失效率是指工作到某一時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。
定義
在極值理論中，失效率稱為“強(qiáng)度函數(shù)”；在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，稱它的倒數(shù)為“約翰·密爾（Mill）率”；在人壽保險(xiǎn)事故中，稱它為“死亡率強(qiáng)度”。
失效率是工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為λ，它也是時(shí)間t的函數(shù)，故也記為λ(t)，稱為失效率函數(shù)，有時(shí)也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)。按上述定義，失效率是在時(shí)刻t尚未失效產(chǎn)品在t+△t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率。即它反映t時(shí)刻失效的速率，也稱為瞬時(shí)失效率。
分類
失效率的觀測值是在某時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比，即失效率曲線：典型的失效率曲線 失效率（或故障率）曲線反映產(chǎn)品總體個(gè)壽命期失效率的情況。圖示為失效率曲線的典型情況，有時(shí)形象地稱為浴盆曲線。失效率隨時(shí)間變化可分為三段時(shí)期：
早期失效期
早期失效期，失效率曲線為遞減型。產(chǎn)品投稿使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設(shè)計(jì)、制造、貯存、運(yùn)輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、跑合、起動不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻摹．?dāng)這些所謂先天不良的失效后且運(yùn)轉(zhuǎn)也逐漸正常，則失效率就趨于穩(wěn)定，到t0時(shí)失效率曲線已開始變平。t0以前稱為早期失效期。針對早期失效期的失效原因，應(yīng)該盡量設(shè)法避免，爭取失效率低且t0短。
偶然失效期
偶然失效期，失效率曲線為恒定型，即t0到ti間的失效率近似為常數(shù)。失效主要由非預(yù)期的過載、誤操作、意外的天災(zāi)以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于失效原因多屬偶然，故稱為偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的時(shí)期，這段時(shí)間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長有效壽命，應(yīng)注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護(hù)。加大零件截面尺寸可使抗非預(yù)期過戴的能力增大，從而使失效率顯著下降，然而過份地加大，將使產(chǎn)品笨重，不以濟(jì)，往往也不允許。
耗損失效期
耗損失效期，失效率是遞增型。在t1以后失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的，故稱為耗損失效期。針對耗損失效的原因，應(yīng)該注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測耗損開始的時(shí)間，提前維修，使失效率仍不上升，如圖中虛線所示，以延長壽命不多。當(dāng)然，修復(fù)若需花很大費(fèi)用而延長壽命不多，則不如報(bào)廢更為經(jīng)濟(jì)。
計(jì)算
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是制從它開始運(yùn)行（t=0)到某時(shí)刻t這段時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行的概率，用R(t)表示．
通常情況下，所謂失效率是指平均失效率，為單位時(shí)間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例，以λ表示。
λ
其中Nf為試驗(yàn)到t2時(shí)失效的樣品總數(shù)；
N0為試驗(yàn)前的樣品數(shù)；
?為試驗(yàn)區(qū)間(R=1開始的區(qū)間)。
如：同一型號的1000臺計(jì)算機(jī)，在規(guī)定的條件下工作1000小時(shí)，其中有10臺出現(xiàn)故障，計(jì)算機(jī)失效率：
λ=10/(1000*1000)=1*10-5(5為次方）
千小時(shí)的可靠性：R(t)=e-λt=e(-10-5*10^3(3次方）=0.99
平均故障間隔時(shí)間MTBF=1/λ=1/10-5=10^5小時(shí)．
而廣泛應(yīng)用的為瞬時(shí)失效率，表示為單位時(shí)間內(nèi)故障個(gè)數(shù)與試驗(yàn)到t 時(shí)刻點(diǎn)還能工作的樣品數(shù)的比值，用h 表示：
其中?為試驗(yàn)時(shí)間區(qū)間，Ns為試驗(yàn)到t 時(shí)刻點(diǎn)還能工作的樣品數(shù)，f(t)為失效概率密度函數(shù)，R(t)為可靠度。需要注意的是當(dāng)選擇的區(qū)間范圍不同時(shí)，即使在同一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)其瞬時(shí)失效率也不同。在一些文獻(xiàn)中，失效率就是指的瞬時(shí)失效率。
影響分析
失效模式與影響分析 (英文：Failure mode and effects analysis，F(xiàn)MEA)，又稱為失效模式與后果分析、失效模式與效應(yīng)分析、故障模式與后果分析或故障模式與效應(yīng)分析等，是一種操作規(guī)程，旨在對系統(tǒng)范圍內(nèi)潛在的失效模式加以分析，以便按照嚴(yán)重程度加以分類，或者確定失效對于該系統(tǒng)的影響。FMEA廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段；而且，F(xiàn)MEA在服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用也在日益增多。失效原因是指加工處理、設(shè)計(jì)過程中或項(xiàng)目/物品（英文：item）本身存在的任何錯(cuò)誤或缺陷，尤其是那些將會對消費(fèi)者造成影響的錯(cuò)誤或缺陷；失效原因可分為潛在的和實(shí)際的。影響分析指的是對于這些失效之處的調(diào)查研究。
基本術(shù)語
失效模式（又稱為故障模式）
觀察失效時(shí)所采取的方式；一般指的是失效的發(fā)生方式。
失效影響（又稱為失效后果、故障后果）
失效對于某物品/項(xiàng)目(英文：item)之操作、功能或功能性，或者狀態(tài)所造成的直接后果。
約定級別（又稱為約定級）
代表物品/項(xiàng)目復(fù)雜性的一種標(biāo)識符。復(fù)雜性隨級數(shù)接近于1而增加。
局部影響
僅僅累及所分析物品/項(xiàng)目的失效影響。
上階影響
累及上一約定級別的失效影響。
終末影響
累及最高約定級別或整個(gè)系統(tǒng)的失效影響。
失效原因（又稱為故障原因）
作為失效之根本原因的，或者啟動導(dǎo)致失效的某一過程的，設(shè)計(jì)、加工處理、質(zhì)量或零部件應(yīng)用方面所存在的缺陷
嚴(yán)重程度（又稱為嚴(yán)重度）
失效的后果。嚴(yán)重程度考慮的是最終可能出現(xiàn)的損傷程度、財(cái)產(chǎn)損失或系統(tǒng)損壞所決定的，失效最為糟糕的潛在后果。
歷史
從每次的失效/故障之中習(xí)得經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，是一件代價(jià)高昂而又耗費(fèi)時(shí)間的事情，而FMEA則是一種用來研究失效/故障的，更為系統(tǒng)的方法。同樣，最好首先進(jìn)行一些思維實(shí)驗(yàn)。
二十世紀(jì)40年代后期，美國空軍正式采用了FMEA。后來，航天技術(shù)/火箭制造領(lǐng)域?qū)MEA用于在小樣本情況下避免代價(jià)高昂的火箭技術(shù)發(fā)生差錯(cuò)。其中的一個(gè)例子就是阿波羅空間計(jì)劃。二十世紀(jì)60年代，在開發(fā)出將宇航員送上月球并安全返回地球的手段的同時(shí)，F(xiàn)MEA得到了初步的推動和發(fā)展。二十世紀(jì)70年代后期，福特汽車公司在平托事件（參閱英文條目：Pinto）之后，出于安全和法規(guī)方面的考慮，在汽車行業(yè)采用了FMEA。同時(shí)，他們還利用FMEA來改進(jìn)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)工作。
盡管最初是由軍事領(lǐng)域所建立的方法，但FMEA方法學(xué)現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于各種各樣的行業(yè)，包括半導(dǎo)體加工、飲食服務(wù)、塑料制造、軟件以及醫(yī)療保健行業(yè)。在設(shè)計(jì)和加工處理格式方面，F(xiàn)MEA已經(jīng)結(jié)合到了高級產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)劃（英文：Advanced Product Quality Planning，APQP），以便提供基本的風(fēng)險(xiǎn)化減手段以及實(shí)現(xiàn)對于預(yù)防策略的時(shí)機(jī)選擇。汽車行業(yè)行動工作組 (英文Automotive Industry Action Group，AIAG) 要求在汽車的APQP過程中運(yùn)用FMEA方法，并且還發(fā)布了詳細(xì)的一份關(guān)于如何應(yīng)用這一方法的手冊。對于每種潛在的原因，都必須針對其對于產(chǎn)品或加工處理過程的影響而加以考慮，并根據(jù)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，確定所要采取的行動措施，并在行動措施完成之后對風(fēng)險(xiǎn)重新加以評估。[Toyota]]已經(jīng)進(jìn)一步將這種方法與自己的基于失效模式的設(shè)計(jì)審核（英文：設(shè)計(jì) Review Based on Failure Mode，DRBFM）方法結(jié)合在一起?，F(xiàn)在，這一方法還同時(shí)得到了美國質(zhì)量協(xié)會（英文：American Society for Quality）的支持。美國質(zhì)量協(xié)會針對應(yīng)用這種方法而提供有若干的詳細(xì)指南。
實(shí)施
在FMEA之中，失效之優(yōu)先級別的確定依據(jù)的是它們的后果到底有多么嚴(yán)重，它們究竟出現(xiàn)得有多么頻繁以及可被發(fā)現(xiàn)究竟有多么容易。FMEA同時(shí)還記載當(dāng)前對于失效風(fēng)險(xiǎn)的了解和行動措施，以便用于持續(xù)改進(jìn)。在設(shè)計(jì)階段，F(xiàn)MEA的應(yīng)用旨在避免將來發(fā)生失效。之后，在過程控制當(dāng)中以及在相應(yīng)過程的不斷運(yùn)行之前和過程當(dāng)中，都會用到FMEA。在理想情況下，在最早的概念設(shè)計(jì)階段就開始使用FMEA，并且繼續(xù)加以使用，直至貫穿產(chǎn)品或服務(wù)的整個(gè)生命周期。
FMEA的目的在于從優(yōu)先級別最高的失效著手，采取行動措施，從而消除或減少失效。FMEA還可以用于評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)管理優(yōu)先級別，以便緩和已知形成威脅的薄弱部位。FMEA有助于選擇補(bǔ)救措施，從而減少因?yàn)橄到y(tǒng)失效（故障）所造成的若干生命周期后果（風(fēng)險(xiǎn)）的累積效應(yīng)。
目前，許多正規(guī)的質(zhì)量體系也在采用FMEA，比如 QS-9000 或 ISO/TS 16949。
FMEA的應(yīng)用
在處理失效模式及與其相關(guān)的原因的時(shí)候，F(xiàn)MEA可以為我們提供一種分析手段。在考慮設(shè)計(jì)之中可能存在的失效之時(shí)，比如安全、成本、性能、質(zhì)量和可靠性，為了避免這些失效的發(fā)生，工程師可以利用FMEA，獲得大量關(guān)于如何變更開發(fā)/制造過程的信息。FMEA為我們提供的是一種簡便易用的，用來確定究竟哪種風(fēng)險(xiǎn)最令人擔(dān)心的工具，從而需要我們在問題真正發(fā)生之前，采取相應(yīng)的行動措施，避免它的發(fā)生。這些規(guī)格說明的編制，將會保證相應(yīng)的產(chǎn)品能夠滿足預(yù)定的需求。
準(zhǔn)備工作
FMEA的過程簡單明了。FMEA分為三個(gè)主要階段。在這些階段之中，需要確定合適的行動措施。但是，在FMEA開始之前，重要的一點(diǎn)就是，要完成一些前期準(zhǔn)備工作，以便確認(rèn)此次分析具有穩(wěn)健性，且其中包括了既往的歷史。
穩(wěn)健性分析可以利用接口矩陣、邊界圖以及參數(shù)圖來完成。許多失效問題往往是由于噪聲因素以及與其他零部件和/或系統(tǒng)之間共享的接口所造成的，因?yàn)楣こ處焹A向于集中關(guān)注他們所直接控制的東西。
首先，有必要對當(dāng)前系統(tǒng)及其功能加以描述。透徹的理解將會簡化進(jìn)一步的分析工作。這樣，工程師就能夠明白，到底系統(tǒng)的那些用法是人們所需要的，而那些并非如此。重要的是要同時(shí)考慮到預(yù)期和意外用法。意外用法屬于是不利環(huán)境的一種形式。
接下來，需要為系統(tǒng)創(chuàng)建一幅框圖。該圖用于概括描述主要組件或過程步驟以及它們之間是如何彼此關(guān)聯(lián)起來的。這些就是所謂的邏輯關(guān)系，而FMEA正是圍繞這些關(guān)系而進(jìn)行下去的。建立一個(gè)編碼系統(tǒng)將有助于標(biāo)識不同的系統(tǒng)要素。FMEA之中應(yīng)當(dāng)始終包括有上述框圖。
在開始進(jìn)行實(shí)際的FMEA之前，還需要創(chuàng)建一份工作表，其中包含的是有關(guān)當(dāng)前系統(tǒng)的重要信息，如修訂日期或組件名稱。在這張工作表中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)上述框圖，按合乎邏輯的方式，列出分析對象的所有項(xiàng)目或功能。
FMEA 工作表示例
嚴(yán)重程度
依據(jù)功能需求及其影響來確定所有的失效模式。失效模式的例子有：電路短路、銹蝕或變形。重要的是要注意到，一個(gè)組件之中的失效模式可以導(dǎo)致另一組件之中的失效模式。因此，對于每種失效模式，均應(yīng)當(dāng)采用技術(shù)術(shù)語，并按功能列出。此后，需要加以考慮的是每種失效模式的最終影響。失效影響被定義為，按照用戶的認(rèn)知方式，失效模式對于系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響的結(jié)果。這樣，便于按照用戶所可能看到或經(jīng)歷的情況，來描寫這些影響。失效影響的例子有：性能下降、噪聲，甚至是對于用戶的傷害。對于每種影響，分別都賦予一個(gè)取值為1（無危險(xiǎn)）到10（危重）之間的嚴(yán)重程度值。此類數(shù)值有助于工程師排定失效模式及其影響的輕重緩急次序。如果某影響的嚴(yán)重程度值為9或10，則應(yīng)當(dāng)考慮采取行動措施，盡可能通過消除該失效模式，或者保護(hù)用戶免受其影響，來變更相應(yīng)的設(shè)計(jì)。嚴(yán)重程度分級9或10一般保留用于那些會對用戶造成傷害或者以其他方式引起訴訟的影響。
出現(xiàn)頻度
在這一步當(dāng)中，需要考慮失效的原因以及它所出現(xiàn)的頻數(shù)。這項(xiàng)工作可以通過檢查類似的產(chǎn)品或過程以及已經(jīng)記錄在案的那些相關(guān)的失效情況來完成。失效原因被視為設(shè)計(jì)缺陷。對于失效模式所有潛在的原因，均應(yīng)當(dāng)加以確定和記載。同樣，這里也應(yīng)當(dāng)采用技術(shù)術(shù)語來描述。原因的例子有：錯(cuò)誤的算法、過高的電壓或者不當(dāng)?shù)牟僮?工作條件。同樣，也可以為每種失效模式賦予一個(gè)范圍為1～10的概率值(O)。如果出現(xiàn)頻度高（指的是概率值>4的非安全失效模式以及第1步的嚴(yán)重程度值為9或10且概率值>1時(shí)），就需要確定出行動措施。這一步稱為FMEA過程的細(xì)化部分。另外，還可以將出現(xiàn)頻度定義為百分?jǐn)?shù)（%）。如果發(fā)生某種非安全問題的比例不足1%，那么就可以賦予它數(shù)值1。這取決于您的產(chǎn)品與客戶規(guī)格說明。
檢查
當(dāng)一旦確定了適當(dāng)?shù)男袆哟胧?，需要做的一件工作就是測試它們的效能。同時(shí)，還需要進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。而且，還需要選擇合適的檢查方法。首先，工程師應(yīng)當(dāng)關(guān)注當(dāng)前對系統(tǒng)所采取的控制措施，也就是那些防止失效模式發(fā)生或者在失效問題殃及客戶之前予以發(fā)現(xiàn)。之后，應(yīng)當(dāng)確定可以或者已經(jīng)用于類似系統(tǒng)的，旨在發(fā)現(xiàn)失效問題的測試、分析、監(jiān)控以及其他技術(shù)方法。根據(jù)這些控制措施，工程師可以了解某種失效問題能夠得以識別或發(fā)現(xiàn)的可能性到底有多大。前兩步的每種組合形式都將獲得一個(gè)發(fā)現(xiàn)指數(shù)(D)。該指數(shù)表示的是，預(yù)定的測試或檢查工作在消除缺陷或發(fā)現(xiàn)失效模式方面的能力。
在完成上述3個(gè)基本步驟之后，要計(jì)算的就是風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級數(shù)（英文：Risk Priority Numbers，RPN）。
風(fēng)險(xiǎn)級數(shù)
RPN在選擇防范失效模式的行動措施方面并不發(fā)揮什么重要作用。它們更大程度上是屬于評價(jià)這些行動措施方面的閾值。
在對嚴(yán)重程度、出現(xiàn)頻度和易發(fā)現(xiàn)性進(jìn)行分級之后，只需把這三個(gè)數(shù)值乘起來，就可以得到RPN：
RPN = S x O x D
對于整個(gè)過程和/或設(shè)計(jì)而言，這是一項(xiàng)必須完成的工作。一旦完成，最大關(guān)注范圍的確定工作就會變得輕松。就糾正措施而言，RPN最高的失效模式應(yīng)當(dāng)獲得最高的優(yōu)先級別。這就是說，嚴(yán)重程度值最高的失效模式并不一定就應(yīng)當(dāng)首先加以處理。首先應(yīng)當(dāng)處理的可能是那些嚴(yán)重程度相對較低，但更常發(fā)生且不太易于發(fā)現(xiàn)的失效問題，
在分配了這些數(shù)值之后，要記錄下配有目標(biāo)、責(zé)任以及實(shí)施日期的行動建議。這些行動措施可以包括具體的檢查、測試或質(zhì)量程序、重新設(shè)計(jì)（如選擇新的組件）、增加更多的冗余以及限制環(huán)境壓力或工作范圍。一旦在設(shè)計(jì)/過程之中實(shí)施了這些行動措施之后，就應(yīng)當(dāng)檢查新的RPN，以便確認(rèn)改善情況。為了便于可視化，往往會把這些測試呈現(xiàn)為圖形。無論何時(shí)，只要設(shè)計(jì)或過程發(fā)生了變化，就應(yīng)當(dāng)對FMEA加以更新。
合乎邏輯而又重要的幾點(diǎn)就是：
努力消除失效模式（有些失效預(yù)防起來要比其他的更容易）最大程度地降低失效的嚴(yán)重程度降低失效模式的出現(xiàn)頻度改進(jìn)檢查發(fā)現(xiàn)工作。
時(shí)機(jī)安排
只要是下列情況，均應(yīng)當(dāng)對FMEA加以更新：
每個(gè)周期的開始（新產(chǎn)品/過程）
對操作條件作出變更
對設(shè)計(jì)作出變更
建立了新的法律或規(guī)章制度
消費(fèi)者反饋表明存在某種問題
用途
建立可以實(shí)現(xiàn)失效可能性最小化的系統(tǒng)需求。
建立系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測試方法，確保相應(yīng)的失效得以消除。
評價(jià)消費(fèi)者需求，以確保這些需求并不會造成潛在的失效。
識別促成失效的某些設(shè)計(jì)特性，并最大程度地減少或消除相應(yīng)的影響。
跟蹤和管理設(shè)計(jì)之中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。這有助于在未來的項(xiàng)目當(dāng)中避免碰到同樣的失效。
確?？赡艹霈F(xiàn)的任何失效不會傷害到消費(fèi)者或者嚴(yán)重影響系統(tǒng)。
優(yōu)點(diǎn)
改善產(chǎn)品/過程的質(zhì)量、可靠性和安全性
改善公司形象和競爭力
提高用戶滿意度
減少系統(tǒng)開發(fā)工作的時(shí)間和成本
搜集信息，以減少未來的失效，獲取工程設(shè)計(jì)知識
減少出現(xiàn)報(bào)單問題的可能性
早期發(fā)現(xiàn)、確定和消除潛在的失效模式
重點(diǎn)問題的防范
最大程度地減少后期變更及其相關(guān)成本
促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作以及不同功能部門之間的意見交換
局限性
既然FMEA實(shí)際上依賴于那些負(fù)責(zé)調(diào)查產(chǎn)品失效問題的委員會成員，那么他們關(guān)于既往失效問題的經(jīng)驗(yàn)也就制約著FMEA。如果某種失效模式無法得以確定，那么就需要那些了解許多不同類型產(chǎn)品失效問題的顧問來提供外部協(xié)助。因此說，F(xiàn)MEA屬于是更大規(guī)模的質(zhì)量控制體系的組成部分；其中，文檔記錄對于實(shí)施工作來說具有至關(guān)重要的作用。在工程技術(shù)鑒定（forensic engineering，鑒別工程）和失效分析（或稱故障分析）領(lǐng)域，目前已有一般性的文章和詳細(xì)的出版物。在產(chǎn)品完整性評價(jià)工作之中應(yīng)用FMEA，現(xiàn)在已是許多具體的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)的一般要求。
如果作為一種自上而下型的工具，F(xiàn)MEA也許只能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)之中的主要失效模式。故障樹分析（英文：Fault tree analysis，F(xiàn)TA）更適合于自上而下型分析工作。如果作為一種“自下而上型”工具，F(xiàn)MEA則可以對FTA起到增強(qiáng)或補(bǔ)充作用，發(fā)現(xiàn)和確定多得多的，導(dǎo)致頂層癥狀的原因和失效模式。FMEA無法發(fā)現(xiàn)那些涉及同一子系統(tǒng)內(nèi)多種失效問題的復(fù)雜失效模式，或者報(bào)告特定失效模式適合于上級子系統(tǒng)或系統(tǒng)的預(yù)期失效間隔。
此外，嚴(yán)重程度、出現(xiàn)頻度和發(fā)現(xiàn)難度分級之間相乘，可能會造成級別逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即嚴(yán)重程度較輕的失效模式所獲得的RPN高于更為嚴(yán)重的失效模式。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因就是，這些分級屬于是等級型標(biāo)度值（ordinal scale numbers），而對于它們來說，乘法并不是一種有效的運(yùn)算方法。等級型秩次只是表示，一種秩次優(yōu)于或劣于另一秩次，但并沒有說究竟到什么程度。例如，秩次為“2”并不是說糟糕的程度是秩次為“1”時(shí)的兩倍，或者秩次為“8”并不是說糟糕的程度是秩次為“4”時(shí)的兩倍。但是，上述乘法卻正是把它們視為如此來處理的。進(jìn)一步的討論，請參見標(biāo)量水平（Level of measurement）。
參考資料 >