第5章故障模式、影響及危害

1、哈爾濱工業(yè)大學工業(yè)工程系哈爾濱工業(yè)大學工業(yè)工程系可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章1故障模型、影響及危害性分析故障模型、影響及危害性分析Failure Mode ，Effects and Criticality Analysis2可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章主要內(nèi)容主要內(nèi)容o 故障模式影響及危害分析概述故障模式影響及危害分析概述 o 故障模式影響分析故障模式影響分析o 危害性分析危害性分析o 損壞模式及影響分析損壞模式及影響分析 o 應用案例應用案例3可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章概述概述o元部件的故障對系統(tǒng)可造成重大影響元部件的故障對系統(tǒng)可造成重

2、大影響n災難性的影響o挑戰(zhàn)者升空爆炸發(fā)動機液體燃料管墊圈不密封n致命性的影響o起落架上位鎖打不開o以往設計師依靠經(jīng)驗判斷元部件故障對系統(tǒng)的影響以往設計師依靠經(jīng)驗判斷元部件故障對系統(tǒng)的影響n依賴于人的知識和工作經(jīng)驗o系統(tǒng)的、全面的和標準化的方法系統(tǒng)的、全面的和標準化的方法FMECAn設計階段發(fā)現(xiàn)對系統(tǒng)造成重大影響的元部件故障n設計更改、可靠性補償o是可靠性、維修性、保障性和安全性設計分析的基礎是可靠性、維修性、保障性和安全性設計分析的基礎4可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章FMECA的概念的概念oFMEA的定義的定義n故障模式影響分析（ Failure Mode ,Effects a

3、nd Criticality analysis，F(xiàn)MEA ）是在產(chǎn)品設計過程中，分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)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、檢測難易程度以及發(fā)生頻度予以分類的一種歸納分析方法。oFMECA的定義的定義n故障模式影響及危害性分析(Failure Mode ,Effects and Criticality analysis , 簡記為FMECA)是分析產(chǎn)品中每一個可能的故障模式并確定其對產(chǎn)品所產(chǎn)生的影響，提出可能采取的預防改進措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設計分析方法。oFMECA是一種自下而上的歸納分析方法；o是包含F(xiàn)MEA和危害性分析（cr

4、iticality analysis，CA）的組合分析方法。5可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章FMECA的的作用作用 o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。o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)。o為可靠性（R）、維修性（M）、安全性（S）、測試性（T）和保障性（S）工作提供一種定性依據(jù)。o為制定試驗大綱提供定性信息。o為確定更換元器件清單提供使用可靠性設計的定性信息。o為確定需要重點控制質(zhì)量及工藝的薄弱環(huán)節(jié)清單提供定性信息。o可及早發(fā)現(xiàn)設計、工藝中的各種缺陷。 6可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章FMECA

5、分析分析方法分類方法分類7可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章在產(chǎn)品壽命周期各階段的在產(chǎn)品壽命周期各階段的FMECA方法方法論證與方案階段論證與方案階段工程研制階段工程研制階段生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段使用階段使用階段方方法法功能功能FMECA硬件硬件FMECA軟件軟件FMECA損壞模式影響分損壞模式影響分析析過程過程FMECA統(tǒng)計統(tǒng)計FMECA目目的的分析研究系統(tǒng)功分析研究系統(tǒng)功能設計的缺陷與能設計的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)功能設計的改統(tǒng)功能設計的改進和方案的權衡進和方案的權衡提供依據(jù)。提供依據(jù)。分析研究系統(tǒng)硬件、分析研究系統(tǒng)硬件、軟件設計的缺陷與軟件設計的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)

6、薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)的硬件、軟件設計的硬件、軟件設計改進和保障性分析改進和保障性分析提供依據(jù)。提供依據(jù)。分析研究所設計分析研究所設計的生產(chǎn)工藝過程的生產(chǎn)工藝過程的缺陷和薄弱環(huán)的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)及其對產(chǎn)品的節(jié)及其對產(chǎn)品的影響，為生產(chǎn)工影響，為生產(chǎn)工藝的設計改進提藝的設計改進提供依據(jù)。供依據(jù)。分析研究產(chǎn)品使用過分析研究產(chǎn)品使用過程中實際發(fā)生的故障、程中實際發(fā)生的故障、原因及其影響，為提原因及其影響，為提供產(chǎn)品使用可靠性和供產(chǎn)品使用可靠性和進行產(chǎn)品的改進、改進行產(chǎn)品的改進、改型或新產(chǎn)品的研制提型或新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。供依據(jù)。8可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章FMECA的步驟的步驟9可靠性與

7、智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章系統(tǒng)定義系統(tǒng)定義o確定系統(tǒng)中進行確定系統(tǒng)中進行FMECA的產(chǎn)品范圍的產(chǎn)品范圍n產(chǎn)品層次示例n約定層次規(guī)定的FMECA的產(chǎn)品層次n初始約定層次系統(tǒng)最頂層n最低約定層次系統(tǒng)最底層o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)境條件的環(huán)境條件n任務剖面、任務階段及工作方式n功能描述o制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)、選擇制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)、選擇FMECA方法等方法等n故障判據(jù)n分析方法10可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障模式影響分析故障模式影響分析FMEAo方法的分類方法的分類n硬件法硬件法

8、o根據(jù)產(chǎn)品的功能對每個故障模式進行評價，用表格列出各個產(chǎn)品，并對可能發(fā)生的故障模式及其影響進行分析。n適合于產(chǎn)品設計圖紙及其他工程設計資料明確確定時采用。n是一種自下而上的分析方法，比較嚴格n功能法功能法o將每個產(chǎn)品的每個功能一一列出，并對它們的故障模式進行分析。n適合于產(chǎn)品構(gòu)成不確定，或產(chǎn)品的復雜程度要求從初始約定層開始向下分析時n相對簡單，故可以忽略某些故障模式11可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章FMEA基本步驟基本步驟12可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章FMEA分析表格分析表格13可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章典型故障模式典型故障模式GJB13

9、91故障模式影響及危害性分析序序故障模式故障模式序序故障模式故障模式序序故障模式故障模式1結(jié)構(gòu)故障結(jié)構(gòu)故障(破損破損)12 超出允差超出允差(下限下限)23 滯后運行滯后運行2捆結(jié)或卡死捆結(jié)或卡死13 意外運行意外運行24 錯誤輸入錯誤輸入(過大過大)3振動振動14 間歇性工作間歇性工作25 錯誤輸入錯誤輸入(過小過小)4不能保持正常位置不能保持正常位置15 漂移性工作漂移性工作26 錯誤輸出錯誤輸出(過大過大)5打不開打不開16 錯誤指示錯誤指示27 錯誤輸出錯誤輸出(過小過小)6關不上關不上17 流動不暢流動不暢28 無輸入無輸入7誤開誤開18 錯誤動作錯誤動作29 無輸出無輸出8誤關誤關

10、19 不能關機不能關機30 (電的電的)短路短路9內(nèi)部漏泄內(nèi)部漏泄20 不能開機不能開機31 (電的電的)開路開路10 外部漏泄外部漏泄21 不能切換不能切換32 (電的電的)漏泄漏泄11 超出允差超出允差(上限上限)22 提前運行提前運行33 其它其它14可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章機械產(chǎn)品典型故障模式機械產(chǎn)品典型故障模式o 故障模式可分為以下七大類：故障模式可分為以下七大類：n損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。n退化型：如老化、腐蝕、磨損等。n松脫性：松動、脫焊等n失調(diào)型：如間隙不當、行程不當、壓力不當?shù)?。n堵塞或滲漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。n功能型：如性能不

11、穩(wěn)定、性能下降、功能不正常。n其他：潤滑不良等。15可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障原因故障原因o直接原因：導致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那直接原因：導致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學或生物變化過程等，直接原因又些物理、化學或生物變化過程等，直接原因又稱為故障機理。稱為故障機理。o間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和人為因素等引起的外部原因。人為因素等引起的外部原因。o例如例如起落架上位鎖打不開起落架上位鎖打不開n直接原因：鎖體間隙不當、彈簧老化等n間接原因：鎖支架剛度差16可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章任務階

12、段與工作方式任務階段與工作方式o任務剖面又由多個任務階段組成任務剖面又由多個任務階段組成n起落架任務階段：o起飛o著陸o空中飛行o地面滑行o工作方式：工作方式：n可替換n有余度o上位鎖開鎖：液壓、手動鋼索、冷氣o因此，在進行故障模式分析時，要說明產(chǎn)品的故障模式因此，在進行故障模式分析時，要說明產(chǎn)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。下發(fā)生的。17可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障影響故障影響o故障影響與約定層次故障影響與約定層次o故障影響故障影響n局部影響:某產(chǎn)品的故障模式對該產(chǎn)品自身和與該產(chǎn)品所在

13、約定層次相同的其他產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響n高一層次影響:某產(chǎn)品的故障模式對該產(chǎn)品所在約定層次的高一層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響n最終影響:指系統(tǒng)中某產(chǎn)品的故障模式對初始約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響18可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障檢測方法故障檢測方法o故障檢測方法一般包括目視檢查、離機檢測、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：原位測試等手段：n自動傳感裝置n傳感儀器n音響報警裝置n顯示報警裝置o故障檢測一般分為事前檢測與事后檢測兩類，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對于潛在故障模式，應盡可

14、能設計事前檢測方法。法。19可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章補償措施補償措施o設計補償措施設計補償措施n產(chǎn)品發(fā)生故障時，能繼續(xù)安全工作的冗余設備n安全或保險裝置(如監(jiān)控及報警裝置)n可替換的工作方式(如備用或輔助設備)n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)o操作人員補償措施操作人員補償措施n特殊的使用和維護規(guī)程，盡量避免或預防故障的發(fā)生n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20可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章危害性分析危害性分析CAo分析的目的分析的目的n是按照每一故障模式的嚴酷度類別及故障模式的發(fā)生概率所

15、產(chǎn)生的綜合影響對其劃等分類，以便全面地評價各種可能出現(xiàn)的故障模式的影響。o分析方法的分類分析方法的分類n定性分析法定性分析法o按照故障發(fā)生的概率按照一定的規(guī)定分成A,B,C,D,E級。o適用于得不到產(chǎn)品技術狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)時使用。n定量分析法定量分析法o適用于具備技術狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)時使用21可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章危害性分析步驟危害性分析步驟o第一步：填寫危害性分析表第一步：填寫危害性分析表22可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障概率等級或數(shù)據(jù)來源故障概率等級或數(shù)據(jù)來源o故障概率等級故障概率等級定性分析方法定性分析方法nA級-經(jīng)常發(fā)生 20%nB級

16、-有時發(fā)生 10% 20%nC級-偶然發(fā)生 1% 10%nD級-很少發(fā)生 0.1% 1%nE級-極少發(fā)生 .0.1%o數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源n預計值n分配值n外場評估值等23可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比o故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比n故障模式頻數(shù)比是產(chǎn)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(chǎn)品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數(shù)比之和將為1n模式故障率m是指產(chǎn)品總故障率p與某故障模式頻數(shù)比的乘積o例：故障模式頻數(shù)比及模式故障率氣體控制活門故障模式氣體控制活門故障模式故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比 產(chǎn)品故障率產(chǎn)品故障率p模式故障率模式故障率m

17、不閉合不閉合不打開不打開外部漏氣外部漏氣34%57%9%0123450.041970.070360.01111總總 計計10 0.1234524可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障影響概率故障影響概率o故障影響概率n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(chǎn)生多種最終影響，分析影響的條件概率。某一故障模式可能產(chǎn)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，此百分比即為起的每

18、一種故障影響的百分比，此百分比即為。這多種最終。這多種最終影響的影響的值之和應為值之和應為1n故障影響概率示例25可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障模式危害度與產(chǎn)品危害度故障模式危害度與產(chǎn)品危害度o故障模式危害度故障模式危害度評價單一故障模式危害性評價單一故障模式危害性nCm(j)=pt, j=， o產(chǎn)品危害度產(chǎn)品危害度評價產(chǎn)品的危害性評價產(chǎn)品的危害性nCr(j)= Cmi(j)，i=1,2,nn為該產(chǎn)品的故障模式總數(shù)，j=，nCmi(j)產(chǎn)品在第j類嚴酷度類別下的所有故障模式的危害度之和26可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章危害性分析步驟（續(xù)）危害性分析步驟（續(xù)）

19、o第二步：繪制第二步：繪制危害性矩陣圖危害性矩陣圖27可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章?lián)p壞模式及影響分析損壞模式及影響分析DMEAo分析的目的分析的目的n目的是為生存力和易損性提供依據(jù)。n確定由于戰(zhàn)斗力損傷所造成的損壞程度，以便提供與特定的威脅機理所引起的損壞有關的數(shù)據(jù)及損壞模式對武器系統(tǒng)執(zhí)行任務基本功能的影響。n主要應用于武器系統(tǒng)。o分析方法分析方法n考慮產(chǎn)品可能產(chǎn)生的所有故障模式和損壞模式；n了解每個故障模式和損壞模式對于系統(tǒng)的影響；n分析系統(tǒng)的基本功能、任務能力、敵方威脅能力和敵方武器影響之間的關系。28可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章?lián)p壞模式及影響分析損壞模

20、式及影響分析DMEAo分析的步驟分析的步驟n以FMEA為基礎，并予以擴展。（1）明確武器系統(tǒng)執(zhí)行任務的基本功能o按每個任務階段確定對武器系統(tǒng)執(zhí)行任務基本功能的要求，這些基本功能應規(guī)定到可確定完成功能所需要的各個分系統(tǒng)和重要部件的約定層次上。（2）重要部件的確定o利用系統(tǒng)簡圖或功能框圖、嚴酷度類別及規(guī)定的武器系統(tǒng)執(zhí)行任務的基本功能，確定完成每一任務的餓基本功能所需的分系統(tǒng)和重要部件（3）研究一般部件的損壞能否產(chǎn)生危險壞境，導致重要部件發(fā)生危險。29可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章DMEA分析表格分析表格30可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章應用舉例應用舉例某型軍用教練飛

21、機升降舵系統(tǒng)的某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECA31可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECAo實施實施FMECA的基本步驟的基本步驟32可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECAo系統(tǒng)組成及功能系統(tǒng)組成及功能n某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)是單梁盒式薄壁結(jié)構(gòu)，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結(jié)構(gòu)。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(diào)整片、翼尖配重。33可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)

22、的某型軍用教練飛機升降舵系統(tǒng)的FMECAo約定層次約定層次 n初始約定層次為某型軍用教練機n約定層次圖 34可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章功能結(jié)構(gòu)方框圖功能結(jié)構(gòu)方框圖o繪制方框圖繪制方框圖n繪制功能結(jié)構(gòu)方框圖功能結(jié)構(gòu)方框圖35可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章可靠性框圖可靠性框圖o繪制方框圖繪制方框圖n繪制可靠性框圖可靠性框圖36可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章故障判據(jù)故障判據(jù)o升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，即認為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：即認為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：n舵面偏轉(zhuǎn)時應準確及時偏轉(zhuǎn)到規(guī)定位置；n左、

23、右升降舵應保持同步偏轉(zhuǎn)；n飛機長期穩(wěn)定飛行時，舵面應保持確定的平衡位置；n舵面偏轉(zhuǎn)時無卡滯現(xiàn)象；n飛行中舵面無強烈振動現(xiàn)象；n調(diào)整片按要求能正常偏轉(zhuǎn)；n配重無松動現(xiàn)象；n舵面結(jié)構(gòu)滿足了強度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導致其結(jié)構(gòu)的損傷。 37可靠性與智能維護可靠性與智能維護-第五章第五章嚴酷度類別嚴酷度類別o升降舵系統(tǒng)嚴酷度類別的定義升降舵系統(tǒng)嚴酷度類別的定義 嚴酷度類別嚴酷度類別 嚴重程度定義嚴重程度定義 類類（災難的）（災難的） 危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大環(huán)境損壞）環(huán)境損壞） 類類（致命的）（致命的） 損傷人員或飛機損傷（如三等飛行事故及嚴重環(huán)損傷人員或飛機損傷（如三等飛行事故及嚴重環(huán)境損害）境損害） 類類（臨界的）（臨界的） 人員程輕度傷害或影響任務完成（如誤飛、中斷人員程輕度傷害或影響任務完成（如誤飛、中斷或取消飛行、降低飛行品質(zhì)、增加著陸困難、中或取消飛行、降低飛行品質(zhì)、增加著陸困難、中等程度環(huán)境損害）等程度環(huán)境損害