失效模式效應與關鍵性分析法

在這個步驟，需定義要分析的主要系統，並且將其分解為像系統、子系統或是設備、單元或是子組件以及零件等層級。針對系統以及其子系統作機能的描述，包括所有的工作模式以及任務階段。

在開始細部分析之前，需定義基本原則及假設。可能包括以下的項目：

• 標準化的任務簡介，配合特定的固定期間任務階段。
• 失效率以及失效模式資料的來源
• 計劃進行的系統燒機測試，可能有的故障偵測覆蓋率
• 分析要是依機能的或是依零件的
• 考慮的準則（任務中止、安全性、可維護性等）
• 不重覆標示零件或是機能的系統
• 嚴重性分類的定義

接下來，系統及子系統都會用方塊圖來表示。可靠度方塊圖或是故障樹大約也是此一階段建立。這些圖是用來追蹤資訊在不同的系統階層中是如何流動、識別關鍵路徑以及界面，找出較低階失效會對系統較高階部份的影響。

針對分析中的每一個零件或是每一個機能，都會有完整的失效模式列表。對於機能型的FMECA，常見的失效有：

• 無法及時運作
• 當需要運作時失效
• 沒有輸出
• 間斷性的輸出
• 錯誤輸出（假定目前條件下）
• 無效輸出（任意條件）

針對零件型的FMECA，失效模式可以參考像RAC FMD–91[12]或是RAC FMD–97[13]之類的資料庫。這些資料庫不但可以提供失效模式，也可以提供各失效模式機率，例如

每個機能或是零件會列在一個大矩陣，每個失效模式是一欄。因為FMECA會包括很多的資料，因此需針對每一個零件或是機能有一個唯一的代號，也需針對每一個失效模式有唯一的代號。

在FMECA矩陣中的每一個失效都需配合基本原則所訂定的準則，加以確認其影響，再填入矩陣中。影響會分為對本身的、對上一層的，以及對整個系統的。系統級的影響可能包括：

• 系統失效
• 運作降額
• 系統狀態上的失效
• 沒有立即影響

不同層級中使用的失效影響分類可以配合工程的判斷方式，由分析者針對系統規劃。

需針對每一個失效模式，依其系統級的影響指定對應嚴重性分類，再填入FMECA矩陣中。一般會用較少量的分類，多半會分為3至10個嚴重性分類。若是用MIL–STD–1629A進行FMECA，一般會依照MIL–STD–882進失效嚴重性的分類[14]。

目前美国联邦航空管理局（FAA）、NASA及欧洲空间局的FMECA嚴重分類都是以MIL–STD–882為其基礎[15][16][17]。

針對每個元件及每個失效模式，需要分析系統偵測及回報此項失效的能力。需針對每個失效模式在FMECA矩陣中填入以下三項中的其中一項：

• 正常（normal）：系統可以正確的告知工作人員有安全上的狀況。
• 異常（abnormal）：系統可以正確的告知工作人員有機能異常的情形，需要工作人員介入才能恢復正常。
• 不正確（incorrect）：系統會在機能異常時回報不正確的安全狀況，或是在系統正常時發出警告（假警告）。

失效模式的關鍵性評估可以是定性的，也可以是定量的。若是定性的評估，會針對失效模式評估其錯誤可能性的代碼或是編號。根據MIL–STD–882定義了五個可能性的等級：

失效模式可以畫在關鍵性矩陣中，一軸是嚴重性等級，另一軸是可能性等級。

若是定量的評估，可以針對每一個項目的每一個失效模式計算模式關鍵性係數${\displaystyle C_{m}}$及項目關鍵性係數 ${\displaystyle C_{r}}$。關鍵性係數可以用以下的數值來計算：

• 基本失效率 ${\displaystyle \lambda _{p}}$
• 失效模式比率 ${\displaystyle \alpha }$
• 條件機率 ${\displaystyle \beta }$
• 任務持續時間 ${\displaystyle t}$

模式關鍵性係數為${\displaystyle C_{m}=\lambda _{p}\alpha \beta t}$，而項目關鍵性係數為${\displaystyle C_{r}=\sum _{n=1}^{N}(C_{m})_{n}}$。

• 基本失效率${\displaystyle \lambda _{p}}$一般是MIL–HDBK–217, PRISM, RIAC 217Plus或是類似模型所得的失效機率預測值。
• 失效模式比率是從RAC FMD–97之類的資料庫來取得，或是機能層面的FMECA，需要用工程師決定失效模式比率。
• 條件機率${\displaystyle \beta }$表示假設已出現此失效模式，在已識別的嚴重分類中，出現對應失效影響的機率，這也表示分析者判斷損失出現的可能性。

若是繪圖式的分析方式，關鍵性矩陣可以用${\displaystyle C_{m}}$或${\displaystyle C_{r}}$為其中一個軸，嚴重性代碼為另一軸。

一旦針對每一個失效模式評估了其關鍵性，就可以依嚴重性及關鍵性係數來將FMECA矩陣中的項目進行排序，可以找出關鍵的項目以及關鍵的失效模式，希望可以進一步可以針對失效模式設計補救行動。

在完成FMECA後，需針對設計提出可以減少關鍵失效影響的建議，可能包括使用可靠度更高的材料、減少關鍵零件運作時的應力程度，或者增加系統冗餘或是監控的機制。

FMECA產出的資料一般會作為可維護性分析及物流支援分析的基礎。

FMECA報告包括系統描述、基本原則及假設、結論及建議、需追蹤的糾正措施，以及對應的FMECA矩陣。