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1950年代，由美軍戰鬥機製造商格

魯曼 (Grumman)公司率先提出

了失效模式與效應分析 (Failure Mode & Effect Analysis； FMEA)這個分析手法，其主要運

用於飛機控制系統的失效分析；在1960年

代，美國太空總署 (NASA)開始應用FMEA的

技術在太空計劃中，伽利略號太空船在太陽

系中航行了25億英哩後抵達了太陽系最大的

行星 -木星，伽利略號是美國國家航空及太空

總署的一艘無人太空飛行船，在1989年由阿

特蘭蒂斯號太空梭載運發射入太空軌道，經

過漫漫長長的六年後，於1995年的12月抵

達木星，木星由氫氣雲層構成，有一個環帶

和一個大紅斑。這個大紅斑面積超過地球三

倍大的大颶風，而且已經狂怒三百年。木星

的公轉週期約12年，但自轉卻不到十小時，這

麼大的行星卻不到地球一半的自轉週期，由

於整個木星的圓周長達四十五萬公里，平均

每秒鐘竟然要移動一百二十五公里，可見它

的轉速極大與其重力之大。伽利略號腹艙中

有一艘專事探測的子船，形狀像錐子有七英

呎高，這艘子船設計用來進入木星雲層，探

測木星大氣層的組成和相關資料，並將蒐集

到的數據傳回母船伽利略號上。探測子船在

伽利略號航行到木星雲層上一個缺口，隨

即脫離母船後直往這道缺口鑽入，以時速

九千七百公里穿過木星的大氣層進入木星的

內部，經過大氣摩擦燃燒的溫度高達攝氏一

萬兩千度。這是一個「不可能的任務」的實

例，也是一個「可靠度工程」的典範。這艘

探測子船要十分精確地鑽入雲層的缺口，就

如同護理人員從事抽血作業般，針管要精確

的插入皮下血管；如果探測船鑽入的角度太

淺 (小於一度半 )，探測船就會被木星的大氣

層彈回太空，就如同在水上打水飄的石頭掠

過水面一樣；如果鑽入角度太陡峭 (大於一

度半 )，就會在大氣層劇烈摩擦下燃燒而燒

毀。在1995年12月7日，伽利略號探測子

船不負眾望，鑽入木星的大氣層，深入木星

一百六十公里，傳回許許多多珍貴的木星資

料，持續約六十分鐘，這艘探測子船終於被

木星內部星雲的高溫高壓所摧毀，成為一個

完美演出的句點。這次木星的深度之旅，它

的表現和至終的結局，可以說如史詩般的被

可靠度工程之失效模式與效應分析 (Failure Mode &

Effect Analysis; FMEA)介紹Reliability Engineering-Introduction of FMEA

翁紹仁Weng, Shao-Jen Ph.D.作者現為東海大學、工業工程與經營資訊學系 (所 )、最佳化決策系統研究團隊

林光甫Lin, Philip K.P. 作者為前飛利浦資深經理及工研院研究員

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33FEB 2011 ︱ Quality Magazine．Chinese Society for Quality．Vol. 47 No.2

後人所歌頌，這也是歸功於幕後的可靠度工

程團隊。1970年代，美國國防部決定採用

FMEA做為標準分析工具，在各項計劃發展

中，是重要的改善認證與自我檢查的評估工

具；到了1980年代，首次應用 FMEA在 IC

記憶體晶圓製造上，它在高科技產業愈來愈

受重視，如果疏忽和便宜行事後果將不堪設

想；1990年代最重要的貢獻在於，北美三大

汽車公司：福特 (Ford)、克萊斯勒 (Chrysler)與通用 (General Motor)，共同完成潛在失效模

式與效應分析參考手冊，統一了汽車工業失

效分析的程序與表格，經由此參考手冊的訂

定，看看2010年豐田汽車的爆衝事件造成豐

田汽車不管有形損失 (賠償金 )和無形損失 (商譽)極其慘重，因此「可靠度」的重要性可見；在

近十年 (2000年代 )醫療產業也引進 FMEA

分析手法在降低醫療作業疏失及院內火災風

險，2009年署立台中醫院曾邀請東海大學工

業工程與經營資訊系翁紹仁博士講習FMEA

手法，以便院內做好降低火災風險，綜合以

上所述，FMEA 被廣泛的為各行各業所使用。

FMEA是在產品、零件、及製造過程

中，對其設計或更改階段進行失效分析，透過

FMEA分析後找出可能的失效模式 (或稱為品

質特性 )，再運用魚骨圖進行每個失效模式的

失效原因探討，將可列舉出造成每個失效模式

的潛在失效原因，然後再將這些潛在失效原因

依其嚴重度 (Severity; S)、發生度 (Occurrence; O)、難檢度 (Detection; D)進行評分，依其重

要順序來探討可能造成的失效結果，再預先採

取修正或預防措施，以減少失效原因發生的機

率，有效提高產品、零件及製造過程的可靠

性，以確保顧客滿意的系統化活動。所以可

知FMEA目的是降低產品、零件、及製造過

程失效的可能性，藉由問題發生前做修正及改

善，以降低失效所帶來的成本。那何時需要引

進FMEA呢？當新產品的概念設計或草圖階

段、現有產品功能有所變更時、第二代產品有

新的應用時、及現有產品被要求改善時，導入

使用FMEA將是最好的時機。

若在每個產品發生失效或故障中學習到

經驗與教訓，是一件成本很高且又耗費時間

的事情，更糟糕的是甚至會失去顧客的信任

度，進而影響商譽。假設在產品量產時，品

牌的品質也必須維持在一定的水準，公司可

使用 FMEA分析來進行新產品開發階段的

假設性與潛在失效因素故障實驗，以降低失

效成本與時間上的浪費。FMEA應用在設計

階段、研發階段、製造階段、及客戶抱怨階

段，一般的使用在設計階段 (稱為設計FMEA)

與 製造階段 (稱為製程FMEA)兩部份，在新

產品設計階段時，若利用FMEA找出其失效

模式及可能來源，則稱為設計FMEA，其主要

目的是對開發階段的假設性與潛在失效因素

故障探討，並加以分析改善，以利產品量產

時的設計變更成本。另一為製程FMEA，其

主要探討製造規劃階段時或製程中找出潛在

造成製程可能發生之失效模式及可能原因，並

加以分析改善，以利於產品大量生產時，降

低任何失效模式對於生產線的影響程度。

企業如何引進FMEA 呢？建議步驟如下：

1. 結合相關人員組成一個3到4人的團隊

2. 將分析對象定義明確－產品或系統。

3. 列出所有可能的產品失效模式

4. 運用要因分析 (魚骨圖 )－針對可能造成每

個失效模式的所有可能失效原因分析，也就

是說，每一個失效模式將產生一張魚骨圖。

5. FMEA表單設計－依各公司及產業特性

可靠度工程Reliability Engineering

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表一：太陽能LED燈完全失效FMEA分析

不同需求而不同，例如給分標準不同或

FMEA表單格式略不同，但其FMEA作法

是相同的。

6. FMEA手法導入

步驟 (1)：嚴重程度 (嚴重度 )－對於每種

失效原因造成產品失效的傷害分別都賦予

一個取值，其值為1(無危險 )到10(非常嚴

重 )之間的十個不同嚴重程度值。

步驟 (2)：出現頻率 (發生度 )－對於失效

原因統計其出現的頻繁度。

步驟 (3)：檢查 (難檢度 )－其失效原因失

效時被發現的機率程度。

步驟 (4)：風險優先順序評估 (RPN) －對嚴重度、發生度和難檢度進行分級之

後，再將這三個數值乘起來，就可以得到

RPN=S×O×D，就改善順序而言，RPN

最高的失效問題應當獲得最高的優先順序

別。例如在表一的太陽能LED燈完全失

效FMEA分析可看出前三項重要失效原因

均造成電瓶故障無法蓄電問題，但在某些

產業而言，嚴重程度值最高的失效問題即

是首先加以處理，而不再是以RPN最高的

失效問題。另外某些產業首先處理的可能

是那些更常發生且不太易於發現的失效問

題，因此改善順序會因應產業特性或需求

有所抉擇。

7. 承接上述步驟，進行改善與進行前後RPN

值差異分析與成效說明，若改善建議正

確，則RPN最高失效問題的RPN值會再

減少，反之，當改善執行方案不正確，則

RPN值反增。

8. 定期重覆進行步驟1到5。推動FMEA時的困擾是在於那些負責調

查產品失效問題的產品負責人，由於他們的

經驗認定存在著固定的不變失效問題，相對

的也就制約著FMEA，如果某種已經被認定

失效模式無法得以確認或解決方式，就需要

尋求外部協助，例如請專家顧問或是其它部

門相關人員來了解許多不同類型產品失效問

題及解決方法。

零組件名稱 功能 失效模式 失效原因 失效所造成的影響 嚴重度 發生度 難檢度 RPN

太陽能板 吸收太陽光的能量，轉換成電能

太陽能板故障

表面封裝不良進水後造成短路

太陽能板無法轉換光能為電能導致電瓶過度放電而損毀

7 4 2 56

外部接線不良造成短路

太陽能板無法轉換光能為電能導致電瓶過度放電而損毀

6 6 6 216

控制器 調節充放電過程中的電流與電壓和保護電瓶

控制器完全失效

內部浸水造成短路 LED燈無法照明。 7 5 6 210

過熱 電瓶過度放電 6 5 5 150

部分元件老化 充放電失去控制導致電瓶損毀 5 5 2 50

電瓶 儲蓄電能以供LED燈使用

電瓶故障 無法蓄電

串聯系統只要有一個因過充或過放損壞就會導致全部失效

無法儲能導致在夜間無法提供能量給LED燈照明使用。

8 7 7 392

溫度過高 LED燈照明時間縮短 7 7 7 343

短路 電瓶蓄電不足 6 6 7 252

LED燈 照明 LED燈 完全損毀

設計電流負載過高 LED燈無法運作，失去照明功能 8 6 3 144

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