汽车内外饰设计失效模式及后果分析

1.设计失效模式及后果分析的基本概念（Design Failure Modeand Effects Analysis，DFMEA）

这是在产品策划设计阶段，对构成产品的各子系统、零部件的构成过程及服务的各个程序逐一进行分析的系统化活动。它可以找出潜在的失效模式，分析其可能的后果，评估其风险，从而预先采取措施，减少失效模式的严重程度，降低其可能发生的概率，以有效地提高质量与可靠性、确保顾客满意。它是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段，是在设计研发阶段保证产品在未来的正式生产及交付客户过程中，如何满足产品质量的一种控制工具。

设计失效模式及后果分析是一种用于对产品和过程开发（APQP）中潜在问题予以考虑并描述的分析方法学。它最直观的结果是跨功能小组的知识积累的文件化，并以其最严密的形式总结了设计一个零部件、子系统或系统时一个工程师和设计组的思想（其中包括根据以往的经验和教训对一些环节的分析），评估最后的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。它与一个工程师在任何设计过程中正常经历的思维过程是一致的，并使之规范化、文件化。

设计失效模式及后果分析主要分为四个层次：整车设计失效模式及后果分析、系统设计失效模式及后果分析、子系统设计失效模式及后果分析、零部件设计失效模式及后果分析。

设计失效模式及后果分析必须在图纸发放之前完成，当产品、过程变更时，首先在必要的时间完成设计失效模式及后果分析，是减少后续变更最容易和廉价的方式。对DFMEA的理解读者也可以参考IATF16949质量体系中的五大工具。

2.设计失效模式及后果分析的作用

设计失效模式及后果分析有助于对设计中问题的早期发现，从而避免和减少晚期修改带来的损失，使开发的成本下降；有助于制造和装配要求的最初设计，提高在设计、开发过程中已考虑潜在失效模式及其对系统和产品运行/使用影响的可能性；有助于采用更有利的设计控制方法，为制定试验计划、质量控制计划提供正确的、恰当的根据；能够发挥集体的经验与智慧，使设计表现出组织的最佳水平，提供一个公开讨论的机会。设计失效模式及后果分析是一个组织的经验积累，为以后的设计开发项目提供了宝贵的参考，还是识别特殊特性的重要工具，其结果也用来制订质量控制计划。设计失效模式及后果分析给出了失效模式的风险评估顺序，提供改进设计的优先控制系统，从而引导资源去解决需要优先解决的问题。设计失效模式及后果分析的文件化，使它成为重要设计文件之一，并成为设计评审的重要内容。

设计失效模式及后果分析是一份动态的文件，应在设计概念最终确定前开始，在更改发生时或产品开发阶段获得补充信息时进行更新，在生产设计发布前完成，并成为以后重新设计时的经验来源。

3.编制设计失效模式及后果分析的人员

1）由负责设计的工程师/工程小组制定，依靠小组的共同努力。

2）组成一个包括设计、制造、装配、售后服务及可靠性等方面的专家小组。

3）吸收与设计有关的上游（如供应商、材料、上一个相关系统设计师）和下游（如下一个相关系统设计师）的部门。

4）对有专利权的设计，可由组织制定。

4.设计失效模式及后果分析使用时间

1）新的产品设计。

2）是在原设计基础上设计变更。

3）应用条件或环境发生变化。

4）顾客要求或希望发生变化。

5）竞争环境、业务环境或法律环境发生变化。

6）有设计责任且需提交生产件批准程序（PPAP）。

7）发生实际失效。

5.设计失效模式及后果分析表格填写

设计失效模式及后果分析需要设计的功能和接口要求文件的编制，在此文件中必须考虑以下清单中所包括的内容：

1）总则：主要分析产品开发的目的和产品的整体设计意图。

2）安全、法律法规和可靠性（功能寿命）。

3）负载和使用周期：顾客产品使用方面。

4）安静的运作：噪声，振动和刺耳杂音。

5）流体力学、使用环境、人机工程及其对环境的影响。

6）外形、包装和运输。

7）服务、装配设计及可生产性设计。

6.重点填写说明

（1）项目/功能 填入被分析项目的名称和编号。利用工程图纸上标明的名称并指明设计水平。在最初发布之前，应使用试验性编号。

（2）潜在失效模式 潜在失效模式是指系统、子系统或零部件有可能未达到设计意图的形式，它有可能引起更高一级子系统、系统的潜在失效，也可能是它低一级的零部件潜在失效的影响后果。它包含：

1）对一个特定项目及其功能列出每一个潜在失效模式，前提是这种失效可能发生但不一定发生。

2）可以将以往运行不良的研究问题报告以及小组集思广益的评审作为出发点。

3）只可能在特定的运行环境条件下（如热、冷、干燥、灰尘等），以及特定的使用条件下（如汽车超过平均里程、行驶在不平的路段等）发生的潜在失效模式也应当考虑。(www.xing528.com)

4）典型的失效模式可以是但不限于下列情况：裂纹、变形、松动、泄漏、黏性、短路（电器）氧化、断裂等。

（3）潜在失效影响 潜在失效的后果，就是失效模式对系统功能的影响，就如顾客承受的一样，产生噪声、工作不正常、不良外观、不稳定、间歇性运行、粗糙、不起作用、异味、工作感弱等。填写时需要注意：

1）要根据顾客可能发现或经历的情况来描述失效的后果。

2）要清楚地说明该功能是否会影响到安全性或与法规不符。

3）失效的后果必须依据所分析的具体系统、子系统或零部件来说明。还应记住不同级别系统、子系统和零件之间存在着系统层次上的关系。

（4）严重度数（S） 严重度是潜在失效模式发生时对下序零件、子系统、系统或顾客影响后果的严重程度的评价指标。严重度仅适用于后果，评估分为1～10级（表3-7）。要减少失效严重度级别数值，只能通过修改设计来实现。

表3-7 严重度数（S）评定参考表

（5）潜在失效原因/机理 潜在失效起因是指一个设计薄弱部分的迹象，其作用结果就是失效模式。在尽可能广的范围内，列出每个失效模式的所有可以想到的失效起因及机理。尽可能简明扼要、完整地将其列出来，使得对相应的起因能采取适当的纠正措施。

1）典型的失效起因可能包括但不限于下列情况：规定的材料不对、设计寿命估计不当、应力过大、维修保养说明不当、环境保护不够、计算错误。

2）典型的失效机理可能包括但不限于：屈/伸、疲劳、材料不稳定性、蠕变、磨损和腐蚀。

（6）频度数（O） 频度是指某一特定失效起因或机理出现的可能性。潜在失效起因/机理出现频度的评估分为1～10级（表3-8），描述频度级别数着重在其意义而不是具体的数值。

表3-8 频度数（O）推荐的评价准则

（续）

（7）现行设计控制 列出预防措施设计确认/验证（DV）或其他活动，这些活动将保证该设计对于所考虑的失效模式或机理来说是恰当的。

1）措施包括：设计评审、失效与安全（减压间）计算研究、台架/试验室试验和使用试验等。

2）有三种设计控制方法可考虑，它们是：①防止起因/机理或失效模式/后果的出现，或减少它们出现率；②查出起因/机理并找到纠正措施；③查明失效模式。

3）如有可能应优先运用第①种控制方法，然后再用第②种，最后是第③种方法。

4）如果把它们所用作为设计意图的一部分，那么最初的失效频次等级将受到第①种控制方法的影响。

5）如果样件和车型代表设计意图，那么最初的不易探测度又将取决于第②、③种现行方法。

（8）不易探测度数（D） 不易探测度是指在零部件、子系统或系统投产之前，探测潜在失效原因/机理（设计薄弱部分）能力的评价指标，或用查明失效模式的设计控制方法探测可发展为后序的失效模式能力的评价指标（表3-9）。

表3-9 不易探测度数（D）评定参考

（9）风险顺序数（RPN） RPN=S×O×D

风险顺序数是严重度数（S）、频率数（O）和不易探测数（D）三者的乘积，是对设计风险性的度量。

风险顺序数应当用于对设计中那些担心事项进行排序（如用比例图）。RPN取值在1～1000之间，如果RPN很高，设计人员必须采取纠正措施努力减小该值。在一般实践中，不管RPN大小如何，当严重度（S）高时，就应予特别注意。

（10）建议措施 主要有试验设计（特别是在多种因素或相互作用时）、修改试验设计、修改设计、修改材料性能要求四种措施。如果对某一特定的原因没有建议措施则此栏内填写“无”。

当失效模式按RPN排出次序后，应首先对级数最高的事和最关键的项目采取纠正措施。任何建议措施的目的都是为了减小出现频次（O）、严重度（S）及不易探测度三者中的任一个或所有的数值。增加设计确认/验证工作只能减小不易探测度（D），通过修改设计来消除或控制一个或多个失效模式的起因/机理来实现减小频率数（O）及严重度数（S）。

（11）新的风险顺序数 当明确了纠正措施后，估算并记录下纠正后的严重度、出现频次及不易探测度数值。计算并记录RPN结果。如果没采取什么纠正措施，将“纠正后的RPN”栏及对应的取值栏空白即可。所有纠正后的RPN都应复查，而且如果有必要考虑更进一步的措施，还应重复上述的步骤。

7.设计失效模式及后果分析实例

下面就顶篷对设计失效模式及后果分析进行举例说明（表3-10）。

表3-10 设计失效模式和后果分析（DFMEA）