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1、2018/12/19,1,故障模式影响及危害度分析 FMECA,2018/12/19,2,内容提要,概述 FMECA的定义、目的和作用 FMECA的方法 FMECA的步骤 系统定义 故障模式影响分析 危害性分析 危害性矩阵图 FMECA输出与注意的问题 应用案例,2018/12/19,3,概述,元部件的故障对系统可造成重大影响 灾难性的影响 挑战者升空爆炸发动机液体燃料管垫圈不密封 致命性的影响 起落架上位锁打不开 以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响 依赖于人的知识和工作经验 系统的、全面的和标准化的方法FMECA 设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障 设计更改、可靠性补偿 是
2、可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础,2018/12/19,4,FMECA的概念,FMECA的定义 故障模式影响及危害性分析(Failure Mode ,Effects and Criticality analysis , 简记为FMECA)是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。 FMECA是一种自下而上的归纳分析方法； FMEA和CA。 FMECA的目的 从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产（生产可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和使用发现各种影响产品可靠性的缺陷
3、和薄弱环节，为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。,2018/12/19,5,FMECA作用,保证有组织地定性找出系统的所有可能的故障模式及其影响，进而采取相应的措施。 为制定关键项目和单点故障等清单或可靠性控制计划提供定性依据。 为可靠性（R）、维修性（M）、安全性（S）、测试性（T）和保障性（S）工作提供一种定性依据。 为制定试验大纲提供定性信息。 为确定更换有寿件、元器件清单提供使用可靠性设计的定性信息。 为确定需要重点控制质量及工艺的薄弱环节清单提供定性信息。 可及早发现设计、工艺中的各种缺陷。,2018/12/19,6,FMECA方法分类,2018/12/19,7,在产品寿命周期
4、 各阶段的FMECA方法,2018/12/19,8,FMECA的步骤,2018/12/19,9,1 系统定义,确定系统中进行FMECA的产品范围 产品层次示例 约定层次规定的FMECA的产品层次 初始约定层次系统最顶层 最低约定层次系统最底层 描述系统的功能任务及系统在完成各种功能任务时所处的环境条件 任务剖面、任务阶段及工作方式 功能描述 制定系统及产品的故障判据、选择FMECA方法等 故障判据 分析方法,2018/12/19,10,2 故障模式影响分析FMEA,2018/12/19,11,3 危害性分析(CA),分类：定性和定量 CA表,2018/12/19,12,危害性矩阵图,2018/
5、12/19,13,FMECA输出与注意的问题,FMECA输出 单点故障模式清单 、类故障模式清单 可靠性关键件、重要件 不可检测故障模式清单 危害性矩阵图等 FMEA/CA表,2018/12/19,14,实施FMECA应注意的问题,强调“谁设计、谁分析”的原则 “谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员应负责完成该产品的FMECA工作，可靠性专业人员应提供分析必须的技术支持。 实践表明，FMECA工作是设计工作的一部分。“谁设计、谁分析”、及时改进是进行FMECA的宗旨，是确保FMECA有效性的基础，也是国内外开展FMECA工作经验的结晶。如果不由产品设计者实施FMECA，必然造成分析与设计
6、的分离，也就背离了FMECA的初衷。,2018/12/19,15,实施FMECA应注意的问题,重视FMECA的策划 实施FMECA前，应对所需进行的FMECA活动进行完整、全面、系统地策划，尤其是对复杂大系统，更应强调FMECA的重要性。其必要性体现在以下几方面： 结合产品研制工作，运用并行工程的原理，对所需的FMECA进行完整、全面、系统地策划，将有助于保证FMECA分析的目的性、有效性，以确保FMECA工作与研制工作同步协调，避免事后补做的现象。 对复杂大系统，总体级的FMECA往往需要低层次的分析结果作为输入，对相关分析活动的策划将有助于确保高层次产品FMECA的实施。 FMECA计划阶
7、段事先规定的基本前提、假设、分析方法和数据，将有助于在不同产品等级和承制方之间交流和共享，确保分析结果的一致性、有效性和可比性。,2018/12/19,16,实施FMECA应注意的问题,保证FMECA的实时性、规范性、有效性 实时性。FMECA工作应纳入研制工作计划、做到目的明确、管理务实；FMECA工作与设计工作应同步进行，将FMECA结果及时反馈给设计过程。 规范性。分析工作应严格执行FMECA计划、有关标准/文件的要求。分析中应明确某些关键概念，比如：故障检测方法是系统运行或维修时发现故障的方法；严酷度是对故障模式最终影响严重程度的度量，危害度是对故障模式后果严重程度的发生可能性的综合度
8、量，两者是不同的概念，不能混淆。 有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪和分析，以验证其有效性。这种过程也是积累FMECA工程经验的过程。,2018/12/19,17,实施FMECA应注意的问题,FMECA的剪裁和评审 FMECA作为常用的分析工具，可为可靠性、安全性、维修性、测试性和保障性等工作提供信息，不同的应用目的可能得到不同的分析结果。各单位可根据具体的产品特点和任务对FMECA的分析步骤、内容进行补充，剪裁，并在相应文件中予以明确。,2018/12/19,18,实施FMECA应注意的问题,FMECA的数据 故障模式是FMECA的基础。能否获得故障模式的相关信息是决定FMEC
9、A工作有效性的关键。若进行定量分析时还需故障的具体数据，这些数据除通过试验获得外，一般是需要通过相似产品的历史数据进行统计分析。有计划有目的地注意收集、整理有关产品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及频数比的相关故障信息库，这是开展有效的FMECA工作的基本保障之一。 FMECA应与其他分析方法相结合 FMECA虽是有效的可靠性分析方法，但并非万能。它不能代替其他可靠性分析工作。应注意FMECA一般是静态的、单一因素的分析方法。在动态方面还很不完善，若对系统实施全面分析还需与其他分析方法（如FTA、ETA等）相结合。,2018/12/19,19,故障模式,故障与故障模式 故障是产品或产品的一
10、部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态（对机械产品也称失效） 故障模式是故障的表现形式，如起落架撑杆断裂、作动筒间隙不当、收放不到位等 产品功能与故障模式 一个产品可能具有多种功能 起落架：支撑、滑跑、收放等 每一个功能有可能具有多种故障模式 支撑：降落时折起 滑跑：震动 收放：收不起、放不下,2018/12/19,20,典型故障模式,GJB1391故障模式影响及危害性分析,2018/12/19,21,机械产品典型故障模式,故障模式可分为以下七大类： 损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。 退化型：如老化、腐蚀、磨损等。 松脱性：松动、脱焊等 失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。
11、 堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。 功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。 其他：润滑不良等。,2018/12/19,22,故障原因,直接原因：导致产品功能故障的产品自身的那些物理、化学或生物变化过程等，直接原因又称为故障机理。 间接原因：由于其他产品的故障、环境因素和人为因素等引起的外部原因。 例如起落架上位锁打不开 直接原因：锁体间隙不当、弹簧老化等 间接原因：锁支架刚度差,2018/12/19,23,任务阶段与工作方式,任务剖面又由多个任务阶段组成 起落架任务阶段： 起飞 着陆 空中飞行 地面滑行 工作方式： 可替换 有余度 上位锁开锁：液压、手动钢索、冷气 因此，在进行故障模
12、式分析时，要说明产品的故障模式是在哪一个任务剖面的哪一个任务阶段的什么工作方式下发生的。,2018/12/19,24,任务剖面,2018/12/19,25,故障影响,故障影响与约定层次 约定层次示例 故障影响 局部影响:某产品的故障模式对该产品自身和与该产品所在约定层次相同的其他产品的使用、功能或状态的影响 高一层次影响:某产品的故障模式对该产品所在约定层次的高一层次产品的使用、功能或状态的影响 最终影响:指系统中某产品的故障模式对初始约定层次产品的使用、功能或状态的影响,2018/12/19,26,严酷度类别,严酷度：产品故障造成的最坏后果的严重程度 严酷度类别定义(GJB1391),201
13、8/12/19,27,故障检测方法,故障检测方法一般包括目视检查、离机检测、原位测试等手段： 自动传感装置 传感仪器 音响报警装置 显示报警装置 故障检测一般分为事前检测与事后检测两类，对于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测方法。,2018/12/19,28,补偿措施,设计补偿措施 产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备 安全或保险装置(如监控及报警装置) 可替换的工作方式(如备用或辅助设备) 可以消除或减轻故障影响的设计或工艺改进(如概率设计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等) 操作人员补偿措施 特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发生 一旦出现某故障后操作人员应采取的最恰当的补救措施
14、,2018/12/19,29,约定层次示例,故障影响,系统定义,2018/12/19,30,故障概率等级或数据来源,故障概率等级定性分析方法 A级-经常发生 20% B级-有时发生 10% 20% C级-偶然发生 1% 10% D级-很少发生 0.1% 1% E级-极少发生 0.1% 数据来源 预计值 分配值 外场评估值等,在产品的使用期间以高概率发生。高概率可定义为某一故障模式发生的概率大于产品使用期间总故障概率的20%,在产品的使用期间以中等概率发生。中等概率可定义为某一故障模式发生的概率大于产品使用期间总故障概率的10%，而小于20%,在产品的使用期间以偶然概率发生。偶然概率可定义为某一
15、故障模式发生的概率大于产品使用期间总故障概率的1%，而小于10%,在产品的使用期间以很少概率发生。很少概率可定义为某一故障模式发生的概率大于产品使用期间总故障概率的0.1%，而小于1%,在产品的使用期间，某故障的发生概率基本为0。极少发生可定义为某一故障模式发生的概率小于产品使用期间总故障概率的0.1%,2018/12/19,31,故障模式频数比,故障模式频数比 故障模式频数比是产品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考虑某产品所有可能的故障模式，则其故障模式频数比之和将为1 模式故障率m是指产品总故障率p与某故障模式频数比的乘积 例：故障模式频数比及模式故障率,2018/12/19
16、,32,故障影响概率,故障影响概率是指假定某故障模式已发生时，导致确定的严酷度等级的最终影响的条件概率。某一故障模式可能产生多种最终影响，分析人员不但要分析出这些最终影响还应进一步指明该故障模式引起的每一种故障影响的百分比，此百分比即为。这多种最终影响的值之和应为1 故障影响概率示例,2018/12/19,33,故障模式危害度与产品危害度,故障模式危害度评价单一故障模式危害性 Cm(j)=pt, j=， 产品危害度评价产品的危害性 Cr(j)= Cmi(j)， i=1,2,n n为该产品的故障模式总数，j=， Cmi(j)产品在第j类严酷度类别下的所有故障模式的危害度之和,2018/12/19,34,某型军用教练飞机升降舵系统的FMECA,系统定义 系统组成及功能 约定层次 绘制可靠性方框图 故障判据 严酷度类别 FMECA表的填写 FMECA表格的选取 FMECA表中信息来源 主要故障模
