人非圣賢孰能無過：對FMEA方法的深入思考

編者按

國際質(zhì)量科學(xué)院院士、經(jīng)營卓越方案咨詢公司總裁、美國工業(yè)工程研究院副院長格雷戈里·H.沃森博士在近期的《六西格瑪論壇雜志》上撰文“人非圣賢孰能無過”，對失效模式和影響分析（FMEA）方法進(jìn)行了深入的探討。

因?yàn)樗械娜硕紩稿e誤，所以應(yīng)著重留意錯誤的類型以及導(dǎo)致這種錯誤的原因。

材料的物理性能遵循熵法則，因此關(guān)注材料性能隨時間衰變的方式就很重要。由于設(shè)備與系統(tǒng)受應(yīng)力的作用，并且應(yīng)力大小會超過設(shè)計(jì)極限，因而必須要弄清這些極限所發(fā)生的位置，且超過極限時會發(fā)生什么。工程的本質(zhì)是提供功能與抑制失效。因此對潛在的失效提出相應(yīng)控制計(jì)劃是成功的關(guān)鍵因素，它能確保過程及過程提供的產(chǎn)品或服務(wù)的可靠性。但是只有在了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)固有風(fēng)險的本質(zhì)后，才能開展這項(xiàng)工作。

在很多組織中，風(fēng)險管理和失效分析工作被簡化為應(yīng)用失效模式和影響分析（FMEA）方法，以便在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的階段性關(guān)鍵要求。FMEA被用來識別潛在失效模式，分析造成每個失效模式的起源，并描述失效產(chǎn)生的潛在后果。

此外，F(xiàn)MEA對失效產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度、失效模式發(fā)生的可能性以及失效情況探測能力這三個指標(biāo)進(jìn)行評分來對風(fēng)險進(jìn)行評估。然后通過對這三個指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算獲得風(fēng)險順序數(shù)（RPN），以確定消除風(fēng)險的先后次序。

表面看來，這似乎是一個十分合理的過程，它采用科學(xué)的方法來消除失效模式。但這種風(fēng)險分析方法過于簡化，并混淆了為了預(yù)防失效而需要考慮的技術(shù)和管理決策方面的問題。

為什么這樣說？如今在整個工程過程中存在一些涉及風(fēng)險分析和管理的重要問題，而標(biāo)準(zhǔn)的FMEA方法并不適用于處理這些問題。通過對FMEA方法演變過程的思考及對其邏輯結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的觀察，或許存在更好的替代方法，能更全面地評估潛在風(fēng)險，并可以應(yīng)用于產(chǎn)品或服務(wù)設(shè)計(jì)之中。

自1949年11月9日美國軍方首次使用FMEA以來，它一直沒有什么太大的變化。FMEA使人思考事物如何失效，并進(jìn)一步激發(fā)人們思考如何消除、減小或緩解這類失效模式。FMEA從技術(shù)層面對失效機(jī)會進(jìn)行了總結(jié)，并明確了對失效原因的管理方法。

回顧我的海軍生涯，F(xiàn)MEA最初是用來評估失效模式的“失效的物理機(jī)理”，這可以通過工程原理和材料性能來評估。后來，它還被用于識別軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域問題。這些早期的FMEA應(yīng)用往往是建立在測試與工程學(xué)的基本原理之上。

但是隨后FMEA便轉(zhuǎn)移到技術(shù)性的頭腦風(fēng)暴法，失去了其工程實(shí)際層面的根基。如今對于失效分析，需要采用更全面的并側(cè)重于商業(yè)性的系統(tǒng)方法。FMEA如何能滿足這些要求？

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)FMEA方法存在如下4個問題，限制了其作為一種工程方法的有效性：

1）對失效的物理機(jī)理缺乏理解。必須考慮失效模式本身。在通常情況下，F(xiàn)MEA的應(yīng)用僅局限于那些過去已經(jīng)出現(xiàn)過的失效問題：已知失效模式。那未知失效模式呢？隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，并非所有失效模式都能被認(rèn)識。當(dāng)遇到新的失效問題時，必須要深入了解它們的特點(diǎn)。

該失效模式是否獨(dú)立（比如部件，象電阻或電容失效，不能發(fā)揮其自身的功能）？這類失效中除了該部件的功能退化或失效外不會有其他影響?；蛘咴撌Ｊ绞欠袷菑膶俚模ㄈ缒骋皇l(fā)系統(tǒng)中連續(xù)或連鎖失效的發(fā)生）？FMEA不能提供一個層級式的視角來描述復(fù)雜或連續(xù)的系統(tǒng)性失效模式。

理解復(fù)雜失效模式需要進(jìn)行故障樹分析（FTA）。為了獲取失效函數(shù)需要進(jìn)行專門的試驗(yàn)，以便弄清失效模式的運(yùn)作機(jī)理和特性。這意味著必須對新技術(shù)中的部件進(jìn)行超負(fù)荷運(yùn)行測試來發(fā)現(xiàn)其失效機(jī)理。

頭腦風(fēng)暴法僅僅是失效分析的開始。FMEA必須結(jié)合工程分析和應(yīng)力測試來確定失效的物理機(jī)理。

2）失效分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的錯誤應(yīng)用。通常大部分的失效分析以FMEA開始，以FMEA結(jié)束。因此，在整個工程過程中必須通過系統(tǒng)方法應(yīng)用FMEA。應(yīng)用FMEA的系統(tǒng)方法需要進(jìn)行一系列風(fēng)險分析，并在新產(chǎn)品研發(fā)基礎(chǔ)上調(diào)整方向。

因此在針對產(chǎn)品實(shí)施FMEA時，首先應(yīng)該在界定市場特征和確定設(shè)計(jì)概念優(yōu)先順序時就應(yīng)著重分析潛在失效。其次識別那些表征產(chǎn)品市場特征的技術(shù)功能層面的潛在失效，并關(guān)注設(shè)計(jì)失效是如何產(chǎn)生的。然后再識別材料及結(jié)構(gòu)層面的潛在失效。關(guān)于過程或持續(xù)生產(chǎn)能力方面的潛在失效是整個潛在失效識別的最后一個環(huán)節(jié)。

當(dāng)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)中單純使用FMEA進(jìn)行失效分析時往往會忽略或混淆上述重要觀點(diǎn)，最終導(dǎo)致風(fēng)險評估的不足。因此FMEA應(yīng)是用來控制風(fēng)險的初步方法，而對于那些工程控制不了的、在產(chǎn)品或生產(chǎn)過程外的風(fēng)險，必須通過防錯方法來進(jìn)行預(yù)防，那些不能預(yù)防的風(fēng)險必須在控制計(jì)劃里得到特別關(guān)注。識別風(fēng)險僅僅是風(fēng)險管理的第一步。

3）失效風(fēng)險計(jì)算法的誤區(qū)。在標(biāo)準(zhǔn)FMEA中，總體風(fēng)險由RPN值表示，并根據(jù)該值對相關(guān)失效模式進(jìn)行排序以便確定采取糾正措施的優(yōu)先順序。但這種方式會受到評估方法的影響。通常使用等級量表來量化其中的三個因子的值（如嚴(yán)重度、發(fā)生頻度和探測度），而這三個因子值的大小僅僅是根據(jù)失效模式之間的相互比較而確定的。當(dāng)將這些因子整合為一個指標(biāo)時，如RPN，由于將等級型分值通過乘法進(jìn)行運(yùn)行后，其值將失去原先所表示的量級含義，因此這些值將不再代表其有效的整體排名。

在許多情況下，將這三個因子合并會產(chǎn)生“顛倒排序”的情況。在這些情況中，由于RPN中其它因子的度量值較小，導(dǎo)致在最終整體的排序中，原本嚴(yán)重度較高的或發(fā)生頻度較高的失效模式的排名下降。即便“顛倒排序”現(xiàn)象沒有發(fā)生，由于評分是基于主觀感知基礎(chǔ)上，所以在理解這些等級量表上也會存在問題。

即使固定發(fā)生頻度的評價方法（例如使用失效試驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場失效數(shù)據(jù)或過程能力）仍不能解決該問題，主要是因?yàn)樘綔y度和嚴(yán)重度是等級性分值。例如，某個因子的分值為4，但并不表示它的嚴(yán)重度是另一個分值為2的因子的兩倍。但是當(dāng)把兩個因子繪制在一個2×2的矩陣中就能清楚地看出它們的關(guān)系。例如，當(dāng)把發(fā)生頻度和嚴(yán)重度的值放在同一格中，我們把得到的結(jié)果值稱作關(guān)鍵性指數(shù)。

4）不適當(dāng)?shù)貙⑻綔y度作為風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)來用。探測度是代表檢測失效模式發(fā)生的頻率能力的指標(biāo)。探測是一種工程行為，應(yīng)跟消除和減少風(fēng)險的行為一起，作為風(fēng)險緩解過程中的糾正行動得到管理。使用關(guān)鍵性指數(shù)代替RPN的作用，是將注意力轉(zhuǎn)移到失效模式的內(nèi)在風(fēng)險上，并將對探測度的關(guān)注推遲至設(shè)計(jì)完成后。這樣就把探測變成了失效的預(yù)防行為（成為了防差錯）。

失效分析由三個部分組成：確定潛在失效；識別實(shí)際失效模式；分析失效機(jī)理以確定失效產(chǎn)生的原因。預(yù)防失效則包括以下三個階段：消除失效，降低嚴(yán)重度與探測報警。因而FMEA并非提供了一個完整的失效分析方法，它僅僅解決了失效分析三個階段中的第一個階段。它不能用來估計(jì)產(chǎn)品使用壽命，因?yàn)槭Ｊ脚c發(fā)生失效的頻率之間并無關(guān)聯(lián)，頻率是以時間來估算失效間隔。因此，F(xiàn)MEA必須借助測試與物理失效分析作為補(bǔ)充來全面了解產(chǎn)品或服務(wù)為何不能發(fā)揮正常的作用以致無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

面對失效，我們需要做些什么？我們必須了解失效的物理機(jī)理及其潛在失效后果。然后，我們必須消除失效事件或通過采取諸如降低失效后果的嚴(yán)重度或過程的防差錯這樣的手段來減少失效事件，從而降低失效帶來的危害。要實(shí)現(xiàn)這樣的效果需要借助可靠性工程的幫助，而FMEA至多只能起到促進(jìn)獲得失效機(jī)理及其潛在失效后果的作用。

為克服FMEA過于簡單化的弱點(diǎn)，我們必須在深入了解其優(yōu)缺點(diǎn)后進(jìn)行應(yīng)用。在大部分情況下，如果沒有在理解可靠性函數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析或堅(jiān)持研究失效模式背后的因果關(guān)系，實(shí)施FMEA將變?yōu)闊o的放矢。如果失效分析是要用于為降低風(fēng)險提供結(jié)構(gòu)化決策輔助，我們必須完善FMEA的使用方法，以便更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

我們絕不能盲目地應(yīng)用質(zhì)量方法，必須謹(jǐn)記應(yīng)用這些方法的前提條件、局限性以及驗(yàn)證結(jié)果的方法。我們絕不能在沒有弄清前提條件和明確使用注意事項(xiàng)的情況下，繼續(xù)應(yīng)用錯誤或誤導(dǎo)性的方法，并把它作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。