FMEA方法在电机开发中的应用措施分析和优化改进

【导读】
FMEA分析的第四个步骤和第五个步骤便是措施分析和优化改进。在FMEA措施分析完成之后，并可以依据其结果制定其他措施进行优化改进，之后便依此生成正式的FMEA表格。
FMEA分析的第四个步骤和第五个步骤便是措施分析和优化改进。在FMEA措施分析完成之后，并可以依据其结果制定其他措施进行优化改进，之后便依此生成正式的FMEA表格。此处以上一章中转子组件的“输出扭矩过大”失效网络为例，对其进行措施分析和优化改进。


6.1 FMEA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。


6.1.1 描述已导入的措施
    FMEA中的措施包括预防措施和探测措施两类，如“图23预防措施与探测措施的关系图”所示。
 
图23 预防措施与探测措施的关系图

    预防措施即避免失效发生的所有预防性措施，对于设计FMEA而言，这些措施主要实施于产品的设计阶段以避免失效原因的发生，以此降低其发生的概率。例如：参照设计指南或规范、研究性的试验、模拟、可靠性计算等。

    探测措施指的是通过分析或物理的方法识别失效或失效原因的发生。对于设计FMEA而言，这些措施主要指的是设计认可前的试验、测试等，或是在产品应用中的诊断、监控等。例如：环境测试、功能测试、耐久性测试、在线诊断等。

    由于产品设计过程和FMEA分析过程是同步进行，故在FMEA前期分析过程中，通常只有部分原理性的分析或探索性的试验等预防性措施已经导入并实施。通常，预防措施的制定是针对失效原因的，故在描述已导入的措施时，只需针对在失效网络中，最底层的零件制定相应的预防措施即可。

    对于该失效网络，以叠片的“磁钢插槽的宽度定义过小”失效为例，对已经导入的措施进行的描述如“图24对于叠片失效“磁钢插槽的宽度定义过小”已导入的措施描述”所示。
 
图24 对于叠片失效“磁钢插槽的宽度定义过小”已导入的措施描述

    以上述同样的方法，可以将对转子组件的“输出扭矩过大”失效所有涉及的失效原因，描述已导入的措施。


6.1.2 评估失效网络上的风险
    评估失效网络上的风险，即针对失效网络上的失效因果关系，对失效模式、失效影响、失效原因进行严重度、发生概率和探测概率三方面的评分。其中的发生概率、探测概率的评估在该FMEA内均是一种相对的评分排序，而非绝对值。

    (1)严重度的评估
    严重度(S)表示的是，在该失效已经发生并且没有被探测到的情况下，其潜在失效影响严重程度的等级。故严重度的评分是针对失效影响的。对于该FMEA所依据的严重度评分准则，如“表7FMEA严重度(S)评分准则表”所示。

    基于此，对于转子组件的“输出扭矩过大”失效进行评分时，只需对其最终的失效影响“驾驶需求能被满足，但加速度过大”进行评分即可。由于该失效影响的失效分析来源于整车厂，故和整车厂沟通后，共同确认该严重度的评分S=5。
表7 FMEA严重度(S)评分准则表
 
 
    (2)发生概率的评估
    发生概率(O)表示的是，在整个产品生命周期内，该失效原因所发生的估计概率。对于该FMEA所依据的发生概率评分准则，如“表8FMEA发生概率(O)评分准则表”所示。
 

    由于发生概率是针对失效原因的，故对于转子组件的“输出扭矩过大”失效，仅需对其所有失效原因进行发生概率的评分即可。基于措施导入的情况下，参照以上评分准则，经过小组讨论后，定义其发生概率D=4。

    (3)探测概率的评估
    探测概率(D)表示的是，在特定的条件下，使用当前的探测方法，在失效网络上发现失效或失效原因的估计概率。对于该FMEA所依据的探测概率评分准则，如“表9FMEA探测概率(D)评分准则表”所示。

    由于产品设计过程和FMEA分析过程是同步进行，故在FMEA前期分析过程中，通常探测措施还为导入。对于转子组件的“输出扭矩过大”失效，其失效原因的探测措施还未定义，故按照以上评分准则，定义其探测概率D=10。
表9FMEA探测概率(D)评分准则表
 

 
6.1.3计算风险序数
    风险序数(RPN)指的是严重度(S)、发生概率(O)和探测概率(D)的乘积。以叠片的“磁钢插槽的宽度定义过小”失效为例，对其进行严重度(S)、发生概率(O)和探测概率(D)的评分后，并计算其风险序数(RPN)，如“图25对于叠片失效“磁钢插槽的宽度定义过小”的风险评估”所示。
 
图25 对于叠片失效“磁钢插槽的宽度定义过小”的风险评估

    这些评分可以在其失效网络中进行转递，因此对于每个失效，均可以标识出其最大的严重度评分和最大的发生概率评分，对于最底层的失效原因还可以标识出探测概率和计算风险序数，由此，便可以做成一张带有评分的失效网络图。以转子组件的“输出扭矩过大”失效为例，其带评分的失效网络图如“图26对于转子组件失效“输出扭矩过大”的带评分的失效网络”所示。
 
图26 对于转子组件失效“输出扭矩过大”的带评分的失效网络

    以上述同样的方法，便可以对该FMEA中的其他失效描述已导入的措施，进行评分，并由此获得所有失效的量化风险序数。由此，其产品设计中的风险便会以量化的方式呈现出来，这为之后的FMEA优化改进提供了重要参考的依据。


6.2FMEA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，必须对其定有优化改进的措施。当以上FMEA的严重度、发生概率、探测概率以及风险序数确定后，便可以此为依据，参照FMEA措施定义标准，定义后续的措施以及相关责任人和完成期限，并预测该措施的预期效果。

    该FMEA所采用的措施定义标准为：
    如果没有特殊原因，必须采取措施以确保在产品设计认可前达到以下标准；
    当S≥9时，O≤2，且RPN≤125；
    当S≤8时，O≤3，且RPN≤125。
    如果以上目标不能达成的，需要在措施栏中描述的原因，并获得经理层批准。

    基于以上标准，需要对S/O风险矩阵和RPN分布频率进行分析。
    对于S/O风险矩阵，以严重度(S)为横轴，以发生概率(O)为纵轴构建一个S/0风险矩阵，如“表10S/O风险矩阵表”所示。其中红色区域为“S≥9且O>2”以及“S≤8且O>3”的高风险区域，即需要制定优化改进措施的区域；绿色区域为“S≥9且O≤2”以及“S≤8且O≤3”的低风险区域,其技术风险在可接受的范围内。
表10 S/O风险矩阵表
 
 
    对于RPN分布频率，以RPN的分值为横轴，以失效原因的个数为纵轴，构建一个RPN分布频率图，如“图27RPN频率分布图”所示。其中红色区域为RPN值大于125的高风险区域，即需要制定优化改进措施的区域；其中绿色区域为RPN值小于125的低风险区域，其技术风险在可接受的范围内。
 
图27 RPN频率分布图
 
    以叠片的“磁钢插槽的宽度定义过小”失效为例，参照措施定义标准，制定了相应的优化改进措施，定义了相关责任人和完成期限，并预测了措施完成后可能达到的评分值，如“图28对于叠片失效“磁钢插槽的宽度定义过小”的优化措施”所示。
 
图28 对于叠片失效“磁钢插槽的宽度定义过小”的优化措施

    以同样的方式，便可以对该FMEA中的其他失效制定措施以进行优化改进。以此，总共定义预防措施439项，探测措施223项。在后续的FMEA回顾当中，便可以对这些措施的实施状况和效果进行持续的跟踪。


6.3生成FMEA表格
    当以上所有FMEA活动完成后，便可以生成正式的FMEA表格，以转子组件的“输出扭矩过大”失效为例，其生成的FMEA表格部分如“表11FMEA表格”所示。至此，该FMEA表格便可以进行签字流转，并正式发布。
表11 FMEA表格
 
 
    至此，可以得到该FMEA的重要度量数据，如“表12FMEA的重要度量数据”所示。从这些度量数据中可以看出：
    (1)通过使用了系统化的FMEA结构分析和功能分析的方法，几乎完整识别出了电机及其组件和零件的所有功能/特性及其相互之间的关系；

    (2)通过依据失效模式所应具有的特征，推测可能的失效模式，在全新项目且工程师经验不足的情况下，依然高效的识别了大量的失效及其相互之间的关系；

    (3)通过有效的FMEA评估和讨论，得到了较为充分且有效的预防和探测措施，为产品优化改进提供了强有力的基础。
表12 FMEA的重要度量数据
 

 
6.4本章小结
    本章以转子组件的“输出扭矩过大”失效网络为例，对其措施进行了分析，并对其进行了优化改进。其过程为对该失效的失效及其失效原因，描述在当前设计状态已经导入的措施，之后对其失效网络上的严重度(S)、发生概率(O)和探测概率(D)进行了评分，并由此而计算出其风险序数(RPN)。在措施分析之后，便可以参照FMEA措施定义标准，定义后续的措施以及相关责任人和完成期限，并预测该措施的预期效果。至此，一份完整的FMEA表格便可生成发布。其中所定义的措施在后续也需要持续保持跟踪。


  • 2019-07-22 16:26
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