PFMEA

过程失效模式及后果分析(Process Failure Mode and Effects Analysis,简称PFMEA)

　　PFMEA是过程失效模式及后果分析(Process Failure Mode and Effects Analysis)的英文简称。是由负责制造/装配的工程师/小组主要采用的一种分析技术，用以最大限度地保证各种潜在的失效模式及其相关的起因/机理已得到充分的考虑和论述。

　　失效：在规定条件下（环境、操作、时间），不能完成既定功能或产品参数值和不能维持在规定的上下限之间，以及在工作范围内导致零组件的破裂卡死等损坏现象。

　　严重度（S）：指一给定失效模式最严重的影响后果的级别，是单一的FMEA范围内的相对定级结果。严重度数值的降低只有通过设计更改或重新设计才能够实现。

　　频度（O）：指某一特定的起因/机理发生的可能发生，描述出现的可能性的级别数具有相对意义，但不是绝对的。

　　探测度（D）：指在零部件离开制造工序或装配之前，利用第二种现行过程控制方法找出失效起因/机理过程缺陷或后序发生的失效模式的可能性的评价指标；或者用第三种过程控制方法找出后序发生的失效模式的可能性的评价指标。

　　风险优先数（RPN）：指严重度数（S）和频度数（O）及不易探测度数（D）三项数字之乘积。

　　顾客：一般指“最终使用者”，但也可以是随后或下游的制造或装配工序，维修工序或政府法规。

　　PFMEA的分析原理如下表所示，它包括以下几个关键步骤：

　　（1）确定与工艺生产或产品制造过程相关的潜在失效模式与起因；

　　（2）评价失效对产品质量和顾客的潜在影响；

　　（3）找出减少失效发生或失效条件的过程控制变量，并制定纠正和预防措施；

　　（4）编制潜在失效模式分级表，确保严重的失效模式得到优先控制；

　　（5）跟踪控制措施的实施情况，更新失效模式分级表。

　　（1） “过程功能/要求”：是指被分析的过程或工艺。该过程或工艺可以是技术过程，如焊接、产品设计、软件代码编写等，也可以是管理过程，如计划编制、设计评审等。尽可能简单地说明该工艺过程或工序的目的，如果工艺过程包括许多具有不同失效模式的工序，那么可以把这些工序或要求作为独立过程列出；

　　（2） “潜在的失效模式”：是指过程可能发生的不满足过程要求或设计意图的形式或问题点，是对某具体工序不符合要求的描述。它可能是引起下一道工序的潜在失效模式，也可能是上一道工序失效模式的后果。典型的失效模式包括断裂、变形、安装调试不当等；

　　（3） “失效后果”：是指失效模式对产品质量和顾客可能引发的不良影响，根据顾客可能注意到或经历的情况来描述失效后果，对最终使用者来说，失效的后果应一律用产品或系统的性能来阐述，如噪声、异味、不起作用等；

　　（4） “严重性”： 是潜在失效模式对顾客影响后果的严重程度，为了准确定义失效模式的不良影响，通常需要对每种失效模式的潜在影响进行评价并赋予分值，用1-10分表示，分值愈高则影响愈严重。“可能性”： 是指具体的失效起因发生的概率，可能性的分级数着重在其含义而不是数值，通常也用1—10分来评估可能性的大小，分值愈高则出现机会愈大。“不易探测度”： 是指在零部件离开制造工序或装备工位之前，发现失效起因过程缺陷的难易程度，评价指标也分为1—10级，得分愈高则愈难以被发现和检查出；

　　（5） “失效的原因/机理”：是指失效是怎么发生的，并依据可以纠正或控制的原则来描述，针对每一个潜在的失效模式在尽可能广的范围内，列出每个可以想到的失效起因，如果起因对失效模式来说是唯一的，那么考虑过程就完成了。否则，还要在众多的起因中分析出根本原因，以便针对那些相关的因素采取纠正措施，典型的失效起因包括：焊接不正确、润滑不当、零件装错等；

　　（6） “现行控制方法”：是对当前使用的、尽可能阻止失效模式的发生或是探测出将发生的失效模式的控制方法的描述。这些控制方法可以是物理过程控制方法，如使用防错卡具，或者管理过程控制方法，如采用统计过程控制（SPC）技术；

　　（7） “风险级（RPN）”： 是严重性、可能性和不易探测性三者的乘积。该数值愈大则表明这一潜在问题愈严重，愈应及时采取纠正措施，以便努力减少该值。在一般情况下，不管风险级的数值如何，当严重性高时，应予以特别注意；

　　（8） “建议采取的措施”： 是为了减少风险发生的严重性、可能性或不易探测性数值而制定的应对方案，包括行动计划或措施、责任人、可能需要的资源和完成日期等。当失效模式排出先后次序后应首先对排在最前面的风险事件或严重性高的事件采取纠正措施，任何建议措施的目的都是为了阻止其发生，或减少发生后的影响和损失；

　　（9） “措施结果”：是对上述“建议采取的措施”计划方案之实施状况的跟踪和确认。在明确了纠正措施后，重新估计并记录采取纠正措施后的严重性、可能性和不易探测性数值，计算并记录纠正后的新的风险级值，该数值应当比措施结果之前的风险级值低得多，从而表明采取措施后能够充分降低失效带来的风险。

　　1)发现评价过程中潜在的失效及后果。

　　2)找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。

　　3)书面总结上述过程，完善设计过程，确保顾客满意。

　　1）所有新的总成/部件/过程；

　　2）更改的总成/部件/过程；

　　3）应用环境有变化的原有总成/部件/过程。

　　在实际应用中，SMT装配有诸如单面贴装、双面贴装、双面混装等操作方式，各种操作方式的具体生产工艺流程各不相同。为了说明如何将PFMEA应用于SMT装配过程，现在就以工艺流程相对简单的单面贴装为对象，阐述应用PFMEA的方法。

　　单面贴装过程功能描述如下:单面贴装的主要环节有印刷焊膏、贴装元器件、焊接元器件，其工艺流程是:印刷焊膏一一贴装元器件一一AOI检验一一回流焊接一一焊点检验，该装配过程涉及的主要设备有丝印机、贴片机、回流焊炉和检测设备。

　　通过对长期SMT生产过程的总结，单面贴装工作方式中暴露的焊点常见失效模式有:焊锡球、冷焊、焊桥、立片，其因果分析图如图所示。

　　根据图2中对这几种失效模式的因果分析和检验、设计人员的实践经验，现对这些失效模式分析如下:

　　焊锡球

　　焊锡球是回流焊接中经常碰到的一个问题。通常片状元件侧面或细间距引脚之间常常出现焊锡球。

　　失效后果:焊锡球会造成短路、虚焊以及电路板污染。可能导致少部分产品报废或全部产品返工，将严重度评定为5。

　　现有故障检测方法:人工目视和x射线检测仪检测。

　　失效原因为:

　　焊膏缺陷——粘度低、被氧化等，频度为5，检测难度为5，风险指数PRN为125。现行控制措施使用能抑制焊料球产生的焊膏，装配前检测焊膏品质。

　　助焊剂缺陷——活性降低，频度为3，检测难度为6，风险指数PRN为90。

　　模板缺陷——开孔尺寸不当焊盘过大等，频度为5，检测难度为4，风险指数PRN为100。

　　回流温度曲线设置不当，频度为7，检测难度为5，风险指数PRN为175。现行控制措施:调整回流焊温度曲线使之与使用焊膏特性相适应。

　　冷焊

　　冷焊的表象是焊点发黑，焊膏未完全熔化。

　　失效后果:产生开路和虚焊，可能导致少部分产品报废或全部产品返工，严重度评定为50现有故障检测方法:人工目视和x射线检测仪检测。

　　失效原因为:

　　回流焊接参数设置不当，温度过低，传送速度过快，频度为3，检测难度为5，风险指数为750现行控制措施:按照焊膏资料或可行经验设置回流焊温度曲线。

　　焊桥

　　焊桥经常出现在引脚较密的丁C上或间距较小的片状元件间，这种缺陷在检验标准中属于重大缺陷。焊桥会严重影响产品的电气性能，所以必须要加以根除。

　　失效后果;焊桥会造成短路等后果，严重的会使系统或主机丧失主要功能，导致产品全部报废，用户不满意程度很高，严重度评定为s。

　　现有故障检测方法:人工目视和x射线检测仪检测。

　　失效原因为:

　　模板缺陷——开孔尺寸过大等，频度为7，检测难度为6，风险指数PRN为336。

　　焊膏缺陷——粘度不当等，频度为5，检测难度为5，风险指数PRN为200。

　　焊膏印刷工艺参数设置不当，频度8，检测难度为6，风险指数PRN为384。现行控制措施:保持刮刀压力一定，减慢印刷速度，实现焊膏好的成型。此外，控制脱模速率和模板与PCB的最小间隙。

　　回流焊接预热温度和预热时间设置不当，频度为5，检测难度为4，风险指数PRN为160。现行控制措施:降低预热温度，缩短预热时间。

　　立片

　　立片主要发生在小的矩形片式元件(如贴片电阻、电容)回流焊接过程中。引起这种现象的主要原因是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致。

　　失效后果:导致开路，引发电路故障，会使系统或整机丧失主要功能，严重度评定为7e现有故障检测方法:人工目视检测。

　　失效原因分别为:贴片精度不够，频度为3，检测难度为5，风险指数PRN为IOS.回流焊接预热温度较低，预热时间较短，频度为5，检测难度为4，风险指数PRN为140。现行控制措施:适当提高预热温度，延长预热时间。

　　焊膏印刷过厚，频度为5，检测难度为5，风险指数PRN为1750现行控制措施:针对不同的器件选用适当厚度的丝印模板。

　　在计算了各潜在失效模式的RPN值之后，后续工作就是开展相应的工艺试验，探寻针对高RPN值和高严重度的潜在失效模式的纠正措施，并在纠正后，重新进行风险评估，验证纠正措施的可行性与正确性。

　　现以汽车内饰产品——汽车内饰件的制造过程为例，来简单介绍如何利用PFMEA分析制造过程风险，并予以改进的。为了使PFMEA进行的条理清晰，需使用一个表样，(见表一)，按照表格中对应的数字编号的内容进行介绍。

　　1.基本数据在表格上部填上所分析的零部件及PFMEA小组成员的相关信息。

　　2.过程功能/要求简单描述将被分析的过程或作业，并进行编号。根据过程流程图，对所规划的过程进行准确地描述，描述必须完整。如果含许多不同潜在失效模式的作业，可把这些以独立项目列出。

　　潜在失效模式所谓潜在失效模式是指过程可能潜在不满足过程要求，是对具体作业不符合要求的描述。搜集在各过程<工序中可能的缺陷，即使特定条件下可能发生的缺陷模式也应列出。也包括以往历史的经验。

　　潜在失效后果是指失效模式对顾客的影响，站在顾客的角度描述失效的后果，这里的顾客可以是下道工序或是最终使用者。就举例中的汽车门内饰板对最终使用者来说，失效后果可以是漏水、噪声、外观不良等，对下道作业失效后果可以是无法安装无法钻孔等。

　　5.严重度是对一个已假定失效模式的最严重影响的评价等级。要减少严重度识别等级，只能通过对零件的设计变更，或对过程重新设计，否则，严重度不会发生变化。严重度分1(无影响)-10(后果严重)级。

　　6.分类是对过程控制的一些特殊过程特性进行分类，其符号是公司内部的规定，或是顾客的规定。

　　7.失效起因/机理简单说就是每一种缺陷发生的可能的原因，原因可以是生产或装配所决定的。需对每一原因尽可能简要地描述。

　　8.频度(发生率)是指具体的失效起因发生的可能性，这种可能性分级只代表其含义，不代表具体数字。只有通过设计更改或过程更改才可能改变频度级别。频度分1(极低频率)-10(很高频率)级。

　　9.现行过程控制尽可能阻止现有过程失效模式的发生，可以采用防错措施或加工后评价等方法。比如F增加防错装置或增加检验频次。

　　10.探测度(发现率)是指在缺陷发生时被发现的概率。也分为1(很可能)(不可能)5级。

　　11.风险顺序数(RPN)是产品严重度、频度和探测度的乘积。假如严重度为S，频度为O，探测度为D，则RPN=(S)×(O)×(D)。该值从1(无风)-1000(高风险)。对于高严重度、高RPN值的缺陷需优先采取排除措施。

　　12.建议的措施通常把风险顺序数的组成部分作为寻找措施的一个依据。但对于对用户严重影响的缺陷，则应通过改进产品或过程，而不是通过大量的检验。若频度很高则应通过改进产品或过程，若一个缺陷很难发现也即探测度低，则既要改进检验措施，也要减小缺陷发生频度。

　　13.对建议措施的责任把负责实施建议措施的相关人员及计划完成日期记录下来，以便对措施进行跟踪与评价。

　　14.采取的措施对已经实施的措施进行记录。

　　15.措施实施后的RPN在措施实施后，重新对缺陷风险(RPN)进行评定。求得新的风险顺序数后与改进前的状况进行比较，以便估计所采取的措施是否有效，是否必要采取进一步的措施。从例中可以看出：经采取措施后RPN明显降低，措施有效。以上是利用PFMEA进行过程风险分析，进行质量改进的简单描述，我们可以总结为。

　　一、PFMEA是不断更新的，是动态的。要求在产品开发/过程开发或生产制造过程中对PFMEA进行不断的更新和处理，无论是以往的历史经验或是可能发生的缺陷都应体现在

　　二、在进行PFMEA时一定要对缺陷及其风险进行客观地与实际相符的评定,不能擅自推断,造成PFMEA缺乏准确性。

　　三、PFMEA不是表面的东西，是小组成员集体的努力,应该包括但不局限于设计、制造、质量、服务等部门。

　　四、PFMEA是一种有目的的方法，可以通过这种方法及早发现缺陷，对缺陷的风险进行评估，然后制定避免这些缺陷的对策。

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