第5章 故障模式、影響及危害分析

故障模型、影響及危害性分析

FailureMode，EffectsandCriticalityAnalysis1可靠性與智能維護-第五章主要內(nèi)容故障模式影響及危害分析概述故障模式影響分析危害性分析損壞模式及影響分析

應(yīng)用案例2可靠性與智能維護-第五章概述元部件的故障對系統(tǒng)可造成重大影響災(zāi)難性的影響挑戰(zhàn)者升空爆炸——發(fā)動機液體燃料管墊圈不密封致命性的影響起落架上位鎖打不開以往設(shè)計師依靠經(jīng)驗判斷元部件故障對系統(tǒng)的影響依賴于人的知識和工作經(jīng)驗系統(tǒng)的、全面的和標(biāo)準(zhǔn)化的方法—FMECA設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)對系統(tǒng)造成重大影響的元部件故障設(shè)計更改、可靠性補償是可靠性、維修性、保障性和安全性設(shè)計分析的基礎(chǔ)3可靠性與智能維護-第五章FMECA的概念FMEA的定義故障模式影響分析（FailureMode,EffectsandCriticalityanalysis，F(xiàn)MEA）是在產(chǎn)品設(shè)計過程中，分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴(yán)重程度、檢測難易程度以及發(fā)生頻度予以分類的一種歸納分析方法。FMECA的定義故障模式影響及危害性分析(FailureMode,EffectsandCriticalityanalysis,簡記為FMECA)是分析產(chǎn)品中每一個可能的故障模式并確定其對產(chǎn)品所產(chǎn)生的影響，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計分析方法。FMECA是一種自下而上的歸納分析方法；是包含F(xiàn)MEA和危害性分析（criticalityanalysis，CA）的組合分析方法。4可靠性與智能維護-第五章FMECA的作用保證有組織地定性找出系統(tǒng)的所有可能的故障模式及其影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施。為制定關(guān)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(jù)。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(jù)。為制定試驗大綱提供定性信息。為確定更換元器件清單提供使用可靠性設(shè)計的定性信息。為確定需要重點控制質(zhì)量及工藝的薄弱環(huán)節(jié)清單提供定性信息?？杉霸绨l(fā)現(xiàn)設(shè)計、工藝中的各種缺陷。

5可靠性與智能維護-第五章FMECA分析方法分類6可靠性與智能維護-第五章在產(chǎn)品壽命周期各階段的FMECA方法論證與方案階段工程研制階段生產(chǎn)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(tǒng)計FMECA目的分析研究系統(tǒng)功能設(shè)計的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)功能設(shè)計的改進(jìn)和方案的權(quán)衡提供依據(jù)。分析研究系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計改進(jìn)和保障性分析提供依據(jù)。分析研究所設(shè)計的生產(chǎn)工藝過程的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)及其對產(chǎn)品的影響，為生產(chǎn)工藝的設(shè)計改進(jìn)提供依據(jù)。分析研究產(chǎn)品使用過程中實際發(fā)生的故障、原因及其影響，為提供產(chǎn)品使用可靠性和進(jìn)行產(chǎn)品的改進(jìn)、改型或新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。7可靠性與智能維護-第五章FMECA的步驟8可靠性與智能維護-第五章系統(tǒng)定義確定系統(tǒng)中進(jìn)行FMECA的產(chǎn)品范圍產(chǎn)品層次示例約定層次——規(guī)定的FMECA的產(chǎn)品層次初始約定層次——系統(tǒng)最頂層最低約定層次——系統(tǒng)最底層描述系統(tǒng)的功能任務(wù)及系統(tǒng)在完成各種功能任務(wù)時所處的環(huán)境條件任務(wù)剖面、任務(wù)階段及工作方式功能描述制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)、選擇FMECA方法等故障判據(jù)分析方法9可靠性與智能維護-第五章故障模式影響分析FMEA方法的分類硬件法根據(jù)產(chǎn)品的功能對每個故障模式進(jìn)行評價，用表格列出各個產(chǎn)品，并對可能發(fā)生的故障模式及其影響進(jìn)行分析。適合于產(chǎn)品設(shè)計圖紙及其他工程設(shè)計資料明確確定時采用。是一種自下而上的分析方法，比較嚴(yán)格功能法將每個產(chǎn)品的每個功能一一列出，并對它們的故障模式進(jìn)行分析。適合于產(chǎn)品構(gòu)成不確定，或產(chǎn)品的復(fù)雜程度要求從初始約定層開始向下分析時相對簡單，故可以忽略某些故障模式10可靠性與智能維護-第五章FMEA基本步驟11可靠性與智能維護-第五章FMEA分析表格12可靠性與智能維護-第五章典型故障模式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(jié)構(gòu)故障(破損)12超出允差(下限)23滯后運行2捆結(jié)或卡死13意外運行24錯誤輸入(過大)3振動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(guān)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(guān)19不能關(guān)機30(電的)短路9內(nèi)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13可靠性與智能維護-第五章機械產(chǎn)品典型故障模式故障模式可分為以下七大類：損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。退化型：如老化、腐蝕、磨損等。松脫性：松動、脫焊等失調(diào)型：如間隙不當(dāng)、行程不當(dāng)、壓力不當(dāng)?shù)?。堵塞或滲漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。功能型：如性能不穩(wěn)定、性能下降、功能不正常。其他：潤滑不良等。14可靠性與智能維護-第五章故障原因直接原因：導(dǎo)致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學(xué)或生物變化過程等，直接原因又稱為故障機理。間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和人為因素等引起的外部原因。例如——起落架上位鎖打不開直接原因：鎖體間隙不當(dāng)、彈簧老化等間接原因：鎖支架剛度差15可靠性與智能維護-第五章任務(wù)階段與工作方式任務(wù)剖面又由多個任務(wù)階段組成起落架任務(wù)階段：起飛著陸空中飛行地面滑行工作方式：可替換有余度上位鎖開鎖：液壓、手動鋼索、冷氣因此，在進(jìn)行故障模式分析時，要說明產(chǎn)品的故障模式是在哪一個任務(wù)剖面的哪一個任務(wù)階段的什么工作方式下發(fā)生的。16可靠性與智能維護-第五章故障影響故障影響與約定層次故障影響局部影響:某產(chǎn)品的故障模式對該產(chǎn)品自身和與該產(chǎn)品所在約定層次相同的其他產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響高一層次影響:某產(chǎn)品的故障模式對該產(chǎn)品所在約定層次的高一層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響最終影響:指系統(tǒng)中某產(chǎn)品的故障模式對初始約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響17可靠性與智能維護-第五章故障檢測方法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：自動傳感裝置傳感儀器音響報警裝置顯示報警裝置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(yīng)盡可能設(shè)計事前檢測方法。18可靠性與智能維護-第五章補償措施設(shè)計補償措施產(chǎn)品發(fā)生故障時，能繼續(xù)安全工作的冗余設(shè)備安全或保險裝置(如監(jiān)控及報警裝置)可替換的工作方式(如備用或輔助設(shè)備)可以消除或減輕故障影響的設(shè)計或工藝改進(jìn)(如概率設(shè)計、計算機模擬仿真分析和工藝改進(jìn)等)操作人員補償措施特殊的使用和維護規(guī)程，盡量避免或預(yù)防故障的發(fā)生一旦出現(xiàn)某故障后操作人員應(yīng)采取的最恰當(dāng)?shù)难a救措施19可靠性與智能維護-第五章危害性分析CA分析的目的是按照每一故障模式的嚴(yán)酷度類別及故障模式的發(fā)生概率所產(chǎn)生的綜合影響對其劃等分類，以便全面地評價各種可能出現(xiàn)的故障模式的影響。分析方法的分類定性分析法按照故障發(fā)生的概率按照一定的規(guī)定分成A,B,C,D,E級。適用于得不到產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)時使用。定量分析法適用于具備技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)時使用20可靠性與智能維護-第五章危害性分析步驟第一步：填寫危害性分析表21可靠性與智能維護-第五章故障概率等級或數(shù)據(jù)來源故障概率等級——定性分析方法A級--經(jīng)常發(fā)生>20%B級--有時發(fā)生10%>20%C級--偶然發(fā)生1%>10%D級--很少發(fā)生0.1%>1%E級--極少發(fā)生<.0.1%數(shù)據(jù)來源預(yù)計值分配值外場評估值等22可靠性與智能維護-第五章故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比α是產(chǎn)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(chǎn)品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數(shù)比之和將為1模式故障率λm是指產(chǎn)品總故障率λp與某故障模式頻數(shù)比α的乘積例：故障模式頻數(shù)比及模式故障率氣體控制活門故障模式故障模式頻數(shù)比α產(chǎn)品故障率λp模式故障率λm不閉合不打開外部漏氣34%57%9%0．123450.041970.070360.01111總計1．00.1234523可靠性與智能維護-第五章故障影響概率故障影響概率β是指假定某故障模式已發(fā)生時，導(dǎo)致確定的嚴(yán)酷度等級的最終影響的條件概率。某一故障模式可能產(chǎn)生多種最終影響，分析人員不但要分析出這些最終影響還應(yīng)進(jìn)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β。這多種最終影響的β值之和應(yīng)為1故障影響概率示例24可靠性與智能維護-第五章故障模式危害度與產(chǎn)品危害度故障模式危害度——評價單一故障模式危害性Cm(j)=α×β×λp×t, j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ產(chǎn)品危害度——評價產(chǎn)品的危害性Cr(j)=∑Cmi(j)， i=1,2,…,n n為該產(chǎn)品的故障模式總數(shù)，j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ∑Cmi(j)——產(chǎn)品在第j類嚴(yán)酷度類別下的所有故障模式的危害度之和25可靠性與智能維護-第五章危害性分析步驟（續(xù)）第二步：繪制危害性矩陣圖26可靠性與智能維護-第五章?lián)p壞模式及影響分析DMEA分析的目的目的是為生存力和易損性提供依據(jù)。確定由于戰(zhàn)斗力損傷所造成的損壞程度，以便提供與特定的威脅機理所引起的損壞有關(guān)的數(shù)據(jù)及損壞模式對武器系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)基本功能的影響。主要應(yīng)用于武器系統(tǒng)。分析方法考慮產(chǎn)品可能產(chǎn)生的所有故障模式和損壞模式；了解每個故障模式和損壞模式對于系統(tǒng)的影響；分析系統(tǒng)的基本功能、任務(wù)能力、敵方威脅能力和敵方武器影響之間的關(guān)系。27可靠性與智能維護-第五章?lián)p壞模式及影響分析DMEA分析的步驟以FMEA為基礎(chǔ)，并予以擴展。（1）明確武器系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的基本功能按每個任務(wù)階段確定對武器系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)基本功能的要求，這些基本功能應(yīng)規(guī)定到可確定完成功能所需要的各個分系統(tǒng)和重要部件的約定層次上。（2）重要部件的確定利用系統(tǒng)簡圖或功能框圖、嚴(yán)酷度類別及規(guī)定的武器系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的基本功能，確定完成每一任務(wù)的餓基本功能所需的分系統(tǒng)和重要部件（3）研究一般部件的損壞能否產(chǎn)生危險壞境，導(dǎo)致重要部件發(fā)生危險。28可靠性與智能維護-第五章DMEA分析表格29可靠性與智能維護-第五章應(yīng)用舉例某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA30可靠性與智能維護-第五章某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA實施FMECA的基本步驟31可靠性與智能維護-第五章某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA系統(tǒng)組成及功能某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)是單梁盒式薄壁結(jié)構(gòu)，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結(jié)構(gòu)。為保證升降舵系統(tǒng)的操作由負(fù)載、配平性能需要，還裝有配重的調(diào)整片、翼尖配重。32可靠性與智能維護-第五章某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA約定層次初始約定層次為某型軍用教練機約定層次圖33可靠性與智能維護-第五章功能結(jié)構(gòu)方框圖繪制方框圖繪制功能結(jié)構(gòu)方框圖34可靠性與智能維護-第五章可靠性框圖繪制方框圖繪制可靠性框圖35可靠性與智能維護-第五章故障判據(jù)升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，即認(rèn)為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：舵面偏轉(zhuǎn)時應(yīng)準(zhǔn)確及時偏轉(zhuǎn)到規(guī)定位置；左、右升降舵應(yīng)保持同步偏轉(zhuǎn)；飛機長期穩(wěn)定飛行時，舵面應(yīng)保持確定的平衡位置；舵面偏轉(zhuǎn)時無卡滯現(xiàn)象；飛行中舵面無強烈振動現(xiàn)象；調(diào)整片按要求能正常偏轉(zhuǎn)；配重?zé)o松動現(xiàn)象；舵面結(jié)構(gòu)滿足了強度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的損傷。36可靠性與智能維護-第五章嚴(yán)酷度類別升降舵系統(tǒng)嚴(yán)酷度類別的定義嚴(yán)酷度類別嚴(yán)重程度定義Ⅰ類（災(zāi)難的）危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大環(huán)境損壞）Ⅱ類（致命的）損傷人員或飛機損傷（如三等飛行事故及嚴(yán)重環(huán)境損害）Ⅲ類（臨界的）人員程輕度傷害或影響任務(wù)完成（如誤飛、中斷或取消飛行、降低飛行品質(zhì)、增加著陸困難、中等程度環(huán)境損害）Ⅳ類（輕度的）無影響或影響很小，增加非計劃性維護或修理37可靠性與智能維護-第五章FMECA表格的填寫FMECA表格的選取根據(jù)本案例的實際情況，將FMEA表、CA表合并成一個表。這使FMECA表更簡明、直觀和減少工作量。FMECA表中信息來源表中的故障模式、故障原因、故障率等均是在多個相似飛機升降舵的調(diào)研和分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其結(jié)果比較真實可靠。主要故障模式——歸納該升降舵的故障模式是：舵面偏轉(zhuǎn)不到位。其表現(xiàn)為駕駛桿行程加大，操縱不到位。舵面偏轉(zhuǎn)困難（偏重），但無卡死現(xiàn)象?？６婷孓D(zhuǎn)動不靈活，有卡滯現(xiàn)象。振動。由舵面的振動導(dǎo)致駕駛桿抖動。結(jié)構(gòu)故障。由于長期使用，舵面結(jié)構(gòu)局部損傷，造成結(jié)構(gòu)強度、剛度下降，變形加大。針對上述