设备FMEA
设备和工装
潜在失效模式及后果分析Potential Failure Mode and Effects Analysis for Tooling & Equipment
MachineryFMEA
简介
失效模式及后果分析思想可用于机器以降低与有关
机器有关的潜在失效模式发生的可能性。（贯穿全文中的
术语“机器”包括设备和工装），机器FMEA（MFMEA）
支持从设计开发到设计批准的机器设计过程。MFMEA是
对机器的整个运行过程中每一步骤或每项功能的完全评
审。本手册陈述了用于开发有效MFMEA的思路。对于机
器的过程FMEA的建立开发，应遵循克莱斯勒、福特和通
用公司FMEA手册中的过程FMEA思路。应在用于生产
的任何机器制造之前，启动建立过程FMEA。MFMEA是
用于评估、改进机器的可靠性、可维修性、耐用性的设计
的输出。
MFMEA是动态文件，在机器开发与运行的各个阶段，发
生更改或获得更多信息时持续予以更新。
用户的定义MFMEA中“用户”的定义安装用于生产的机器的制造机
构。制造机构包括工厂工程师、维护、生产以及其它工厂
方支撑人员。
小组的努力在进行MFMEA的过程中，希望负责机器的工程师能够主
动地联系所有相关部门的代表。这些领域区包括（但不限
于）生产、制造工程，安全、质量、供方、产品工程和用
户。
FMEA过程应成为促进各相关部门之间相互交换意见的一
种催化剂，从而推进小组协作的工作方式。另外，对于任
何商业“类别”的组分，如果需要的话，也应查询来自这
些供方代表的意见。
机器FMEA 除非负责的工程师有FMEA和团队工作推进经验，否则有
一位有经验的MFMEA推进员来协助小组的工作是非常
有益。
机器FMEA基本上是由负责机器工程师/小组使用的一种
分析技术，用于尽可能地确保机器在运行过程中的潜在失
效模式及其相关的失效起因／机理都考虑到了。因为
MFMEA是预防性维护方案的输入，并用于辅助将使用的
机器控制的实现，因此协作小组中如无用户维护及供方现
场服务部门的代表，不同能形成有效的MFMEA。协作小
组在开展分析时，应以改进机器可靠性、可维修性、耐用
性为关注焦点。最为严谨的形式，MFMEA应是关于生产
环境中机器完整运行性能的集体智慧的结晶（包括基于经
验和过去阅历可能出现潜在失效的项目的分析）。
机器FMEA:
●辅助客观评价，掌握机器步序，
●在制造机器之前，更多地考虑可能影响用户（操作人员和支撑人
员）的潜在失效模式及其后果，
●提供信息，以辅助策划预防性维护的有效过程，
●提高机器的可靠性与耐用性，降低寿命周期成本，
●提高机器可维修性，降低平均修复时间，
●提高机器的可靠性、耐用性与可维修性，增人机器的可用性，和
●产生潜在失效模式序列清单，建立预防/纠正措施的优先级系统。
完全贯彻执行的话，MFMEA方法可用于新型应用或环境中的新制、
进、更换、大检修的机器。负责设计的工程师应启动MFMEA过程。
MFMEA分析机器运行过程中的所有步序，以满足用户的需求。MFMEA
的核心是通过执行诸如设计更改，设备控制和／或预防性／可预见性维
护等预防/纠正措施，识别潜在失效模式并降低其发生的概率度。
MFMEA的开发
负责机器的工程师掌握一些有益于MFMEA准备工作的正式、非正式的
文件是有帮助的。准备FMEA之前，必须完全掌握在给定的环境、固
定的条件和规定的时间周期内，期望机器做什么和不期望做什么
这些预期可通过可靠性与可维修性规格说明，设计要求、方
案目标、性能报告，预防/纠正措施报告，类似机器的维修
履历，以及联邦或本地规章制度要求来确定。
开始进行MFMEA之前，协作小组至少应掌握
●机器整个运行过程的详细步序说明，
●设备文档
●机器的工程图纸，以及
●机器可靠性信息（估计或实际）。
为了便于潜在失效及其后果分析的文件化，附录A给出了样
表
1）FMEA编号填入FMEA文件编号，以便于查询。
注：l～22项的举例见表一。
2）机器/系统、子系统或部件
的名称与编号注明适当的分析级别，并填入被分析的系
统，子系统或部件的名称及编号。
MFMEA小组必须为他们特定的活动确
定系统、子系统或部件的组成。划分系统、
子系统和部件的实际界限是任意的，并且
必须由MFMEA小组来确认。
系统MFMEA的范围
一个系统可以看作是由各个子系统组成的。这
些子系统往往是由不同的小组设计的。一些典
型的系统MFMEA可能包括下列系统：下置焊
接系统，或底盘装饰／Marriage系统等等。因
此，系统MFMEA的焦点是要确保组成系统的
不同子系统之间的所有接口和交互作用都要覆
盖。
子系统MFMEA的范围
一个子系统MFMEA通常是一个大系统的子集。
例如，机器人是下置焊接系统的一个子集。因此，
子系统MFMEA的焦点是要确保组成子系统的
不同部件之间的所有接口和交互作用都要覆盖。
部件MFMEA范围
部件MFMEA通常是以子系统的组成部分为焦
点的MFMEA。例如，手部工具（例如，焊枪、
封枪、抓爪）是机器人的一个部件（机器人是下
置焊接系统的子系统）。
3）设计责任填入整车厂，部门和小组。如果适宜用，还
包括供方的名称。
4）编制者填入负责编制MFMEA工程师的姓名，电话和
所在公司的名称。
5）项目/工厂填入所分析的机器将要应用和／或影响的项目
／工厂。
6）关键日期填入初次MFMEA应完成的日期，该日期不
应超过计划的施工工程发布日期。
7）FMEA日期填入编制MFMEA原始稿日期及最新修订的
日期。
8）核心小组列出有权确定和/执行任务的责任部门的名称
和个人姓名。（建议所有参加人员的姓名、
部门、电话、地址等都应记录一张分发表
上。）
9）项目/功能填入被分析的步骤或功能的简单说明。小组
应评审适用性能、材料、过程、环境以及安
全标准。尽可能用简明的文字来说明被分析
步骤或功能的意图/要求，包括描述有关系
统，子系统或部件设计（度量/测量变量）的
信息。当步序涉及多种功能，且有不同的失
效模式，应将所有的功能单独列出。
性能要求实例
·以每分钟X立方厘米的速度将密封剂打向
面板
·以不低于每分钟X加仑的速度将冷却剂打
向工作件
·在Y秒之内,升温至X（N一m）的力矩
·在Y秒之内，升温至X o C，并保持温度Z
秒
·传递功率，从A点至B点
·在Y分钟内，移动产品X米
10）潜在失效模式所谓潜在失效模式是指机器可能会未达到机
器功能／要求栏中所描述的被分析步序或
功能的目标／要求。它是对在特定步骤或功
能中不符合的说明。它可能是下一步序（顺
流）潜在失效模式的起因或是上一步序（逆
流）潜在失效的模式的后果。无论怎样，在
准备MFMEA时，应做下列假设
·来料与零件准确无误，
·机器建立、安装、调节、维护，满足规定且
·在操作序列中的所有前道步序，均按规定执
行。列出针对部件、子系统，系统或机器特
性的待分析的特定步骤或功能的潜在失效
模式。假设失效可能发生，但并不一定发生。
对于每种潜在失效模式，应考虑采取措施，
使机器重新达到生产能力。
机器工程师/小组应能提出并回答下列问
题：
·机器／步序怎样会失效，使不能满足工程规
定？
·什么可能失效，使不能满足顾客（最终用户，
随后的功能步骤，或现场服务）的期望？
推荐从相类似的机器的比较以及类似机器的
用户（最终用户和随后的操作）要求的评审切
入。典型失效模式可包
括，但不限于：
弯曲断裂磨损
裂纹翘起短路
肮脏粘合开路
接地
11）潜在失效的后果（失效）的后果应按照所分析的具体系统，子
系统或部件来说明。失效模式对上、下过程的
任何影响也应陈述。
如果失效模式可能影响对法规、安全性的符合
性，或影响操作者，应给予清楚的说明。（失
效的）后果应根据用户所关注或体验来说明。
典型失效后果可能是但不限于以下情况：
机器损坏
增加的周期时间
降级的输出
不匹配的性能
运行期间，生产丧失
力矩不够
运行间歇
过度噪声
需要额外的努力
危及到操作工／技术员
部分或完全功能丧失
过度振动
缺乏重复性
过分后冲
12）严重度（S）严重度是一给定失效模式最严重的影响后果的
级别。严重度是单一的MFMEA范围内的相对
定级结果。严重度数值的降低只有通过改变机
器设计才能够实现。严重度应用下表来进行估
计。
推荐的评价准则
小组应对评定准则与分级规则达成一致意见，尽
管个别系统
分析可做修改。（见表2）
注：不推荐修改确定为9和10的严重度数值。
严重度数定级为1的失效模式不应进行进一步
的分析。
12）严重度（S）续
表2 推荐的MFMEA严重度评价准则
13)级别该可选栏目可用于突出高严重度的失效或者其
它用户委托的用途。
14）失效的潜在起因/机理潜在失效原因定义为失效是怎样发生的，可用
被纠正或控制的事物来描述。
尽可能地列出每一种潜在失效模式的失效起
因。如果一个失
效模式只有一个失效起因，即如果纠正该起因
会对失效模式
带来直接的影响，则这一部分的MFMEA思考
过程就完成了。然而，许多失效起因并不互相
排斥，为了纠正或控制失效起因，需要进行分
析，以确定哪些根本的起因是主要的，哪些最
容易控制住。应说明这些起因，以便可针对这
些起因采取补求措施。
14）失效的潜在起因/机理典型的失效原因可包括，但不限于
（续）无润滑或不足腐蚀
磨损的定位器材料疲劳
磨损的工具定位器上破裂的缺口
污染蠕变
磨损损耗磨蚀
漂移
只需列出特定的错误或功能不良；模棱两可的部
分不必列出
（例如，操作工失误，机器功能不良）。
15）频度（0）频度是指潜在失效的起因／机理在指定时期内出
现的可能性。
通过设计改变以预防或控制失效的起因／机理是
降低频度数的优先方法。
应采用一致的频度分级规则，以保持连续性。频
度数是MFMEA范围内的相对级别，它不一定反
映实际出现的可能性。
推蓉的评价准则
小组应对相互一致的评价准则与定级方法达成一
致意见，尽管对个别系统分析可作调整。下列推存
准则允许采用标准运
行时间或可靠性作为确定频度的手段。（见表3。）
可靠性是指生产机器在给定的操作条件和用户指
定的时间间隔内，无失效连续运行的可能性的大
小。
用户时间是指要求机器无失效运行的时间跨度（时
间、周期、等）。用户时间帧应根据对用户来说重
要的运行模式进行定义。
频度表格计算的实例。
16）现行机器控制列出已经完成或承诺完成的预防、探测、设计
确认/验证（DV）其它活动，并且这些活动将
确保设计对于所考虑的失效模式和/或起因/机
理是足够的。现行控制是在指已被或正在被同
样或类似设计所采用的那些措施（如设计评
审、数学研究、可行性评审、样件试验）。小
组应一直致力于设计控制的改进；例如，创建
新的系统试验或者创建新的系统模型化运算
方法等。要考虑两种类型的设计控制：
预防：防止潜在失效起因/机理或失效模式
出现，或者降低其出现的几率。
探测：通过分析方法或物理方法，探测潜在失
效起因／机理或者失效模式。
如果可能，最好的途径是先采用预防控制。假
如预防性控制被融入设计意图并成为其一部
分，它可能会影响最初的频度定级。探测度的
最初定级将以探测失效起因／机理或探测失
效模式的设计控制为基础。
例如，考虑一个“皮带断裂”的失效模式。探
测控制可能是通过报警或光的运用，探测并报
告皮带已断裂的一个传感器。预防控制可能是
带有反馈系统至自动调节皮带轮系统的一个
传感器，自动系统可连续调节张力，以防皮带
断裂，或者降低由于不合适张力而导致的皮带
断裂出现的几率。
本手册中的MFMEA表中设有两栏（即单独
的预防控制和探测控制栏），以帮助小组清楚
地区分这两种机器控制。这可以迅速而直观地
确定这两种机器控制均已得到考虑。最好采用
这样的两栏表格。
机器控制如果使用单栏表格，应使用下列前
缀。对于预防控制，在所列的每个预防控制上
一个字母“P”。对于探测控制，在所列的每
个探测控制前加上一个字母“D”。一旦确定
了机器控制，评审所有的预防控制以决定是否
有频度数需要修订。
17）探测度（D）探测度是与机器控制中所列出来的最佳探测控
制相关联的定级数。探测度是一个在某
MFMEA范围内的相对级别。为了获得一个较
低的定级，通常计划的机器在控制必须予以改
进。
17）探测度（D）（续）推荐的评价准则
小组对相互一致的评价准则和定级方法达成一
致意见，尽管对个别系统可作调整。（见表4）表4 推荐的MFMEA探测度评价准则
18）风险顺序数（RPN）风险顺序数是严重度（S）、频度（0）和探
测度（D）的乘积。
（S）X（0）X（D）＝RPN
在单一的MFMEA范围内，此值（介于l～
1000之间）可用于所担心事项的排序。19）建议的措施应首先针对高严重度，高RPN值和小组指
定的其它项目进行纠正措施的工程评价。任
何建议措施的意图都是要依下列顺序降低
其风险级别：严重度、频度和探测度。19）建议的措施（续）一般实践中，不管其RPN值是多大，当严
重度是9或10时，必须予以特别注意，以
确保现行的设计控制或预防/纠正措施针对
了这种风险。在所有的已确定潜在失效模式
的后果可能会给操作工或技术人员造成危
害的情况下，应采取纠正／预防措施，以便
通过消除或控制起因来避免失效模式的产
生，或指定适当的保护（措施）。
在对严重度值为9或10的项目给予特别关
注之后，小组再考虑其它的失效模式，其意
图在于降低严重度，其次频度，再次是探测
度。
建议措施的主要目的是降低风险，增加用户
满意度，提高机器的可靠性，可维修性与耐
用性。
只有设计更改才能导致严重度的降低。优选
推荐设计更改，消除或控制失效模式的一个
或多个起因／机理，才能有效降低频度。增
加机器控制，检查和／或预防／预测维护，
将导致探测度的降低。不太希望机器失效
后，再增加控制／检查手段进行探测机器失
效，因为其未考虑失效模式的严重度或频
度。
对于一个特定的失效模式／起因／控制的
组合，如果工程评价认为无需采用建议措
施，则应在本栏内注明“无”。
20）建议措施的责任填入每一项建议措施的责任组织的名称和个
人的姓名以及目标完成日期。
21）采取的措施采取措施后，填写实际措施的简要说明及其
生效日期。
22）修订的评分在确定了预防／纠正措施以后，估计并记录
严重度、频度、探测度值的结果。计算并记
录RPN的结果。如果没有采取任何措施，
将相关栏空白即可。
所有修订了的分值应进行评审。如果认为有
必要采取进施的话，重复该项分析，焦点应
永远是持续改进上。
跟踪措施
负责机器的工程师应负责保证所有的建议措
施已被实施或已妥善落实。MFMEA是一份动
态文件，它不仅应体现最新机器设计水平，而
且应体现最新相关措施，包括开始生产后所发
生的措施。
负责机器的工程师可采用几种方式来保证所
关注的问题得到明确并且所建议的措施得到
实施。这些方式包括，但不限于以下内容：
●保证设计要求得到实现
●评审工程图纸和规范
●确认这些已反映在装配／生产文件中
●评审建立与安装FMEA和控制计划
附录C 系统FMEA
为帮助示意系统与系统与部件FMEA的含义，以
下提供两个示例，如图F1（关于借口和交互作用）
和图2（关于项目、功能和失效模式）。
示例1：接口和交互作用
子系统B
子系统A 子系统C
系统
子系统D
环境
图F1. 接口和交互作用
FMEA小组负责确定相关FMEA之职责。图FI的示例表明小组已确定了在进行系统FMEA时，必须考虑的子系统A、B、C和D，以及在完成系统FMEA 必须考虑构成该系统一部分的外围环境。
接口子系统之间通过接口直接连接。
在图F1中，示意了子系统之间的接口，子系统A
与B接触（连接），B与C接触，C与D接触，A
与D接触，且B与D接触。环境也与图F1中列
出的每一个子系统相连接，这就要求在进行则
FMEA时要对“环境接口”加以考虑。
注：每一个子系统FMEA 应将其接口包括在其各
自的子系统FMEA分析中。
交互作用：一个子系缢的变化可能会引起另一个子系统的变化。
在图1中，任何接口系统中子系统之间都可能发生
相互作用。（例如子系统A加热，会导致于系统D
与子系统B通过各自的接口也获得热量，而且子
系统A还向环境释放热量）。交互作用还可能通过
“环境”的传递，发生在“非接触”的系统之间。
（例如，如果环境的湿度很大，子系统A与C是
不同的金属，由金属组成的子系统B隔开，由于
环境的湿度，子系统A和C之间仍然会发生电解
反应）。因此，非接触子系统之间的交互作用在预
测上会相对难一些，但却很能重要，应加以考虑。
示例2：项目、功能和失效撞式
图FZ（见下页）描述了以“树形排列”方式展示项目、功能和失效模式的一种方法，可以帮助小组直观地分析系统、子系统和部件。在系统等级上的描述比子
系统和部件等级的描述。更趋于一般性（对组件的描述通常是最具体的）。
树形排列”对系统、子系统和组件作如下安排
项目
设计目标（对设计目标的描述通常是有帮助的）
一功能1
潜在失效模式A
潜在失效模式B
等等…
一功能二
潜在失效模式A
潜在失效模式B
等等……
一等等
附录D
机器FMEA频度表格计算
表J1—频度表格计算
失效率MTBF t （用户时间）R（t）（t）表示
1 / 1 1 8 0.03% MTBF大约是用户时间的10% 1 / 8 8 24 4.98% MTBF大约是用户时间的30% 1 / 24 24 40 18.98% MTBF大约是用户时间的60% 1 / 80 80 80 36.79% MTBF等于时间
1 / 350 350 200 60.65% MTBF大约是用户时间的2倍1 / 1000 1000 250 77.88% MTBF大约是用户时间的4倍1 / 2500 2500 400 85.21% MTBF大约是用户时间的6倍1 / 5000 5000 500 90.48% MTBF大约是用户时间的10倍1 / 10000 10000 500 95.12% MTBF大约是用户时间的20倍1 / 25000 25000 500 98.02% MTBF大约是用户时间的50倍
1. R（t）=e-t/mtbf
名词术语表
加速寿命测试比典型操作情况下快得多的机器、设备设计
关系的验证。特别适用于新技术、设计变
更以及正在进行的开发。
可用性工装在任何时刻都处于可运行和执行规定
功能状态的能力的度量。特别是，当需要
时，工装处于可运行状态的时间百分比。控制计划控制计划提供过程监视和控制方法，用于
对特性的控制。
设计意图对给定的组件／子系统／系统，对希望要做
什么或不希望要做什么的描述。
设计寿命设计所预期的能完成其要求的时间间隔（如
周期、时间、里程等）。
设计确认／验证（DV）保证设计能满足其要求的一种程序。
实验设计问（DOE）用最少的试验／实验确定影响均值和变差的
因素的方法。
无负荷运转不处理工作件，机器试运转以验证：功能、
间隙和安装稳定性
耐用性在规定保养下，正常使用规定时间，无重要
退化完成预期功能的能力。
设备过程机器的一部分，不特定于某一部件或子
零件。
故障例分析从不期望发生的事件开始，确定所有可能
发生途径的自上而下的失效分析的策略。
可行性确定过程，设计、程序或计划在所需的时间
帧内，能够成功完成实施。
特性一种可测量的产品特性（如半径、硬度）或
一种可测量的过程特性（如安装力、温度）。Gantt图一种使用水平条示意哪些任务在项目时间
跨度内可以同时完成的简单工具。
寿命周期机器、设备历经从概念形成到报废的整个序
列。
寿命周期成率（LCC）在机器的预期寿命期间，产生的所有成本因
素的总和。
机器工装和设备的组合。执行生产过程的所有硬
件（包括所需的操作软件）的一般术语。可维护性机器在规定的条件下和规定的时间内，按规
定的程序进行维修时，保持或恢复其设计、
安装运行特性的能力。
平均故障间隔时间故障发生的平均间隔时间，由机器运行总时
间以故障总次数。
平均修复时间仪器或设备恢复规定状态的平均时间。
排列图可以帮助解决问题的一简单工具，要包
括排列所有潜在有问题的方面。Perishible工具在生产操作中，超期使用的工具。
过程任何影响从原材料到最终零部件转化的
操作或操作序列。
产品关于工具、设备供方的产品，参考生产
的终端项目（例如，机器，工具，冲模）。生产关于工具、设备供方的生产，参考生产
产品的“过程”。
可靠性在规定的条件下和规定的时间内，连续
无故障运行的可能性。
根本原因根本原因是指引起根源性不合格的原
因，是要求进行更改以取得永久性预防
／纠正措施的项目。
过程特殊特性过程特殊特性（如，关键、主要、重要、
重点）是一种过程特性，其变差必须控
制在某目标值内，从而保证在制造和装
配过程中，过程或产品特殊特性变差能
保持在目标值内。
工装过程设备的一部分，特定于某一部件或
分总成。
系统潜在失效模式及后果分析FMEA编号
子系统（设计FMEA）共页，第页
部件设计责任编制人
车型年/车辆类型关键日期FMEA日期（编制）（修订）核心小组