设计FMEA步骤三：功能分析

目的

设计功能分析的目的是确保要求/规范中规定的功能被适当地分配给系统要素。无论DFMEA使用什么工具创建，其分析都要用功能术语编写，这点至关重要。
设计功能分析的主要目标是：

● 产品或过程功能可视化

● 制定功能树/网或者功能分析表格和参数图(P图)

● 具备相关要求的顾客(内部和外部)功能的展开

● 将要求或特性与功能关联

● 工程团队(系统、安全和组件)之间的协作

● 失效分析步骤的基础

该结构提供了基础，以便能够就每个系统要素的功能和要求对其进行单独分析。

为此，有必要全面了解系统及其操作条件和环境，如热、冷、灰尘、溅水、盐、冰、振动、电气故障等。

功能

功能描述了项目/系统要素的预期用途。

一个功能被分配给一个系统要素，一个结构要素也可以包含多个功能。

功能的描述需清晰准确，推荐的短语格式为：一个“行为动词”后加一个“名词”，表示可测量的功能。

功能应当是“现在时态”，并使用动词的基本形式(交付、包含、控制、组装、传输)。

例如：传输动力、包含液体、控制速度、传递热量、标记黑色。

功能描述了一个项目/系统要素的输入和输出之间的关系，目的是完成一个任务。

注:一个组件(即零件清单中的零件或项目)在没有输入/输出的情况下，也可能有一个目的功能。例如密封件、润滑脂、夹具、支架、外壳、连接件、焊剂等都有功能和要求，此功能和要求包括材料、形状和厚度等等。

一个项目除了其主要功能外，可以评估的其它功能包括接口功能、诊断功能和可服务性功能等辅助功能(见图2.3-1)。

图2.3-1输入接口输出流程

要求

ISO 9000将要求定义为一个特定设计、产品或过程需要满足的需求或期望。

要求可分为两类：功能性要求和非功能性要求。

功能性要求是判断或测量功能预期性能的标准(如材料硬度)。

非功能性要求是对设计决策自由度的限制(如温度范围)。

要求可以来自内部和外部的各种来源，它们可能是：

法律要求：

●环境友好型产品设计、适合回收利用、操作者不当使用时仍能保持安全、不易燃等。

行业规范和标准：

●ISO 9001、VDA6.3过程审核、SAE J等(如ISO 26262功能安全、SAE J3061网络安全)

顾客要求：

●明确要求(如顾客规范)和隐含要求(如无违禁材料)—在所有规定的条件下

内部要求：

●特定产品的要求(如：要求规范、可制造性、测试应用性、与其它现有产品的兼容性、可重复使用性、清洁性、清洁度、颗粒物的进入和扩散性)

产品特性：

●产品特性指产品的显著特征(或可量化的属性)，如轴的直径、表面光洁度

参数图（P图）

参数是功能行为的属性。参数图(P图)是一个项目所在环境的图表展示。参数图(P图)包括影响输入和输出之间转化功能的因素，专注于优化输出所需的设计决策。

参数图(P图)用于描述单个功能语境下系统或组件的行为特点。并非所有功能都需要参数图(P图)。团队应当关注于受新条件影响的几个关键功能、以及那些在以前的应用中具有稳健性历史问题的功能。可能需要一个以上的参数图(P图)，以便说明FMEA团队关注的系统或组件的功能。

完整的功能描述能够为后续失效分析和风险缓解提供基础。

参数图(P图)专注于功能的实现。它可以清楚地识别该功能的所有影响因素，包括可以控制的因素(控制因素)和不能适当控制的因素(噪音因素)。

针对特定理想功能完成的参数图(P图)有助于识别以下各项：

● 系统优化所需的因素、级别、响应和信号

● 作为设计FMEA输入的功能

● 可能影响功能性能的控制和噪音因素

● 非预期系统输出

通过创建参数图(P图)获得的信息为测试计划提供了输入。

参考下文中的图2.3-2，项目/系统要素的输出(灰域)经常偏离/异于期望的行为的变差(直线)。控制因素作用于设计，以尽可能接近期望的行为。
参数图由动态输入(包括信号)、可能影响系统性能的因素(控制和噪音)、变差源和输出(预期输出和非预期/偏离输出)组成。

以下是参数图的示例，用以评估对产品功能的影响：

输入(为取得期望结果您想要输入什么)是对实现系统功能所需的信息源的描述。

功能(您想要发生什么)在参数图中描述，使用现在时态，主动动词后加上一个可测量的名词，并与需求相关。

功能要求(为实现功能您需要什么)与功能的性能相关。

控制因素(为实现功能要求，您可以做什么)被识别出来。控制因素可以调整，以使设计对噪音更不敏感(更稳健)。信号因素是控制因素的一种，它是由系统用户直接或间接设置的调整因素，可适当地改变系统响应(即，制动踏板的移动改变刹车距离)。仅动态系统才使用信号因素。没有信号因素的系统称为静态系统。

非功能性要求(除功能性要求以外您需要什么)可以限制设计选择。

预期输出(您希望从系统获得什么)是理想的、预期的功能输出，其量级可能会(动态系统)或可能不会(静态系统)与信号因素成线性比例(如，前照灯的近光启动、制动踏板移动导致的刹车距离)。

非预期输出(您不希望从系统中获得什么)指故障行为或意外的系统输出，它们使得系统性能从理想的预期功能偏离。例如，与制动系统相关的能量理想地转化为摩擦。热量、噪音和振动是制动能量的非预期输岀。转向输出可能会对热辐射、振动、电阻、流量限制造成损失。

噪音因素(干扰实现期望输出的因素是什么)是指代表系统响应潜在的显著变差源的参数，从工程师的角度来看，这些参数无法控制或要控制它们不切实际。噪音以物理单位描述。

噪音因素分为以下几类：

● 组件间的变差 (在一个组件中，以及组件之间的相互干扰)

● 随着时间变化 (随着使用寿命增加不断老化，如里程、老化和磨损)

● 顾客使用 (超出预期规范的使用)

● 外部环境 (顾客使用时的环境，例如道路状况、天气等)

● 系统交互作用 (与其它系统之间的相互干扰）

图2.3-3电机参数图示例

功能分析

利用功能树/网或DFMEA表格展示若干系统要素功能之间的交互作用。分析的重点从OEM到一级供应商再到N级供应商。

创建功能树/网或功能矩阵的目的是将功能之间的技术依赖关系进行整合。因此，它在后期将支持失效依赖关系的可视化。当按层次连接的功能之间存在功能关系时，相关失效之间就会存在潜在关系。否则，如果按层次连接的功能之间不存在功能关系，那么相关失效之间也将不存在潜在关系。

为了创建功能树/网，必须检查所涉及的功能。子功能使整体功能得以执行。所有子功能在功能结构(布林逻辑AND关系)中按照逻辑相互连接。

功能结构自上至下逐渐详细，较低级别功能描述了较高级别功能是如何被满足的。以下几个问题有助于功能结构符合逻辑地连接：

●“较低级别功能如何使得较高级别功能生效?”(自上而下)以及
●“为什么需要较低级别功能?”(自下而上)

功能结构可以在功能分析部分创建：

图2.3-5功能分析表格例

表头栏的编号(1，2，3)和颜色有助于显示结构分析和功能分析相关内容的一致性(见图2.3-5)。在这一节中，从左到右回答这个问题：“较低级别的功能如何使得较高级别的功能生效?”

1、上一较高级别功能及要求：在分析范围内的功能

2、关注要素功能及要求：在结构分析中识别的相关系统要素的功能(关注项目)

3、下一较低级别功能及要求或特性：在结构分析中识别的相关组件的功能

工程团队之间的协作(系统、安全和组件)

公司内部的工程团队需要彼此协作，以确保项目或顾客项目的信息一致，特别是当多个DFMEA团队同时进行技术风险分析时。例如:系统团队可能正在创建一个设计架构(结构)，这些信息将有助于DFMEA避免重复工作。安全团队可能正与顾客协作了解安全目标和危险。此信息将有助于DFMEA确保失效影响的严重度评级一致。

失效分析的基础

功能的完整定义(用肯定的词语)将使步骤四失效分析更全面，因为潜在失效的方式和功能失效的方式相同(用负面的词语)。

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