新版FMEA案例分享：机加过程PFMEA分析 - FMEA软件-CoreFMEA

机械加工过程如何进行 PFMEA 七步法分析呢？ FMEA软件CoreFMEA 以"水泵承压壳体机加过程"为例，抛砖引玉。

第一步：规划与准备（Planning & Preparation）

1. 明确分析范围与边界

• 聚焦机加过程：明确分析范围是“承压壳体的机加工序”（如车削、铣削、钻孔、攻丝等），不包括铸造、热处理或装配（除非机加后立即发生）。

• 排除非承压区域：壳体上非承压部位（如安装支架）的机加缺陷可能不纳入分析，需与客户确认。

• 关键特性传递：若壳体承压部位的尺寸（如密封槽深度、螺纹精度）直接影响后续密封性或耐压测试，必须纳入范围。

2. 收集完整的基础信息

• 工艺文件：获取机加工序的流程图（PFC）、控制计划（CP）、作业指导书（WI），确认每道工序的输入（毛坯状态、材料批次）、输出（尺寸/表面要求）。

• 设计意图：审查设计图纸中承压壳体的关键特性（如最大工作压力、密封面粗糙度Ra≤1.6μm），这些特性需在PFMEA中转化为过程失效模式（如“密封槽粗糙度过高导致泄漏”）。

• 历史数据：收集类似壳体的机加不良记录（如气孔、尺寸超差、刀具崩刃导致的毛刺），作为失效模式参考。

3. 组建跨职能团队

• 核心成员：工艺工程师（主导）、机加操作员、质量工程师（熟悉耐压测试标准）、刀具/夹具工程师。

• 扩展角色：如壳体需通过ASME认证，需邀请熟悉压力容器标准（如ASME VIII）的设计代表。

• 客户参与：若客户对壳体承压寿命有特定要求（如10万次循环无泄漏），需邀请客户代表确认风险接受准则。

4. 定义“顾客”与“法规”要求

• 最终顾客：水泵整机厂（关注壳体是否能承受系统压力）；

• 法规要求：承压壳体需符合PED（欧盟压力设备指令）或GB 150（中国压力容器标准），机加过程需确保不引入影响耐压的缺陷（如尖锐刀痕导致应力集中）。

• 后续工序：若机加后需进行水压测试（1.5倍工作压力保压30分钟），机加缺陷（如微裂纹）可能导致测试失败，需作为“内部顾客”需求。

5. 工具与资源准备

• 标准参考：AIAG & VDA手册（2019版）、压力容器设计规范（如ASME VIII-1）。

• 数据支持：机加设备的CMK（设备能力指数）、刀具寿命数据（如某品牌刀片加工某材料时平均寿命为200件）。

• 可视化工具：准备壳体3D数模和关键截面图，便于团队识别风险区域（如薄壁部位易变形）。

6. 风险预筛选（可选）

• 高优先级工序：若壳体需加工深孔（长径比>5），需优先分析钻头折断或孔偏斜的风险；

• 材料特殊性：若壳体为双相不锈钢（如2205），需关注加工硬化导致的刀具磨损加剧。

常见误区提醒：

• 避免范围过大：不要将铸造缩孔作为机加过程的失效模式（因为 PFMEA 不分析来料），但需考虑机加暴露铸造缺陷的风险（如“镗孔时发现砂眼”）。 

• 勿遗漏间接影响：机加产生的毛刺若未清除，可能导致后续密封圈装配损伤，需作为过程失效模式。

通过以上准备，可确保第一步输出清晰的分析边界、完整的基础数据、合格的团队，为后续“结构分析”和“功能分析”奠定坚实基础。

第二步：结构分析 （Structure Analysis）

把“水泵承压壳体机加过程”逐层拆解成 过程项（Process Item）→ 过程步骤（Process Step）→ 过程工作要素（Process Work Element），并用 过程流程图（PFC）+ 结构树（Structure Tree） 可视化。

⚠️ 注意事项全部围绕 “拆得准、画得清、不漏项、不重叠” 展开，具体归纳如下：

1. 过程项（Process Item）——只锁定机加过程本身

• 用“名词+目的”描述：
  ❌ “壳体”
  ✅ “承压壳体机加后成品（满足图纸尺寸与表面要求，可转入水压试验）”

• 排除非机加环节：铸造毛坯、清洗、最终装配均不列为过程项，即使它们在车间里连续发生。

2. 过程步骤（Process Step）——对应真实工序，颗粒度一致

• 按现场作业顺序：以车间实际 OP10、OP20…OP90 为单元，而非以“质量控制点”为单元。

• 过程步骤是PFMEA分析的焦点，要围绕着产品特性的产生与改变，这样的设置与分析才有实际意义。因为客户真正关心的是他要买走的那个产品！

• 避免“功能/要求”混写：在结构分析阶段只写工序本身，不写功能/要求（那是第三步功能分析的内容）。   

例如：

• [OP 30] 三爪夹外圆，车削端面     （对该工序的功能要求是：  保证密封面粗糙度 Ra≤1.6 μm， 这个内容请在第三步功能分析时再写）

• [OP 50] 加工中心钻孔-攻丝         （对该工序的功能要求是： 确保攻丝 M12×1.5-6H，深度 20 mm， 这个内容请在第三步功能分析时再写）  

3. 过程工作要素（Work Element）——人、机、料、环、其它

在 FMEA软件 CoreFMEA 中针对“过程步骤 / 工序”有菜单提示： 

【人】该工序内的直接【人员】，例如：装配操作工、焊接操作工、检验员等等。依据人员的类型填写。如果该工序内有三个焊接操作工，他们的作用是相同的，那么只需要填写一个工作要素“[人员] 焊接操作工”即可。相同类型的人员合并填写，不同类型的人员分开填写。 

【机】该工序内的直接【设备】，例如：冲压机、折弯机、打孔机等等。 相同类型的设备合并填写，不同类型的设备分开填写。 

【料】应该是 【辅料】。例如，机加时需要“冷却液”。此处的 料 就是“冷却液”。 （PFMEA不分析直接物料（来料），详见官网FMEA知识讲解。）  

【法】“工作要素”菜单中并未直接列出“法”，因为“法”应该进一步分析：

• 需要人员完成的方法，应该将该方法作为功能/要求分配至工作要素【人员】，例如：对人员的操作要求：“核对物料单”，“按绿色开关启动机器”； 
• 需要设备完成的方法，应该将该方法作为功能/要求分配至工作要素【设备】，例如：对设备的参数要求：“确保转速 1000±10 RPM”、“确保压力 100±15 Mpa”。 

【环】该工序对环境哪方面有要求，例如：温度、湿度、照度、洁净度等等。

可重复出现：同一台设备（如加工中心 OP30、OP50 都使用）可在不同步骤重复列出，保证结构树完整。因为该设备在不同步骤中所要实现的功能/要求不同。

4. 结构树（Structure Tree）绘图规则

• 父-子-孙三层固定：
  过程项 → 过程步骤 → 工作要素（不再向下拆“子要素”）。所以，PFMEA 只有三层级。

• 编号一致性：
  用 OP xx 统一工序号。通常不要连续，要有间隔（比如，+10），便于以后增删工序。

举例：

PFMEA 机加案例 - 结构树    

第三步：功能分析 （Function Analysis） 
为结构树中的每一个结构，赋予“功能（Function）”并提炼出“要求（Requirement）”。并建立功能网（上、中、下三层级的功能是如何“相辅相成”的）

1. “功能” 尽量用 “动词+名词”的形式描述，简洁明了；“要求”用可量化指标。 

2. 多个功能要分开写，因为不同的功能，后续所对应的 失效是不同的。便于后续失效分析的“细腻颗粒度”。

3. 从“正向”描述功能，暂时不写 “不能”“失效” 等否定词。

4. 自上而下对齐：过程项功能 → 过程步骤功能 → 工作要素功能，必须层层支撑，形成 功能链（功能网）。

5. 过程项（Process Item）的功能
例：“机加工承压壳体成品，使其满足图纸全部尺寸、形位公差和表面质量要求，可直接转入水压试验”。

要求需覆盖：

• 关键尺寸（如密封槽直径 Ø50±0.1 mm）
• 表面粗糙度（Ra≤1.6 μm）
• 无裂纹、毛刺、锐边（≤0.05 mm）
• 清洁度：残留铁屑≤5 mg/件

6. 过程步骤（Process Step）的功能

• 用“动作+对象+关键特性”
  例：

  • OP10 车削端面：
    功能：车削端面 A，使其平面度 ≤0.05 mm，Ra≤1.6 μm。

  • OP30 钻孔-攻丝 M12：
    功能：加工 M12×1.5-6H 螺纹孔，使其位置度 Ø0.2 mm，有效深度 20±0.2 mm。

7. 工作要素的功能与要求

举例，FMEA软件CoreFMEA 建立、展示功能网（点击可放大）：

PFMEA 机加案例 - 功能网  

第四步：失效分析 （Failure Analysis）
 针对第三步功能分析中每一个“功能-要求”组合，系统回答——“什么会失效？前因与后果分别是什么？”
输出结果是 失效链（Failure Chain）＝ 失效影响（FE）～ 失效模式（FM）～ 失效原因（FC），为后续风险评分（S/O/D）奠定唯一来源。

1. 最高层级的失效是 失效链中的 失效影响（FE）  

在 FMEA软件CoreFMEA中的 PFMEA 模式下，针对失效影响可以从三个方面评估其严重度： 

【本工厂内】（必须的）：假设在工厂内检测到失效，则该失效模式的影响（工厂会采取什么措施，例如：返修、报废……）  

【后序工厂】（已知时）：假设在发运至下一个工厂前未检测到失效，该失效模式的影响（下一个工厂会采取什么措施，例如：分拣、停线……） 

【最终用户】（已知时）：过程项影响的后果（最终用户关注、感觉、听到、闻到什么等，例如：车窗升得太慢、有不舒服的噪音、卡顿不流畅……） 

（在这里提前提及 第五步 风险分析 所涉及的内容）以下三列影响均可点击评分：（鼠标左键点击：选中，鼠标右键点击：取消） 

CoreFMEA - PFMEA 从三个维度为失效影响打分 

通常情况下，【本工厂内】影响是已知的，必须进行评估打分。 

当前团队对于【后序工厂】、【最终用户】的影响可能不知道。未知时，可以不予评分。AIAG & VDA FMEA 手册的评分规则也对这两方面有明确注释：（在已知情况下） 

如果团队从【后序工厂】、【最终用户】获得反馈，将已知的影响记录，则需要评估打分。 

最终，软件会选取这三方面评分的最大值作为该失效影响的 S 分数。 

2. 中间层级的失效是 失效链中的 失效模式（FM） 

• 定义：过程步骤未能满足其功能要求的具体表现。

• 格式：“要求指标 + 超出/不足/缺失”
  例：

  • 端面粗糙度 Ra>1.6 μm

  • M12 螺纹孔 位置度>Ø0.2 mm

  • 密封槽深度 <2.95 mm（低于下限）

• 常见误区：
  ❌ 写成原因——“刀具磨损导致粗糙度高”
  ✅ 仅写结果——“粗糙度高”

FMEA软件CoreFMEA 从9个维度给予失效模式分析的提示：

FMEA软件CoreFMEA 从9个维度给予失效模式分析的提示 

3. 最低层级的失效是 失效链中的    失效原因（FC）

• 必须落在最底层要素：

  • [设备] 机床：主轴轴承间隙过大 → 产生振刀

  • [设备] 机床：进给速度 F>0.3 mm/rev（程序错误） → 表面撕裂

  • [辅料] 冷却液：冷却液温度 >25 ℃ → 润滑不足

• 禁止“万能原因”：
  ❌ “操作员失误” → 应具体到“未按作业指导书执行刀具寿命更换（每200件）”
  
  

三层之间的逻辑关系，必须烂熟于心，例如：

因为 工作要素 [设备] 的失效原因（钻头磨损） 导致了 工序 [OP 30] 的失效模式（孔位超差） 引起了 过程项的失效影响（泄露）

举例，FMEA软件CoreFMEA 建立、展示失效网（点击可放大）：

PFMEA 机加案例 - 失效网  

第五步： 风险分析（Risk Analysis）

在承压壳体机加 PFMEA 风险分析中的注意事项：

1. 评分前必须“三锁死”
• 锁死失效链：每条 FM-FE-FC 已经冻结，在进行风险评估打分之前禁止再增删改。
• 锁死顾客/法规基准：爆破压力 ≥6 MPa、氦检泄漏 ≤1×10⁻⁵ mbar·L/s、PED 2014/68/EU。
• 锁死评分表版本：AIAG & VDA FMEA 标准（或者用公司自己的并被客户认可的标准），避免现场临时换评分标准。

2. 严重度 S 以最严重的情况打分。具体参看本文之前 第四步的提前讲解。

3. 发生度 O（频度）必须用“机加现场数据”
• 数据来源优先级：① 过去一年同产线 PPAP 生产 >1000 件的缺陷 PPM；② 刀具寿命 CMK；③ 试验 DOE。
• 禁止拍脑袋：若“孔位置度超差”的历史 PPM=250，对应 VDA 频度 5 分，而不是“估计偶尔发生”给 3 分。
• 如设备/程序/材料变更，须用预生产 30 件短期数据重新估算 O。

4. 探测度 D 只评估“当前控制措施”
• 当前控制措施＝已经写入控制计划且日常执行的探测手段。
• 机加场景常见误区：把“终检水压 100 % 全检”当成对“孔位置度”的探测手段——实际上水压检的是密封性，对孔位偏差不敏感，D 要按“孔位在线测头抽检 5 %”打分。

5. 动作优先级（AP）而非 RPN
• 2021 年后多数主机厂已弃用 RPN 阈值，采用 AP（H/M/L）。

举例，FMEA软件 CoreFMEA 帮助用户据自动识别特殊特性： 

机加PFMEA案例 - FMEA软件CoreFMEA自动输出物展示   FMEA软件 CoreFMEA 提供的统计信息，风险矩阵分布图（均可互动、点击查看）： 

FMEA软件CoreFMEA 统计信息、风险矩阵分布图

第六步： 优化（Optimization）

在承压壳体机加 PFMEA 优化中的注意事项：

1. 只优化“ H / M 优先级”
• 仅对第五步输出的 AP=H（红色）和 AP=M（黄色）失效链实施措施。其中，AP=M 可以与客户商量，基于项目的资源与时间进度，选取一部分优化即可。
• 对 AP=L 的失效链只做“文件化维持”，防止资源稀释、精力涣散。

2. 措施必须“可量化”
• 杜绝“加强培训”“注意刀具”等模糊语言。
• 正确写法示例：
‑ 将 OP30 钻孔-攻丝工序的刀具寿命从 200 件强制换刀改为 100 件；
‑ 在加工中心增加 Marposs 在线测头，100 % 检测孔位置度并自动补偿；
‑ 冷却液温控机设定点 20 ℃±1 ℃ 并加装实时报警。

3. 双路径选择：预防（降低 O） vs. 探测（降低 D）
• 预防优先：
‑ 换刀策略、SPC 控制图、DOE 优化切削参数。
• 探测兜底：
‑ 对无法进一步降低 O 的失效链，增加 100 % 机内检测或离线 CT 扫描。
• 禁止只改文件不改现场：如仅把“抽检 5 %”改写成“抽检 20 %”，但现场未增加设备。

4. 措施落地“四同步”

1. 控制计划同步更新（CP 版本号 +1）。

2. 作业指导书同步更新（WI 页脚日期）。

3. 维护/点检表同步更新（TPM 卡）。

4. MES/PLC 程序同步下发（记录变更号）。

5. 验证数据必须“重新算”
• 措施实施后，重新运行 30-50 件小批验证 → 计算新 O、D 值。
• 若未达预期（AP 仍为 H），启动第二轮措施；最多 2 轮闭环，否则升级管理层。

6. 成本-收益快速评估
• 用“单件失效成本 × 预计年发生次数”与“措施一次性投入”对比。
• 例：孔位置度失效每年潜在损失 2.5万元 ，在线测头一次性 1.8万元，投资回收期 <1 年 → 通过。

7. 客户与法规双重批准
• 任何影响爆破压力、密封性、PED 符合性的措施，必须获客户质量代表和公告机构（NoBo）签字。
• 文件保留 15 年（法规要求）。

8. 更新后的风险再确认
• 重新填写 FMEA 表：措施描述 → 负责人 → 完成日期 → 新 S/O/D → 新 AP。
• 现场张贴新版“风险热力图”，旧图作废回收。

举例：承压壳体机加 PFMEA 案例中的 AP = H 失效链，采取更优预防措施，降低 发生度 O：

FMEA软件 CoreFMEA 提供的统计信息，风险矩阵分布图、气泡图对比（均可互动、点击查看）：  

一眼看出团队的”苦劳“与”功劳“：

FMEA软件CoreFMEA 风险矩阵分布图-优化前后对比

FMEA软件CoreFMEA 风险分布气泡图-优化前后对比 

第七步： 结果文件化（Results Documentation）
把“水泵承压壳体机加 PFMEA”做成一份 可审计、可传承、可落地 的“终极档案”

以下 12 条注意事项，全部围绕 “谁来查、查什么、怎么查、查多久” 四个维度展开。

1. 文件架构：一主表 + 四附件
• 主表：AIAG & VDA 标准 PFMEA 表格（含七步法完整内容，版本号 Vx.y）。
• 附件 A：结构树高清 PDF（横向 A3）。
• 附件 B：功能网 / 失效网（Visio 或 IQ-RM 导出）。
• 附件 C：验证数据包（小批验证报告、CMK、Ppk、DOE 原始记录）。
• 附件 D：措施落地证据（更新后的 CP、WI、点检表、照片、MES 截图）。

2. 命名与编码
• 文件名：PFMEA-PumpHousing-2025-07-20-V2.0.pdf
• 内部编号：PF-PH-2025-07-20-002（便于 PLM 检索）。
• 每页页脚：项目号 + 版本 + 总页码，防止替换页。

3. 电子件 + 纸质件双轨
• 电子件：受控服务器\FMEA\2025\PumpHousing\，只允许“只读”共享。
• 纸质件：红色受控章、签字原件锁 QA 档案柜；现场悬挂彩色 A3 摘要版（非受控）。

4. 签批矩阵（4×4）表格  

5. 追溯链：正向 & 反向
• 正向：从设计图纸 → 过程流程图 → PFMEA → 控制计划 → 作业指导书 → 现场记录。
• 反向：现场一旦发现失效，能在 5分钟内定位到 PFMEA 具体失效链行号。

6. 变更管理
• 任何设备、刀具、程序、材料变更 >30 天，必须触发 PFMEA 再评估，版本号 +0.1，并重新走签批。
• 变更单号强制写入 PFMEA 修订记录栏，如：ECO-2025-PH-008。

7. 记录保存年限
• 承压壳体属压力设备，法规要求 15 年（PED 2014/68/EU Annex I §3.1.2）。
• 纸质原件保存 15 年，电子件永久存档（公司备份策略 3-2-1）。

8. 审计接口
• 为 IATF 16949 / VDA 6.3 外审预留 索引页：列出检查路径、责任人、存放位置。
• 关键证据用黄色高亮：如“4 条 AP=H 已全部关闭，关闭证据在附件 D-3”。

9. 培训与宣贯
• 班组长、操作员、检验员各 30 分钟微课。
• 培训签到表作为附件 E，纳入档案。

10. 语言与保密
• 双语：正文英文（客户要求），关键解释中文批注。FMEA软件CoreFMEA 提供17种语言的自动翻译，可以双语同步输出。实现做一份FMEA，交付国内外多个客户。
• 涉客户专利尺寸用“×××”脱敏，但保留公差带。

11. 可持续改进触发器
• 每月 OEE 报表自动比对：若刀具相关缺陷 PPM 上升 >50 %，红色邮件触发 PFMEA 复评。
• 触发记录写入 PFMEA 末页“Lesson Learned”区，版本号 +0.1。

12. 交接与传承
• 项目移交生产后，PFMEA 责任人从工艺工程师 → 质量工程师；
• PLM 中设置“继任者提醒”，每 12 个月弹出一次确认。

完成第七步后，应能在审计时 5 分钟内提供：
“最新受控 PFMEA 文件 + 全部附件 + 变更履历 + 现场实施证据”，否则视为文件化失效。

工欲善其事，必先利其器。

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