系统可靠性分析方法资料

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1、可靠性设计,IV.系统可靠性分析方法,高嵩,2019/5/6,可靠性设计,1,本章内容,故障模式影响及危害性分析法 （FMECA） 故障树分析法（FTA） 事件树分析法（ETA）,1.FMECA,2019/5/6,可靠性设计,3,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 FMECA结果输出与注意的问题 应用案例,2019/5/6,可靠性设计,4,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

2、响 依赖于人的知识和工作经验,2019/5/6,可靠性设计,5,概述,系统的、全面的和标准化的方法 FMECA FMECA的发展 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 是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础,2019/5/6,可靠性设计,6,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 , 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。 FM

3、ECA是一种自下而上的归纳分析方法； FMEA和CA。,2019/5/6,可靠性设计,7,FMECA的概念,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）和产品使用角度发现各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。,2019/5/6,可靠性设计,8,FMECA的概念,FMECA的作用 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

4、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。 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。,2019/5/6,可靠性设计,9,FMECA方法分类,2019/5/6,可靠性设计,10,产品寿命周期各阶段的FMECA方法,2019/5/6,可靠性设计,11,FMECA的步骤,2019/5/6,可靠性设计,12,系统定义,明确分析范围 根据系统的复杂度、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

5、定层次系统最顶层 最低约定层次系统最底层,2019/5/6,可靠性设计,13,系统任务分析和功能分析 描述系统的任务要求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 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 功能描述 确定故障判据 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,系统定义,2019/5/6,可靠性设计,14,故障模式影响分析FMEA,FMEA的工作内容 故障模式分析 找出系统中每一产品所有可能出现的故障模式。 故障原因分析 找出每一个故障模式产生的原因。 故障影响分析 找出系统中每一产品的每一个可能的故障模式

6、所产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类。,2019/5/6,可靠性设计,15,故障模式影响分析FMEA,FMEA的工作内容 故障检测方法分析 分析每一种故障模式是否存在特定的发现该故障模式的检测方法，从而为系统的故障检测与隔离设计提供依据。 补偿措施分析 针对故障影响严重的故障模式，提出设计改进和使用补偿的措施。,2019/5/6,可靠性设计,16,故障模式影响分析FMEA,2019/5/6,可靠性设计,17,危害性分析(CA),目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中可能出现的产品故障的影响。CA是FMEA的补充或扩

7、展，只有在进行FMEA的基础上才能进行CA。 常用方法 风险优先数（Risk Priority Number, RPN）法 主要用于汽车等民用工业领域 危害性矩阵法 主要用于航空、航天等军用领域,2019/5/6,可靠性设计,18,危害性分析(CA),风险优先数法 RPN=OPRESRDDR OPR（Occurrence Probability Ranking） 故障模式发生概率等级 ESR（Effect Severity Ranking） 影响严酷度等级 DDR（Detection Diffculty Ranking ) 检测难度等级 上述三项因素通过评分获得。因此，首先应给出各项因素的评分

8、准则。,2019/5/6,可靠性设计,19,危害性分析(CA),发生概率等级OPR 用于评定某一特定的故障原因导致的某故障模式实际发生的可能性。,2019/5/6,可靠性设计,20,危害性分析(CA),严酷度等级ESR 用于评定所分析的故障模式的最终影响。,2019/5/6,可靠性设计,21,危害性分析(CA),检测难度等级DDR 用于评定通过企业内部预定的检验程序查出引起所分析的故障模式的各种原因的可能性。,2019/5/6,可靠性设计,22,危害性分析(CA),危害性矩阵法 分类：定性和定量 CA表,2019/5/6,可靠性设计,23,危害性分析(CA),危害性矩阵图 绘制危害性矩阵图的目

9、的是比较每个故障模式的危害程度，进而为确定改进措施的先后顺序提供依据。危害性矩阵是在某一特定严酷度级别下，产品各个故障模式危害程度或产品危害度相对结果的比较。 与RPN一样具有指明风险优先顺序的作用。,1,2,2019/5/6,可靠性设计,24,FMECA结果输出,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,2019/5/6,可靠性设计,25,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

10、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的分离，也就背离了FMECA的初衷。,2019/5/6,可靠性设计,26,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

11、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。,2019/5/6,可靠性设计,27,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

12、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。,2019/5/6,可靠性设计,28,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

13、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。,2019/5/6,可靠性设计,29,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FMECA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。,2019/5/6,可靠性设计,30,实施FMECA应注意的问题,

14、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。,2019/5/6,可靠性设计,31,故障模式分析,故障与故障模式 故障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（对电子元器件、弹药、机械产品也称失效）。 故障模式是故障的表现形式，如短路、开路、起落架撑杆断裂、作动筒间隙不当、收放不到位、过度耗损等。 一般在研究产品的故障时往往从产品的故障现象入手，进而通过现象找出故障原因。故

15、障模式是 FMECA分析的基础，同时也是进行其它故障分析（如故障树分析、事件树分析等）的基础之一。,2019/5/6,可靠性设计,32,故障模式分析,故障判据 产品的故障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故障分析时，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，即系统的故障判据，这样才能明确产品的某种非正常状态是否为该产品的故障模式。 注意区分两类不同性质的故障 功能故障 指产品或产品的一部分不能完成预定功能的事件或状态。 潜在故障 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。,2019/5/6,可靠性设计,33,故障模式分析,注意穷尽可能的故障模式

16、 一个产品可能具有多种功能 起落架：支撑、滑跑、收放等 每一种功能又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 因此，分析人员的任务就是找出产品每一种功能的全部可能的故障模式。 对于一般具有多种任务功能的复杂系统，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哪种工作模式下发生的。,2019/5/6,可靠性设计,34,故障模式分析,系统研制初期分析故障模式的原则 在系统的寿命周期内，分析人员经过各种目的 FMECA即可掌握系统的全部故障模式，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故障模式。一般地说，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故障模式为基础，再根据该产品使用环境条件的异同进行分析修正，得到该产品的故障模式。 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，得到该产品的故障模式，或以与该产品具有相似功能