故障模式影响及危害性分析（Failure Mode Effects and Criticality Analysis，简称FMECA）方法起源于美国，目前在航天航空、兵器、舰船、电子、机械和汽车等工业领域得到了广泛的应用。在许多重要领域，FMECA成为设计人员必须掌握的技术。
FMECA是一种可靠性定性分析技术，针对产品所有可能的故障，根据对故障模式的分析，确定每种故障模式对产品工作的影响，找出故障原因，并按故障模式的严重程度和发生概率确定其危害性。在产品生命周期的不同阶段，FMECA应用的目的和方法也不尽相同。
1 工艺FMECA步骤的主要内容
1.1 系统定义
与功能及硬件FMECA一样，工艺FMECA首先对分析对象进行定义。其内容可概括为功能分析、绘制“工艺流程表”及“零部件－工艺关系矩阵”。
a) 功能分析：对被分析工艺的目的、功能、作用及有关要求等进行分析。
b) 绘制“工艺流程表”及“零部件－工艺关系矩阵”。
1) 绘制“工艺流程表”（见表1）。它表示各工序相关的工艺特性和结果。它是工艺FMECA的准备工作。
2) 绘制“零部件－工艺关系矩阵”（见表2）。它表示零件特性与工艺操作各工序间的关系。
“工艺流程表”、“零部件－工艺关系矩阵”均应作为工艺FMECA报告的一部分。
表1 工艺流程表
零部件名称： 生产工艺：
零部件号： 部门名称： 审核： 第 页•共 页
型号名称： 分析人员： 批准： 填表日期
工艺流程 | 输入 | 输出结果 |
工序1 | ||
工序2 | ||
…… |
表2 零部件-工艺关系矩阵
零部件名称： 生产工艺：
零部件号： 部门名称： 审核： 第 页•共 页
型号名称： 分析人员： 批准： 填表日期
零部件特性 | 工艺操作 | |||
工序1 | 工序2 | 工序3 | …… | |
特性1 | ||||
特性2 | ||||
…… | ||||
1.2 工艺故障模式分析
工艺故障模式是指不能满足工艺要求和/或设计意图的缺陷。它可能是引起下一道（下游）工序的故障模式的原因，也可能是上一道（上游）工序故障模式的后果。一般情况下，在工艺FMECA中，是假定提供的零件/材料是合格的。典型的工艺故障模式示例（不局限于）见表3：
表3 典型的工艺故障模式示例（不局限于）
序号 | 故障模式 | 序号 | 故障模式 | 序号 | 故障模式 |
1 | 弯曲 | 7 | 尺寸超差 | 13 | 光滑度超差 |
2 | 变形 | 8 | 位置超差 | 14 | 未贴标签 |
3 | 裂纹 | 9 | 形状超差 | 15 | 错贴标签 |
4 | 断裂 | 10 | （电的）开路 | 16 | 搬运损坏 |
5 | 毛刺 | 11 | （电的）短路 | 17 | 表面污染 |
6 | 漏孔 | 12 | 粗糙度超差 | 18 | 遗留多余物 |
1.3 工艺故障原因分析
工艺故障原因是指故障为何发生。典型的工艺故障原因示例（不局限于）见表4：
表4 典型的工艺故障原因示例（不局限于）
序号 | 故障原因 | 序号 | 故障原因 |
1 | 扭矩过大、过小 | 11 | 工具磨损 |
2 | 焊接电流、时间、电压不正确 | 12 | 零件漏装 |
3 | 虚焊 | 13 | 零件错装 |
4 | 铸造浇口/通气口不正确 | 14 | 安装不当 |
5 | 粘接不牢 | 15 | 定位器磨损 |
6 | 热处理时间、温度、介质不正确 | 16 | 定位器上有碎屑 |
7 | 量具不精确 | 17 | 破孔 |
8 | 润滑不当 | 18 | 机器设置不正确 |
9 | 工件内应力过大 | 19 | 程序设计不正确 |
10 | 无润滑 | 20 | 工装或夹具不正确 |
1.4 工艺故障影响分析
工艺故障影响是指故障模式对“顾客”的影响。“顾客”是指下道工序/后续的工序，和/或最终使用者。故障影响可分为下道工序、组件和装备。
a) 对下道工序/后续工序而言：工艺故障影响应该用工艺/工序特性进行描述，见表5（不局限于）：
表5 典型的工艺故障影响示例（对下道工序/后续工序而言）
序号 | 故障影响 | 序号 | 故障影响 |
1 | 无法取出 | 6 | 无法配合 |
2 | 无法钻孔/攻丝 | 7 | 无法加工表面 |
3 | 不匹配 | 8 | 导致工具工艺磨损 |
4 | 无法安装 | 9 | 损坏设备 |
5 | 无法连接 | 10 | 危害操作者 |
b) 对最终使用者而言：工艺故障影响应该用型号的特性进行描述，见表6（不局限于）：
表6 典型的工艺故障影响示例（对最终使用者而言）
序号 | 故障影响 | 序号 | 故障影响 |
1 | 噪音过大 | 9 | 工作性能不稳定 |
2 | 振动过大 | 10 | 损耗过大 |
3 | 阻力过大 | 11 | 漏水 |
4 | 操作费力 | 12 | 漏油 |
5 | 散发异常的气味 | 13 | 表面缺陷 |
6 | 作业不正常 | 14 | 尺寸、位置、形状超差 |
7 | 间歇性作业 | 15 | 非计划维修 |
8 | 不工作 | 16 | 废弃 |
1.5 风险优先数（RPN）分析
风险优先数(RPN)是故障模式严酷度(简称严酷度S)、故障模式发生概率(简称发生概率O)和故障模式探测度(简称探测D)的乘积，即
RPN=S*O*D
RPN是对潜在故障模式风险等级的评价，它反映了对故障模式发生的可能性及其后果严重性的综合度量。RPN值越大，即该故障模式的危害性越大。
a) 工艺故障模式严酷度(S)：是指工艺中的某个工艺故障模式的最严重影响程度。其等级的评分准则见表7：
表7 工艺故障模式严酷度（S）等级的评分准则
影响程度 | 工艺故障模式的最终影响 | 工艺故障模式的最终影响 | 严酷度等级 |
灾难性的 | 产品毁坏或功能丧失 | 人员死亡/严重危及作业人员安全及重大环境损害 | 10、9 |
致命性的 | 产品功能基本丧失而无法运行/能运行但性能下降/最终使用者非常不满意 | 危及作业人员安全、100%产品可能废弃/产品需在专门修理厂进行修理及严重环境损害 | 8、7 |
中等的 | 产品能运行，但运行性能下降/最终使用者不满意，大多数情况(>75%)发现产品有缺陷 | 可能有部分（<100%）产品不经筛选而被废弃/产品在专门部门或下生产线进行修理及中等程度的环境损害 | 6、5、4 |
轻度的 | 有25～50%的最终使用者可发现产品有缺陷、或没有可识别的影响 | 导致产品非计划维修或修理 | 3、2、1 |
b) 工艺故障模式发生概率(O)：是指某个工艺故障模式发生的可能性。发生概率（O）级别数在PFMECA范围中是一个相对比较的等级，不代表工艺故障模式真实的发生概率。其评分准则见表8：
表8 工艺故障模式发生概率（O）评分准则
工艺故障模式发生的可能性 | 可能的工艺故障模式概率（Po） | 级别 |
很高（持续发生的故障） | Po≥ 10-1 | 10 |
5×10-2≤ Po <10-1 | 9 | |
高（经常发生的故障） | 2×10-2 ≤ Po < 5×10-1 | 8 |
1×10-2 ≤ Po < 2×10-2 | 7 | |
中等（偶尔发生的故障） | 5×10-3 ≤ Po < 1×10-2 | 6 |
2×10-3 ≤ Po < 5×10-3 | 5 | |
1×10-3 ≤ Po < 2×10-3 | 4 | |
低（很少发生的故障） | 5×10-4 ≤ Po < 1×10-3 | 3 |
1×10-4 ≤ Po < 5×10-4 | 2 | |
极低（不大可能发生故障） | Po< 1×10-4 | 1 |
c) 工艺故障模式探测度(D)：是描述在工艺控制中工艺故障模式被探测出的可能性。探测度(D)也是一个相对比较的等级。为了得到较低的探测度数值，型号加工、装备工艺控制需要不断地改进。其评分准则见表9：
表9 工艺故障模式探测度(D)的评分准则
探测度 | 评分准则 | 检查方式* | 推荐的探测度分级方法 | 级别 | ||
A | B | C | ||||
几乎不可能 | 无法探测 | √ | 无法探测或无法检查 | 10 | ||
很微小 | 现行探测方法几乎不可能探测出 | √ | 以间接的检查进行探测 | 9 | ||
微小 | 现行探测方法只有微小的机会去探测出 | √ | 以目视检查来进行探测 | 8 | ||
很小 | 现行探测方法只有很小的机会去探测出 | √ | 以双重的目视检查进行探测 | 7 | ||
小 | 现行探测方法可以探测 | √ | √ | 以图表方法进行探测 | 6 | |
中等 | 现行探测方法基本上可以探测出 | √ | 在零件离开工位之后以量具进行探测 | 5 | ||
中上 | 现行探测方法有较多机会可以探测出 | √ | √ | 在后续的工序中实行误差检测，或进行工序前测定检查，进行探测 | 4 | |
高 | 现行探测方法很可能探测出 | √ | √ | 在当场可以测错，或在后续工序中探测（如库存、挑选、设置、验证）。不接受缺陷零件 | 3 | |
很高 | 现行探测方法几乎肯定可以探测出 | √ | √ | 当场探测（有自动停止功能的自动化量具）。缺陷零件不能通过 | 2 | |
肯定 | 现行探测方法肯定可以探测出 | √ | 工艺/产品设计了防错措施，不会生产出有缺陷的零件 | 1 | ||
*注：检查类型：A-采用防错措施；B-使用量具测量；C-人工检查。 | ||||||
1.6 改进措施
改进措施是指以减少工艺故障模式的严酷度(S)、发生概率(O)和探测度(D)的级别为出发点的任何工艺设计改进措施和使用补偿措施。一般不论RPN的大小如何，对严酷度(S)等级为9或10的项目应通过工艺设计上的改进措施或使用补偿措施等手段，以满足降低该风险的要求。在所有的状况下，当一个工艺故障模式的后果可能对制造/组装人员产生危害时，应该采取预防/改进措施，以排除、减轻、控制或避免该工艺故障模式的发生。对某工艺故障模式确无改进措施，则应在工艺FMECA表相应栏中填写“无”。
1.7 RPN值的预测或跟踪
制定改进措施后，应进行预测或跟踪改进措施的落实结果、实施的有效性，对工艺故障模式严酷度（S）、工艺故障模式发生概率（O）和工艺故障模式探测度（D）级别的变化情况进行分析，计算相应的RPN值是否符合要求。当不满足要求，尚需进一步改进，并按上述步骤重复进行，直到RPN值满足最低可接受水平为止。
1.8 工艺FMECA报告
将工艺FMECA的结果进行归纳、整理成技术报告。其主要内容包括：概述、工艺的描述、系统定义、工艺FMECA表格的填写、结论及建议、附表（如“工艺流程表”、“零部件－工艺关系矩阵”）等。
1.9 工艺FMECA的实施
实施PFMECA的主要工作是填写工艺FMECA表格（见表10）。应用时，可根据实际情况对表格的内容进行增、删。
表10 工艺FMECA表格
产品名称（标识）① 生产工艺③ 审核 第页•共页
所属装备/型号② 分析人员 批准 填表日期
工序 | 工序功能要求 | 工艺故障 | 工艺故障 | 工艺故障影响 | 改进前的风险优先数 | 改进措施 | 责任部门 | 改进措施 | 改进措施执行后的（RPN） | 备注 | ||||||||
下道工序影响 | 组件影响 | 装备影响 | 严酷度S | 发生概率O | 探测度D | RPN | 严酷度S | 发生概率O | 探测度D | RPN | ||||||||
④ | ⑤ | ⑥ | ⑦ | ⑧ | ⑨ | ⑩ | ⑪ | ⑫ | ⑬ | ⑭ | ||||||||
表10中各标号的填写说明如下：
① 型号名称（标识）：是指被分析的型号名称与标识（如型号代号、工程图号等）；
② 所属装备/型号：是指被分析的型号安装在哪一种装备/型号上，如果该型号被多个装备/型号选用，则一一列出；
③ 生产工艺：是指被分析型号生产工艺的名称（如××加工、××装配）；
④ 工序名称：是指被分析生产工艺的工艺步骤名称，该名称应与工艺流程表中的各步骤名称相一致；
⑤ 工艺功能/要求：是指被分析的工艺或工序的功能（如车、铣、钻、攻丝、焊接、装配等），并记录被分析型号的相关工艺/工序编号。如果工艺包括很多不同故障模式的工序（例如装配），则可以把这些工序以独立项目逐一列出；
⑥ 故障模式：按照本指南1.2条的要求填写。
⑦ 故障原因：按照本指南1.3条的要求填写。
⑧ 故障影响：按照本指南1.4条的要求填写。
⑨ 改进前风险优先数PRN：按照本指南1.5条的要求填写。
⑩ 改进措施：按照本指南1.6条的要求填写。
⑪ 责任部门：是指负责改进措施实施的部门和个人，以及预计完成的日期。
⑫ 改进措施执行情况：是指实施改进措施后，简要记录其执行情况。
⑬ 改进措施执行后的RPN：按照本指南1.7条的要求填写。
⑭ 备注：是指对各栏的注释和补充。
2 注意事项
主要包括：
a) 掌握PFMECA的的时机与适用范围：在型号工艺可行性分析、生产工装准备之前，从零部件到系统均应进行工艺FMECA工作。PFMECA主要是考虑型号试制生产工艺的分析，也可能包括包装、贮存、运输等其他工艺的PFMECA；
b) 明确PFMECA与设计的关系：PFMECA中的缺陷不能靠更改型号设计来克服，应坚持“谁工艺设计、谁分析”的原则。但工艺FMECA也应充分考虑型号设计特性，根据需要，邀请型号设计人员参与分析工作，并促进不同部门之间充分交换意见，以最大限度地确保型号满足“顾客”的需求；
c) 掌握PFMECA是一个迭代的过程：PFMECA是对工艺故障模式的风险优先数（RPN）值的大小进行排序，并对关键工艺采取有效地改进措施，进而对改进后的RPN进行跟踪，直到RPN值满足可接受水平为止。PFMECA是一个动态的、反复迭代分析的工艺；
d) 积累经验、注重工艺信息。与设计FMECA一样，工艺FMECA亦应从相似试制生产工艺或工序中，积累有关工艺故障模式、与原因、故障模式严酷度（S）、故障模式发生概率（O）和故障模式探测度（D）等信息，并相应建立数据库，为有效开展PFMECA提供支持。
