FMEA란

FMEA [Failure Mode and Effect Analysis]

기계(시스템)를 사용하는 중에 발생하는 사고에, 사고와 원인의 관계를 계열적으로 해석하는 신뢰성 해석수법의 한 가지.

고장형태 영향분석이라고도 한다. 기계부품(시스템요소)의 고장이 기계(시스템) 전체에 미치는 영향을 예측(결과 예지)하는 해석방법으로, 기계부품 등의 기계요소가 고장을 일으킨 경우에 기계 전체가 받는 영향을 규명해 나가는 것이다. 에프엠이에이에서는 예상되는 고장 빈도, 고장의 영향도, 피해도 등에 관하여 평가기준을 설정해두고, 개개의 구성요소에 대하여 고장 평가를 하고 이것을 종합하여 치명도를 구한다. 치명도가 높을수록 중점적인 관리가 필요하다.

1. FMEA 란 ? 

  개발제품에 대하여 예상 가능한 모든 고장의 형태가 고객에게 어떤 영향을 미치며 고장의 원인이 어디에 있는지를 추정하여  해석해 가는 수법으로서  설계단계에서  실행하여  목표  품질의 조기 확보와 양질의 제품을 고객에게 인도 하기 위한 수단

2. 목 적 

  잠재고장모드를 확인하고 그 영향에 대한 중요도 평가

  중요관리특성을 확인

  공정/설계의 잠재결함에 대한 순위를 결정

  제품/공정상 문제들의 제거 및 문제예방에 도움

3. 종 류 

  ① 설계 FMEA 

      제품들이 양산되기 전에 제품을 해석하기 위해 사용

      설계결함에 기인되는 제품의 잠재적인 고장모드에 중점 

  ② 공정 FMEA 

      제조 및 조립공정을 해석하기 위해 사용

      제조 및 조립공정상의 결함에 기인된 제품의 잠재고장모드에 중점

4. FMEA 적용이점 

  ① 일반사항 

      제품에 대한 품질 신뢰성 및 안정성 증진

      회사 이미지 제고 및 경쟁력 확보

      고객만족 확대

      제품 개발시간 및 비용 절감

      고장을 줄이기 위해 취해진 행위를 문서화시키고 추적 가능케 함  

  ② 설계 FMEA 

      제품개발 초기단계에서 제품의 잠재고장모드의 확인을 용이하게 함

      제품의 모든 잠재고장모드 및 조립에 미치는 그것들의 영향의 예측 가능성을 증진

      안전상의 문제들을 제거할 수 있는 제품 설계행위들을 확인함으로써,잠정 안전문제들을  

      밝혀내는 것을 용이하게 함. 

      설계요인들 및 대안들에 대한 평가를 용이하게 함.

      제품에 대한 철저한 설계검증 계획을 용이하게 해주는 정보를 제공

      중요관리특성을 쉽게 확인

      설계 개선조치들간에 우선순위를 설정

      향후 제품설계개발을 유도하며, 제품 설계변경후 그 근거의 문서화 

  ③ 공정 FMEA 

      신규제조 및 조립공정의 해석을 용이하게 함.

      제조 및 조립공정상의 잠재 고장모드와 그 영향이 검토될 수 있는 가능성을 증진

      Engineer들로 하여금 불량발생을 절감하거나 불량탐지력을 증대시킬 수 있는 관리수단  

      또는 방법에 초점을 맞출 수 있도록, 공정결함을 밝혀냄  

      중요관리특성을 밝혀내고 제조관리계획 개발을 용이하게 함.

      공정개선조치들간에 우선순위를 설정

FMEA의 적용 

1. FMEA를 작성 및 개정 책임 

  ① 작성 

      기본적으로 팀을 구성후 작성

      팀구성 : 책임있는 엔지니어로 모든 관련부문의 직접적이고 실질적인 대표자가 포함 

                : 시스템 제품개발, 생산관련 엔지니어가 팀을 주관

                : 구성원은 설계, 제조, 조립, 품질, 신뢰성, 서비스, 구매, 실험, 협력업체 및 적절한

                  관련전문가를 포함 

      외부독자설계는 협력업체에서 작성하고 공급자의 설계부서가 평가,승인 

  ② 개정 

      담당시스템, 제품 또는 제조/조립 엔지니어가 FMEA를 개정, 유지

      협력업체의 FMEA는 협력업체가 개정, 유지 책임

2. FMEA 시작, 개정, 완료 시점 

  ① 시작시점 

      새로운 시스템, 제품 및 공정이 설계될 때 (New)

      현재의 설계 : 공정이 변경될 때 (Change)

      Carry-over된 설계, 공정이 새로운 적용 또는 환경에 사용될 때(Carry-over)

      문제해결기법 적용의 완료후 문제의 재발방지를 위해 사용될 때

      설계 FMEA - 제품기능의 설정이후부터 설계승인 및 제조로의 출도전

      공정 FMEA - 제품의 도면이 사용 가능한 때 

  ② 개정시기 

      제품의 설계, 적용, 환경, 재료 또는 제조/조립공정에 대한 변경이 있을 때마다 개정 가능 

  ③ 완료시점 

      FMEA는 살아있는 문서이므로 설계나 제조/조립공정상에 중요변경이 발생한 경우  언제든지 개정 가능

      설계 FMEA - 제품설계도가 양산용으로 출도되었을 때

      공정 FMEA - 중요관리특성이 기술되고 관리계획이 완료되었을 때

3. FMEA 적용에 대한 기본사항 

  ① System의 구성 

      System은 정해진 많은 기능을 달성하기 위하여 몇 개의 Subsystem의 조합으로 되어 있고, 또 이 Subsystem은 각각의 구성품 단위로 조립되어 요구 기능을 충족시킴. 간단한 System에서는 Subsystem을 생략할 수도 있다.

  ② 해석 Level 

      FMEA를 실시하는데 있어서 System 또는 부품, 공정을 어느 Level까지 분해 하고 해석 하여 FMEA를 전개할 것인가를 결정하기 위한 FMEA 전개 대상 단위.

      일반적으로 System의 FMEA는 Subsystem 혹은 구성품 Level로 분해하여 해석을 행한다.

      Subsystem의 FMEA는 구성품 Level에, 구성품의 FMEA는 부품 Level 까지 분해하여 해석을  행하는 것이 원칙이다.  단, Relay Switch, Tank, Pump 등 특별 기능품은 분해시키지 않고 최소의 단위로서 취급하는 것이 효과적이다. 

  ③ 신뢰성 Block 도 

      System을 이루고 있는 구성품목간의 기능관계는 신뢰성 해석의 기본이다.

      따라서, 복잡한 System의 신뢰성을 해석하기 위하여 해당제품의 구성관계 를 표시한  신뢰성 Block을 작성하기 위해서는 다음과 같이 하는 것이 좋다.

      ⓐ 구성 Block은 대개 동일 해석 Level로 하는 것이 좋다.

      ⓑ 1개의 기능 Block에는 다른 기능의 품목을 넣어서는 안된다.

      ⓒ 동일 임무를 달성하는 몇 개의 기능 Block은 각각 독립될 때 직렬접속 을 한다.

      ⓓ 동일 임무를 달성하는 몇 개의 기능 Block 중 2차적인 기능을 갖는 Block은 병렬접속을

          한다. 

  ④ Buttom-up 방법 

     고장이 발생시 이를 해석하기 위해서는 다음과 같은 단계가 필요하다.

     보통 System 의 구성은 부품 → 조립품 → 기능품 → Subsystem → System으로 되기 때문에  System사용중 결함 또는 고장의 문제는 「부품고장 → Subsystem 의 기능에 미치는 영향 → System의 기능에 미치는 영향」과 같이 소 → 대 방향으로 검토한다. 이러한 방법을 Buttom-up방법이라 한다. 

설계 FMEA 실시 요령 

1. 개요 

   FMEA는 설계된 시스템의 전품목에 대하여 시운중 발생할 수 있는 잠재적인 고장 Mode를 가정하고 이 고장이 상위 구성품, Subsystem, 최종적으로 System의 기능설정에 미치는 영향을  검토하고 신뢰성상의 문제점을 파악 하여 그 대책을 수립함으로써 고장 요인을 사전에 방지 

2. 전개순서 

   ↓ 시스템 및 구성부품의 기능 확인

   ↓ 해석 LEVEL 결정

   ↓ 신뢰성 BLOCK 작성

   ↓ 고장 모드의 예측

   ↓ 고장의 영향 추측

   ↓ 고장의 원인 추측

   ↓ 현재의 설계관리상태 작성

   ↓ 정량분석 : 발생도, 심각도, 검출도

   ↓ RPN 산출 (Risk Priority Number)

   ↓ 중요 문제 항목에 대한 대책 수립

   ↓ 문제 항목 개선 상태 F/U

   ↓ 조치후 2차 RPN 산출

   ↓ 요구수준 확인

   ↓ 설계적용 및 고객 품질정보와 비교

3. 위험 우선 순위 

   잠재적 불량유형의 상대적 척도로서, 설계 우선순위 결정시 사용 

   RPN = 심각도(S) × 발생도(O) × 검출도(D) 

   심각도가 높은 경우, RPN에 상관없이 특별한 주의 

   1) 심각도(S) 

       정의 : 고장이 발생할 경우 구성품, 하위시스템, 시스템 또는 고객에게 미치는 영향의 심각한 정도를 평가한 것.

       심각도는 단지 영향에만 적용된다.

       심각도 등급의 감소는 오직 설계변경에 의해서만 가능 

   2) 발생도(O) 

      발생도는 파악된 원인/메카니즘이 발생할 가능성이다.

      설계변경만이 발생도(O) 등급을 감소시킬 수 있는 유일한 방법이다.

      발생도(O) 등급 결정시 고려사항 

      - 유사부품의 서비스 이력/필드 사례

      - 구성품이 이관부품인가? 새로운 부품인가

      - 구성품 적용이 변경되었나 

      - 환경의 변화는 무엇인가 

      발생도(O) 등급은 순위부여에만 관련되고 실제의 발생 가능성을 반영한 것은 아니다. 

  3) 검출도(D) 

     검출도는 잠재적 원인/메카니즘을 양산도면 배포전에 검출할 가능성으로 정의한다. 현 설계

     관리 유형(2)과 유형(3)에 의해 고장형태를 발견할 수 있는지의 능력을 평가하는 것이다. 

     검출방법 

     - 어떤 설계관리기법을 고장모드의 원인을 탐지하는데 사용할지 결정

     - 고장 탐지에 이용될 설계관리기법의 효율성 평가(효용을 평가)

     - 고장모드가 발생했음을 가정하고 전체적 효율성을 토대로 각각 관리 기법에 대한 등급을 매긴다. 

공정 FMEA 실시 요령 

1. 개요 

   공정 FMEA는 제품에 관련된 공정상의 고장모드를 확인하고 그 고장모드가 사용자에게 미치는  영향을 평가하여      

   제조 또는 조립 공정상의 원인을 파악, 고장원인의 개선을 위한 관리에 초점을  두기 위해 중요공정의 변수를 확인 

   한다.  

2. 전개순서 

   ↓ 공정 FLOW의 확인

   ↓ 공정의 기능 분석 LEVEL 결정

   ↓ 가공 PROCESS BLOCK 작성

   ↓ 고장 모드의 예측

   ↓ 고장의 영향 추측

   ↓ 고장의 원인 추측

   ↓ 현재의 공정관리상태 작성

   ↓ 정량분석 : 발생도, 심각도, 검출도

   ↓ RPN 산출 (Risk Priority Number)

   ↓ 중요 문제 항목에 대한 대책 수립

   ↓ 문제 항목 개선 상태 F/U

   ↓ 조치후 2차 RPN 산출

   ↓ 요구수준 확인

   ↓ 공정적용 및 고객 품질정보와 비교

3. 위험 우선 순위 

   잠재적 불량유형의 상대적 척도로서, 설계 우선순위 결정시 사용 

   RPN = 심각도(S) × 발생도(O) × 검출도(D) 

   심각도가 높은 경우, RPN에 상관없이 특별한 주의 

   1) 심각도(S) 

       정의 : 잠재적 고장형태가 고객에게 미치는 영향의 심각한 정도를 평가 한것 심각도는 단지 영향에만 적용된다. 

       심각성 정도의 평가는 공정엔지니어/팀의 경험과 지식영역밖에 있을 수  

   2) 발생도(S) 

       발생도는 파악된 원인/메카니즘이 발생할 가능성이다.

       발생도 등급 시스템은 일관성이 보장되어 사용되어야 함.

       잠재적 고장률은 공정이 가동되는 동안 예측되는 고장횟수에 근거

       유사공정의 검토와 통계적 데이터 분석을 통해 발생도 등급 결정 

   3) 검출도(D) 

       현 공정관리에 의해 잠재적 원인/메카니즘을 검출할 확률의 평가로 정의되거나 부품 또는 구성품이 제조공정을 떠나기 전 공정관리에 의해 고장 형태를 검출할 확률의 평가로 정의 현재 관리상태에서 열거된 각각의 관리방법이 고장모드를 탐지할 수 있는 능력을 추정하여 등급을 결정