故障模式影響及危害度分析 fmeca.ppt

1、2020/8/14,.,1,故障模式影響及危害度分析FMECA,2020/8/14,.,2,內容提要,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,2020/8/14,.,3,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 GJB450A-“ FMEA是找出設計上潛在缺陷的手段，是設計審查中必須重視的資料” 以往設計師依靠經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驗 系統(tǒng)的、全面的和標準

2、化的方法FMECA 設計階段發(fā)現(xiàn)對系統(tǒng)造成重大影響的元部件故障 設計更改、可靠性補償 FMEA是可靠性、維修性、保障性和安全性設計分析的基礎,2020/8/14,.,4,FMECA的概念,FMECA的定義 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(tǒng)中每一產品所有可能產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 從產品設計（功能設計、硬件設計、

3、軟件設計）、生產（生產可行性分析、工藝設計、生產設備設計與使用）和使用發(fā)現(xiàn)各種影響產品可靠性的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，為提高產品的質量和可靠性水平提供改進依據(jù)。,2020/8/14,.,5,FMECA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R、M、S、T、S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R設計的定性信息。 為確定需要重點控制質量及工藝的薄弱環(huán)節(jié)清單提供定性信息。 可及早發(fā)現(xiàn)設計、工藝中的各種缺陷。,2020/8/14,.,6,在產品壽命周期各

4、階段的FMECA方法,2020/8/14,.,7,FMECA方法分類,2020/8/14,.,8,FMECA的步驟,2020/8/14,.,9,1 系統(tǒng)定義,確定系統(tǒng)中進行FMECA的產品范圍 產品層次示例 約定層次規(guī)定的FMECA的產品層次 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)的功能任務及系統(tǒng)在完成各種功能任務時所處的環(huán)境條件 任務剖面、任務階段及工作方式 功能描述 制定系統(tǒng)及產品的故障判據(jù)、選擇FMECA方法等 故障判據(jù) 分析方法,2020/8/14,.,10,2 故障模式影響分析FMEA,2020/8/14,.,11,3 危害性分析(CA),分類：定性和定量 CA表,

5、2020/8/14,.,12,危害性矩陣圖,2020/8/14,.,13,FMECA輸出與注意的問題,FMECA輸出 單點故障模式清單 、類故障模式清單 可靠性關鍵件、重要件 不可檢測故障模式清單 危害性矩陣圖等 FMEA/CA表,2020/8/14,.,14,實施FMECA應注意的問題,強調“誰設計、誰分析”的原則 “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分析工作，可靠性專業(yè)人員應提供分析必須的技術支持。 實踐表明，F(xiàn)MECA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，是國內外開展FMECA工作經驗

6、的結晶。如果不由產品設計者實施FMECA，必然造成分析與設計的分離，也就背離了FMECA的初衷。,2020/8/14,.,15,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)的策劃，尤其是對復雜大系統(tǒng)，更應強調FMECA的重要性。要求的必要性體現(xiàn)在以下幾方面： 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(tǒng)的策劃，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，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果作為輸入，對相關分析活

7、動的策劃將有助于確保高層次產品FMECA的實施。 FMECA計劃階段事先規(guī)定的基本前提、假設、分析方法和數(shù)據(jù)，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。,2020/8/14,.,16,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。 規(guī)范性。分析工作應嚴格執(zhí)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(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

8、嚴重程度的度量，危害度是對故障模式的后果嚴重程度的發(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工程經驗的過程。,2020/8/14,.,17,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果。各單位可根據(jù)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。,2020/8/14,.,18,實施FMECA應注意的問題,FMECA的數(shù)

9、據(jù) 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(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品的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。有計劃有目的注意收集、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(shù)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。 FMECA應與其他分析方法相結合 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）相結合。,20

10、20/8/14,.,19,故障模式,故障與故障模式 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(tài)（對機械產品也稱失效） 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 產品功能與故障模式 一個產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,2020/8/14,.,20,典型故障模式,GJB1391故障模式影響及危害性分析,2020/8/14,.,21,機械產品典型故障模式,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

11、、磨損等。 松脫性：松動、脫焊等 失調型：如間隙不當、行程不當、壓力不當?shù)取?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。,2020/8/14,.,22,故障原因,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。 間接原因：由于其他產品的故障、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,2020/8/14,.,23,任務階段與工作方式,任務剖面又由多個任務階段組成 起落架任務階段： 起飛 著陸 空中飛行 地面滑行

12、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(fā)生的。,2020/8/14,.,24,任務剖面,2020/8/14,.,25,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(tài)的影響 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(tài)的影響 最終影響:指系統(tǒng)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(tài)的影響,2020/8/14,.,26,嚴酷度類

13、別,嚴酷度：產品故障造成的最壞后果的嚴重程度 嚴酷度類別定義(GJB1391),2020/8/14,.,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，應盡可能設計事前檢測方法,2020/8/14,.,28,補償措施,設計補償措施 產品發(fā)生故障時，能繼續(xù)安全工作的冗余設備 安全或保險裝置(如監(jiān)控及報警裝置) 可替換的工作方式(如備用或輔助設備) 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) 操作人員補償措施 特殊的使

14、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,2020/8/14,.,29,約定層次示例,故障影響,系統(tǒng)定義,2020/8/14,.,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 A級-經常發(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,2020/8/14,.,31,故障模式頻數(shù)比,故障模式頻數(shù)比 故障模式頻數(shù)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(shù)比之和

15、將為1 模式故障率m是指產品總故障率p與某故障模式頻數(shù)比的乘積 故障模式頻數(shù)比及模式故障率,2020/8/14,.,32,故障影響概率,故障影響概率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。這多種最終影響的值之和應為1 故障影響概率示例,2020/8/14,.,33,故障模式危害度與產品危害度,故障模式危害度評價單一故障模式危害性 Cm(j)=pt, j=， 產品危害度評價產品的危害性 Cr（j）= Cmi(j)，i=1,2,n，n為

16、該產品的故障模式總數(shù)，j=， 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。,2020/8/14,.,34,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,2020/8/14,.,35,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(tǒng)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。 約定層次

17、 初始約定層次為某型軍用教練機 約定層次圖 繪制方框圖 繪制功能結構方框圖 繪制可靠性框圖 故障判據(jù) 嚴酷度類別,2020/8/14,.,36,某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)約定層次,功能結構方框圖,2020/8/14,.,38,可靠性框圖,2020/8/14,.,39,故障判據(jù),升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生以下不滿足要求的情況之一，即認為該系統(tǒng)發(fā)生了故障： 舵面偏轉時應準確及時偏轉到規(guī)定位置； 左、右升降舵應保持同步偏轉； 飛機長期穩(wěn)定飛行時，舵面應保持確定的平衡位置； 舵面偏轉時無卡滯現(xiàn)象； 飛行中舵面無強烈振動現(xiàn)象； 調整片按要求能正常偏轉； 配重無松動現(xiàn)象； 舵面結構滿足了強度、剛度要求，沒有因疲勞、

18、腐蝕等導致其結構的損傷。,2020/8/14,.,40,嚴酷度類別,升降舵系統(tǒng)嚴酷度類別的定義,2020/8/14,.,41,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研和分析基礎上進行的，其結果比較真實可靠。 主要故障模式歸納該升降舵的故障模式是： 舵面偏轉不到位。其表現(xiàn)為駕駛桿行程加大，操縱不到位。 舵面偏轉困難（偏重），但無卡死現(xiàn)象。 卡滯。舵面轉動不靈活，有卡滯現(xiàn)象。 振動。由舵面的振動導致駕駛桿抖動。 結構故障。由于長期使用，舵面結構局部損傷，造成結構強度、剛度下降