質(zhì)量管理 系統(tǒng)可靠性分析方法學(xué)習(xí)資料

可靠性設(shè)計——IV.系統(tǒng)可靠性分析方法2025/4/21可靠性設(shè)計1本章內(nèi)容故障模式影響及危害性分析法（FMECA）故障樹分析法（FTA）事件樹分析法（ETA）1.FMECA2025/4/21可靠性設(shè)計3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FMECA結(jié)果輸出與注意的問題應(yīng)用案例2025/4/21可靠性設(shè)計4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(jī)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(yàn)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(yàn)2025/4/21可靠性設(shè)計5概述系統(tǒng)的、全面的和標(biāo)準(zhǔn)化的方法——FMECAFMECA的發(fā)展設(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(bǔ)償是可靠性、維修性、保障性和安全性設(shè)計分析的基礎(chǔ)2025/4/21可靠性設(shè)計6FMECA的概念FMECA的定義故障模式影響及危害性分析(FailureMode,EffectsandCriticalityAnalysis,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(yán)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。2025/4/21可靠性設(shè)計7FMECA的概念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）和產(chǎn)品使用角度發(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(jìn)依據(jù)。2025/4/21可靠性設(shè)計8FMECA的概念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(xiàng)目和單點(diǎn)故障等清單或可靠性控制計劃提供定性依據(jù)；為制定試驗(yàn)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(diǎn)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。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)。2025/4/21可靠性設(shè)計9FMECA方法分類2025/4/21可靠性設(shè)計10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(shí)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)。產(chǎn)品壽命周期各階段的FMECA方法2025/4/21可靠性設(shè)計11FMECA的步驟2025/4/21可靠性設(shè)計12①系統(tǒng)定義明確分析范圍根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜度、重要程度、技術(shù)成熟性、分析工作的進(jìn)度和費(fèi)用約束等，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2025/4/21可靠性設(shè)計13系統(tǒng)任務(wù)分析和功能分析描述系統(tǒng)的任務(wù)要求及系統(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)階段分析明確系統(tǒng)中的產(chǎn)品在完成不同的任務(wù)時所應(yīng)具備的功能、工作方式及工作時間等功能描述確定故障判據(jù)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①系統(tǒng)定義2025/4/21可靠性設(shè)計14②故障模式影響分析FMEAFMEA的工作內(nèi)容故障模式分析找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能出現(xiàn)的故障模式。故障原因分析找出每一個故障模式產(chǎn)生的原因。故障影響分析找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品的每一個可能的故障模式所產(chǎn)生的影響，并按這些影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類。2025/4/21可靠性設(shè)計15②故障模式影響分析FMEAFMEA的工作內(nèi)容故障檢測方法分析分析每一種故障模式是否存在特定的發(fā)現(xiàn)該故障模式的檢測方法，從而為系統(tǒng)的故障檢測與隔離設(shè)計提供依據(jù)。補(bǔ)償措施分析針對故障影響嚴(yán)重的故障模式，提出設(shè)計改進(jìn)和使用補(bǔ)償?shù)拇胧?025/4/21可靠性設(shè)計16②故障模式影響分析FMEA2025/4/21可靠性設(shè)計17③危害性分析(CA)目的是按每一故障模式的嚴(yán)重程度及該故障模式發(fā)生的概率所產(chǎn)生的綜合影響對系統(tǒng)中的產(chǎn)品劃等分類，以便全面評價系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的產(chǎn)品故障的影響。CA是FMEA的補(bǔ)充或擴(kuò)展，只有在進(jìn)行FMEA的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行CA。常用方法風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RiskPriorityNumber,RPN）法主要用于汽車等民用工業(yè)領(lǐng)域危害性矩陣法主要用于航空、航天等軍用領(lǐng)域2025/4/21可靠性設(shè)計18③危害性分析(CA)風(fēng)險優(yōu)先數(shù)法RPN=OPR×ESR×DDROPR（OccurrenceProbabilityRanking）——故障模式發(fā)生概率等級ESR（EffectSeverityRanking）——影響嚴(yán)酷度等級DDR（DetectionDiffcultyRanking)——檢測難度等級

上述三項(xiàng)因素通過評分獲得。因此，首先應(yīng)給出各項(xiàng)因素的評分準(zhǔn)則。2025/4/21可靠性設(shè)計19③危害性分析(CA)發(fā)生概率等級OPR用于評定某一特定的故障原因?qū)е碌哪彻收夏Ｊ綄?shí)際發(fā)生的可能性。等級故障發(fā)生的可能性參考值1稀少故障模式發(fā)生的可能性極低1/10623低故障模式發(fā)生的可能性相對較低1/200001/4000456中等故障模式發(fā)生的可能性中等1/10001/4001/8078高故障模式發(fā)生的可能性高1/401/20910非常高故障模式發(fā)生的可能性非常高1/81/22025/4/21可靠性設(shè)計20③危害性分析(CA)嚴(yán)酷度等級ESR用于評定所分析的故障模式的最終影響。等級故障影響的嚴(yán)重程度1輕微對系統(tǒng)的性能不會產(chǎn)生影響，用戶注意不到的輕微故障2,3低對系統(tǒng)性能有輕微影響的故障，用戶可能會注意到并引起輕微抱怨4,5,6中等引起系統(tǒng)性能下降的故障，用戶感覺不舒適和不滿意7,8高中斷操作的重大故障或提供舒適性的子系統(tǒng)不能工作的故障，用戶感到強(qiáng)烈不滿意。但此類故障不會引起安全性后果也不違反政府法規(guī)9,10非常高引起生命、財產(chǎn)損失的致命故障或不符合政府法規(guī)的故障2025/4/21可靠性設(shè)計21③危害性分析(CA)檢測難度等級DDR用于評定通過企業(yè)內(nèi)部預(yù)定的檢驗(yàn)程序查出引起所分析的故障模式的各種原因的可能性。等級檢驗(yàn)程序查出故障的難度1,2非常低檢驗(yàn)程序可以檢出的潛在設(shè)計缺陷3,4低檢驗(yàn)程序有較大機(jī)會檢出的潛在設(shè)計缺陷5,6中等檢驗(yàn)程序可能檢出的潛在設(shè)計缺陷7,8高檢驗(yàn)程序不大可能檢出的潛在設(shè)計缺陷9非常高檢驗(yàn)程序不可能檢出的潛在設(shè)計缺陷10無法檢出檢驗(yàn)程序絕不可能檢出的潛在設(shè)計缺陷2025/4/21可靠性設(shè)計22③危害性分析(CA)危害性矩陣法分類：定性和定量CA表2025/4/21可靠性設(shè)計23③危害性分析(CA)危害性矩陣圖繪制危害性矩陣圖的目的是比較每個故障模式的危害程度，進(jìn)而為確定改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。危害性矩陣是在某一特定嚴(yán)酷度級別下，產(chǎn)品各個故障模式危害程度或產(chǎn)品危害度相對結(jié)果的比較。與RPN一樣具有指明風(fēng)險優(yōu)先順序的作用。122025/4/21可靠性設(shè)計24FMECA結(jié)果輸出FMECA輸出單點(diǎn)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2025/4/21可靠性設(shè)計25實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題強(qiáng)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(yīng)負(fù)責(zé)完成該產(chǎn)品的FMECA工作，可靠性專業(yè)人員應(yīng)提供分析必須的技術(shù)支持。實(shí)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(jìn)是進(jìn)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(yàn)的結(jié)晶。如果不由產(chǎn)品設(shè)計者實(shí)施FMECA，必然造成分析與設(shè)計的分離，也就背離了FMECA的初衷。2025/4/21可靠性設(shè)計26實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題重視FMECA的策劃實(shí)施FMECA前，應(yīng)對所需進(jìn)行的FMECA活動進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，尤其是對復(fù)雜大系統(tǒng)，更應(yīng)強(qiáng)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(yùn)用并行工程的原理，對所需的FMECA進(jìn)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(bǔ)做的現(xiàn)象。對復(fù)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(shí)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。2025/4/21可靠性設(shè)計27實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題保證FMECA的實(shí)時性、規(guī)范性、有效性實(shí)時性。FMECA工作應(yīng)納入研制工作計劃、做到目的明確、管理務(wù)實(shí)；FMECA工作與設(shè)計工作應(yīng)同步進(jìn)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(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行FMECA計劃、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)/文件的要求。分析中應(yīng)明確某些關(guān)鍵概念，比如：故障檢測方法是系統(tǒng)運(yùn)行或維修時發(fā)現(xiàn)故障的方法；嚴(yán)酷度是對故障模式最終影響嚴(yán)重程度的度量，危害度是對故障模式后果嚴(yán)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(jìn)、補(bǔ)償措施的實(shí)現(xiàn)予以跟蹤和分析，以驗(yàn)證其有效性。這種過程也是積累FMECA工程經(jīng)驗(yàn)的過程。2025/4/21可靠性設(shè)計28實(shí)施FMECA應(yīng)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(yīng)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(diǎn)和任務(wù)對FMECA的分析步驟、內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，剪裁，并在相應(yīng)文件中予以明確。2025/4/21可靠性設(shè)計29實(shí)施FMECA應(yīng)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(jìn)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(yàn)獲得外，一般是需要通過相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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。2025/4/21可靠性設(shè)計30實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題FMECA應(yīng)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(yīng)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(shí)施全面分析還需與其他分析方法（如FTA等）相結(jié)合。2025/4/21可靠性設(shè)計31故障模式分析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(yù)定功能的事件或狀態(tài)（對電子元器件、彈藥、機(jī)械產(chǎn)品也稱失效）。故障模式是故障的表現(xiàn)形式，如短路、開路、起落架撐桿斷裂、作動筒間隙不當(dāng)、收放不到位、過度耗損等。一般在研究產(chǎn)品的故障時往往從產(chǎn)品的故障現(xiàn)象入手，進(jìn)而通過現(xiàn)象找出故障原因。故障模式是FMECA分析的基礎(chǔ)，同時也是進(jìn)行其它故障分析（如故障樹分析、事件樹分析等）的基礎(chǔ)之一。2025/4/21可靠性設(shè)計32故障模式分析故障判據(jù)產(chǎn)品的故障與產(chǎn)品所屬系統(tǒng)的規(guī)定功能和規(guī)定條件密切相關(guān)，在對具體的系統(tǒng)進(jìn)行故障分析時，必須首先明確系統(tǒng)在規(guī)定的條件下喪失規(guī)定功能的判別準(zhǔn)則，即系統(tǒng)的故障判據(jù)，這樣才能明確產(chǎn)品的某種非正常狀態(tài)是否為該產(chǎn)品的故障模式。注意區(qū)分兩類不同性質(zhì)的故障功能故障指產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)。潛在故障指產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分將不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)。2025/4/21可靠性設(shè)計33故障模式分析注意窮盡可能的故障模式一個產(chǎn)品可能具有多種功能起落架：支撐、滑跑、收放等每一種功能又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、放不下因此，分析人員的任務(wù)就是找出產(chǎn)品每一種功能的全部可能的故障模式。對于一般具有多種任務(wù)功能的復(fù)雜系統(tǒng)，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)階段的哪種工作模式下發(fā)生的。2025/4/21可靠性設(shè)計34故障模式分析系統(tǒng)研制初期分析故障模式的原則在系統(tǒng)的壽命周期內(nèi)，分析人員經(jīng)過各種目的FMECA即可掌握系統(tǒng)的全部故障模式，但首先遇到的問題是在系統(tǒng)研制初期如何分析各產(chǎn)品可能的故障模式。一般地說，可通過統(tǒng)計、試驗(yàn)或分析預(yù)測來解決，即可遵循如下原則：對系統(tǒng)中直接采用的現(xiàn)有產(chǎn)品，可以以該產(chǎn)品在過去的使用中所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，再根據(jù)該產(chǎn)品使用環(huán)境條件的異同進(jìn)行分析修正，得到該產(chǎn)品的故障模式。對系統(tǒng)中的新產(chǎn)品，可根據(jù)該產(chǎn)品的功能原理進(jìn)行分析預(yù)測，得到該產(chǎn)品的故障模式，或以與該產(chǎn)品具有相似功能的產(chǎn)品所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，分析判斷該產(chǎn)品的故障模式。2025/4/21可靠性設(shè)計35典型故障模式GJB1391《故障模式影響及危害性分析》序號故障模式序號故障模式序號故障模式1結(jié)構(gòu)故障(破損)12超出允差(下限)23滯后運(yùn)行2捆結(jié)或卡死13意外運(yùn)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(jī)30(電的)短路9內(nèi)部漏泄20不能開機(jī)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(yùn)行33其它2025/4/21可靠性設(shè)計36機(jī)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。松脫型：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。2025/4/21可靠性設(shè)計37故障原因分析分析故障原因一般從兩個方面著手：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(jī)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間接故障原因。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2025/4/21可靠性設(shè)計38故障影響分析故障影響指產(chǎn)品的每一個故障模式對產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。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。2025/4/21可靠性設(shè)計39嚴(yán)酷度類別定義系統(tǒng)中各產(chǎn)品的故障模式產(chǎn)生的最終影響往往是不同的。為了劃分不同故障模式產(chǎn)生的最終影響的嚴(yán)重程度，在進(jìn)行故障模式分析之前，一般需要對最終影響的后果等級進(jìn)行預(yù)定義，從而對系統(tǒng)中各故障模式按其嚴(yán)重程度進(jìn)行分級。在某些系統(tǒng)（一般為武器系統(tǒng)）中，最終影響的嚴(yán)重程度等級又稱為嚴(yán)酷度類別。嚴(yán)酷度：故障模式所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度。2025/4/21可靠性設(shè)計40嚴(yán)酷度類別武器系統(tǒng)的嚴(yán)酷度類別定義(GJB1391)嚴(yán)酷度類別嚴(yán)重程度定義Ⅰ類(災(zāi)難的)這是一種會引起人員死亡或系統(tǒng)(如飛機(jī)、坦克、導(dǎo)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(yán)重傷害、重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p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(jì)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(dǎo)致人員傷害、一定的經(jīng)濟(jì)損失或系統(tǒng)損壞的故障，但它會導(dǎo)致非計劃性維護(hù)或修理。2025/4/21可靠性設(shè)計41故障檢測方法針對分析找出的每一個故障模式，分析其故障檢測方法，以便為系統(tǒng)的維修性、測試性設(shè)計以及系統(tǒng)的維修工作提供依據(jù)。故障檢測方法一般包括目視檢查、離機(jī)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、顯示報警裝置等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。2025/4/21可靠性設(shè)計42補(bǔ)償措施分析是關(guān)系到能否有效地提高產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)。它針對每個故障模式的原因、影響，提出可能的補(bǔ)償措施。設(shè)計補(bǔ)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(jī)模擬仿真分析和工藝改進(jìn)等)。操作人員補(bǔ)償措施特殊的使用和維護(hù)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(bǔ)救措施。2025/4/21可靠性設(shè)計43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2025/4/21可靠性設(shè)計44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)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1.00.12345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2025/4/21可靠性設(shè)計45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2025/4/21可靠性設(shè)計46[例]某型軍用教練飛機(jī)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(yán)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(yán)酷度下的危害度

FMECA報告2025/4/21可靠性設(shè)計47系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能某型軍用教練飛機(jī)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。約定層次

初始約定層次為某型軍用教練機(jī)約定層次圖

2025/4/21可靠性設(shè)計48系統(tǒng)定義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(yán)酷度類別2025/4/21可靠性設(shè)計49升降舵系統(tǒng)約定層次2025/4/21可靠性設(shè)計50功能結(jié)構(gòu)方框圖2025/4/21可靠性設(shè)計51可靠性框圖2025/4/21可靠性設(shè)計52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(jī)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(qiáng)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(qiáng)度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的損傷。

2025/4/21可靠性設(shè)計53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(jī)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(hù)或修理2025/4/21可靠性設(shè)計54FMECA表格的填寫FMECA表格的選取根據(jù)本案例的實(shí)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(jī)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(shí)可靠。主要故障模式——?dú)w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。卡滯。舵面轉(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(qiáng)度、剛度下降，變形加大。2025/4/21可靠性設(shè)計55FMECA表格的填寫針對上述故障模式提示了相應(yīng)的改進(jìn)措施，進(jìn)而提高了產(chǎn)品的可靠性、保證了該教練機(jī)飛行一次成功。系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度據(jù)表結(jié)果，升降舵系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度是：CRs(I)＝6.001×10-6；CRs(Ⅱ)＝31.6724×10-6；CRs(Ⅲ)＝1.4183×10-6；CRs(Ⅳ)＝0.0252×10-62025/4/21可靠性設(shè)計56FMECA表格2025/4/21可靠性設(shè)計57FMECA報告可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品清單ⅠⅡ類故障模式清單單點(diǎn)故障模式清單不可檢測故障模式清單危害性矩陣圖等2.FTA2025/4/21可靠性設(shè)計59內(nèi)容提要概述故障樹的基本概念定義目的、特點(diǎn)FTA工作要求常用事件、邏輯門符號故障樹分析定性分析定量分析重要度分析故障樹的簡化2025/4/21可靠性設(shè)計60概述切爾諾貝利核泄露事故、美國的挑戰(zhàn)者號升空后爆炸和印度的博帕爾化學(xué)物質(zhì)泄露。FMECA：單因素分析法，只能分析單個故障模式對系統(tǒng)的影響。FTA可分析多種故障因素（硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）的組合對系統(tǒng)的影響。FMECA和FTA是工程中最有效的故障分析方法，F(xiàn)MECA是FTA的基礎(chǔ)。各工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用：核工業(yè)、航空、航天、機(jī)械、電子、兵器、船舶、化工等。2025/4/21可靠性設(shè)計61泰坦尼克海難海難后果船體鋼材不適應(yīng)海水低溫環(huán)境，造成船體裂紋觀察員、駕駛員失誤，造成船體與冰山相撞船上的救生設(shè)備不足，使大多數(shù)落水者被凍死距其僅20海里的California號無線電通訊設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，無法收到求救信號，不能及時救援頂事件邏輯門中間事件底事件2025/4/21可靠性設(shè)計62電機(jī)故障樹2025/4/21可靠性設(shè)計63基本概念故障樹定義故障樹指用以表明產(chǎn)品哪些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。故障樹是一種邏輯因果關(guān)系圖，構(gòu)圖的元素是事件和邏輯門事件用來描述系統(tǒng)和元、部件故障的狀態(tài)邏輯門把事件聯(lián)系起來，表示事件之間的邏輯關(guān)系故障樹實(shí)例2025/4/21可靠性設(shè)計64基本概念故障樹分析（FTA）通過對可能造成產(chǎn)品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，畫出故障樹，從而確定產(chǎn)品故障原因的各種可能組合方式和(或)其發(fā)生概率。定性分析定量分析2025/4/21可靠性設(shè)計65基本概念FTA目的幫助判明可能發(fā)生的故障模式和原因，發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，采取改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性和安全性；計算故障發(fā)生概率；發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持；指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。

FTA特點(diǎn)是一種自上而下的圖形演繹方法；有很大的靈活性；綜合性：硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等；主要用于安全性分析。2025/4/21可靠性設(shè)計66FTA工作要求在產(chǎn)品研制早期就應(yīng)進(jìn)行FTA，以便早發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)。隨設(shè)計工作進(jìn)展，F(xiàn)TA應(yīng)不斷補(bǔ)充、修改、完善。“誰設(shè)計，誰分析”故障樹應(yīng)由設(shè)計人員在FMEA基礎(chǔ)上建立?？煽啃詫I(yè)人員協(xié)助、指導(dǎo)，并由有關(guān)人員審查，以保證故障樹邏輯關(guān)系的正確性。應(yīng)與FMEA工作相結(jié)合應(yīng)通過FMEA找出影響安全及任務(wù)成功的關(guān)鍵故障模式（即I、II類嚴(yán)酷度的故障模式）作為頂事件，建立故障樹進(jìn)行多因素分析，找出各種故障模式組合，為改進(jìn)設(shè)計提供依據(jù)。2025/4/21可靠性設(shè)計67FTA工作要求FTA輸出的設(shè)計改進(jìn)措施，必須落實(shí)到圖紙和有關(guān)技術(shù)文件中應(yīng)采用計算機(jī)輔助進(jìn)行FTA由于故障樹定性、定量分析工作量十分龐大，因此建立故障樹后，應(yīng)采用計算機(jī)輔助進(jìn)行分析，以提高其精度和效率。2025/4/21可靠性設(shè)計68故障樹常用事件符號符號說明底事件元、部件在設(shè)計的運(yùn)行條件下發(fā)生的隨機(jī)故障事件。實(shí)線圓——硬件故障虛線圓——人為故障未探明事件表示該事件可能發(fā)生，但是概率較小，勿需再進(jìn)一步分析的故障事件，在故障樹定性、定量分析中一般可以忽略不計。頂事件人們不希望發(fā)生的顯著影響系統(tǒng)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的故障事件。頂事件可由FMECA分析確定。中間事件故障樹中除底事件及頂事件之外的所有事件。2025/4/21可靠性設(shè)計69故障樹常用事件符號符號說明開關(guān)事件：已經(jīng)發(fā)生或必將要發(fā)生的特殊事件。條件事件：描述邏輯門起作用的具體限制的特殊事件。入三角形：位于故障樹的底部，表示樹的A部分分支在另外地方。出三角形：位于故障樹的頂部，表示樹A是在另外部分繪制的一棵故障樹的子樹。A2025/4/21可靠性設(shè)計70故障樹常用邏輯門符號符號說明相同轉(zhuǎn)移符號（A是子樹代號，用字母數(shù)字表示）：左圖表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號所指的地方去”右圖表示“由具有相同字母數(shù)字的符號處轉(zhuǎn)移到這里來”相似轉(zhuǎn)移符號（A同上）：左圖表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號所指結(jié)構(gòu)相似而事件標(biāo)號不同的子樹去”，不同事件標(biāo)號在三角形旁注明右圖表示“相似轉(zhuǎn)移符號所指子樹與此處子樹相似但事件標(biāo)號不同”2025/4/21可靠性設(shè)計71故障樹常用邏輯門符號符號說明與門Bi(i=1,2,…,n)為門的輸入事件，A為門的輸出事件Bi同時發(fā)生時，A必然發(fā)生，這種邏輯關(guān)系稱為事件交。用邏輯“與門”描述，邏輯表達(dá)式為或門當(dāng)輸入事件中至少有一個發(fā)生時，輸出事件A發(fā)生，稱為事件并。用邏輯“或門”描述，邏輯表達(dá)式為2025/4/21可靠性設(shè)計72故障樹常用邏輯門符號符號說明表決門：n個輸入中至少有r個發(fā)生，則輸出事件發(fā)生；否則輸出事件不發(fā)生。異或門：輸入事件B1，B2中任何一個發(fā)生都可引起輸出事件A發(fā)生，但B1，B2不能同時發(fā)生。相應(yīng)的邏輯代數(shù)表達(dá)式為2025/4/21可靠性設(shè)計73故障樹常用邏輯門符號符號說明禁止門：僅當(dāng)“禁門打開條件”發(fā)生時，輸入事件B發(fā)生才導(dǎo)致輸出事件A發(fā)生；打開條件寫入橢圓框內(nèi)。順序與門：僅當(dāng)輸入事件B按規(guī)定的“順序條件”發(fā)生時，輸出事件A才發(fā)生。非門：輸出事件A是輸入事件B的逆事件。2025/4/21可靠性設(shè)計74故障樹示例2025/4/21可靠性設(shè)計75故障樹定性分析目的

尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合（最小割集），即識別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式集合。幫助分析人員發(fā)現(xiàn)潛在的故障，發(fā)現(xiàn)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)設(shè)計。指導(dǎo)故障診斷，改進(jìn)使用和維修方案。

割集、最小割集概念割集：故障樹中一些底事件的集合，當(dāng)這些底事件同時發(fā)生時，頂事件必然發(fā)生。最小割集：若將割集中所含的底事件任意去掉一個就不再成為割集了，這樣的割集就是最小割集。2025/4/21可靠性設(shè)計76故障樹定性分析最小割集的意義最小割集對降低復(fù)雜系統(tǒng)潛在事故的風(fēng)險具有重大意義如果能使每個最小割集中至少有一個底事件恒不發(fā)生(發(fā)生概率極低)，則頂事件就恒不發(fā)生(發(fā)生概率極低)，設(shè)計時系統(tǒng)潛在事故的發(fā)生概率降至最低。消除可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)中的一階最小割集，可消除單點(diǎn)故障可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計要求不允許有單點(diǎn)故障。方法之一就是設(shè)計時進(jìn)行故障樹分析，找出一階最小割集，在其所在的層次或更高的層次增加“與門”，并使“與門”盡可能接近頂事件。最小割集可以指導(dǎo)系統(tǒng)的故障診斷和維修如果系統(tǒng)某一故障模式發(fā)生了，則一定是該系統(tǒng)中與其對應(yīng)的某一個最小割集中的全部底事件全部發(fā)生了。進(jìn)行維修時，如果只修復(fù)某個故障部件，雖然能夠使系統(tǒng)恢復(fù)功能，但其可靠性水平還遠(yuǎn)未恢復(fù)。根據(jù)最小割集的概念，只有修復(fù)同一最小割集中的所有部件故障，才能恢復(fù)系統(tǒng)可靠性、安全性設(shè)計水平。2025/4/21可靠性設(shè)計77故障樹定量分析假設(shè)獨(dú)立性：底事件之間相互獨(dú)立；兩態(tài)性：元、部件和系統(tǒng)只有正常和故障兩種狀態(tài)指數(shù)分布：元、部件和系統(tǒng)壽命故障樹的數(shù)學(xué)描述結(jié)構(gòu)函數(shù)典型邏輯門的結(jié)構(gòu)函數(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù)示例單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)典型邏輯門的概率計算頂事件發(fā)生概率計算2025/4/21可靠性設(shè)計78典型邏輯門的結(jié)構(gòu)函數(shù)

序號名稱描述1與門2或門3n中取r4異或門2025/4/21可靠性設(shè)計79結(jié)構(gòu)函數(shù)示例3.ETA2025/4/21可靠性設(shè)計81內(nèi)容提要事件樹分析的基本概念事件樹的建造事件樹的定量分析ETA與FTA的綜合應(yīng)用2025/4/21可靠性設(shè)計82事件樹分析的基本概念初因事件——可能引發(fā)系統(tǒng)安全性后果的系統(tǒng)內(nèi)部的故障或外部的事件。后續(xù)事件——在初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)生的其他事件，這些事件可能是系統(tǒng)功能設(shè)計中所決定的某些備用設(shè)施或安全保證設(shè)施的啟用，也可能是系統(tǒng)外部正?；蚍钦Ｊ录陌l(fā)生。后續(xù)事件一般是按一定順序發(fā)生的。后果事件——由初因事件和后續(xù)事件的發(fā)生或不發(fā)生所構(gòu)成的不同的結(jié)果。2025/4/21可靠性設(shè)計83事件樹的分支事件樹分析的基本概念2025/4/21可靠性設(shè)計84事件樹分析的基本概念確定初因事件：確定和分析可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全性后果的初因事件并進(jìn)行分類，對那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件劃分為一類。建造事件樹：確定和分析初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)生的后續(xù)事件，并進(jìn)一步確定這些事件發(fā)生的先后順序，按后續(xù)事件發(fā)生或不發(fā)生（二態(tài)）分析各種可能的結(jié)果，找出后果事件。事件樹的建造過程也是對系統(tǒng)的一個再認(rèn)識過程。事件樹的定量分析：對所建完的事件樹，收集、分析各事件的發(fā)生概率及其相互間的依賴關(guān)系，定量計算各后果事件的的發(fā)生概率，并進(jìn)一步分析評估其風(fēng)險。2025/4/21可靠性設(shè)計85事件樹建造連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)部件組成系統(tǒng)的事件樹有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹考慮人為因素的事件樹2025/4/21可靠性設(shè)計86橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)事件樹2025/4/21可靠性設(shè)計87橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡化事件樹2025/4/21可靠性設(shè)計88有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹2025/4/21可靠性設(shè)計89化學(xué)反應(yīng)器事件樹2025/4/21可靠性設(shè)計90考慮人為因素的事件樹2025/4/21可靠性設(shè)計91事件樹化簡當(dāng)某一非正常事件的發(fā)生概率極低時可以不列入后續(xù)事件中；當(dāng)某一后續(xù)事件發(fā)生后，其后的其他事件無論發(fā)生與否均不能減緩該事件鏈的后果時，該事件鏈即已結(jié)束。2025/4/21可靠性設(shè)計92事件樹定量分析確定初因事件的概率確定后續(xù)事件及各后果事件的發(fā)生概率評估各后果事件的風(fēng)險2025/4/21可靠性設(shè)計93簡化計算后果事件的概率P(IS1S2)=P(I)·P(S1)·P(S2)≈P(I)P(IS1F2)=P(I)·P(S1)·P(F2)≈P(I)·P(F2)P(IF1S2)=P(I)·P(F1)·P(S2)≈P(I)·P(F1)P(IF1F2)=P(I)·P(F1)·P(F2)2025/4/21可靠性設(shè)計94橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后果事件概率計算若假定系統(tǒng)中的各部件的故障是獨(dú)立的，則可計算出橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠度為：Pi—是后果事件，為系統(tǒng)成功的事件鏈的發(fā)生概率，i=1,2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,17,18,19,21,22。各事件鏈的發(fā)生概率可由各部件的可靠度Rj和不可靠度Fj

(j=A,B,C,D,E)求出，即：P1=RA·RB·RC·RD·REP2=RA·RB·RC·RD·FE

若各部件的可靠度RA=RB=RC=RD=RE=0.99，則系統(tǒng)的可靠度RS=0.999798。2025/4/21可靠性設(shè)計95精確計算后果事件的概率當(dāng)事件樹中的各事件的發(fā)生不是相