提高產品可靠度的不二法門乃在於設計時預防缺陷與消除失效。因 此，失效模式與效應分析(Failure Modes and Effects Analysis，FMEA)乃因 應而生。研發工程人員自初始設計階段開始，若透過縝密的分析工作，評 估、驗證系統內可能的失效模式，可使得設計及時改進，朝向最佳的設計 目標。FMEA 之目的在於設計階段中研究失效的因果關係並提供一套有效 的程序，以處理所有潛藏的失效模式、設計結構之缺陷與發現薄弱環節，
俾據以改進或防範，及時補救缺失[23]。
3.1 失效模式與效應分析
FMEA 是分析系統內潛在之失效模式對此系統上將造成之結果與效 應，然後依其可能發生失效模式之嚴重等級加以區分，並研究其防制方法 的一種作業程序。其原理簡單，適合於設計階段使用，亦可用在製造階段 使用，較適於探討單一因素之失效模式，惟對多重失效模式同時作用或相 互影響者，FMEA 將難以分析。應用 FMEA 技術找出設計或製程階段之失 效模式並改善，是一種常用可靠度設計定性分析方法，FMEA 從產品失效 現象著手，具有系統性分析零件、組件、模組、子系統、系統等所有可能 失效模式、失效原因與後果，其目的在於確立低層次組件可能之失效模 式，探討其失效發生原因，由下向上對系統之影響，並找出設計中潛在之 薄弱環節，以採行預防性措施，謀求改進對象，提高系統可靠度。
FMEA 之失效(failure)係指產品或產品之一部分組件未能執行預定功 能之狀態或事件，亦即失效乃產品喪失規定之功能。失效模式(failure mode) 係指具體描述失效之表現樣態或故障現象。效應(effect)指對直接或間接相 關事務之影響與關聯性，分析(analysis)係指對失效之表面現象進行系統 性、結構性之科學探討方法。失效的偵察法包含目視、聽覺警示裝置、感 應查表、自動檢測裝置等方式。在失效的補救措施上，可加裝增加安全性 的並聯裝置，即替換模式。
FMEA 之實施步驟：
1.列出系統功能方塊圖或可靠度方塊圖，對每一方塊元素賦予一識別碼。
2.列出項目名稱。
3.該項目之輸出功能加以描述。
4.將儘可能之假想該項目無法符合原訂之功能或規格之失效模式均加以 評估列記，對每一假定之失效模式之可能失效原因一一加以說明。針對 每一失效模式及原因項目在識別碼後依序編號。
5.列出此失效模式之階段時機。
6.此失效模式發生後對局部、次級及終極之效應詳加說明。
7.偵測此失效模式發生之方法。
8.填寫失效發生後之應變措施及防制措施。
9.考量失效模式發生後對任務產生之影響，依嚴重等級加以區分為四級。
10.最後註記對解決潛在問題所需之補充說明及建議。
進行FMEA 須事先劃分失效之嚴重度等級，其分類及定義如下;俾據 以判斷失效模式對系統影響之嚴重程度或後果。
1.I 級失效(Catastrophic，災難性)：凡導致整個系統喪失或造成致命性傷 害之失效情況屬之。
2.Ⅱ級失效(Critical，關鍵性)：凡主要系統受損將導致任務失敗或造成嚴 重傷害之失效情況屬之。
3.Ⅲ級失效(Marginal，邊際性)：凡次要系統受損將降低甚至於喪失可使用 度及導致無法完全達成任務者或造成較小傷害之失效情況屬之。
4.IV 級失效(Minor，輕度)：凡不致於造成傷害或系統之受損者，惟將導 致不定期之維護或修理之失效情況屬之。
如(分)系統無量化之失效數據或機率時，可以下列質化方式加以區分 失效模式之發生機率等級如下：
1.A 級(Frequent，經常發生)： 0.2 ＜ Pr ≦ 1
2.B 級(Reasonably Probable，常發生)： 0.1 ＜ Pr 0.2≦ 3.C 級(Occasional，偶而發生)： 0.01 ＜ Pr 0.1≦ 4.D 級(Remote，極少發生)： 0.001 ＜ Pr 0.01≦
5.E 級(Extremely Unlikely，幾乎不可能發生)： Pr ≦0.001
將判定之失效模式之嚴重度等級 I、Ⅱ、Ⅲ、IV 用l、2、3、4 表示。
將判定之失效模式之發生機率等級A、B、C、D、E 與嚴重度等級之 l、2、
3、4 相乘得出結果 lA、lB、2C、3D…等，作為危害性評定指數[17]。依 18
表5 建議準則判定，經危害性評定，首應儘量消除危害性高之第一類:lA、
2A、1B、3A、2B、4A、lC，其餘次之，如無法消除時，要儘量從設計製 造使用維修等方面去減少發生機率，並根據危害性不同情形，相對增加保 護裝置、監控系統、警報裝置等。依上述步驟擬定複合式讀卡機組件FMEA 之嚴重等級如表6 所示。
表5 危害性指數評定類別及建議處理準則
危害性指數類別 建議處理原則
第一類:lA、2A、lB、3A、2B、4A、lC 不可接受之失效模式 第二類:3B、2C、4B、lD、3C、2D 不希望存在之失效模式 第三類:4C、lE、3D、2E 審酌後可接受之失效模式 第四類:4D、3E、4E 無須審酌即可接受之失效模式
表6 複合式讀卡機組件失效之嚴重等級
複合式讀卡機零組件失效之嚴重等級 嚴重等級
關鍵組件失效，整個裝置無法動作 I 磁頭或IC 卡讀取頭組合,因不良而致無法讀取卡片資料 Ⅱ 零組件失效，致讀取動作不良 Ⅲ 零組件失效，影響讀卡機動作 IV
經FMEA 分析後，系統弱點及缺失將顯見於分析結果，對於失效率偏 高或不易維護之設計或設備，應改進設計或另擇優者替代之，否則必須有 詳盡之備料管理與維護作業。對於關鍵性極高之設備失效及較嚴重失效事 件，即令發生機率極低，也必須以改進設計，並以緊急作業系統避免之。
複合式讀卡機之可靠度方塊圖如圖 21 所示，所謂可靠度方塊圖即為
「第一系統各功能本質於操作相互關係及相依關係之方形關連圖」。零組 件與編號如表7 所列，並分別實施 FMEA 如表 8～表 31，以供設計改善參 考，複合式讀卡機FMEA 之結果如表 32、表 33 所示，IC 卡讀取頭與拉伸 彈簧 1 之失效將是複合式讀卡機之失效模式中有最嚴重後果、危害壽命最 大，故可靠度分析與試驗以此兩者為研究分析重點。
表7 複合式讀卡機零組件與編號
零組件名稱與編號
24-1 塑膠構架 24-2 左/右機架 24-3 機架螺絲 24-4 偵測桿 24-5 定位銷 1 24-6 壓縮彈簧 24-7微動開關 2 組合 24-8 螺絲 1 24-9 磁頭組合 24-10 圓錐螺旋彈簧 24-11 定位銷 2 24-12 定位銷 3 24-13 螺絲 2 24-14IC 卡讀取頭組合 24-15 拉伸彈簧 1 24-16 電磁閥 24-17 連桿組 1 24-18 連桿組 2 24-19 連桿定位銷 24-20 拉伸彈簧 2 24-21 歸位桿 24-22 扣環 24-23介面電路板螺絲
24-24 電子零件、連接器、電路板
表8 FMEA - 塑膠構架
零件編號 24-1 零組件名稱 塑膠構架
功 能 複合式讀卡機之主結構體，以鎖附與支撐相關零件 失效模式 1.變形 2.磨損
失效原因 1.讀卡機安裝於過熱之環境中，造成變形 2.IC 卡讀取頭之滑動部造成其軌道磨損
失效效應 1.整個讀卡機無法動作
2.IC 卡讀取頭無法讀取 IC 卡資料
嚴重等級 1.嚴重等級 I 2.嚴重等級 Ⅲ 發生機率 1.E 2.D
檢測方法 1.卡片是否可插入 2.是否可讀取 IC 卡資料 因應措施 1.安裝與操作環境說明書 2.選用耐磨耗之塑膠材料
表9 FMEA - 左/右機架
零件編號 24-2 零組件名稱 左/右機架
功 能 為複合式讀卡機與其他機構鎖固連結的介面 失效模式 腐蝕生銹
失效原因 安裝於潮濕之環境中 失效效應 讀卡機鬆動
嚴重等級 嚴重等級 I 發生機率 E
檢測方法 目視檢驗
因應措施 安裝與操作環境說明書、選用耐腐蝕之金屬材料 20
表10 FMEA - 機架螺絲
零件編號 24-3 零組件名稱 機架螺絲
功 能 鎖附左/右機架於塑膠構架上
失效模式 1.鬆脫 2.腐蝕生銹
失效原因 1.組裝不良、振動環境 2.安裝於潮濕之環境中 失效效應 1.複合式讀卡機鬆動或脫落 2.複合式讀卡機鬆動或脫落 嚴重等級 1.嚴重等級 Ⅲ 2.嚴重等級 IV
發生機率 1.D 2.D 檢測方法 目視檢驗
因應措施 1.機械螺絲鎖緊力量規範、點膠固定、加防鬆墊圈 2.螺絲表層鍍鋅或鎳
表11 FMEA - 偵測桿
零件編號 24-4 零組件名稱 偵測桿
功 能 偵測是否有卡片出入 失效模式 變形
失效原因 讀卡機安裝於過熱之環境中，造成變形 失效效應 卡片無法插入
嚴重等級 嚴重等級 Ⅲ 發生機率 D
檢測方法 卡片是否可插入 因應措施 安裝與操作環境說明書
表12 FMEA - 定位銷 1
零件編號 24-5 零組件名稱 定位銷 1
功 能 將偵測桿定位於塑膠構架之上
失效模式 1.脫落 2.腐蝕生銹
失效原因 1.鬆配合 2.安裝於潮濕之環境中 失效效應 偵測桿脫落，無法讀取卡片資料，無法偵測卡片出入狀況 嚴重等級 1.嚴重等級 Ⅲ 2.嚴重等級 Ⅲ 發生機率 1.D 2.D
檢測方法 目視檢驗
因應措施 1.點膠固定、緊配合 2.選用耐腐蝕之金屬材料或表面處理
表13 FMEA - 壓縮彈簧
零件編號 24-6 零組件名稱 壓縮彈簧
功 能 施壓力於偵測桿觸動微動開關 1，並使卡片沿另一滑動邊做靠單邊之前後滑行 之運動
失效模式 1.腐蝕生銹 2.疲勞鬆弛
失效原因 1.安裝於潮濕之環境中 2.彈簧長期受力，造成疲勞失效 失效效應 1.銹蝕造成彈力降低 2.偵測桿動作失效或不穩定 嚴重等級 1.嚴重等級 Ⅲ 2.嚴重等級 Ⅲ
發生機率 1.D 2.D
檢測方法 1.目視檢驗 2.定期檢視
因應措施 1.彈簧做耐腐蝕之表面處理 2.設計小的作動行程或限定壓縮量之設計
表14 FMEA - 微動開關 2 組合
零件編號 24-7 零組件名稱 微動開關 2 組合
功 能 告知卡片已達讀取之定位
失效模式 1.開關失效 2.連接線脫焊 3.連接器接觸不良 失效原因 1.壽命終止 2.焊接不良 3.打端子製程不良 失效效應 無法得知卡片已達讀取之定位而處理資料
嚴重等級 嚴重等級 Ⅲ 發生機率 D
檢測方法 定期檢視
因應措施 1.定期檢視更換 2.焊接規範 3.製程品管
表15 FMEA - 螺絲 1
零件編號 24-8 零組件名稱 螺絲 1
功 能 將微動開關 2 組合鎖固在塑膠構架之上
失效模式 1.鬆脫 2.腐蝕生銹
失效原因 1.組裝不良、振動環境 2.安裝於潮濕之環境中
失效效應 微動開關 2 組合鬆動或脫落而無法得知卡片已達讀取之定位而處理資料 嚴重等級 1.嚴重等級 Ⅲ 2.嚴重等級 IV
發生機率 1.D 2.D 檢測方法 目視檢驗
因應措施 1.自攻螺絲鎖緊力量規範、點膠固定 2.螺絲表層鍍鋅或鎳 22
表16 FMEA - 磁頭組合
表16 FMEA - 磁頭組合