《精编》潜在失效模式及后果分析基础讲义

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1、潜在失效模式及后果分析基础讲义 内容 1 FMEA基本原理1 1概述1 2FMEA的目的和意义1 3FMEA的方法类别1 4FMEA的分析步骤1 5FMEA过程详解1 5 1失效模式分析 1 5 2失效原因分析1 5 3失效影响分析1 5 4风险分析1 5 5失效检测方法分析1 5 6补偿措施分析1 5 7FMEA的注意事项2 FMEA分析方法应用介绍2 1典型的FMEA分析方法 内容 2 2ISO TS16949FMEA2 2 1设计FMEA2 2 2过程FMEA2 3FMEA的评价准则2 4FMEA工作表及填写方法2 5跟踪行动2 6FMEA的应用步骤2 7FMEA分析举例 内容 3 FM

2、EA的其它应用举例3 1使用阶段的FMEA应用例3 2品质保证计划中FMEA应用例3 3安全性保证计划的FMEA应用例3 4FMEA在汽车故障诊断装置设计时的应用3 5FMEA在可靠性维护中的应用 内容 1 失效模式影响分析原理 1 1概述潜在失效模式影响分析 FailureModeandEffectsAnalysis 简记为FMEA 是分析系统中每一产品所有可能产生的失效模式及其对系统造成的所有可能影响 并按每一个失效模式的严重程度 检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法 FMEA作为一种可靠性分析方法起源于美国 早在50年代初 美国格鲁门飞机公司在研制飞机主操纵系统时就采用FM

3、EA方法 取得了良好的效果 到了60年代后期和70年代初期 FMEA方法开始广泛地应用于航空 航天 舰船 兵器等军用系统的研制中 并逐渐渗透到机械 汽车 医疗设备等民用工业领域 取得显著的效果 国内在80年代初期 随着可靠性技术在工程中的应用 FMEA的概念和方法也逐渐被接受 目前在航空 航天 兵器 舰船 电子 机械 汽车 家用电器等工业领域 FMEA方法均获得了一定程度的普及 为保证产品的可靠性发挥了重要作用 可以说该方法经过长时间的发展与完善 已获得了广泛的应用与认可 成为在系统的研制中必须完成的一项可靠性分析工作 对车辆回收的研究结果表明 全面实施FMEA能够避免许多回收事件的发生 事先

4、花时间很好地进行综合的FMEA分析 能够容易 低成本地对产品或过程进行修改 从而减轻事后修改地危机 FMEA能够减少或消除因修改而带来更大损失的机会 适当的加以应用 FMEA是一个相互作用的过程 永无止境 返回 1 2FMEA的目的和意义 FMEA是设计 制造 工程师用来在最大范围内保证自己在设计或制造过程中能够充分考虑并指明潜在失效模式及相关的后果起因或机理的分析方法 FMEA以其最严密的形式总结了工程师进行零部件 子系统和系统设计 工艺过程设计 时的设计思想 这种系统化的方法与一个工程师在任何设计过程 制造计划过程 中正常经历的思想过程是一致的 并使之规范化 文件化 所有的FMEA分析最后

5、都要求制作FMEA分析表 它是FMEA分析结果的书面总结 因而FMEA分析为设计部门 生产规划部门 生产部门 质保部门等有关技术部门提供了共享的信息资源 另一方面 FMEA为以后同类产品进行设计提供了资料 FMEA是一组系统化的相互作用的过程 其目的是 发现 评价产品 过程中潜在的失效及其结果 确定与产品有关的过程潜在失效模式 评价失效对顾客的潜在影响 确定潜在制造或安装过程失效起因 确定减少失效发生或找出失效条件的过程控制变量 编制潜在失效模式分级表 然后建立考虑措施的优选体系 减轻缺陷的严重性 因此必须对零件的结构设计作更改 在缺陷到达用户手中之前或者零部件及总成品出厂前提高发现缺陷的概率

6、 返回 表1 1产品寿命周期各阶段的FMEA方法 在产品寿命周期内的不同阶段 FMEA的应用目的和应用方法略有不同 详见表1 1 从表1 1中可以看出 在产品寿命周期的各个阶段虽然有不同形式的FMEA 但其根本目的只有一个 即从产品设计 生产过程和产品使用角度发现各种缺陷与薄弱环节 从而提高产品的可靠性水平 1 3FMEA的方法类别 在汽车产品的开发过程中 FMEA主要分为以下两种 1 设计FMEA即DesignFMEA 简记为DFMEA 2 工艺FMEA即ProcessFMEA 简记为PFMEA 返回 1 4FMEA的分析步骤进行系统的FMEA一般按图1 1所示的步骤进行 1 明确分析范围根

7、据系统的复杂程度 重要程度 技术成熟性 分析工作的进度和费用约束等 确定进行FMEA的产品范围 2 系统任务分析描述系统的任务要求及系统在完成各种任务时所处的环境条件 系统的任务分析结果一般用任务剖面来描述 3 系统功能分析分析明确系统中的产品在完成不同的任务时所应具备的功能 工作方式及工作时间等 4 确定失效判据制订与分析判断系统及系统中产品正常与失效的准则 5 选择FMEA方法根据分析的目的和系统的研制阶段 选择相应的FMEA方法 制定FMEA的实施步骤及实施规范 6 实施FMEA分析FMEA包括失效模式分析 失效原因分析 失效影响分析 失效检测方法分析与补偿措施分析等步骤 失效模式分析是

8、找出系统中每一产品 或功能 生产要素 工艺流程 生产设备等 所有可能出现的失效模式 失效原因分析是找出每一个失效模式产生的原因 失效影响分析是找出系统中每一产品 或功能 生产要素 工艺流程 生产设备等 每一可能的失效模式所产生的影响 并按这些影响的严重程度进行分类 失效检测方法分析是分析每一种失效模式是否存在特定的发现该失效模式的检测方法 从而为系统的失效检测与隔离设计提供依据 补偿措施分析是针对失效影响严重的失效模式 提出设计改进和使用补偿的措施 7 给出FMEA结论根据失效模式影响分析的结果 找出系统中的缺陷和薄弱环节 并制定和实施各种改进与控制措施 以提高产品 或功能 生产要素 工艺流程

9、 生产设备等 的可靠性 或有效性 合理性等 下面以产品设计的FMEA为例阐述其基本概念和过程 用于其他分析的FMEA方法与用于产品设计的FMEA方法在原理上基本是一致的 返回 1 5FMEA过程详解 1 5 1失效模式分析失效是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态 对某些产品如汽车零部件 电子元器件等称为失效 而失效模式是失效的表现形式 如裂纹 变形 断裂 松动 泄漏 短路 开路等 一般在研究产品的失效时往往是从产品的失效现象人手 进而通过现象 即失效模式 找出失效原因 失效模式是FMEA分析的基础 同时也是进行其它失效分析 如故障树分析 事件树分析等 的基础之一 产品的失效

10、与产品所属系统的规定功能和规定条件密切相关 在对具体的系统进行失效分析时 必须首先明确系统在规定的条件下丧失规定功能的判别准则 即系统的失效判据 这样才能明确产品的某种非正常状态是否为该产品的失效模式 在进行失效模式分析时 应注意区分两类不同性质的失效 即功能失效和潜在失效 功能失效是指产品或产品的一部分不能完成预定功能的事件或状态 即产品或产品的一部分突然 彻底地丧失了规定的功能 潜在失效是指产品或产品的一部分将不能完成预定功能的事件或状态 潜在失效是一种指示功能失效将要发生的一种可鉴别 人工观察或仪器检测 的状态 例如 轮胎磨损到一定程度 可鉴别的状态 即发生爆胎失效 功能失效 图1 2中

11、给出了某金属材料的功能失效与潜在失效的示例 需要指出的是并不是所有的失效都经历潜在失效再到功能失效这一变化过程 在进行失效模式分析时 区分潜在失效模式与功能失效模式是十分必要的 如潜在失效模式可用于产品的失效监控与检测 在进行失效模式分析时还应注意 应确定和描述产品在每一种功能下的可能的失效模式 一个产品可能具有多种功能 而每一种功能又可能具有多种失效模式 分析人员的任务就是找出产品每一种功能的全部可能的失效模式 此外 复杂系统一般具有多种任务功能 在武器装备的研制中常用任务剖面描述不同的任务功能 而每个任务剖面又由多个任务阶段组成 产品在每一个任务阶段中又具有不同的工作模式 因此 在进行失效

12、模式分析时 还要说明产品的失效模式是在哪一个任务剖面的哪一个任务阶段的哪种工作模式下发生的 在系统的寿命周期内 分析人员经过各种目的的FMEA即可掌握系统的全部失效模式 但首先遇到的问题是在系统研制初期如何分析各产品可能的失效模式 一般来说 可通过统计 试验或分析预测来解决 即可遵循如下原则 对系统中直接采用的现有产品 可以以该产品在过去的使用中所发生的失效模式为基础 再根据该产品使用环境条件的异同进行分析修正 得到该产品的失效模式 对系统中的新产品 可根据该产品的功能原理进行分析预测 得到该产品的失效模式 或以与该产品具有相似功能的产品所发生的失效模式作为基础 分析判断该产品的失效模式 返回

13、 1 5 2失效原因分析 失效模式分析只说明了产品将以什么模式发生失效 并未说明产品为何发生失效的问题 因此 为了提高产品的可靠性 还必须分析产生每一失效模式的所有可能原因 分析失效原因一般从两方面着手 一方面是导致产品功能失效或潜在失效的产品自身的那些物理 化学变化过程等直接原因 另一方面是由于其他产品的失效 环境因素和人为因素等引起的间接失效原因 正确区分失效模式与失效原因是非常重要的 失效模式是可观察到的失效表现形式 而直接失效原因描述的是由于设计缺陷 质量缺陷 零部件误用和其他失效过程而导致失效的机理 例如 汽车轮胎负载过高 可以导致轮胎异常磨损 在这里 轮胎异常磨损 是失效模式 而

14、轮胎负载过高 是失效原因 机理 返回 1 5 3失效影响分析 复杂系统通常具有层次性结构 随着系统设计的进展 系统的层次划分方式也是不同的 一般情况下在设计的早期按系统的功能划分层次关系 随着设计的深入则既可按系统的功能也可按系统的结构化分层次关系 因此 FMEA既可以基于功能层次关系进行 也可以基于结构层次关系进行 在进行FMEA之前 应首先规定FMEA从哪个产品层次开始到哪个产品层次结束 这种规定的FMEA层次称为约定层次 一般将最顶层的约定层次称为初始约定层次 最底层的约定层次称为最低约定层次 约定层次的划分应当从效能 费用 进度等方面进行综合权衡 在系统的不同研制阶段内由于FMEA的目

15、的或侧重点不同 因而约定层次的划分不必强求一致 即使在同一研制阶段 由于组成系统的复杂性 在约定层次的划分上也不必完全相同 应依据组成系统的产品的实际情况确定约定层次 例如 对于由较多设计成熟 具有较好的继承性和经过了良好的可靠性 维修性和安全性验证的产品组成的系统 其约定层次可划分的粗而少 反之 对任何新设计的或虽有继承性但其可靠性 维修性和安全性水平未经验证的产品组成的系统 其约定层次要划分的多而细 并做认真详细的分析 此外 在确定最低约定层次时 可参照约定的或预定的维修 修理级别上的产品层次来确定 如维修时的最小可更换单元 当系统中某一产品的失效将直接引起灾难的或致命的后果时 则最低约定

16、层次应至少划分到这一产品所在的层次 约定层次划分的越多越细 则进行FMEA的工作量越大 失效影响系指产品的每一个失效模式对产品自身或其他产品的使用 功能和状态的影响 当分析系统中某产品的失效模式对其他产品的失效影响时通常按预定义的约定层次结构进行 即不仅要分析该失效模式对该产品所在相同层次的其他产品造成的影响 还要分析该失效模式对该产品所在层次的更高层次产品的影响 通常将这些按约定层次划分的失效影响分别称为局部影响 高 上 一层次影响和最终影响 系统中各产品的失效模式产生的最终影响往往是不同的 为了划分不同失效模式产生的最终影响的严重程度 在进行失效影响分析之前 一般需要对最终影响的后果等级进行预定义 从而对系统中各失效模式按其严重程度进行分级 在某些系统 一般为武器系统 中 最终影响的严重程度等级又称为严酷度 有时也称为严重度 系指失效模式所产生后果的严重程度 类别 严重程度等级 严酷度类别 定义应考虑到失效所造成的最坏的潜在后果 并根据最终可能出现的人员伤亡 系统损坏或经济损失的程度来确定 应注意 在进行最终影响分析时 当所分析的产品在系统设计中已采用余度设计 备用 工作方式设计或