作者：admin 時間：2022-06-27
新版FMEA結構分析分層方法及問題探討
結構分析的定義
如何進行結構分析
結構分層分析方法與結構樹
結構分層與功能/失效鏈的關系
結構分層的一些疑問思考
層級關系進一步探討
總結
本文主要是關于產品結構分析的層級劃分相關思考（包括邊界圖與結構樹）。結構分層是新版FMEA的一個重要基礎（結構樹/功能樹/失效樹），在FMEA軟件和可靠性軟件中的應用。
對結構分層的問題：如何劃分層級？分層有沒有規則定義？上下層級是直接連接的嗎？邊界圖/結構樹與層級劃分的關系？結構分層與功能/失效的關系如何？三層結構/分析失效會有什么問題？下面我們一一進行探討。
1、前言
前面《新版FMEA的正確打開方式》，我們談到一個原則：誰設計誰負責，做好自己的工作，
即“結構-功能-失效” 的分析。
道理很簡單，正如網友評論，看看失效鏈：
前端負責原因的是供應商，后端負責影響是客戶，難道你比他們負責設計的一方更了解其產品的失效？
我們在此基礎上來聊聊結構分析，同時也會對上面理念進行應用拓展。
2、結構分析定義
按照新版FMEA手冊：
“結構分析的目的是將產品識別和分解為系統、子系統、組件和零件,以便進行技術風險分析。
結構分析的主要目標是:分析范圍的可視化結構樹或其它:方塊圖、邊界圖、數字模型、實體零件接口、交互作用和間隙的識別顧客和供應商工程團隊之間的協作(接口職責)功能分析步驟的基礎”
將分析對象的結構/關系清楚地解析呈現出來！抓住兩點：層級關系和接口關系。
前者德系著重，后者美系看重；為什么？兩者需要如何結合起來才？各位不妨思考一下！
3、如何進行結構分析？
拆解產品：列出有哪些零部件 （假設我們3D版已有了；當然，如果有實物就更好了：拆一拆，看一看，摸一摸，感受更深）。
一般我們可以看產品爆炸圖，直觀/有序，一覽無遺，可視化好：劃分層級：
根據顧客定義
手冊中已經給出經典四層建議：系統、子系統、組件和零件，直接參考顧客技術要求（比如SOR）定義歸類即可（層級名稱無所謂，你甚至可以說成是1/2/3/4，代號而已；分多少層看你的產品結構，根據你的實際需要而定）。
根據BOM劃分
其實，我們查看產品BOM表的層級劃分最直接，更快捷，最實用。
當然，你的BOM可能沒有上級（客戶）或同級產品信息，則需要你去獲得并添加上（參見產品系統圖/原理圖/邊界圖/結構圖）；
自己定義如果BOM沒有顯示層級或比較混亂，則可據結構/功能法則去劃分：要么平行，要么從屬。層級劃分問題：
- BOM是如何劃分層級的？
- 有規則嗎？重要嗎？
其實上面已經說了，這些問題不重要！
BOM的層級劃分已經約定俗成了；整車幾大功能系統，往下按結構/功能拆解；遵循一個非常簡單的原則，就是系統的從屬關系；層級是否是直接關系也沒那么重要！后面我們會繼續談到。
III. 理清關系：
搞清楚關注對象的接口與對外連接關系；這才是重要的事情！推薦的工具是邊界圖/接口矩陣?！斑吔鐖D，也稱之為方塊圖/方框圖，是一種圖表展示法，用于描述考慮中的系統及其與相鄰系統、環境和顧客的接口，通過邊界圖可以展示產品各系統元素之間的物理和邏輯關系?！边吔鐖D有兩種(后者從前者引申)：產品結構示意圖，標識所有系統/零部件之間及與外部系統/環境之間的所有關系；關注對象邊界圖，凸顯關注對象與外界的關系，以作為功能分析的基礎。圓珠筆邊界圖，展示所有零件結構關系
白色周邊---第〇級系統（產品之外）
深藍邊框---第一級系統
米黃方框---第二級子系統
灰色方框---第三級部件/零件
RFMEA軟件中的起動機邊界圖，
重點在對外接口；內部為下一層級，不再往下深究。
我們使用邊界圖的作用是：識別關注對象分析范圍，顯示產品零部件間的層級關系，識別與周邊系統/環境的接口關聯，系統元素之間的關系不外乎：相互影響、相互獨立、單向影響
注意：邊界圖連接關系背后的核心是功能關系（方框的背后是功能模塊）。
邊界圖的構造與制作，接口分析等相關描述在新版FMEA手冊中非常詳細，這里就不贅述，請移步手冊閱讀；或者等后面有機會我們再聊。
5、結構/功能分層分析方法與結構樹
其實如果完成邊界圖，結構已經基本清楚了；在進一步展開之前，這里先列出一些基本概念/定義：系統由系統要素組成；系統要素是獨立的具有功能的元件/組件/項目(item)；
系統要素可以是系統、子系統、部件、零件；系統要素不是功能/要求或特性！任何產品都可視為一個系統；系統有一個邊界，將自身與其他系統和環境分開；系統與外界的關系由輸入和輸出決定(可由此定義功能)； (參見新版FMEA手冊P20)
這些概念需要去深入理解；當然，現在不用多想，我們繼續。
我們知道結構分析的首要目的是要為功能/失效分析打基礎；基于此目的，對一個系統/產品進行結構分析，一般的思路有兩種（或者兩種方法綜合，看系統結構/功能的復雜程度，靈活運用）：
硬件法：當所分析的產品已經有了明確的工程設計思路和設計資料時采用，該方法適用于從零件層開始分析，然后是部件層、子系統層逐步地自底向上分析至系統級；
功能法：當所分析產品的構成還未明確時采用。該方法適用于從系統層開始分析，然后是子系統層、部件層逐步地自頂向下分析至零件層。這種方法比較符合設計學的思路和宗旨。
功能與結構分層關聯示意，功能分解，結構組合；
一個功能可以賦予幾個結構；一個結構也可以有多個功能；理清一種（結構/功能）為基礎，
再與對應（功能/結構）相結合；以后有機會再談。
顯然，新版手冊主要采用硬件法，畢竟3D/2D甚至實物都有了嘛。從底層零件開始組合排列，最后，得到分層排列的系統組成要素，形成結構樹。
系統分解，結構樹法分層示意（特性屬于零件功能要求，結構上需要可單獨拿出來湊層）
雖然邊界圖已理清了零部件、層級和接口，但其結果要落在結構樹上（按新版脈絡）。
（當然你也有其他選擇）結構樹的作用是：顯示系統層級/從屬關系，它為功能分析打下基礎，最終目的是失效鏈，即構成失效影響/模式/原因！為風險分析打下基礎！
（注：邊界圖和結構樹皆可構建層級關系；實際應用中，邊界圖更多用于分析接口關系，而結構樹則用于構建功能關系和失效鏈）。
6、結構分析與功能/失效鏈的關系
為什么要做結構分析？為功能分析打下基礎！其實結構分層是要掛功能，為什么要組成三層結構？是要建立功能關聯關系，進而搭建三層的失效鏈！
總起來就是：要分析產品功能，（功能是FMEA分析基礎）分析其對外的關聯關系；不用對內分析關聯關系；因為內部關聯關系是其內部子系統的功能。
這一概念非常重要，可以避免功能或者失效在層級上的混淆！
根據輸入輸出定功能F(X)，（視作一個函數，接口也是輸入）每一個分析對象都可如此?。▍⒁娦掳?/span>FMEA手冊P27）我們在后續功能分析中再繼續聊！
利用分層搭建三層關系來分析功能網和失效鏈；參見《新版FMEA隱含的正確打開方式》中所述：各層級只需要做好自己層的分析，構建結構-功能-失效關系就可以了；
然后協調、匯總、關聯，如果各層級共同協作，甚至可以完成整車全部層級的結構/功能/失效網；這可以說是FMEA分析最的狀態了！
7、結構分層的一些疑問
結構分層到哪?前面提到FMEA手冊中在結構分析時說：“系統由系統要素組成，系統要素不是功能、要求或特性；”在功能分析時也說：“例如密封件、潤滑脂、夾具、支架、外殼、連接件、焊劑等都有功能和要求，此功能和要求包括材料、形狀和厚度等等。” 即材料/特性/尺寸等設計特性，屬于其功能/要求范疇，是抽象的概念；（參見新版手冊p30.）最小的系統要素不是功能，要求和特性，那是什么呢？手冊里面看到的是零件/人機料環。
所以一般系統結構分析：DFMEA分解到零件（最小功能結構？）即可；
PFMEA分解到人機料環（作業要素）即可；這些最低層都是實實在在的存在，可視化好！可理解性強！
8、層級關系進一步探討：
到底要分多少層？分層根據實際應用需要，隨便你怎么劃分！只要遵從系統從屬關系就可以，
其構建的功能關系也是從屬關系，推導出的失效關系也是因果關系。我們就可以在此基礎上進行進一步的分析。在實際工作中，我們一般搭建的是上中下三層，這往往是不夠的；三層結構成為失效從某種角度來看，中間失效模式的位置并不重要？因為他們都是中間原因？
將其左右移動一下，看看會是什么情況？大家不妨天馬行空，想想看！
如果采用前面所說《新版FMEA隱含的正確打開方式》文中提到的各分析一層，然后綜合起來成為一體（整車/產品）則又可以解決這個根本原因和最終影響的問題了！
由此看來，FMEA工作不但是跨部門協作，還要能跨公司合做??！
怪不得，新版FMEA如此重視上下游之間的協作！
結構分層存在什么問題？分層結構使其層次清晰，可視化，系統化；不過，仔細看其內在關系：分層建立了普天同慶的失效鏈，同時也可能割裂其失效機理；分層是有限的，因果是的！
圖中發動機這一層的失效原因有兩個（第一級和第二級），互為因果分層得到的失效鏈，是每一層級功能的失效，只是該層級的一個結果，一個最終狀態！而失效可能是一個狀態變化過程，一個功能退化過程。比如上圖中，發動機這個層級，發動機損壞是一個最終結果，發動機過熱導致損壞，發熱是一個過程，過熱膨脹是一個過程，膨脹到卡滯也是一個過程，卡滯到損壞還是一個過程，而我們可能僅觀察到其中的一個瞬態。在同一個層級中，有多個因果關系的種種失效，這容易造成混淆?？梢?，分層結構樹的一個缺點是不能顯示完整失效機理！
文中部分圖片來自于網絡，版權歸原作者所有！
作者簡介：
郭連：國可工軟咨詢師，微信公眾號主編，FMEA相關技術文章近100篇。
郭老師有20年工作經歷，進入可靠性行業之前一直在汽車企業工作，內容包括汽車零部件產品開發，設計質量管理，制造問題解決，汽車開發工程項目支持等；曾分別就職于國企、歐美外企、國內上市企業；其中主機廠經歷包括長安福特/沃爾沃/菲亞特克萊斯勒等。
郭老師在產品開發流程，設計質量控制及問題解決方法論三個方面有著深入的研究和獨到的見解，歡迎留言交流！
國可工軟科技有限公司（以下簡稱“國可”），是國內提供可靠性技術咨詢和軟件服務的科技創新企業，總部位于上海，在蘇州、深圳、西安、大連、武漢等地設有分支機構。通過整合國內外資源，國可致力構建培訓、咨詢、自主研發軟件、論壇為一體的可靠性技術服務生態圈，為企業提供、便捷、的可靠性整體解決方案。
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