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2023年6月6日星期二

【PFMEA(過程失效模式與效應分析)】— 從頭到尾解析PFMEA,避免生產過程有失效發生


前情提要 — DFMEA是什麼?

繼上次寫完 DFMEA 之後腦汁被擠乾,經過一個月的放空,終於有精力來寫 PFMEA 了。在之前 DFMEA 的文章中,我們知道 DFMEA 的發想過程是這樣的:

1. 製作DFMEA時,要預設所有使用到的材料都是正常的。

2. 每一個使用到的材料都會有它的功能,有功能就會產生要求。

3. 從要求的敘述中,我們就可以腦力激盪的去思考可能會出現的失效模式。

4. 所以透過這些潛在的失效模式與失效原因,我們要在設計階段就去預防或是偵測這些失效。

以上都是設計階段,到了試產階段時,PFMEA 就可以開始著手製作了。 

註記一件事情,DFMEA 跟 PFMEA 的製作時間是可能會重疊的,因為設計在試產也有可能會改變,那 DFMEA 就可能會改變。但如果你已經完全忘記 FMEA 是什麼,可以先看看下面文章。

五大手法之一:FMEA(失效模式與效應分析)】— DFMEAPFMEA之前,先讓你知道FMEA是什麼,為什麼越來越被重視?


什麼是PFMEA(Process FMEA)?

製作 PFMEA 之前,有幾個我們事先要有的觀念,有了這些觀念在我們製作 PFMEA 時就會事半功倍喔。

請先完成你的過程流程(Process Flow Chart))

DFMEA 的骨幹架構是產品或是服務的結構,我們用產品比較容易想像,產品的結構我們可以想像是材料和半成品,比方像是辣椒粉、鮮奶油、羊排,或是環氧樹酯、錫膏、連接線、PCBA。而 PFMEA 的骨幹架構,就是產品或是服務的過程流程圖。

因為我們需要在量產之前,盡可能找到所有的潛在失效模式,我們在製作流程圖就不能太馬虎。比方說我們製作一個麵團,你可以說流程是倒入麵粉→加水→揉拌,你也可以寫成:

【PFMEA(過程失效模式與效應分析)】— 從頭到尾解析PFMEA,避免生產過程有失效發生-process flow chart

我們能夠把流程圖先寫的完整一些,對於 PFMEA 會很有幫助。但也要記得,流程圖不用寫的太詳細,寫到太詳細就會變成在寫 SOP 了

流程圖是從供應商的對接,一直到對客戶的對接

這個話題以前在工廠稽核的時候常常會跟供應商討論到,什麼是「從供應商的對接」?基本上就是供應商送貨到你手上,你簽收之後就可以開始計算。最嚴格的說法,可以從「怎麼保存這些進來的材料」開始,也就是入料過程。或是往後一步,「怎麼檢驗這些進來的材料」,也就是從入料品質檢驗 (IQC, Incoming Quality Control)開始當作流程圖的第一步驟。

到客戶的對接,就是到產品包裝完出貨的那一刻,通常我們就會寫到「包裝出貨」為止。

我沒有幫服務業寫過 PFMEA,所以不清楚服務業的流程圖要怎麼寫。但如果是餐飲業,區分成內場的餐點製作,與外場的服務過程,我覺得如果我們要寫兩份 PFMEA,一份是內場餐點製作的,一份是外場服務過程的,那內場的可以沿用上面提到的概念(因為你們都是製作出產品,而且要更細其實不同種類的餐點甚至會因為材料跟步驟的不同,而延伸出不同的 PFMEA),但是外場的流程圖可能會從接觸顧客開始,一直到把餐點交到顧客手上為止。

失效模式不一定是發生在產品身上,而是可以針對這一個過程本身的結果

PFMEA跟DFMEA一樣,在發想失效模式時都是要一直腦力激盪,原因是因為問題都沒有真實發生,但我們要想出所有可能會發生的問題。

然而,當我們在想問題的時候,你可以記得失效模式不一定要一直針對到成品本身,而是應該要針對過程的結果本身。比方說,我們煎豬排的流程時火侯太小,煎的時間又不夠,失效模式不用想到客人會吃到生豬肉,就想到肉沒有煎熟就好。

只要有要求,就一定會出現相對應的失效模式

有光就有影,當出現了要求,表示我們產生了一個動作,那就會因為動作的不確實,或甚至是動作本身,都可能會帶來可能的失效模式。

保持自我批評

在DFMEA時,我們要一直想來料都是正常的,然後反思自己在設計上有什麼可以加強的地方。在PFMEA時,我們也要假設設計都是正常的,使用的設備或是工具是正常的,材料也是正常的,然後反思製作或是服務過程我們有什麼可以加強的地方。

在之後思考失效模式的時候,我們時不時都會陷入瓶頸,但請永遠保持著檢討自己的心態。

上面的心理建設都完成之後,我們就可以開始製作 PFMEA 啦。


每一個流程與它的要求

開始 PFMEA 就開始腦力激盪,我們需要一顆理性的頭腦去思考每一個步驟的要求,要求的要求、以及執行的結果。用揉麵團的例子繼續舉例,比方麵粉需要低筋麵粉 + 中筋麵粉有一定比例,我們第一個要求就是配比,為了達到麵粉均勻的目的,而麵粉的均勻就會影響麵團的質地。

再舉一個例子,第一次揉拌之後需要拿個濕毛巾蓋著麵團,毛巾的溼度與醒麵的時間需要被注意,雖然沒有加入酵母粉,但濕度 + 時間會影響導致麵團發酵的狀態不同,發酵的狀態就會影響彈性。所以雖然我們看到每一流程有三個要求,但是其實要求三像是步驟期待的結果,要求二直接影響要求三,而要求一會直接影響要求二

【PFMEA(過程失效模式與效應分析)】— 從頭到尾解析PFMEA,避免生產過程有失效發生-PFMEA inquiry


為什麼需要大費周章的去思考三個層次的要求呢?原因跟DFMEA一樣,要求可以延伸出失效模式。每一個要求對應的失效如下表格。

【PFMEA(過程失效模式與效應分析)】— 從頭到尾解析PFMEA,避免生產過程有失效發生-inquiry relate to failure mode

要求一與失效原因有關係

從表格的文字我們可以看出來,要求一是生產過程中的動作,如果發生問題它就會是失效的原因。

要求二與失效模式有關係

其實很直觀的想,我們配好比例倒入麵粉是為了要讓不同種類麵粉均勻在一塊兒,如果均勻性沒有達到我們要求,就是失效模式,也就是我們在執行生產的動作時時會看到的不良現象。

要求三與失效後果有關係

再往後一步,特定比例的配比是為了達到我們需要的麵團質地,如果因為配比沒配好,均勻性不夠,造成質地受影響,就會是失效的後果,是可能客戶會看到的問題。因為品質的觀念中,越後面被發現問題的風險越高,因此如果是客戶受到失效造成的影響越嚴重,那我們就必須越優先的去處理。


潛在失效模式的思考

福特 FMEA 手冊裡面有建議過,對於潛在失效模式,我們需要對於「要求」問出四個問:無功能,部分 / 全部功能降低,或是功能過度,斷斷續續的功能,或是預期以外的功能。

當我們有了流程圖,對於每一個流程找出了我們對它的要求,下一步,就是集思廣益的對於這個「要求」想出可能的失效,除了上面的福特 FMEA 手冊建議,我們也可以想比如我們動作的失誤,比如我們忘了做動作、做太多動作、做太少動作、不流暢的動作、太慢或是太快的動作等等。

一開始在發想會有點鱉腳,但你們可以盡量試試看,但千萬就是不要把失效模式寫成要求的反面,比如說我們的要求是要均勻混和,失效模式就請不要寫成混和不均勻,這樣很瞎,對於文件沒有幫助,只會讓你們繼續繞圈圈瞎忙一場而已。附帶一提,曾經在現實發生過問題,尤其是你們公司自己發生過的,已知的失效模式,就務必要放進去 PFMEA 裡面。

順便補充,不是每一個你們想出來的失效模式都需要留下來,有些太荒唐的就先刪除吧。


潛在失效後果的思考

對於失效後果,記得前提是越後面被發現,嚴重性就越高。

因此當我們在某一個失效模式的後果時,我們可以先想想這一個流程本身是否可以被發現。如果不行,下一站在使用前,問題是否可以被發現?如果我們自己都看不到問題,提供給下一階段的客戶(比如我們製作小零件給組裝廠),客戶組裝前可以被發現嗎?

就這樣一段一段的想下去,如果我們可以保證某一個時間,這個問題可以被 100% 發現,那失效後果就可以停到那邊就好。比如說我們在出貨之前有一個 100% 外觀檢驗,可以發現失效模式的異常外觀,那失效後果可能就是重工或是報廢。

如果是到組裝廠那邊才發現,失效後果可能是特採、挑選、報廢、無法使用等等;如果到終端客戶那就很糟糕,但最糟就是寫到成品本身,比如我們的零件會放到車子的車頭燈裏頭,最糟的失效後果可能就是大燈不亮,不要去想駕駛晚上看不到撞到大樹上西天之類的,不需要過度想像。


潛在失效原因的思考 — 思考失效模式的原因

一種失效模式,可能來自於很多種原因,比方說車子鈑金烤漆量不足,可能是因為噴漆嘴堵塞、也可能是噴漆時間不足。

在 PFMEA 裏頭,最重要的就是失效原因的分析,因為我們就是要找出原因,才可以知道我們要怎麼處理問題。而對於原因的分析,請務必使用人、機、料、法、動作的大分類。但這部分需要說明的細節實在太多太多… 我就用大分類來重點說明:

人的原因

記得你的員工沒有問題,是人的技能有極限、體力有極限、或是可能人因工程沒做好。

機的原因

記得你的設備沒問題,是設備因為異常而故障、校正週期沒抓好、設備不符合需求。

料的原因

記得材料沒有問題,而可能是因為工具帶進來的異物、或是我們標示沒有標清楚。

法的原因

標準作業指導書的規定沒訂好、或是設定沒特定好。

動作分解

把流程的動作一個一個分解,看問題可能發生在準備材料時、準備設備時、動作的穩定等等。

找出盡可能多的失效原因之後,我們可以討論是否需要保留部分當作既有風險,不去深究,除非已經發生過的客戶抱怨必須要提供控制的方法。


如何提供控制方法?

在 PFMEA 文件中,過程控制有兩種方式,跟 DFMEA 幾乎一樣

預防控制 — 針對失效原因

預防措施是針對失效的原因,比如我們透過防呆設計,防止服務或是生產過程發生失效原因,或是修改標準作業指導書、或是導入SPC統計製程分析、或是培訓人員、或是自動化、設密碼等等。盡可能的多使用防呆措施當作預防控制方法,這是最完美的狀態。

與 DFMEA 相同的是,預防控制是可能找不到的。

探測控制 — 主要針對失效模式,也可以針對失效原因

探測控制可以針對失效原因,也可以針對失效模式。與 DFMEA 不同的是,PFMEA 的探測措施就真的是用在生產過程中,很直觀的。此外, PFMEA 的探測控制也可以有防呆措施,但是防止不良流出的防呆措施,而不是防止不良發生

100% 檢查、首件品檢查、定量或是定時檢查,也是很常見的探測控制方法。


結語

你可能會有一點納悶,為什麼這一篇 PFMEA 和之前的 DFMEA ,在文章的最後都沒有一個文整的表格作範例?原因有三個,第一個是 FMEA 其實不定時都會更新版本(雖然幾年才一次),變動幅度可能很大也可能很小,比方2018年的變動幅度就很大,直接寫一段可能會讓你有既定印象,不希望你先看過我文章以後會先入為主。第二個是即便改版後,其實很多公司還是都有自己習慣使用的版本,第三就是真正的 FMEA 其實篇幅不只很長,而且還很寬喔!

從表格最左邊的流程序號、流程名稱、功能、要求、失效模式、失效後果、失效原因、預防控制、探測控制,還會有針對風險偏高的再改進,提供改進方案、改進時間、改進的負責人等等,想想這表格要怎麼放進部落格裏面讓你看… 何況 FMEA 是一群人寫的,我沒辦法寫出一份啦…

但我可以說,如果你們公司剛開始寫,我可以幫忙看看喔。



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