失效模式效應與關鍵性分析法

title: 历史.
content: FMECA最早在1940年代由美军发展,在1949年提出MIL–P–1629。在1990年代早期,美国国家航空航天局的承包商开始使用FMECA的变体,也有许多不同的名称。1966年NASA发行其FMECA程序,用在阿波罗计划上。之后FMECA也用在其他的NASA计划中,包括海盗号、航海家计划、麦哲伦号金星探测器及伽利略号探测器等。 可能是因为MIL–P–1629在1974年被MIL–STD–1629 (SHIPS)取代,因此许多人以为FMECA是由NASA所发展的。 在太空计划发展的同时,FMEA及FMECA的应用也扩展到民航业。1967年国际汽车工程师协发行第一份有关FMECA的民用规范。民航业现在倾向使用FMEA及故障树分析的技术再配合SAE ARP4761,较少使用FMECA,不过有些直升机制造商将FMECA用在民用的旋翼机上。  福特公司在其平托汽车系列的问题后,在1970年代开始使用FMEA,1980年代时越来越多汽车厂开始使用FMEA。欧洲的国际电工委员会在1985年发布了IEC 812(现在的 IEC 60812),提到FMEA及FMECA在各领域的应用。英国标准协会在1991年为了类似的目的发行了BS 5760–5。  1980年时,MIL–STD–1629A取代了MIL–STD–1629及1977年的航空 FMECA 标准 MIL–STD–2070。MIL–STD–1629A在1998年取消,没有其他替代的标准。不过在军事及太空领域仍广为使用。
title: 方法论.
content: 不同的FMECA,其方法论会有细微的不同。根据RAC CRTA–FMECA,FMECA一般会包括以下的步骤:  FMECA可以依机能或是零件来进行,依机能的FMECA考虑每个机能方块(例如电源或是放大器)失效时的影响,而依零件的FMECA考虑每个零件(例如电阻、电晶器、微电路或是阀)失效时的影响。依零件的FMECA所需要的人力较多,但比较可以知道失效出现的几率。相对而言,依机能的FMECA比较容易进行,可以有助于完整的风险评估,也比较可以看出其他减缓风险的可能性,若能配合定量危害分析方法中的失误树FTA分析法,两者具有相辅相成的效果。  关键性分析可以是定量的,也可以是定性的,依照可取得的元件失效资料而定。
title: 系统定义.
content: 在这个步骤,需定义要分析的主要系统,并且将其分解为像系统、子系统或是设备、单元或是子组件以及零件等层级。针对系统以及其子系统作机能的描述,包括所有的工作模式以及任务阶段。
title: 定义基本原则及假设.
content: 在开始细部分析之前,需定义基本原则及假设。可能包括以下的项目:
title: 方块图.
content: 接下来,系统及子系统都会用方块图来表示。可靠度方块图或是故障树大约也是此一阶段建立。这些图是用来追踪资讯在不同的系统阶层中是如何流动、识别关键路径以及界面,找出较低阶失效会对系统较高阶部分的影响。
title: 失效模式识别.
content: 针对分析中的每一个零件或是每一个机能,都会有完整的失效模式列表。对于机能型的FMECA,常见的失效有:  针对零件型的FMECA,失效模式可以参考像RAC FMD–91或是RAC FMD–97之类的数据库。这些数据库不但可以提供失效模式,也可以提供各失效模式几率,例如  每个机能或是零件会列在一个大矩阵,每个失效模式是一栏。因为FMECA会包括很多的资料,因此需针对每一个零件或是机能有一个唯一的代号,也需针对每一个失效模式有唯一的代号。
title: 失效影响分析.
content: 在FMECA矩阵中的每一个失效都需配合基本原则所订定的准则,加以确认其影响,再填入矩阵中。影响会分为对本身的、对上一层的,以及对整个系统的。系统级的影响可能包括: 不同层级中使用的失效影响分类可以配合工程的判断方式,由分析者针对系统规划。
title: 严重性分类.
content: 需针对每一个失效模式,依其系统级的影响指定对应严重性分类,再填入FMECA矩阵中。一般会用较少量的分类,多半会分为3至10个严重性分类。若是用MIL–STD–1629A进行FMECA,一般会依照MIL–STD–882进失效严重性的分类。 目前美国联邦航空管理局(FAA)、NASA及欧洲空间局的FMECA严重分类都是以MIL–STD–882为其基础。
title: 失效检测方式.
content: 针对每个元件及每个失效模式,需要分析系统侦测及回报此项失效的能力。需针对每个失效模式在FMECA矩阵中填入以下三项中的其中一项:
title: 关键性排序.
content: 失效模式的关键性评估可以是定性的,也可以是定量的。若是定性的评估,会针对失效模式评估其错误可能性的代码或是编号。根据MIL–STD–882定义了五个可能性的等级:  失效模式可以画在关键性矩阵中,一轴是严重性等级,另一轴是可能性等级。  若是定量的评估,可以针对每一个项目的每一个失效模式计算模式关键性系数formula_1及项目关键性系数 formula_2。关键性系数可以用以下的数值来计算: 模式关键性系数为formula_7,而项目关键性系数为formula_8。  若是绘图式的分析方式,关键性矩阵可以用formula_1或formula_2为其中一个轴,严重性代码为另一轴。
title: 关键项目/失效模式列表.
content: 一旦针对每一个失效模式评估了其关键性,就可以依严重性及关键性系数来将FMECA矩阵中的项目进行排序,可以找出关键的项目以及关键的失效模式,希望可以进一步可以针对失效模式设计补救行动。
title: 建议.
content: 在完成FMECA后,需针对设计提出可以减少关键失效影响的建议,可能包括使用可靠度更高的材料、减少关键零件运作时的应力程度,或者增加系统冗余或是监控的机制。
title: 可维护性分析.
content: FMECA产出的资料一般会作为可维护性分析及综合后勤保障的基础。
title: FMECA报告.
content: FMECA报告包括系统描述、基本原则及假设、结论及建议、需追踪的纠正措施,以及对应的FMECA矩阵。
title: 风险优先级数计算.
content: RAC CRTA–FMECA及MIL–HDBK–338都定义了风险优先级数(RPN)的计算,作为代替关键性分析的一种方式。风险优先级数是由发现指数(D)、严重程度值(S)和出现频率(O)相乘,每个的计分是从1至10分,最高的风险优先级数为 10x10x10 = 1000,表示这个失效无法由检测而发现,非常严重,而且几乎都会出现。若发生几率非常低,可以将O改为1,风险优先级数就降为100,这可助于针对风险最高的失效问题先进行改善。
title: 优点及缺点.
content: FMECA的优点包括可全面性、有系统的建立失效原因以及其影响之间的关系,而且可以点出个别的失效模式,以便在设计中规划纠正措施。其缺点包括耗时费力及需考虑许多琐碎的情形,以及无法考虑一些未考虑到的跨系统效应即多重故障(例如潜行电路Sneak circuit,也就是系统中有一些不希望出现的路径或是逻辑,在特定情形下会触发不应出现的机能,或是使应正常动作的机能失效),或是多个失效同时出现的情形。  根据FAA针对商业太空运输的研究报告

Summary: 失误模式效应与关键性分析法(failure mode, effects and criticality analysis; FMECA)为风险管理的先驱,也叫故障模式、影响及严重性分析,是失误模式与影响分析(FMEA)的延伸。失效模式与影响分析是一个由下往上的归纳法分析方式,可以分析机能或是零组件。FMECA是在FMEA以外增加了关键性分析,将各失效模式的几率对应不同严重性的后果来列表,因此会突显几率较高且有后果较严重的失效模式,因此让失效模式的补救行动可以有最大的效果。

Analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité: L'Analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité (AMDEC) est un outil de sûreté de fonctionnement (SdF) et de gestion de la qualité. AMDEC est la traduction de l'anglais FMECA ("Failure Modes, Effects and Criticality Analysis", litt. « analyse des modes, des effets et de la criticité des défaillances »), désignation d'une méthode élaborée par l'armée américaine dans les années 1940.