失效模式和影響分析解析課件

1、1第四章 失效模式和影響分析第 一 節(jié) 概 述 -（2）第 二 節(jié) 失效模式與后果分析( FMEA) -（15）一、失效模式和影響分析（FMEA）方法-（15） 二、失效模式和影響分析（FMEA）的實例-（30）一、定性分析-（45）二、定量分析-（46）三、危害性矩陣-（56）四、危害性分析的用途- -（61）習(xí) 題 四 -（62）一、有關(guān)產(chǎn)品失效的術(shù)語和定義-（4） 二、嚴(yán)酷度等級-（9） 第三節(jié) 失效模式、影響及危害性分析（FMECA）- (44)三、FMEA分析的要求- （41）2 前面我們學(xué)習(xí)了可靠性方面的知識和理論，掌握了在產(chǎn)品設(shè)計階段進行可靠性預(yù)計和分配的基本方法，可以講大家能保

2、證所設(shè)計的產(chǎn)品具有一定的可靠性（較高的可靠性）。 但該產(chǎn)品的可靠性再高也不能杜絕該產(chǎn)品在使用中出現(xiàn)故障，其中還可能包括一些后果極其嚴(yán)重的故障。 因此，為了保證產(chǎn)品的可靠性，還應(yīng)該學(xué)會在產(chǎn)品設(shè)計階段，用科學(xué)的方法去分析計算故障（失效）和故障的產(chǎn)生情況，即用科學(xué)的方法去預(yù)防和控制產(chǎn)品失效（故障），從而保證產(chǎn)品的可靠性。第一節(jié) 概 述第 四 章 失效模式和影響分析3 本章研究的“失效模式和影響分析（FMEA）與失效模式、影響及危害性分析（ FMECA ）”是一種系統(tǒng)化的可靠性分析程序，它在保障系統(tǒng)可靠性方面會取得更好的效費比，即它在保障系統(tǒng)可靠性方面是最起作用的。 為了在產(chǎn)品設(shè)計中正確地進行失效模式

3、和影響分析，我國頒布了GB/T78262012系統(tǒng)可靠性分析技術(shù) 失效模式和影響分析（FMEA）程序國家標(biāo)準(zhǔn)。 研究產(chǎn)品故障（失效）的方法，當(dāng)前世界上主要使用兩種方法： (2) 故障樹分析 (FTA )在下面的第四章研究的是（1）；第五章研究的是 (2 )。 失效模式和影響分析（ FMEA ）與失效模式、影響及 危害性分析（ FMECA ）4一、有關(guān)產(chǎn)品失效的術(shù)語和定義1. 失效 失效是指產(chǎn)品執(zhí)行規(guī)定功能能力的終止。 所謂“規(guī)定的功能”就是設(shè)計人員根據(jù)用戶的要求在設(shè)計文件中規(guī)定的產(chǎn)品功能。2. 故障 故障是指產(chǎn)品不能執(zhí)行規(guī)定功能的狀態(tài)（預(yù)防性維修或其他計劃性活動及缺乏外部資源的情況除外）。 在

4、工程中，由于歷史原因，“故障”與“失效可替換使用?！?.失效模式 失效模式是指產(chǎn)品失效或故障的表現(xiàn)形式。同一種產(chǎn)品出現(xiàn)失效（或故障）可以有多種不同的表現(xiàn)形式，下面舉例說明。5 例如 繼電器的觸頭可能失效模式有：粘住、斷開緩慢、不能閉合、閉合緩慢、發(fā)生振動或間斷閉合、對地短路、對電源短路、打火花等等。 例如 半球牌遠紅外線自動電烤箱（組成：電源線、控溫器、電熱器、定時器、指示燈等)為例說明。 有以下故障模式（按產(chǎn)品說明書整理）： (1) 電源線插頭與屋內(nèi)插座接觸不良； (2) 電源線內(nèi)部斷開； 電源線故障(3) 控溫器觸點燒壞（斷路）； (4) 控溫器觸點熔接一起（短路）； (5) 控溫器觸點接

5、觸不良； (6) 控溫器控溫旋鈕緊固螺釘松開； 控溫器故障6(7) 電熱器燒斷（斷路）； (8) 電熱器接觸不良（斷路）； (9) 電熱器轉(zhuǎn)換開關(guān)無彈性（斷路）； 電熱器故障(10) 定時器機械裝置有病； 定時器故障(11) 指示燈燈泡壞了； (12) 指示器接線壞了等。 顯示故障7例如 表4-1給出了通用失效模式示例。提前運行4在規(guī)定的時刻，無法停止運行3在規(guī)定的時刻，無法運行2運行中失效1失效模式序號表4-1 通用的失效模式示例注：這只是例子，不同類型的系統(tǒng)需要不同的清單。 每種失效模式均可歸納為表4-1這樣的一種或幾種類型。但對于最終的分析，這些通用的失效模式顯得太粗糙。因此需對表4-1

6、進行擴展，使分類更具體。當(dāng)分類與管理可靠性框圖輸入和輸出的性能配置結(jié)合使用時，就可識別和描述所有潛在的失效模式。應(yīng)該注意的是一種失效模式可能有幾種失效原因。8 失效影響是指失效模式對產(chǎn)品運行、功能或狀態(tài)導(dǎo)致的后果。 例如 上述 電烤箱的失效模式產(chǎn)生以下影響： (讀產(chǎn)品說明書最后一頁) 烤箱不發(fā)熱，指示燈不亮；(2) 烤箱不發(fā)熱，指示燈亮 ；4. 失效影響(3) 烤箱發(fā)熱，指示類不亮 , (4) 烤箱發(fā)熱，控溫器失靈 , (5) 烤箱發(fā)熱，定時器失靈 。95. 失效危害度 失效危害度是指產(chǎn)品失效影響嚴(yán)重程度與發(fā)生頻度或其他屬性的綜合，作為處理和減緩失效影響的必要性尺度。6. 失效嚴(yán)酷度 失效嚴(yán)酷

7、度是指失效模式對產(chǎn)品工作、環(huán)境和操作者影響的嚴(yán)重程度；失效模式影響嚴(yán)酷度與分析所定義的系統(tǒng)邊界有關(guān)。二、嚴(yán)酷度等級 嚴(yán)酷度是對失效模式產(chǎn)品使用的嚴(yán)重程度的評價。失效嚴(yán)酷度定性地分為四級，如表4-2所示為某產(chǎn)品FMEA嚴(yán)酷度分級的一種形式。10可能潛在使系統(tǒng)功能稍有退化，但對系統(tǒng)不會有損傷，不構(gòu)成人身威脅或傷害輕微的I可能潛在地使系統(tǒng)的性能、功能退化，但對系統(tǒng)沒有明顯的損傷，對人身沒有明顯的威脅或傷害臨界的II可能潛在地導(dǎo)致系統(tǒng)基本功能喪失，致使系統(tǒng)和環(huán)境有相當(dāng)大的損壞，但不嚴(yán)重威脅生命安全或人身損害嚴(yán)重的III可能潛在地導(dǎo)致系統(tǒng)基本功能喪失，致使系統(tǒng)和環(huán)境嚴(yán)重毀壞或人員傷害災(zāi)難性的IV失效模式

8、對人員或環(huán)境的影響嚴(yán)酷度水平等級表4-2 針對最終影響的嚴(yán)酷度分級示例 例如 上述 電烤箱的嚴(yán)酷度分級（見第8頁）： 烤箱不發(fā)熱,指示燈不亮；(2) 烤箱不發(fā)熱，指示燈亮 ； (3) 烤箱發(fā)熱，指示類不亮 ; (4) 烤箱發(fā)熱，控溫器失靈;(5) 烤箱發(fā)熱，定時器失靈 。由此可見： （1）（2）為III級；（3）（4）為II級；（5）為I級。11可見電烤箱失效影響的嚴(yán)酷度為 :故障（3）和（4）為II級，工作不好，為臨界的。 故障（1）和（2）為 III級 ，不能工作，為嚴(yán)重的。故障（5）為I級，用記時表計時代之可很好工作，為 輕微的。即 烤箱不發(fā)熱，指示燈不亮 (III)；(2) 烤箱不發(fā)熱

9、，指示燈亮 (III )；(4) 烤箱發(fā)熱，控溫器失靈 (II) , (5) 烤箱發(fā)熱，定時器失靈 ( I )。(3) 烤箱發(fā)熱，指示類不亮 (II) , 12 在應(yīng)用失效模式和影響分析（FMEA）之前，要將系統(tǒng)（包括包含軟件的硬件，或者過程）按等級分解成更基本的要素。使用簡單功能框圖來闡明這種分解是有用的。 分析從最底層要素開始，較低層次的失效模式影響可能會成為其高一層次產(chǎn)品失效模式的原因。 FMEA一般采用自下而上的方式進行，直到識別出系統(tǒng)的最終影響，圖4-1所示說明了這種關(guān)系(見下頁)。 FMECA就是按照一定的格式有步驟地分析每一個部件（或每一個功能）可能產(chǎn)生的失效模式，每一種失效模式

10、對系統(tǒng)的影響及失效后果的嚴(yán)重程度。這是一種失效因果關(guān)系分析。13模式 1模式2模式 3部件2失效原因 部件2失效原因影響 ：產(chǎn)生失效模式3失效模式模塊3失效原因模塊3部件1部件2部件3部件4部件5影響：部件2失效子系統(tǒng)4失效模式子系統(tǒng)4失效原因模塊1模塊2模塊3模塊4失效模式系統(tǒng)失效原因系統(tǒng)子系統(tǒng)1子系統(tǒng)2子系統(tǒng)3子系統(tǒng)4子系統(tǒng)5影響：模塊3失效影響：子系統(tǒng)4失效部件2中失效模式3的失效原因原 因 1原 因 2原 因 3圖4-1 失效模式和系統(tǒng)影響在系統(tǒng)各層的關(guān)系14失效模式、影響及危害性分析（FMECA） 應(yīng)注意的問題 FMECA 是按照一定的格式（標(biāo)準(zhǔn)）有步驟地分析每一個部件（或每一種功能

11、）可能產(chǎn)生的失效模式，每一個模式對系統(tǒng)的影響及失效后果的嚴(yán)重程度。這是一種自下而上的失效因果關(guān)系分析。 FMECA時應(yīng)注意： （1）FMECA的內(nèi)容和形式都需按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行，以便在設(shè)計評審時、故障出現(xiàn)后便于查考。 （2）FMECA必須由十分熟悉產(chǎn)品情況的設(shè)計人員經(jīng)過充分的調(diào)查研究以后做出分析，而且還需專業(yè)人員予以協(xié)助。 （3）FMECA應(yīng)在設(shè)計初期開始，因為它是作為設(shè)計決策時一種依據(jù)，由于設(shè)計更改愈晚愈被動，隨著設(shè)計的變動而及時修改。返回115第二節(jié) 失效模式和影響分析( FMEA)一、失效模式和影響分析（FMEA）方法 FMECA分為兩：失效模式和影響分析（FMEA）與危害性分析（ CA ）

12、合起來為失效模式、影響及危害性分析（FMECA）。 本節(jié)介紹失效模式和影響分析（FMEA）。1.功能FMEA與硬件FMEA FMEA是用以找出產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和設(shè)備設(shè)計等階段中的缺點或潛在的缺陷。 進而分析各組成元件的失效模式及其對上一層次結(jié)構(gòu)乃至系統(tǒng)產(chǎn)生失效影響。 （1） 功能FMEA :一是在設(shè)計初期，硬件方案尙不具體；二是復(fù)雜系統(tǒng)一般只能從最高一級結(jié)構(gòu)開始按功能分析。16 功能FMEA :當(dāng)從原理圖、圖樣和其他設(shè)計文件已經(jīng)了解硬件單元的細節(jié)時按硬件分析。(2) 失效模式和影響分析（FMEA）的特點 FMEA 一般是自下而上（由元件到系統(tǒng)）的失效因果關(guān)系的分析程序，旨在不漏掉一個后果嚴(yán)重

13、的故障模式。 FMEA 是一種定性分析手段。它使用統(tǒng)計表格來進行分析，可不使用數(shù)學(xué)工具。(3) 失效模式和影響分析(FMEA)的局限性和優(yōu)點 是一種單因素分析法。即把影響系統(tǒng)失效的單個元件的失效看做是獨立的，而研究某一個失效模式對系統(tǒng)的影響時，是將其作為系統(tǒng)中唯一存在的失效來考慮的。這種方法難以分析幾種因素同時起作用才能導(dǎo)致的某種后果。 失效模式和影響分析(FME)A的局限性17 FMEA的優(yōu)點是簡單、易行、便于掌握和推廣，在沒有數(shù)據(jù)時，只要有關(guān)人員具有一定的工程經(jīng)驗均可進行該項工作，因此花錢不多，實際效果好，深受廣大工程技術(shù)人員歡迎。 失效模式和 影響分析(FMEA)的優(yōu)點(4) 失效模式和

14、 影響分析(FMEA)的發(fā)展及主要應(yīng)用方面 失效模式和 影響分析(FMEA)的發(fā)展 在FMEA的基礎(chǔ)上，再加一層判定被統(tǒng)計故障模式影響危害度的任務(wù)，就變成了FMECA，稱故障模式、影響及危害性分析或故障模式、影響及危害度分析。在本節(jié)介紹FMEA的基礎(chǔ)上，第三節(jié)講述FMECA。18 FMEA主要應(yīng)用于設(shè)計的每一個階段，另外也可用于預(yù)防維修和工藝監(jiān)督檢查等方面。(5) 失效模式和影響分析(FMEA)應(yīng)用：設(shè)計各階段的FMEA為 最終設(shè)計階段：可行性FMEA 設(shè)備設(shè)計階段：設(shè)備FMEA 工藝設(shè)計階段：工藝FMEA我們在這里僅研究產(chǎn)品功能的FMEA。 方案設(shè)計和中間設(shè)計階段：功能FMEA192. 失效

15、模式和影響分析（FMEA）程序 （1）FMEA工作表 FMEA以列表方式記錄詳細的分析資料。表4-3所示是一個典型的FMEA工作表的例子。表4-3 FMEA工作表例子（摘自GB/T7826-2012）（2）FMEA基本程序 以設(shè)計文件為根據(jù)，從功能、環(huán)境條件、工作時間、失效定義等方面確定研究對象（系統(tǒng)）的定義；按遞減的重要度分別考慮每一種工作模式。20 針對每一種工作模式分別繪制系統(tǒng)功能框圖和可靠性框圖（系統(tǒng)可靠性模型）。 確定每一部件與接口應(yīng)有的工作參數(shù)或功能。 按功能的最壞影響評定每一失效模式的嚴(yán)酷度級別。 查明一切部件與接口可能的失效模式、發(fā)生的原因與影響。 確定每一失效模式的檢測方法與

16、補救措施或預(yù)防措施。 提出修改設(shè)計或采取其他措施的建議，同時指出設(shè)計更改或其他措施對各方面影響，例如對使用、維護、后勤保障等各方面的要求。 寫出分析報告，總結(jié)設(shè)計上無法改正的問題，并說明預(yù)防失效或控制失效危害性的必要措施。213. FMEA分析流程（步驟） 收集生產(chǎn)過程的有關(guān)試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)和用戶反饋意見為依據(jù)，確定出故障模式（即預(yù)測出故障模式）；(1) 在畫FMEA流程圖前應(yīng)做以下工作： 召集有關(guān)（包括設(shè)計、制造、試驗及供銷部門等）人員對以前生產(chǎn)過的最類似產(chǎn)品產(chǎn)生過的故障情況進行分析討論； 分析產(chǎn)生故障原因（即物理失效機理）； 生產(chǎn)中消除辦法（即檢測方法），使用中彌補方法（即補償措施）等； 對各

17、故障模式的嚴(yán)重后果（即嚴(yán)酷度等級）進行評定，必要時可采用投票評分的方法； 對新設(shè)計產(chǎn)品與已生產(chǎn)的上述產(chǎn)品的主要不同之處進行分析，以進行必要的補充。 22 FMEA分析流程如圖4-2所示，該圖清楚地說明了FMEA分析是如何進行的。選擇要分析產(chǎn)品的元部件確定所選元部件的失效模式選擇要分析的失效模式確定失效模式的直接影響和最終影響確定最終影響的嚴(yán)酷度確定失效模式的潛在原因估計預(yù)定時間周期內(nèi)失效模式的發(fā)生頻度或概率是否需要采取措施產(chǎn)品的初始FMEA(或FMECA)提出緩解方法、糾正措施或補償措施，確定措施和責(zé)任人是是否是圖4-2分析流程圖 （摘自GB/T 7826-2012）(2) 畫FMEA的分 析

18、流程圖234. 系統(tǒng)功能框圖與可靠性框圖 圖4-3為空氣壓縮機功能框圖。 圖4-4（a）為空氣壓縮機的可靠性邏輯框圖。圖4-4（b）為潤滑40的可靠性邏輯框圖。 系統(tǒng)功能框圖是指系統(tǒng)各組成部分功能之間的關(guān)系或工作流程圖。在完成設(shè)計方案草圖和試生產(chǎn)圖的情況下，用框圖或符號示意圖表示各組成元件的有關(guān)功能對產(chǎn)品設(shè)計功能的影響。 可靠性框圖是指系統(tǒng)各組成部分之間在可靠性方面的邏輯關(guān)系。24圖4-3空氣壓縮機功能框圖25(a) 空氣壓縮機可靠性邏輯框圖圖4-4空氣壓縮機可靠性框圖（b) 潤滑40 可靠性邏輯框圖265. 失效模式的分析 在具體分析產(chǎn)品的失效模式時，要考慮一切可能存在的隱患，從以下諸方面可

19、以分析具體的失效模式： 產(chǎn)品應(yīng)力分析；動力學(xué)、結(jié)構(gòu)出與機構(gòu)分析；試驗分析、檢驗偏差、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)的報警通知和類似產(chǎn)品的工作信息等；已進行過的安全分析報告。 一般可以在下列領(lǐng)域中找尋典型的失效模式數(shù)據(jù)： （1）對新產(chǎn)品，可以參考具有相似功能或結(jié)構(gòu)的其他產(chǎn)品，以及新產(chǎn)品在適當(dāng)應(yīng)力水平下的試驗結(jié)果。 （2）對新產(chǎn)品，由設(shè)計意圖和詳細功能分析給出潛在失效模式及其原因。該方法優(yōu)于（1）的方法，因為新產(chǎn)品的應(yīng)力和運行可能與相似產(chǎn)品不同。（3）對現(xiàn)場使用的產(chǎn)品，可以參考使用記錄和失效數(shù)據(jù)。27 （4）潛在失效模式可以從產(chǎn)品工作的典型功能參數(shù)和物理參數(shù)中推斷出來。 重要的是，不能因為缺乏數(shù)據(jù)而忽略產(chǎn)品的失效模式

20、，初始評估可以隨設(shè)計進展和試驗結(jié)果來改進，F(xiàn)MEA應(yīng)該記錄這些評估狀態(tài)。6. 失效原因 一種失效模式可能不止一種原因，需要確定并描述每種失效模式最可能的潛在獨立原因。7. 失效影響 應(yīng)從功能框圖上分析哪些部分受失效的影響，分析失效影響時應(yīng)考慮： （1）任務(wù)目標(biāo)，維修要求，以及人員和設(shè)備的安全性等。（2）哪些非關(guān)鍵部分的失效可能關(guān)鍵部分失效。28（3）哪些原始的失效可能嚴(yán)重的從屬失效。失效影響：（1）局部影響：首先是對產(chǎn)品本身的影響；其次是其他影響（二次影響）。（2）對上一級的影響：即對上一級組合件的影響。（3）最終影響：即對全系統(tǒng)的工作、功能或狀態(tài)的總的 影響。要考慮到失效影響可能由雙重失效造

21、成。8. 失效檢測方法 說明工作人員如何檢測失效的發(fā)生，指出檢測手段。如：視覺和聽覺警告裝置、自動敏感裝置、測量儀表、其他特殊指示，或者無檢測等。299. 失效補救措施 失效補救措施是指能夠消除失效影響嚴(yán)重性的設(shè)計措施，或者由工作人員采取的措施。10. 已采取的措施或建議 由于不大可能從設(shè)計上完全排除IV類和III類失效（兩類嚴(yán)重性的失效），所以應(yīng)該說明已采取了什么措施來減少失效的發(fā)生，從而為現(xiàn)有的設(shè)計方案提出一個論證。保留IV類和III類失效模式的論證應(yīng)該包括設(shè)計、試驗、檢驗和實際經(jīng)驗等方面。30二、失效模式和影響分析（FMEA）的實例 例4-1 某一飛機上的電容式傳感器系統(tǒng)由4個電路單元組

22、成，如圖4-5所示。4個單元的作用分別如下： 比較器橋式電路：輸出一個相應(yīng)于傳感器電容（C5）和參考電容（C6）電荷能量之差的直流電壓。 振蕩器電路：向比較器電橋輸送電荷能量。 放大器電路：將比較器電橋的輸出予以放大，并輸出一個低阻抗電壓。 分壓器電路：確定輸出放大器的工作“中點”。 試作失效影響分析和可靠性預(yù)測。解： (1) 制作電容式傳感器系統(tǒng)失效影響分析表 根據(jù)對圖4-5的分析，可繪出其電容式傳感器系統(tǒng)失效后果分析表，即FMEA表如表4-4所示。31圖4-5 電容式傳感器系統(tǒng)322.033(2) 繪制系統(tǒng)的可靠性邏輯框圖 由于構(gòu)成該系統(tǒng)的4個電路單元中任何一個失效均引起系統(tǒng)失效，所以該系

23、統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，其可靠性邏輯框圖如圖4-6所示。 圖4-6 電容式傳感器系統(tǒng)可靠性邏輯框圖(3) 進行系統(tǒng)的可靠性預(yù)測 根據(jù)使用環(huán)境，按元器件計數(shù)法查國軍標(biāo)（GJB299）得失效率，進行可靠性預(yù)測，見表4-5所示。34按上述和討論結(jié)果制出表4-5。 表 4 - 535 例4-2某一固體火箭發(fā)動機由推進劑藥柱、內(nèi)襯和發(fā)動機殼組成。請制作其失效模式影響分析表。 解：根據(jù)其使用功能、結(jié)構(gòu)特點和以前使用中出現(xiàn)的故障情況，制作出其失效模式和影響分析表（FMEA）如表4-6所示(見下頁)。36 表 4 - 6固體火箭發(fā)動機失效模式和影響分析返回137 例4-3 試對電動發(fā)電機組中“封閉預(yù)熱、通風(fēng)及制冷系統(tǒng)（

24、20）”進行失效模式影響分析（FMEA)。本例（選自GB/T7826-2012附錄B.2）只研究在無負載狀態(tài)下的失效影響，而不考慮來自電動發(fā)電機組外帶電源等其他外部負載下的失效影響。本系統(tǒng)有五個子系統(tǒng)組成，見圖4-7所示。電動發(fā)電機組系統(tǒng) 機械結(jié)構(gòu)（10） 使用儀器（50）風(fēng)暴預(yù)熱、通風(fēng) 及制冷系統(tǒng)（20） 直流設(shè)備（30）（+AVFR控制）交流設(shè)備(40)(+AVFR控制)圖 4-7 引 擎 設(shè) 備 的 子 系 統(tǒng) 圖38解：（1）定義并確定研究系統(tǒng)的失效影響嚴(yán)酷度和等級。 電動發(fā)電機組系統(tǒng)完整的失效影響嚴(yán)酷度定義和危害度等級如表4-7中所描述。發(fā)動能力損失或明顯退化可忽略的1易修復(fù)的系統(tǒng)臨

25、時性退化微小的2由于儲能損耗而無法發(fā)電，直到修復(fù)很大的3系統(tǒng)發(fā)電啟動降級嚴(yán)重的4不能發(fā)電啟動災(zāi)難性的5描 述嚴(yán)酷度等級水平表4-7 電動發(fā)電機組系統(tǒng)完整的失效影響嚴(yán)酷度的定義和等級39(2) 繪制所研究系統(tǒng)的層次框圖 本例只研究“封閉預(yù)熱、通風(fēng)及制冷系統(tǒng)（20）”，其子系統(tǒng)層次框圖如圖4-8所示。鼓風(fēng)機和風(fēng)扇輪軸（20.2.1）空氣/水熱交換設(shè)備（20.2.2）加熱器（20.1.1）加熱器終端盒、終端/線纜（20.1.2）封閉預(yù)熱、通風(fēng)制冷系統(tǒng)（20）加熱系統(tǒng)（20.1）通風(fēng)和制冷系統(tǒng)（20.2）緊急制冷系統(tǒng)（輸入 和輸出閥門）（20.3）冷凝物（制冷水排放系統(tǒng)）（20.4）塑料薄膜空氣過濾器

26、（20.2.3）冷凝物排放管(小孔)（20.4.1）冷凝物、泄漏排放管（20.4.2）水池（20.4.4）泄漏檢測室（20.4.5）排放收集區(qū)(20.4.6)泄漏檢測室中的泄漏排放管（20.4.3）圖4-8 封閉預(yù)熱、通風(fēng)制冷系統(tǒng)（20）層次框圖40 由圖4-8所示，此圖框是按照一個子系統(tǒng)（封閉預(yù)熱、通風(fēng)及制冷系統(tǒng)）的層次結(jié)構(gòu)依次往下分層，直到確定FMEA開始的元器件層。（3） 列出所研究系統(tǒng)FMEA工作表如表4-8所示。2.0總計0.5可以忽略不計a)溫度值高于環(huán)境溫度5;b)監(jiān)視供應(yīng)裝置加熱不夠或無法加熱各加熱功能消失a)o/c終端或線纜可以使1、3、6個火或全部加熱器失效；b)s/c終端

27、（跟蹤）連接加熱器加熱器終端、終端、線纜20.1.2接地錯誤不會導(dǎo)致系統(tǒng)失效1.20.3都是并聯(lián)，無冗余供應(yīng)a)溫度值高于環(huán)境溫度5;b)監(jiān)視加熱裝置、保險絲或斷路器加熱不夠;所有加熱功能很可能消失a)o/c,燃盡加熱器；b)s/c由于絕緣破壞導(dǎo)致的接地失效加熱加熱器20.1.1注：如果機器運轉(zhuǎn)時，加熱器沒有自動關(guān)閉，可能會使機器加熱過度。所有加熱器系統(tǒng)20.154321 備 注失效率嚴(yán)酷度等級冗余設(shè)計探測方法或特征失效影響失效模式功能元器件編號20（封閉預(yù)熱、通風(fēng)及制冷系統(tǒng)）表4-8 封閉預(yù)熱、通風(fēng)及制冷系統(tǒng)（20）的FMEA分析41 FMEA 工作表格式一般采用推薦的標(biāo)準(zhǔn)格式，但設(shè)計好的詳

28、細的工作表也可以剪裁，以適合應(yīng)用和項目需要。三、FMEA分析的要求因為失效模式和影響分析（FMEA）是對系統(tǒng)進行的分析，以識別潛在失效模式、失效原因及其對系統(tǒng)性能（包括組件、系統(tǒng)或過程的性能）影響的系統(tǒng)程序，所對FMEA進行分析的要求為： 全面性； 所使用方法清楚，實用，并要經(jīng)批準(zhǔn)； 及時性；便于追溯性； 實用性 ；可重復(fù)性； 應(yīng)用FMEA的結(jié)果可提高系統(tǒng)有效性； 資料要完整、準(zhǔn)確并經(jīng)核實。42四、FMEA的用途 FMEA對于大系統(tǒng)的研制有特殊重要的意義，同時對于小系統(tǒng)以及零件也一樣有用，不僅適用于硬件，也適用于軟件。1. 在設(shè)計管理上FMEA的用途 （1）在建立系統(tǒng)可靠性時，要與FMEA相結(jié)

29、合。 FMEA與產(chǎn)品和線路應(yīng)力分析相結(jié)合，是可靠性預(yù)測、分配和評定時的一項原始資料。 （2）在設(shè)計方案對比選擇中，F(xiàn)MEA是評定設(shè)計方案的一種手段。 為了制定滿足產(chǎn)品目的的要求，最可靠的設(shè)計方案需要修改時，F(xiàn)MEA是修改設(shè)計的依據(jù)。 （3）在設(shè)計評審、質(zhì)量復(fù)查和事故預(yù)想等活動中，F(xiàn)MEA是依據(jù)或證明，也是評審或復(fù)查的對象。432. 在其他方面FMEA的用途 （1）在安排測試點、制造和質(zhì)量控制、試驗計劃和其他有關(guān)工作中作為一種依據(jù) （2）FMEA的主要作用在于預(yù)防失效，但它在試驗、測試和使用中又是一種有效的故障診斷工具，為制定故障檢測程序和設(shè)計內(nèi)部診斷裝置建立基礎(chǔ)。 （3）FMEA與試驗結(jié)果和產(chǎn)

30、品失效報告一起對可靠性驗證結(jié)果進行定性評定。 （4）FMEA是危害性分析之前的第一步；是進行可維修性分析，后勤保障分析及事故預(yù)想分析的原始資料。 總之，在系統(tǒng)研制中，F(xiàn)MEA居于可靠性工作的中心地位。返回144第三節(jié) 失效模式、影響及危害性分析 （FMECA） 在FMEA中加入符號“C”表示在失效模式分析中還要進行危害性分析。確定危害性是對失效模式影響程度進行定性度量的補充。進行危害性分析的目的是確定每一種失效影響的相對大小，為決策提供幫助。 危害性的度量方法有定性分析和定量分析兩種。定性分析按發(fā)生概率定級，定量分析應(yīng)計算風(fēng)險（R）和風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN)與計算失效模式失效率、發(fā)生概率和危害度。

31、它們的最后分析結(jié)果均以矩陣表示，以便確定減輕或消除特定失效影響采取措施的優(yōu)先順序。45一、定性分析 缺乏失效率數(shù)據(jù)時用定性分析。這時需要評定發(fā)生概率，以此危害度分為以下五級：1級（或E級）幾乎不可能，發(fā)生概率：2級（或D級）可能性很小，發(fā)生概率：3級（或C級）偶爾發(fā)生，發(fā)生概率：4級（或B級）很有可能發(fā)生，發(fā)生概率：5級（或A級）經(jīng)常發(fā)生，發(fā)生概率：46二、定量分析1. 風(fēng)險(R)和風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN） 定量確定危害性的一種方法是采用風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN）。這里，風(fēng)險是主觀上對失效影響嚴(yán)酷度的估計，以及這種影響在分析的預(yù)設(shè)時間段內(nèi)發(fā)生的概率估計。 在失效模式、影響及危害性分析（FMECA）中代表

32、潛在風(fēng)險R的通用關(guān)系式為式中 S嚴(yán)酷度，無量綱數(shù)，表示一種失效對系統(tǒng)或 用戶的影響嚴(yán)重程度有多大。P失效發(fā)生概率，也是無量綱。當(dāng)P0.2時，可 用定量FMEA方法中的危害度C替代。(1) 風(fēng)險 R47(2) 風(fēng)險 優(yōu)先數(shù)RPN 在一些FMEA或FNECA應(yīng)用還對系統(tǒng)級的失效可探測度等級進行了區(qū)分。在這些應(yīng)用中，增加一個可測度D參數(shù)(無量綱)來構(gòu)成風(fēng)險優(yōu)先數(shù)RPN,其計算式為式中 S嚴(yán)酷度，無量綱數(shù)，表示一種失效對系統(tǒng)或用戶 的影響嚴(yán)重程度有多大。O一種失效模式在預(yù)先確定或規(guī)定的時間段內(nèi)發(fā)生 的頻度，采用等級值來表示比用真實的發(fā)生概 率值表示更合適。D可探測度，即在系統(tǒng)或用戶受影響前識別和消除

33、失效的估計概率。 D值的排序原則通常與嚴(yán)酷度或發(fā)生概率的排序 相反。 D值越高，可測度越小。較低的可測度將 導(dǎo)致較高多大RPN,處理失效模式的優(yōu)先級較高。48 風(fēng)險 優(yōu)先數(shù)RPN的作用是：用于確定減緩和消除失效模式的優(yōu)先順序。 除了依據(jù)RPN的大小外，還需考慮失效模式嚴(yán)酷度的因素，若RPN相同，嚴(yán)酷度高者優(yōu)先。 把失效模式按照它們的風(fēng)險 優(yōu)先數(shù)RPN 值進行排序， RPN值 優(yōu)先級。 在一些應(yīng)用中，失效影響的RPN超過規(guī)定閾值是不可接受的；而在另一些應(yīng)用中，嚴(yán)酷度越 越重要，而不考慮RPN 值。不同類型的FNECA對嚴(yán)酷度S、失效模式發(fā)生頻道O和可探測度D定義了不同的取值范圍：有些為14或5；

34、還有一些為110，如廣泛用于汽車工業(yè)的設(shè)計和生產(chǎn)過程分析的FMECA。492. 失效模式的失效率、發(fā)生概率和危害度(1) 失效模式的失效率 如果能得到同類部件的各種失效模式的失效率，并確定這些失效率的條件與所分析系統(tǒng)的假設(shè)的環(huán)境和工作條件相似，那么失效影響的事件頻率可以直接應(yīng)用到FMECA中。 如果只能得到部件的失效率，而不是失效模式的些失效率（這種情況發(fā)生的可能性更大），并且這些失效率是針對不同的環(huán)境和工作條件的，那么就需要計算各種失效模式的失效率，其一般計算式為50(2) 失效模式的危害度恒定的，并且許多因素都只是預(yù)計或推測的。尤其是當(dāng)系統(tǒng)的元部件沒有相應(yīng)的失效率時，例如在機械部件和系統(tǒng)中

35、，只能計算在特定的應(yīng)用場合、持續(xù)時間以及相應(yīng)應(yīng)力下的失效率。的主要缺陷是假設(shè)失效率是 當(dāng)環(huán)境、負載和維護條件不同于得到失效率數(shù)據(jù)的條件時，采用修正因子（從有關(guān)可靠性資料中查找）加以解決。 在一些應(yīng)用中，例如危害性定量分析方法，采用失效模式 危害度把條件失效頻度和工作時間結(jié)合在一起，可以更真實地評定在預(yù)定的使用期內(nèi)失效模式的風(fēng)險。51 失效模式危害度的計算式為 若有m種失效模式的元部件危害度計算式為 上式計算得到的危害度是對風(fēng)險的度量，而不是對發(fā)生概率的度量。52 失效模式的發(fā)生概率 ： 當(dāng)失效模式的失效率和得到的危害度很小的時候，可粗略地近似認為當(dāng)發(fā)生概率小于0.2（此時危害度=0.223）時

36、，危害度和失效概率很相近。 當(dāng)失效率或者失效頻度是變化的情況下，應(yīng)計算失效發(fā)生概率，而不是基于失效率恒定的假設(shè)來計算危害度C。53 例4-4 某一放大器(標(biāo)號20A1)電路由3個電阻（20A1R1、20A1R2和20A1R6）、2個電容(20A1C3和20A1C7)、1個二極管(20A1CR3)、1個三極管(20A1Q4)和1個變換器(20A1T5)共8個元件組成。該放大器用在接收機（標(biāo)號20）中，接收機在雷達（標(biāo)號Z）中，某任務(wù)段內(nèi)工作時間為1h，試制作其失效危害度分析表。 解： (1) 根據(jù)電路圖確定8個元件功能、失效模式及失 效后果； (2) 參考出版的可靠性有關(guān)數(shù)據(jù)資料、手冊確定失效模

37、式的失效概率、失效模式頻數(shù)比、失效模式的失效率和危害度C。 (3) 制作FMECA表格，填寫上述（2）已確定的內(nèi)容，即得該例的放大器危害性分析表如表4-9所示。5455續(xù)表4-956三、危害性矩陣1. 危害性矩陣圖（如圖4-9所示） 危害性矩陣是為了把失效模式的危害度與其他失效模式作比較。矩陣是將產(chǎn)品項目或失效模式的標(biāo)號按嚴(yán)酷度級別與失效模式的發(fā)生概率或危害度等級進行排列，所得到矩陣表明各產(chǎn)品項目失效模式的危害度分布情況，而成為確定補救措施的工具。危害性矩陣是FMECA中的一部分。圖4-9 危害性矩陣（摘自GB/T7826-2012）低風(fēng)險失效模式2失效模式1高風(fēng)險I II III IV 嚴(yán)

38、酷 度 （等 級 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等級）可能性發(fā)生概率57 如圖4-9所示，嚴(yán)酷度等級隨著X軸方向遞增順序增大，數(shù)值IV表示嚴(yán)酷度最大（人員生命損失、損害/或任務(wù)、運行失敗、受損）。圖4-9 危害性矩陣（摘自GB/T7826-2012）低風(fēng)險失效模式2失效模式1高風(fēng)險I II III IV 嚴(yán) 酷 度 （等 級 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等級）可能性發(fā)生概率 Y軸表示發(fā)生的可能性，也是按遞增順序排列的，如果最高發(fā)生概率不不超過0.2，發(fā)生概率與危害度大致相等。58圖4-9 危害性矩陣（摘自GB/T7826-2012）低風(fēng)險失效模式2

39、失效模式1高風(fēng)險I II III IV 嚴(yán) 酷 度 （等 級 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等級）可能性發(fā)生概率 圖4-9只是一個例子，在其他方法中，可能用不同的標(biāo)記和不同的定義來表示危害度火嚴(yán)酷度。 本例中，失效模式1（0.1P0.2）發(fā)生的可能性比失效模式2 （0.001P0.01）更高。確定何種失效模式為更高的優(yōu)先級的依據(jù)是嚴(yán)酷度和發(fā)生概率等級的尺度及其排序。 在危害性矩陣通常采用的線性尺度下，失效模式1比失效模式2有更高的危害度（或發(fā)生概率）。59圖4-9 危害性矩陣（摘自GB/T7826-2012）低風(fēng)險失效模式2失效模式1高風(fēng)險I II III IV 嚴(yán) 酷

40、度 （等 級 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等級）可能性發(fā)生概率 在嚴(yán)酷度比發(fā)生概率有更絕對的優(yōu)先權(quán)的情況下，失效模式2是較為嚴(yán)重的失效模式。另一個明顯的現(xiàn)象是只有在同一個系統(tǒng)的約定層次中，各失效模式在危害度矩陣中進行比較分析才有意義。這是因為在低復(fù)雜系統(tǒng)中，較低層次失效模式往往也有較低的發(fā)生概率。危害性矩陣可應(yīng)用于定性分析或定量分析。602. 危害性矩陣表 當(dāng)要求的最終分析結(jié)果是一個危害性矩陣時，這一矩陣可用由嚴(yán)酷度和事件發(fā)生頻率（危害度）構(gòu)成的表格來表示。 風(fēng)險可接受度可定性定義，并受專業(yè)水平和財務(wù)決策影響，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中葉不同。表4-10給出了風(fēng)險可接受度等級的

41、例子和一個修正的危害性矩陣?？山邮芸山邮芸珊雎钥珊雎?：幾乎不可能不期望不期望可接受可忽略2：可能性很小不可接受不期望不期望可接受3:偶爾發(fā)生不可接受不可接受不期望可接受4:很有可能發(fā)生不可接受不可接受不可接受不期望5：經(jīng)常發(fā)生災(zāi)難性的嚴(yán)重的臨界的輕微的IVIIIIII嚴(yán) 酷 度 等 級 失效影響 發(fā)生頻度（危害度等級）表4-10 風(fēng) 險 / 危 害 性 矩 陣 （摘自GB/T7826-2012)61四、危害性分析的作用 若某種失效模式發(fā)生概率很高（或失效模式危害度C數(shù)字大），則有必要采取措施降低對維修和后勤的要求。危害性分析主要用手維修和后勤保障方面的分析。返回162習(xí) 題 四 1. 對你自

42、已所設(shè)計的一種簡單產(chǎn)品或部件做失效模式與后果分析（FMEA），寫出系統(tǒng)的定義，畫出系統(tǒng)的功能框圖和可靠性框圖。 2. 某電視接收機1個電路（標(biāo)號DL1)由3個管狀電容（DL1C1、DL1C2、DL1C3）、2個薄膜電阻器（DL1R1、DL1R2）和 2個線圈（DL1L1、DL1L2）組成，從有關(guān)手冊查得上述： 該電路在任務(wù)階段的工作時間為0.5h,請制作其危害性（FMECA）的分析表。答案：略返回163提前運行4在規(guī)定的時刻，無法停止運行3在規(guī)定的時刻，無法運行2運行中失效1失效模式序號表4-1 通用的失效模式示例64可能潛在使系統(tǒng)功能稍有退化，但對系統(tǒng)不會有損傷，不構(gòu)成人身威脅或傷害輕微的I

43、可能潛在地使系統(tǒng)的性能、功能退化，但對系統(tǒng)沒有明顯的損傷，對人身沒有明顯的威脅或傷害臨界的II可能潛在地導(dǎo)致系統(tǒng)基本功能喪失，致使系統(tǒng)和環(huán)境有相當(dāng)大的損壞，但不嚴(yán)重威脅生命安全或人身損害嚴(yán)重的III可能潛在地導(dǎo)致系統(tǒng)基本功能喪失，致使系統(tǒng)和環(huán)境嚴(yán)重毀壞或人員傷害災(zāi)難性的IV失效模式對人員或環(huán)境的影響嚴(yán)酷度水平等級表4-2 針對最終影響的嚴(yán)酷度分級示例 65表4-3 FMEA工作表例子（摘自GB/T7826-2012）662.067 表 4 - 568 表 4 - 6固體火箭發(fā)動機失效模式和影響分析69發(fā)動能力損失或明顯退化可忽略的1易修復(fù)的系統(tǒng)臨時性退化微小的2由于儲能損耗而無法發(fā)電，直到修復(fù)很大的3系統(tǒng)發(fā)電啟動降級嚴(yán)重的4不能發(fā)電啟動災(zāi)難性的5描 述嚴(yán)酷度等級水平表4-7 電動發(fā)電機組系統(tǒng)完整的失效影響嚴(yán)酷度的定義和等級702.0總計0.5可以忽略不計a)溫度值高于環(huán)境溫度5;b)監(jiān)視供應(yīng)裝置加熱不夠或無法加熱各加熱功能消失a)o/c終端或線纜可以使1、3、6個火或全