导读：  在竞争日益激烈的市场环境中，产品质量是企业的生命线。如何将质量问题“扼杀在摇篮里”？减少设计迭代和验证测试的轮次？DFMEA（设计失效模式与影响分析），是每一位产品研发工程师必须掌握的核心武器！

一、 什么是 DFMEA ？

DFMEA： Design Failure Mode and Effects Analysis------即设计失效模式与影响分析。

核心意义 ： 在设计阶段，用于识别产品（或设计方案）潜在的失效模式、分析在特定情况下，可能产生的后果与影响，并预先采取改进措施，以降低风险的系统化方法------- 这 是一种“前置性”的思维模式和方法论，力图像“ 事前诸葛亮”那样，前瞻性的预判各种失效模式，避免坐等测试验证、试制投产、运输仓储、用户使用等环节，不断蹦出故障或幺蛾子，导致公司上上下下都忙于救火。 “救火”固然很英勇，但麻烦在于，优化设计或打补丁不光耗费人力、财力及时间，导致项目延期及成本增加，还有可能“刚解决老问题，又冒出新问题”，在疲于应付中左右为难，最终导致项目失败或连滚带爬。

 DFMEA，就是产品研发过程中最科学、最系统的那道“防火墙”，尽可能实现设计层面的防患于未然，让工程师从从容容的应对设计！

很多工程师对DFMEA的理解，停留在“一份需要填写的表格”，是为了应付项目节点或领导\客户审核的“文书工作”，这种观念是极其错误的！

二、 DFMEA分析的关键要素

• 功能框图： 扮演着  “承上启下”  的关键角色，将 源于 客户需求VOC（或系统级需求）作为上层需求 “输入” ，向下 转化为“具体的、技术性”的功能 “输出” ， 为后续的 失效分析（失效模式、影响、原因）  提供了完整的分析范围和对象

  注：相对于系统整体的对外输出功能，子系统或零部件往往需要再拆解出“子功能”，比如 转换能量\蓄能、显示与人机交互、档位控制与切换、感知探测、密封、连接、固定、过滤、散热等


• 失效模式 ：导致系统或部件无法正常执行功能的症状，比如断裂、形变、泄漏、 击穿、着火、 紊流 、阻塞、死机、部件失灵 等
• 干扰因素或失效原因 ：诱发或加速失效产生的原因，比如温度变化、光照、氧气或特殊介质、酸碱\腐蚀剂、砂砾\杂质、人为误操作等
• 失效过程机理 ：如过载冲击、磨损、氧化、腐蚀、短路等，导致失效模式发生的原因，通常有明确的物化模型
• 失效后果 ：对设备自身、环境或操作者产生的后果，如不可恢复的部件损坏、系统死机、人员受伤、环境污染等
• 发生概率（O） ：每万台设备的故障发生率，按发生概率递减评分（发生概率越高，评分越高）
• 严重程度（S） ：如涉及安全、设备或部件损坏、死机或失灵（可恢复）、性能下降、外观或使用体验缺陷等，按严重程度递减评分（越严重，评分越高）
• 可探测性（D） ：无法探测或不可分析、可通过传感器监测故障发生、可通过测试预判或仿真分析预判失效、有接近或相同的历史案例可查询，按不可探测性递减评分（越不可探测，评分越高）
• 风险优先系数 ： RPN = 严重度（S）* 发生概率（O）* 可探测度（D）
• 注：通常RPN评分数值越大，越需要投入资源去抑制该失效发生；但有些产品或应用场景下，会选择优先解决严重度高的失效模式，或选择无差别的抑制各种失效发生、打造完美产品（此时可忽略RPN评分环节，优先列举和穷尽失效模式，仔细梳理对应的设计优化和管控措施）

三、DFMEA分析表格

四、 DFMEA分析 步骤

第1步：策划与准备

• 确定分析范围：  整机系统、部件子系统、或零件级别的FMEA。
• 组建跨职能团队：  集合设计、仿真、工艺、制造、质量、售后等各方专家。
• 定义分析基础：  定义并理解客户需求（VOC）、功能框图、边界图，收集过往或类似产品的历史问题等。

第2步：结构\原理架构分析

• 将设计对象分解为若干系统、子系统和零件，明确它们之间的层级关系和物理接口。
• 工 具：  结构树、边界图、 QFD 质量屋图等

第3步：功能定义

• 针对结构树分析图中的每一个项目，清晰地定义其功能和要求，详细描述“它需要做什么”

第4步：失效模式分析

• 失效模式（Failure Mode）：  产品功能可能失效的方式。例如“ 无法密封 ”。
• 失效影响（Failure Effect）：  失效模式对上级系统、最终用户及法规的影响。例如，“导致 液体泄漏、 引发系统短路、造成功能丧失等”。
• 失效原因（Failure Cause）：  导致失效模式发生的设计缺陷。例如，“密封圈 材料不耐油 ，在长期浸泡后发生溶胀失效”。
• 注：务必梳理出清晰的“失效链”： 失效原因 -> 失效模式 -> 失效影响

第5步：风险分析

• 严重度（Severity, S）：  评估失效影响的严重程度。等级（1-10分），影响越严重，分值越高。
• 频度（Occurrence, O）：  评估失效原因发生的可能性。等级（1-10分），原因越容易发生，分值越高。
• 探测度（Detection, D）：  评估在量产前，通过设计验证手段发现该失效原因或模式的概率。等级（1-10分），越难被发现或预测，分数越高。
• 风险优先指数（RPN）：  RPN = S × O × D。 注意：RPN是辅助排序工具，绝不能仅凭RPN高低决定行动优先级，应优先关注高严重度（S）项目！

第6步：优化与改进

• 针对高风险（高价值）管控项，团队共同制定改进措施并实施
• 降低频度（O）：  修改设计方案，从根本上消除或延缓失效发生。例如，更换更耐油的密封圈材料。
• 降低探测度（D）：  项目初期做有限元分析或模型验证；搜集失效案例库数据；增加实时感知探测手段；加严设计验证测试，例如，设计高强度的耐久性测试来暴露问题。
• 重新评估措施执行后的S、O、D和RPN，确认风险已降至可接受水平------ 通常，严重度分值不会发生改变，除非从源头抑制风险，比如“由交流电改为低压直流电”，可直接消除触电风险

第7步：结果文件化与知识沉淀

• 将DFMEA分析过程和结果记录在标准表格中。
• 更重要的是，将其转化为企业的“设计指南”、“检查表”和“经验教训库”，实现知识的传承，避免同样的错误在下一代产品上重演。

五、阻碍 DFMEA分析水平提升的因素

• 迷信经验主义、Copy design，盲目追求快速迭代，认为DFMEA是浪费时间的花架子（从未见过高效、深刻的DFMEA分析案例）
• 没有好的DFMEA分析模板表格、教材和参考范例，对DFMEA分析的逻辑或工具不了解，以为自己难以掌握，并未深入钻研学习，比如对（S、O、D）评分机制不了解，怕掌握不好尺度而输出有争议的结果------如果所在公司没有成熟的DFMEA管控体系，是自发的精进设计行为，建议前期先忽略繁琐的RPN评分环节，专注于“拆解\定义功能---顺着失效风险点、排查失效模式---挖掘改善措施”设计本身

• 知识储备不足，对机电系统控制原理、功能部件及对应的失效模式了解不多，平常不注意积累；比如不了解各类泵阀、传感器及电器功能部件，更难看懂复杂的控制原理图

六、常见的失效模式检索源

类似于“ 人机料法环 ”，DFMEA分析失效模式，也有固定的“检索源”，从各个环节依次检索可能的失效模式，是非常稳妥的办法和工作习惯！

• 理论层面（参数、精度、输入、输出、工况切换、力学计算等）
• 架构原理（气液光电磁、高\低电压、介质载体、机械结构）
• 选材问题（物化特性、材料壁厚、表面处理及图层）
• 零件个体差异、来料不良（ 设备精度能力、工艺稳定性）
• 安装调试（漏检、装反、装歪）
• 使用环境（温湿度、腐蚀、振动）
• 耐用性（磨损、变形、膨胀、变性、老化、化学反应等）
• 极限工况（最高\最低速度、时长、使用频率、环境温度、气压等）
• 安全风险（组装者\操作者\旁观者\用户等）
• 用户误操作 （误读、拧反、过载等）
• 仓储运输（温湿度、振动、光照、承压、盐雾等）
• 其它异常输出结果

七、 常见的失效模式列举

• 安全类：触电、着火、缺氧、中毒、机械伤害（夹割撞扎等）、生物兼容性、辐射等
• 损坏类：断裂、脱落、分离、泄漏、击穿、烧坏等
• 退化类：老化、磨损、变质、锈蚀、屈服、蠕变等
• 松脱类：松动、脱落、窜位、滑档、震颤、异响等
• 紧固件：锁紧力不足、滑牙、断裂、螺丝头拧花、基材形变、偏心或拧歪、锈蚀无法拆解等
• 管路类：折扁、阻塞、脱落、撑胀、泄露、扎破或磨损、交叉插错、粘连等
• 功能类：功能永久\暂时丧失（如过热、低温、内存不足、电磁干扰）、输出不稳定、性能下降、震动异响等
• 传动类：载臂形变或振动、过载、偏载、卡滞、运输冲击、安装定位（直线度、垂直度、同心等）
• 流体类：阻塞或异物进入、紊流、死腔、异响、介质反应、流速或压力问题
• 探测类：外界干扰（振动、电磁、静电、杂光等）、积灰、受潮、雾化、量程\精度、气泡夹杂等
• 控制类：死机、黑屏、断联、自动重启、丢步、干扰、定位丢失、探测致盲、内存不足等
• 生产类：装配损伤、定位偏差（甚至装反）、容易漏装、不便调试或无法检测等
• 环境类：高低温、潮解、光照（紫外线）、氧化、盐雾、辐射等
• 运输类：高低温、受潮、盐雾、振动、冲击、倾倒、挤压等
• 外观类：划痕、鼓泡、变色、指纹印、缝隙、注塑缺陷、涂层或表面处理问题等

八、S\O\D评分参考

严重度评分（ S everity）

发生度评分（ O ccurrence）

可探测度（ D etection）

九、简化RPN评分的DFMEA范例 ---专注于设计完善本身

结语

在掌握DFMEA工具和分析逻辑的基础上，多积累软硬件知识和横向产品经验，是最为关键的，否则就像词汇量较少的小学生，相对更难写出高水准的作文那样，较难输出高质量的DFMEA分析结果，容易成为空洞的理论派，难以获得DFMEA应有的效果。FEMA不仅是实用工具，也是一种思维方式:运用于PFMEA(可预防生产质量风险，分析人机料法环等制程失效)，也可以用于销售管理(分析哪些因素，会导致客户关系变差)，也可以用于生物实验或饭店菜品的质量管控等，分析逻辑都相通的 。