FMECA(PPT)

null故障模式影响及危害性故障模式影响及危害性分析 章文晋 北京航空航天大学可靠性工程研究所FMECA的定义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的目的FMECA的目的FMECA的主要目的是发现产品功能设计、硬件设计、工艺设计中的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量和可靠性水平提供改进依据。在产品寿命周期各阶段的FMECA方法在产品寿命周期各阶段的FMECA方法国外FMECA有关国外FMECA有关标准SAE ARP926 Design Analysis Procedure For Failure Mode,Effects and Criticality Analysis (FMECA)，1967.9.15 MIL-STD-1629 Procedures For Performing a Failrue Mode, Effects and Criticality Analysis. 1974.11.1 MIL-STD-2070 Procdeures For Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis For Aeronautical Equipment. 1977.6.12 SAE ARP 926A Fault/Failure Analysis Procedure. 1979.11.15 MIL-STD-1629A Procedures For Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis. 1980.11.24 IEC812-85 Analysis Techniques For System Reliability-Procedure For Failure Mode and Effects Analysis(FMEA).1985 SAE ARP1834 Fault/Failure Analysis For Digital Systems and Equipment. 1986.8.7国内FMECA有关标准国内FMECA有关标准GB7826-87 系统可靠性分析技术-失效模式和效应分析(FMEA)程序. 1987.6.3 HB6359-89 失效模式、影响及危害性分析程序. 1989.7.12 GJB1391-92 故障模式、影响及危害性分析程序. 1992.7.18 QJ2437-93 卫星故障模式影响和危害分析. 1993.3.2FMECA的步骤FMECA的步骤系统定义 FMEA CA 编制FMECA 系统定义系统定义 确定系统中进行FMECA的产品范围 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 制定判断系统及系统中的产品正常与故障的准则、选择FMECA方法等故障模式影响分析（FMEA）故障模式影响分析（FMEA）故障模式分析 故障原因分析 故障影响分析 故障检测方法分析 补偿分析故障与故障模式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（对某些产品如电子元器件、弹药等称为失效） 故障模式是故障的现形式，如短路、开路、断裂、过度耗损等功能故障与潜在故障功能故障与潜在故障功能故障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。 潜在故障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。潜在故障是一种指示功能故障将要发生的一种可鉴别（人工观察或仪器检测)的状态功能故障与潜在故障示意功能故障与潜在故障示意产品功能与故障模式产品功能与故障模式一个产品可能具有多种功能 每一个功能有可能具有多种故障模式任务剖面任务剖面任务剖面与故障模式任务剖面与故障模式任务剖面又由多个任务阶段组成 在每一个任务阶段系统中的产品又具有不同的工作模式 因此，在进行故障模式分析时，还要说明 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模式下发生的。典型故障模式典型故障模式故障原因分析故障原因分析导致产品功能故障或潜在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 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。故障原因又称为故障机理故障影响分析故障影响分析约定层次 故障影响 严酷度功能层次与结构层次功能层次与结构层次约定层次示例约定层次示例故障影响故障影响局部影响: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、功能或状态的影响故障检测方法分析故障检测方法分析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，如BIT(机内测试)、自动传感装置、传感仪器、音响报警装置、显示报警装置等。 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严酷度定义--GJB1391严酷度定义--GJB1391严酷度定义--汽车产品严酷度定义--汽车产品FMEA表格FMEA表格危害性分析危害性分析 危害性分析(CA)的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各种可能出现的产品故障的影响风险优先数法风险优先数法故障模式发生概率等级（Occurrence Probability Ranking，OPR） 和影响严酷度等级（Effect Severity Ranking，ESR） 检测难度等级（Detection Difficulty Ranking，DDR） 风险优先数RPN=OPR×ESR×DDR发生概率评分准则发生概率评分准则严酷度评分准则严酷度评分准则检测难度评分准则检测难度评分准则GJB1391—定性分析方法GJB1391—定性分析方法A级--经常发生 B级--有时发生 C级--偶然发生 D级--很少发生 E级--极少发生GJB1391定量分析方法GJB1391定量分析方法故障模式频数比α是产品的故障表现为确定的故障模式的比率。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λm是指产品总故障率λp与某故障模式频数比α的乘积故障模式频数比及模式故障率故障模式频数比及模式故障率故障影响概率故障影响概率 故障影响概率β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β。这多种最终影响的β值之和应为1。故障影响概率示例故障影响概率示例故障模式危害度与产品危害度故障模式危害度与产品危害度Cm(j)=α×β×λp×t, j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ Cr（j）= ∑Cmi(j)，i=1,2,…,n，n为该产品的故障模式总数，j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ Cm(j)代表了产品的工作时间t内以某一故障模式发生第j类严酷度类别的故障次数 ∑Cmi(j)表示某产品在第j类严酷度类别下的所有故障模式的危害度之和。 Cr（j）代表了某一产品在工作时间t内产生的第j类严酷度类别的故障次数。 null假设火车制动系统的故障率λp=0.01次/百万小时，工作时间t=20小时假设火车制动系统的故障率λp=0.01次/百万小时，工作时间t=20小时第一个故障模式“制动系统卡死”的模式危害度Cm1为: Cm1（Ⅱ）=α1×β11×λp×t =0.5×0.9×0.01×10-6×20=9×10-8 Cm1（Ⅰ）=α1×β12×λp×t =0.5×0.1×0.01×10-6×20=1×10-8第二个故障模式“制动效率降低”的模式危害度Cm2为: Cm2（Ⅱ）=α2×β21×λp×t =0.5×0.8×0.01×10-6×20=8×10-8 Cm2（Ⅰ）=α2×β22×λp×t =0.5×0.2×0.01×10-6×20=2×10-8 第二个故障模式“制动效率降低”的模式危害度Cm2为: Cm2（Ⅱ）=α2×β21×λp×t =0.5×0.8×0.01×10-6×20=8×10-8 Cm2（Ⅰ）=α2×β22×λp×t =0.5×0.2×0.01×10-6×20=2×10-8 制动系统的产品危害度Cr（j）分别为： Cr（Ⅰ）= Cm1（Ⅰ）+ Cm2（Ⅰ） =α1×β12×λp×t +α2×β22×λp×t =0.5×0.1×0.01×10-6×20 +0.5×0.2×0.01×10-6×20=3.0×10-7 Cr（Ⅱ）= Cm1（Ⅱ）+ Cm2（Ⅱ） =α1×β11×λp×t+α2×β21×λp×t =0.5×0.9×0.01×10-6×20 +0.5×0.8×0.01×10-6×20 =1.7×10-7 制动系统的产品危害度Cr（j）分别为： Cr（Ⅰ）= Cm1（Ⅰ）+ Cm2（Ⅰ） =α1×β12×λp×t +α2×β22×λp×t =0.5×0.1×0.01×10-6×20 +0.5×0.2×0.01×10-6×20=3.0×10-7 Cr（Ⅱ）= Cm1（Ⅱ）+ Cm2（Ⅱ） =α1×β11×λp×t+α2×β21×λp×t =0.5×0.9×0.01×10-6×20 +0.5×0.8×0.01×10-6×20 =1.7×10-7 危害性矩阵图危害性矩阵图危害性分析表格危害性分析表格补偿措施分析--设计补偿措施补偿措施分析--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(如优选元器件、热设计、降额设计、环境应力筛选和工艺改进等)补偿措施分析-- 操作人员补偿措施补偿措施分析-- 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FMECA原则FMECA原则分析工作的及时性 分析工作的有效性 分析工作的一致性 分析结果的可跟踪性 分析方法的综合性编制FMECA报告编制FMECA报告前言 系统的功能原理 系统定义 绘制系统的功能和可靠性方框图 FMECA概述 结论与建议 附件FMECA应用实例FMECA应用实例例：设计一个电压分压器，其功能要求为输入10V电压，输出7V电压。要求：选用适当的元器件实现该电路的功能，并用硬件的FMECA方法分析所设计的电路。 为了实现上述功能，设计了一个简单电路如图所示。 分压器的FMECA表 分压器的FMECA表分压器的改进措施分压器的改进措施在电路中增加一个保险丝或限流二极管，以防R2短路时产生的过电流（0.33A）烧坏用电负载。此项措施与上条措施取其一即可（可按成本的增加来权衡）； 如果用电负载不能承受V0=10V的高压，则在输出端增加一个限压二极管（齐纳二极管），将输出电压V0限在低于10V的某个值上； 选用高质量等级的精密电阻，使其参数漂移小于15%； 如果不采用提高R1、R2阻值的方法，则提高R1、R2的额定功率亦可以消除短路引起的烧坏电阻的后果。