第五章故障模式影響及危害度分析課件

第五章故障模式影響及危害度分析

主講劉建平E_mail:liujianping@1第五章故障模式影響及危害度分析

主講劉建平1內(nèi)容提要概述FMECA的定義、目的和作用FMECA的方法FMECA的步驟系統(tǒng)定義故障模式影響分析危害性分析危害性矩陣圖FMECA輸出與注意的問題應用案例2內(nèi)容提要概述2概述元部件的故障對系統(tǒng)可造成重大影響災難性的影響挑戰(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、全面的和標準化的方法—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概述元部件的故障對系統(tǒng)可造成重大影響3FMECA的概念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重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。FMECA是一種自下而上的歸納分析方法；FMEA和CA。FMECA的目的從產(chǎn)品設(shè)計（功能設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計）、生產(chǎn)（生產(chǎn)可行性分析、工藝設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計與使用）和使用發(fā)現(xiàn)各種影響產(chǎn)品可靠性的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性水平提供改進依據(jù)。4FMECA的概念FMECA的定義4FMECA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，進而采取相應的措施。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。為確定更換有壽件、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。5FMECA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FMECA方法分類6FMECA方法分類6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)品使用可靠性和進行產(chǎn)品的改進、改型或新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。7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FMECA的步驟8FMECA的步驟81系統(tǒng)定義確定系統(tǒng)中進行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91系統(tǒng)定義確定系統(tǒng)中進行FMECA的產(chǎn)品范圍92

故障模式影響分析FMEA102故障模式影響分析FMEA103危害性分析(CA)分類：定性和定量CA表113危害性分析(CA)分類：定性和定量11危害性矩陣圖12危害性矩陣圖12FMECA輸出與注意的問題FMECA輸出單點故障模式清單Ⅰ、Ⅱ類故障模式清單可靠性關(guān)鍵件、重要件不可檢測故障模式清單危害性矩陣圖等FMEA/CA表13FMECA輸出與注意的問題FMECA輸出13實施FMECA應注意的問題強調(diào)“誰設(shè)計、誰分析”的原則“誰設(shè)計、誰分析”的原則，也就是產(chǎn)品設(shè)計人員應負責完成該產(chǎn)品的FMECA工作，可靠性專業(yè)人員應提供分析必須的技術(shù)支持。實踐表明，F(xiàn)MECA工作是設(shè)計工作的一部分?！罢l設(shè)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(chǔ)，也是國內(nèi)外開展FMECA工作經(jīng)驗的結(jié)晶。如果不由產(chǎn)品設(shè)計者實施FMECA，必然造成分析與設(shè)計的分離，也就背離了FMECA的初衷。14實施FMECA應注意的問題強調(diào)“誰設(shè)計、誰分析”的原則14實施FMECA應注意的問題重視FMECA的策劃實施FMECA前，應對所需進行的FMECA活動進行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，尤其是對復雜大系統(tǒng)，更應強調(diào)FMECA的重要性。其必要性體現(xiàn)在以下幾方面：結(jié)合產(chǎn)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(tǒng)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(xié)調(diào)，避免事后補做的現(xiàn)象。對復雜大系統(tǒng)，總體級的FMECA往往需要低層次的分析結(jié)果作為輸入，對相關(guān)分析活動的策劃將有助于確保高層次產(chǎn)品FMECA的實施。FMECA計劃階段事先規(guī)定的基本前提、假設(shè)、分析方法和數(shù)據(jù)，將有助于在不同產(chǎn)品等級和承制方之間交流和共享，確保分析結(jié)果的一致性、有效性和可比性。15實施FMECA應注意的問題重視FMECA的策劃15實施FMECA應注意的問題保證FMECA的實時性、規(guī)范性、有效性實時性。FMECA工作應納入研制工作計劃、做到目的明確、管理務(wù)實；FMECA工作與設(shè)計工作應同步進行，將FMECA結(jié)果及時反饋給設(shè)計過程。規(guī)范性。分析工作應嚴格執(zhí)行FMECA計劃、有關(guān)標準/文件的要求。分析中應明確某些關(guān)鍵概念，比如：故障檢測方法是系統(tǒng)運行或維修時發(fā)現(xiàn)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，危害度是對故障模式后果嚴重程度的發(fā)生可能性的綜合度量，兩者是不同的概念，不能混淆。有效性。對分析提出的改進、補償措施的實現(xiàn)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(jīng)驗的過程。16實施FMECA應注意的問題保證FMECA的實時性、規(guī)范性、有實施FMECA應注意的問題FMECA的剪裁和評審FMECA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(jié)果。各單位可根據(jù)具體的產(chǎn)品特點和任務(wù)對FMECA的分析步驟、內(nèi)容進行補充，剪裁，并在相應文件中予以明確。17實施FMECA應注意的問題FMECA的剪裁和評審17實施FMECA應注意的問題FMECA的數(shù)據(jù)故障模式是FMECA的基礎(chǔ)。能否獲得故障模式的相關(guān)信息是決定FMECA工作有效性的關(guān)鍵。若進行定量分析時還需故障的具體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除通過試驗獲得外，一般是需要通過相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。有計劃有目的地注意收集、整理有關(guān)產(chǎn)品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及頻數(shù)比的相關(guān)故障信息庫，這是開展有效的FMECA工作的基本保障之一。FMECA應與其他分析方法相結(jié)合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(tài)的、單一因素的分析方法。在動態(tài)方面還很不完善，若對系統(tǒng)實施全面分析還需與其他分析方法（如FTA、ETA等）相結(jié)合。18實施FMECA應注意的問題FMECA的數(shù)據(jù)18故障模式故障與故障模式故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A定功能的事件或狀態(tài)（對機械產(chǎn)品也稱失效）故障模式是故障的表現(xiàn)形式，如起落架撐桿斷裂、作動筒間隙不當、收放不到位等產(chǎn)品功能與故障模式一個產(chǎn)品可能具有多種功能起落架：支撐、滑跑、收放等每一個功能有可能具有多種故障模式支撐：降落時折起滑跑：震動收放：收不起、放不下19故障模式故障與故障模式19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20典型故障模式GJB1391《故障模式影響及危害性分析》序故障機械產(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、行程不當、壓力不當?shù)取６氯驖B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。21機械產(chǎn)品典型故障模式故障模式可分為以下七大類：21故障原因直接原因：導致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)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。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、彈簧老化等間接原因：鎖支架剛度差22故障原因直接原因：導致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學任務(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。23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23任務(wù)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L（km）航時T（min）高度H（km）T=24.4T=6.8T=5.0

空—空剖面15101124任務(wù)剖面L=123L=209L=419.6L=117.7L=故障影響故障影響與約定層次約定層次示例故障影響局部影響: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25故障影響故障影響與約定層次25嚴酷度類別嚴酷度：產(chǎn)品故障造成的最壞后果的嚴重程度嚴酷度類別定義(GJB1391)嚴酷度類別嚴重程度定義Ⅰ類(災難的)這是一種會引起人員死亡或系統(tǒng)(如飛機、坦克、導彈及船舶等)毀壞的故障。Ⅱ類(致命的)這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴重損壞。Ⅲ類(臨界的)這種故障會引起人員的輕度傷害，一定的經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級的系統(tǒng)輕度損壞。Ⅳ類(輕度的)這是一種不足以導致人員傷害、一定的經(jīng)濟損失或系統(tǒng)損壞的故障，但它會導致非計劃性維護或修理。26嚴酷度類別嚴酷度：產(chǎn)品故障造成的最壞后果的嚴重程度嚴酷度類別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，應盡可能設(shè)計事前檢測方法。27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(如概率設(shè)計、計算機模擬仿真分析和工藝改進等)操作人員補償措施特殊的使用和維護規(guī)程，盡量避免或預防故障的發(fā)生一旦出現(xiàn)某故障后操作人員應采取的最恰當?shù)难a救措施28補償措施設(shè)計補償措施28約定層次示例故障影響系統(tǒng)定義29約定層次示例故障影響系統(tǒng)定義29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)來源預計值分配值外場評估值等30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30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1．00.1234531故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比氣體控制活門故障模式故障模式頻數(shù)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(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β。這多種最終影響的β值之和應為1故障影響概率示例32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，導致確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類嚴酷度類別下的所有故障模式的危害度之和33故障模式危害度與產(chǎn)品危害度故障模式危害度——評價單一故障模式某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能約定層次繪制可靠性方框圖故障判據(jù)嚴酷度類別FMECA表的填寫FMECA表格的選取FMECA表中信息來源主要故障模式系統(tǒng)在不同嚴酷度下的危害度FMECA報告34某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA系統(tǒng)定義34系統(tǒng)定義系統(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)的操作由負載、配平性能需要，還裝有配重的調(diào)整片、翼尖配重。約定層次初始約定層次為某型軍用教練機約定層次圖繪制方框圖繪制功能結(jié)構(gòu)方框圖繪制可靠性框圖故障判據(jù)嚴酷度類別35系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能35某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)約定層次36某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)約定層次36功能結(jié)構(gòu)方框圖37功能結(jié)構(gòu)方框圖37可靠性框圖38可靠性框圖38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，即認為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：舵面偏轉(zhuǎn)時應準確及時偏轉(zhuǎn)到規(guī)定位置；左、右升降舵應保持同步偏轉(zhuǎn)；飛機長期穩(wěn)定飛行時，舵面應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)；配重無松動現(xiàn)象；舵面結(jié)構(gòu)滿足了強度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導致其結(jié)構(gòu)的損傷。39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，即認為該系嚴酷度類別升降舵系統(tǒng)嚴酷度類別的定義嚴酷度類別嚴重程度定義Ⅰ類（災難的）危及人員或安