量并按时完成的重要基础。FMEA准备活动虽然简单，但却是大家最容易忽略的，也是影响FMEA能否成功的最重要的因素之一。

   (2)结构分析。FMEA开始的一步工作便是结构分析，其工作包括创建产品的功能框图和确定产品的结构图两部分。建立产品的功能框图，是为了识别和区分各个产品、组件、零件的组成，并描述其之间的相互关系及其界限。设计FMEA中的结构是由各个组件和零件所组成，该结构是一个描述产品中关系的树状结构图。通常其“树根”为客户或整车，“树梢”为产品的详细设计参数，树形结构的详细程度和设计FMEA的分析范围有关（系统、接口、组件等）。

   (3)功能分析。FMEA分析的第二个步骤，便是功能分析。对于设计FMEA来讲，功能分析就是对所有显性和隐性产品要求进行分析。功能分析包括定义功能描述和链接功能网络两个工作。定义功能描述，是对于每一个识别出来的部件，使用功能描述或特性描述来描述其功能或特性。然后，通过功能结构分析，将功能自上而下的功能分解到下层部件，便可以得到层级化的功能网络。

   (4)失效分析。FMEA分析的第三个步骤，便是失效分析。失效分析包括定义失效描述和链接失效网络两个工作。定义失效描述，是对每一个识别出来的功能，按照失效所应具有的几种特征，推测其可能的失效。然后，通过失效分析，对底层部件分析其根本原因，并将失效模式自下而上的逐步传递到上层部件，便可以得到层级化的失效网络。

   (5)措施分析。FMEA分析的第四个步骤，便是措施分析。措施分析包括描述已导入的措施、评估失效网络上的风险、计算风险序数三个工作。在对设计过程中已经导入的措施进行描述后，便可以对失效网络上的严重度、发生概率和探测概率进行评分，并由此计算出风险序数，为后续的优化改进提供参考依据。

   (6)优化改进。FMEA是一份动态的文档，为了保证FMEA文件的持续有效性，必须对其进行优化改进。基于上一步骤已经确定的FMEA的严重度、发生概率、探测概率以及风险序数，参照FMEA措施定义标准，便可定义后续的措施以及相关责任人和完成期限，并预测措施完成后的预期效果。

   FMEA计划来源于产品开发计划，其FMEA计划必须和产品开发计划中的某些里程碑节点（例如：项目启动、设计冻结、样品提交、质量门审核（QA）等）相匹配。即满足如下原则：

   (1)在项目启动会议后一个月内，召开FMEA启动会议；

   (2)在每个样品阶段的设计冻结前，完成FMEA内容的创建或更新；

   (3)在每个样品阶段的质量门审核（QA）前，完成FMEA措施的跟踪；

   (4)在产品设计认可前，完成FMEA的受控。
   故根据项目计划和FMEA过程流程识别了相关的工作任务，并制定了FMEA计划，如“图6FMEA活动计划”所示。
 
图6 FMEA活动计划

   在这个FMEA活动计划中可以看到，该电机产品开发分为A样品、B样品、C样品、D样品四个样品阶段，而FMEA的活动必须和产品开发过程同步进行。在A样品阶段建立首个版本的FMEA，在之后每个样品阶段根据产品开发的不断深入，持续地保持FMEA的更新。在A样品阶段的设计冻结前，应完成FMEA的内容创建；在后续的A样品生产和A样品试验过程中，对FMEA措施的实施情况保持跟踪。对于FMEA内容的创建，应按照FMEA基本步骤（步骤0FMEA准备,步骤1结构分析，步骤2功能分析，步骤3失效分析，步骤4措施分析，步骤5优化改进）进行实施。对于其中的每个步骤，需要针对分析的内容，进行更为细致的工作包分解。

   之后，便是对于计划中的每个FMEA子活动计划相关的资源。这些资源包括每个活动的参与人员、计划时间、工作量等。根据以往FMEA活动的相关工作经验，对FMEA中的每个子活动计划其相应的资源，如“表2FMEA资源计划表”所示：
表2FMEA资源计划表
 

 
2.3 准备FMEA活动的相关资料
2.3.1 阐明FMEA的各项流程和标准
   在进行FMEA活动之前，应首先和客户就FMEA的流程和标准问题进行沟通，以获取客户对于该FMEA的特殊要求，这些特殊要求包括以下：

   (1)客户要求的FMEA流程或方法

   (2)客户指定的评分标准或措施制定规则

   (3)客户要求的特殊特性筛选流程以及客户指定的特殊特性

    在本项目中，由于客户对于FMEA的流程和标准没有特殊要求，故本次FMEA按照公司内部流程和标准执行。
    同时，为了保证定义的FMEA流程及标准和供应商方面保持一致，供应商被要求使用相同的FMEA流程和标准。该要求通过采购工程师传递给供应商。

 
2.3.2 定义FMEA的文件管理
    为了确保FMEA数据的可靠性和安全性，必须对FMEA的文件管理进行定义。文件管理定义的内容包括以下：

   (1)定义FMEA的应用软件。该FMEA使用的软件为APISIQ-RMPRO（之后简称为IQ-RM），版本为6.0076。为了确保所有用户对数据的可读性，不允许对FMEA文件设置密码，所有的安全策略将通过FMEA管理系统进行管理。同时，为了保证IQ-RM软件配置的一致性，软件设置、FMEA评分标准、FMEA筛选器、特殊特性标识等配置项，被制定为标准的配置文件，并分发给所有FMEA小组成员。以上所有的工作，均是为了保证FMEA文件在小组内部的可读性，以防止因为软件版本、安全策略、软件配置等问题而导致FMEA文档无法访问。

   (2)定义FMEA的文档管理。该FMEA将使用FMEA管理系统进行管理，故其主数据管理、版本管理、配置管理等均配置于FMEA管理系统中。

   (3)定义FMEA的措施管理。由于该FMEA在FMEA管理系统中进行管理，故在FMEA所定义中的措施将导入FMEA管理系统，并传递给项目管理系统。这些措施将由项目经理在项目管理系统中进行跟踪管理。同时，FMEA措施执行过程中的措施完成情况、风险措施数量、综合评分等信息将计入该项目的监控仪表盘，以让整个项目管理团队了解该产品开发的技术风险情况。

   (4)定义FMEA的权限管理。该FMEA的权限管理也是由FMEA管理系统进行控制，将该FMEA的读写权限赋予FMEA部门协调员、FMEA负责人、FMEA主持人，将FMEA的只读权限赋予整个FMEA小组成员。


2.3.3 定义FMEA的参考文件
    为了确保FMEA活动的质量和效率，在FMEA准备阶段，必须定义好FMEA的所有输入文档，这些文档包括以下：

   (1)需求文档。这些需求文档包括客户产品需求、客户技术资料/图纸、产品技术规范、法规/标准要求、内部技术要求等

   (2)设计文档。这些设计文档包括产品功能描述、产品功能框图、产品测试计划、图纸、零件清单等。

   (3)类似产品的质量文档。这些质量文档包括类型产品的失效统计、售后/内部投诉等。

   (4)参考的FMEA。包括类似产品的FMEA等。

   (5)样品。每个样品阶段的样品以及竞争对手的样品。

 
2.3.4 启动FMEA活动
   在以上FMEA准备工作完成后，需要和跨部门功能的FMEA小组成员的部门经理签订FMEA合同，以此确保FMEA策划的认同和FMEA资源的保证。之后，便可以和跨部门功能的FMEA小组成员召开FMEA启动会议，以明确FMEA的计划和各自的职责，并部署好后续FMEA活动。


2.4 本章小结
   本章对永磁同步电机项目的FMEA准备工作进行了较为全面的阐述。主要阐述了跨功能的FMEA小组的组建、FMEA策划以及FMEA活动资料的准备，并在所有FMEA准备工作完成后，启动FMEA活动。尽管到目前为止，FMEA文档还未开始编写，但是FMEA的准备工作确是FMEA能否保质保量并按时完成的重要基础。FMEA准备活动虽然简单，但也是大家最容易忽略的，也是影响FMEA能否成功的最重要的因素之一。故本项目FMEA准备的目的便是为了保证后续FMEA活动的有效性和效率。


  • 2019-07-22 16:32
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