1、2022-3-31故障模式影響及危害度分析故障模式影響及危害度分析FMECA2022-3-32內容提要內容提要o 概述o FMECA的定義、目的和作用o FMECA的方法o FMECA的步驟n 系統定義n 故障模式影響分析n 危害性分析n 危害性矩陣圖o FMECA輸出與注意的問題o 應用案例2022-3-33概述概述o 元部件的故障對系統可造成重大影響n災難性的影響o 挑戰者升空爆炸發動機液體燃料管墊圈不密封n致命性的影響o 起落架上位鎖打不開o 以往設計師依靠經驗判斷元部件故障對系統的影響n依賴于人的知識和工作經驗o 系統的、全面的和標準化的方法FMECAn設計階段發現對系統造成重大影響的

2、元部件故障n設計更改、可靠性補償o 是可靠性、維修性、保障性和安全性設計分析的基礎2022-3-34FMECA的概念的概念o FMECA的定義n故障模式影響及危害性分析(Failure Mode ,Effects and Criticality analysis , 簡記為FMECA)是分析系統中每一產品所有可能產生的故障模式及其對系統造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發生概率予以分類的一種歸納分析方法。o FMECA是一種自下而上的歸納分析方法；o FMEA和CA。o FMECA的目的n從產品設計（功能設計、硬件設計、軟件設計）、生產（生產可行性分析、工藝設計、生產設備設計

3、與使用）和使用發現各種影響產品可靠性的缺陷和薄弱環節，為提高產品的質量和可靠性水平提供改進依據。2022-3-35FMECA作用作用 o 保證有組織地定性找出系統的所有可能的故障模式及其影響，進而采取相應的措施。o 為制定關鍵項目和單點故障等清單或可靠性控制計劃提供定性依據。o 為可靠性（R）、維修性（M）、安全性（S）、測試性（T）和保障性（S）工作提供一種定性依據。o 為制定試驗大綱提供定性信息。o 為確定更換有壽件、元器件清單提供使用可靠性設計的定性信息。o 為確定需要重點控制質量及工藝的薄弱環節清單提供定性信息。o 可及早發現設計、工藝中的各種缺陷。 2022-3-36FMECA方法分

4、類方法分類2022-3-37在產品壽命周期在產品壽命周期各階段的各階段的FMECA方法方法論證與方案階段工程研制階段生產階段使用階段方法功能FMECA硬件FMECA軟件FMECA損壞模式影響分析過程FMECA統計FMECA目的分析研究系統功能設計的缺陷與薄弱環節，為系統功能設計的改進和方案的權衡提供依據。分析研究系統硬件、軟件設計的缺陷與薄弱環節，為系統的硬件、軟件設計改進和保障性分析提供依據。分析研究所設計的生產工藝過程的缺陷和薄弱環節及其對產品的影響，為生產工藝的設計改進提供依據。分析研究產品使用過程中實際發生的故障、原因及其影響，為提供產品使用可靠性和進行產品的改進、改型或新產品的研制提

5、供依據。2022-3-38FMECA的步驟的步驟2022-3-391 系統定義系統定義o 確定系統中進行FMECA的產品范圍n產品層次示例n約定層次規定的FMECA的產品層次n初始約定層次系統最頂層n最低約定層次系統最底層o 描述系統的功能任務及系統在完成各種功能任務時所處的環境條件n任務剖面、任務階段及工作方式n功能描述o 制定系統及產品的故障判據、選擇FMECA方法等n故障判據n分析方法2022-3-3102 故障模式影響分析故障模式影響分析FMEA2022-3-3113 危害性分析危害性分析(CA)o 分類：定性和定量o CA表2022-3-312危害性矩陣圖危害性矩陣圖2022-3-3

6、13FMECA輸出與注意的問題輸出與注意的問題o FMECA輸出n 單點故障模式清單n 、類故障模式清單n 可靠性關鍵件、重要件n 不可檢測故障模式清單n 危害性矩陣圖等n FMEA/CA表2022-3-314實施實施FMECA應注意的問題應注意的問題o 強調“誰設計、誰分析”的原則n “誰設計、誰分析”的原則，也就是產品設計人員應負責完成該產品的FMECA工作，可靠性專業人員應提供分析必須的技術支持。n 實踐表明，FMECA工作是設計工作的一部分。“誰設計、誰分析”、及時改進是進行FMECA的宗旨，是確保FMECA有效性的基礎，也是國內外開展FMECA工作經驗的結晶。如果不由產品設計者實施F

7、MECA，必然造成分析與設計的分離，也就背離了FMECA的初衷。2022-3-315實施實施FMECA應注意的問題應注意的問題o 重視FMECA的策劃n實施FMECA前，應對所需進行的FMECA活動進行完整、全面、系統地策劃，尤其是對復雜大系統，更應強調FMECA的重要性。其必要性體現在以下幾方面：o 結合產品研制工作，運用并行工程的原理，對所需的FMECA進行完整、全面、系統地策劃，將有助于保證FMECA分析的目的性、有效性，以確保FMECA工作與研制工作同步協調，避免事后補做的現象。o 對復雜大系統，總體級的FMECA往往需要低層次的分析結果作為輸入，對相關分析活動的策劃將有助于確保高層次

8、產品FMECA的實施。o FMECA計劃階段事先規定的基本前提、假設、分析方法和數據，將有助于在不同產品等級和承制方之間交流和共享，確保分析結果的一致性、有效性和可比性。2022-3-316實施實施FMECA應注意的問題應注意的問題o 保證FMECA的實時性、規范性、有效性n實時性。FMECA工作應納入研制工作計劃、做到目的明確、管理務實；FMECA工作與設計工作應同步進行，將FMECA結果及時反饋給設計過程。n規范性。分析工作應嚴格執行FMECA計劃、有關標準/文件的要求。分析中應明確某些關鍵概念，比如：故障檢測方法是系統運行或維修時發現故障的方法；嚴酷度是對故障模式最終影響嚴重程度的度量，

9、危害度是對故障模式后果嚴重程度的發生可能性的綜合度量，兩者是不同的概念，不能混淆。n有效性。對分析提出的改進、補償措施的實現予以跟蹤和分析，以驗證其有效性。這種過程也是積累FMECA工程經驗的過程。2022-3-317實施實施FMECA應注意的問題應注意的問題o FMECA的剪裁和評審nFMECA作為常用的分析工具，可為可靠性、安全性、維修性、測試性和保障性等工作提供信息，不同的應用目的可能得到不同的分析結果。各單位可根據具體的產品特點和任務對FMECA的分析步驟、內容進行補充，剪裁，并在相應文件中予以明確。2022-3-318實施實施FMECA應注意的問題應注意的問題o FMECA的數據n

10、故障模式是FMECA的基礎。能否獲得故障模式的相關信息是決定FMECA工作有效性的關鍵。若進行定量分析時還需故障的具體數據，這些數據除通過試驗獲得外，一般是需要通過相似產品的歷史數據進行統計分析。有計劃有目的地注意收集、整理有關產品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及頻數比的相關故障信息庫，這是開展有效的FMECA工作的基本保障之一。o FMECA應與其他分析方法相結合n FMECA雖是有效的可靠性分析方法，但并非萬能。它不能代替其他可靠性分析工作。應注意FMECA一般是靜態的、單一因素的分析方法。在動態方面還很不完善，若對系統實施全面分析還需與其他分析方法（如FTA、ETA等）相結合。20

11、22-3-319故障模式故障模式o 故障與故障模式n 故障是產品或產品的一部分不能或將不能完成預定功能的事件或狀態（對機械產品也稱失效）n 故障模式是故障的表現形式，如起落架撐桿斷裂、作動筒間隙不當、收放不到位等o 產品功能與故障模式n 一個產品可能具有多種功能o 起落架：支撐、滑跑、收放等n 每一個功能有可能具有多種故障模式o 支撐：降落時折起o 滑跑：震動o 收放：收不起、放不下2022-3-320典型故障模式典型故障模式GJB1391故障模式影響及危害性分析序故障模式序故障模式序故障模式1結構故障(破損)12超出允差(下限)23 滯后運行2捆結或卡死13意外運行24 錯誤輸入(過大)3振

12、動14間歇性工作25 錯誤輸入(過小)4不能保持正常位置15漂移性工作26 錯誤輸出(過大)5打不開16錯誤指示27 錯誤輸出(過小)6關不上17流動不暢28 無輸入7誤開18錯誤動作29 無輸出8誤關19不能關機30 (電的)短路9內部漏泄20不能開機31(電的)開路10 外部漏泄21不能切換32 (電的)漏泄11超出允差(上限)22提前運行33 其它2022-3-321機械產品典型故障模式機械產品典型故障模式o 故障模式可分為以下七大類：n 損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。n 退化型：如老化、腐蝕、磨損等。n 松脫性：松動、脫焊等n 失調型：如間隙不當、行程不當、壓力不當等。n

13、 堵塞或滲漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。n 功能型：如性能不穩定、性能下降、功能不正常。n 其他：潤滑不良等。2022-3-322故障原因故障原因o 直接原因：導致產品功能故障的產品自身的那些物理、化學或生物變化過程等，直接原因又稱為故障機理。o 間接原因：由于其他產品的故障、環境因素和人為因素等引起的外部原因。o 例如起落架上位鎖打不開n 直接原因：鎖體間隙不當、彈簧老化等n 間接原因：鎖支架剛度差2022-3-323任務階段與工作方式任務階段與工作方式o 任務剖面又由多個任務階段組成n起落架任務階段：o 起飛o 著陸o 空中飛行o 地面滑行o 工作方式：n可替換n有余度o 上位鎖開鎖：液壓、

14、手動鋼索、冷氣o 因此，在進行故障模式分析時，要說明產品的故障模式是在哪一個任務剖面的哪一個任務階段的什么工作方式下發生的。2022-3-324任務剖面任務剖面L=123L=209T=12.15L=419.6T=24.40L=117.7T=6.84L = 38L=827.4T=48.10T=48.1投720L副油箱投960L副油箱T=12.2M=0.86M=0.86M=0.86M=0.86航程航程L（km）航時航時T（min）高度高度H（km）T=24.4T=6.8T=5.0 空空空剖面空剖面1 1510112022-3-325故障影響故障影響o 故障影響與約定層次n 約定層次示例o 故障影響

15、n 局部影響:某產品的故障模式對該產品自身和與該產品所在約定層次相同的其他產品的使用、功能或狀態的影響n 高一層次影響:某產品的故障模式對該產品所在約定層次的高一層次產品的使用、功能或狀態的影響n 最終影響:指系統中某產品的故障模式對初始約定層次產品的使用、功能或狀態的影響2022-3-326嚴酷度類別嚴酷度類別o 嚴酷度：產品故障造成的最壞后果的嚴重程度o 嚴酷度類別定義(GJB1391)嚴酷度類別嚴 重 程 度 定 義類(災難的)這是一種會引起人員死亡或系統(如飛機、坦克、導彈及船舶等)毀壞的故障。類(致命的)這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大經濟損失或導致任務失敗的系統嚴重損壞。類(臨界

16、的)這種故障會引起人員的輕度傷害，一定的經濟損失或導致任務延誤或降級的系統輕度損壞。類(輕度的)這是一種不足以導致人員傷害、一定的經濟損失或系統損壞的故障，但它會導致非計劃性維護或修理。2022-3-327故障檢測方法故障檢測方法o 故障檢測方法一般包括目視檢查、離機檢測、原位測試等手段：n 自動傳感裝置n 傳感儀器n 音響報警裝置n 顯示報警裝置o 故障檢測一般分為事前檢測與事后檢測兩類，對于潛在故障模式，應盡可能設計事前檢測方法。2022-3-328補償措施補償措施o 設計補償措施n 產品發生故障時，能繼續安全工作的冗余設備n 安全或保險裝置(如監控及報警裝置)n 可替換的工作方式(如備用

17、或輔助設備)n 可以消除或減輕故障影響的設計或工藝改進(如概率設計、計算機模擬仿真分析和工藝改進等)o 操作人員補償措施n 特殊的使用和維護規程，盡量避免或預防故障的發生n 一旦出現某故障后操作人員應采取的最恰當的補救措施2022-3-329約定層次示例約定層次示例故障影響系統定義2022-3-330故障概率等級或數據來源故障概率等級或數據來源o 故障概率等級定性分析方法n A級-經常發生 20%n B級-有時發生 10% 20%n C級-偶然發生 1% 10%n D級-很少發生 0.1% 1%n E級-極少發生 0.1%o 數據來源n 預計值n 分配值n 外場評估值等在產品的使用期間以高概率

18、發生。高概率可定義為某一故障模式發生的概率大于產品使用期間總故障概率的20%在產品的使用期間以中等概率發生。中等概率可定義為某一故障模式發生的概率大于產品使用期間總故障概率的10%，而小于20%在產品的使用期間以偶然概率發生。偶然概率可定義為某一故障模式發生的概率大于產品使用期間總故障概率的1%，而小于10%在產品的使用期間以很少概率發生。很少概率可定義為某一故障模式發生的概率大于產品使用期間總故障概率的0.1%，而小于1%在產品的使用期間，某故障的發生概率基本為0。極少發生可定義為某一故障模式發生的概率小于產品使用期間總故障概率的0.1%2022-3-331故障模式頻數比故障模式頻數比o 故

19、障模式頻數比n故障模式頻數比是產品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考慮某產品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數比之和將為1n模式故障率m是指產品總故障率p與某故障模式頻數比的乘積o 例：故障模式頻數比及模式故障率氣體控制活門故障模式 故障模式頻數比產品故障率p模式故障率m不閉合不打開外部漏氣34%57%9%0123450.041970.070360.01111總 計10 0.123452022-3-332故障影響概率故障影響概率o 故障影響概率是指假定某故障模式已發生時，導致確定的嚴酷度等級的最終影響的條件概率。某一故障模式可能產生多種最終影響，分析人員不但要分析出這些最終影響

20、還應進一步指明該故障模式引起的每一種故障影響的百分比，此百分比即為。這多種最終影響的值之和應為1n故障影響概率示例2022-3-333故障模式危害度與產品危害度故障模式危害度與產品危害度o 故障模式危害度評價單一故障模式危害性n Cm(j)=pt, j=， o 產品危害度評價產品的危害性n Cr(j)= Cmi(j)，i=1,2,nn為該產品的故障模式總數，j=，n Cmi(j)產品在第j類嚴酷度類別下的所有故障模式的危害度之和2022-3-334某型軍用教練飛機升降舵系統的某型軍用教練飛機升降舵系統的FMECA o 系統定義 n系統組成及功能 n約定層次 n繪制可靠性方框圖n故障判據 n嚴酷

21、度類別 o FMECA表的填寫nFMECA表格的選取 nFMECA表中信息來源 n主要故障模式 n系統在不同嚴酷度下的危害度 o FMECA報告2022-3-335系統定義系統定義o 系統組成及功能n某型軍用教練飛機升降舵系統是單梁盒式薄壁結構，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結構。為保證升降舵系統的操作由負載、配平性能需要，還裝有配重的調整片、翼尖配重。 o 約定層次 n初始約定層次為某型軍用教練機n約定層次圖 o 繪制方框圖n繪制功能結構方框圖n繪制可靠性框圖o 故障判據 o 嚴酷度類別2022-3-336某型軍用教練飛機升降舵系統約定層次某型軍用教練飛機升降舵系統約定層次2022-3-337功能結構方框圖功能結構方框圖2022-3-338可靠性框圖可靠性框圖2022-3-339故障判據故障判據o 升降舵系統凡發生不滿足以下要求的情況之一，即認為該系統發生了故障：n 舵面偏轉時應準確及時偏轉到規定位置；n 左、右升降舵應保持同步偏轉；n 飛機長期穩定飛行時，舵面應保持確定的平衡位置；n 舵面偏轉時無卡滯現象；n 飛行中舵面無強烈振動現象；n 調整片按要求能正常偏轉；n 配重無松動現象；n 舵面結構滿足了強度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導致其結構的損傷。 2022-3-340嚴酷度類別嚴酷度類