故障類型和影響分析WJL

1、故障類型及影響分析（FMEA）2016年10月8日 深圳南山 故障類型及影響分析（Falure Mode & Effect Anlysis,FMEA）是一種廣泛使用的非常重要的系統(tǒng)安全分析方法。我國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：FMEA是找出設(shè)計(jì)上潛在缺陷的手段，是設(shè)計(jì)審查中必須重視的資料之一。1. 目的故障類型及影響分析的目的是辨識(shí)設(shè)備或系統(tǒng)的故障及每種故障模式對(duì)系統(tǒng)或裝置造成的影響。評(píng)價(jià)人員通常提出增加設(shè)備可靠性的建議，進(jìn)而提出工藝安全對(duì)策。2. 基本概念2.1 故障：一般指元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)在規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間和條件內(nèi)，達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)定功能的情況。2.2 故障類型：系統(tǒng)、子系統(tǒng)或元件的每一種

2、故障的形式稱為故障類型。例如，一個(gè)閥門故障可以有四種故障類型：內(nèi)漏、外漏、打不開、關(guān)不嚴(yán)。表2-1列出了一般故障類型的分類，各種故障類型一般可按表中分類考慮。表2-1 故障類型及原因故障類型運(yùn)行過(guò)程中的故障各類故障細(xì)分故障原因1. 過(guò)早的啟動(dòng)2. 規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能啟動(dòng)3. 規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能停車4. 運(yùn)行能力降級(jí)、超量或受阻1. 構(gòu)造方面的故障、物理性咬緊、振動(dòng)、不能定位、不能打開、不能關(guān)閉2. 打開時(shí)故障、關(guān)閉時(shí)故障3. 內(nèi)部泄漏、外部泄漏4. 高于允許偏差、低于允許偏差5. 反向動(dòng)作、間歇?jiǎng)幼?、誤動(dòng)作、誤指示6. 流向偏向一側(cè)、傳動(dòng)不良、停不下來(lái)7. 不能啟動(dòng)、不能切換、過(guò)早啟動(dòng)、動(dòng)作滯后8

3、. 輸入量過(guò)大、輸入量過(guò)小、輸出量過(guò)大、輸出量過(guò)小9. 電路短路、電路開路10. 漏電、其他1. 設(shè)計(jì)上的缺陷（由于設(shè)計(jì)上的技術(shù)先天不足，或者圖樣不完善等）2. 制造上的缺陷（加工方法不當(dāng)或者組裝上的失誤）3. 質(zhì)量管理上缺陷（檢查不夠或失誤以及管理不當(dāng)）4. 使用上的缺陷（誤操作或未按設(shè)計(jì)條件操作）5. 維修方面或檢測(cè)程序不當(dāng)6. 維修方面的缺陷（維修操作失誤或檢修程序不當(dāng)）2.3 故障等級(jí)：根據(jù)故障類型對(duì)系統(tǒng)或子系統(tǒng)影響的程度不同而劃分的等級(jí)稱為故障等級(jí)。3. 故障類型分級(jí)方法3.1 定性分級(jí)方法通常，定性分級(jí)方法按故障類型對(duì)子系統(tǒng)或系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度分為四級(jí)（見表2-2）。劃分故障等級(jí)的

4、目的主要是劃分輕重緩急，以采取相應(yīng)的對(duì)策，提高系統(tǒng)安全性。3.2 半定量故障等級(jí)劃分方法半定量的等級(jí)劃分是依據(jù)損失的嚴(yán)重程度、故障的影響范圍、故障發(fā)生的概率、防止故障的難易程度和工藝設(shè)計(jì)情況確定的。在難以取得可靠性數(shù)據(jù)的情況下，可以采用評(píng)點(diǎn)法，此法簡(jiǎn)單，劃分精確。它從幾個(gè)方面來(lái)考慮故障對(duì)系統(tǒng)的影響程度，用一定點(diǎn)數(shù)表示影響程度的大小，通過(guò)計(jì)算，求出故障等級(jí)。表2-2 故障類型分級(jí)表故障等級(jí)影響程度可能造成的危害或損壞級(jí)致命性可能造成死亡或系統(tǒng)損壞級(jí)嚴(yán)重性可能造成嚴(yán)重傷害、嚴(yán)重職業(yè)病或主要系統(tǒng)損壞級(jí)臨界性可造成輕傷、輕職業(yè)病或次要系統(tǒng)損壞級(jí)可忽略性不會(huì)造成傷害和職業(yè)病，系統(tǒng)也不會(huì)損壞評(píng)點(diǎn)數(shù)計(jì)算公式

5、為：Cs=式中 Ci因素系數(shù)，0Ci10； Cs總點(diǎn)數(shù)，0Cs10。如何確定點(diǎn)數(shù)Ci呢？可采取專家座談會(huì)法，即由3-5位有經(jīng)驗(yàn)的專家座談?dòng)懻?，提出該給Ci什么數(shù)值，這種方法又稱BS法（Brain Storming），意思是集中智慧。另一種方法是德菲爾法，就是函詢調(diào)查法，即將提出的問(wèn)題和必要的背景材料，用通信的方式向有經(jīng)驗(yàn)的專家提出，然后把他們的答復(fù)意見進(jìn)行綜合，再反饋他們，如此反復(fù)多次，直到得到認(rèn)為合適的意見為止。另一種求點(diǎn)數(shù)的方法見表2-3，可根據(jù)評(píng)點(diǎn)數(shù)因素求出點(diǎn)數(shù)，相加后計(jì)算出總點(diǎn)數(shù)Cs。表2-3 評(píng)點(diǎn)參考表評(píng)點(diǎn)因素內(nèi)容點(diǎn)數(shù)故障影響大小F1造成生命損失5.0造成相當(dāng)素食3.0功能損失1.0

6、對(duì)系統(tǒng)造成的影響F2對(duì)系統(tǒng)造成二個(gè)以上的重大影響2.0對(duì)系統(tǒng)造成一個(gè)以上的重大影響1.0對(duì)系統(tǒng)無(wú)太大影響0.5故障發(fā)生的概率F3易于發(fā)生1.5能夠發(fā)生1.不太發(fā)生0.7防止故障的可能性F4不能1.3能夠防止1.0易于防止0.7是否新設(shè)計(jì)的工藝F5相當(dāng)新的內(nèi)容設(shè)計(jì)1.2類似的設(shè)計(jì)1.0同一設(shè)計(jì)0.8由以上兩種方法求出的總點(diǎn)數(shù)，均可按表2-4評(píng)選故障等級(jí)。表2-4 評(píng)點(diǎn)數(shù)與故障等級(jí)故障等級(jí)評(píng)點(diǎn)數(shù)Cs內(nèi)容應(yīng)采取的措施級(jí)致命710完不成任務(wù)，人員傷亡變更設(shè)計(jì)級(jí)重大47大部分任務(wù)完成重新討論，也可變更設(shè)計(jì)級(jí)輕微24一部分任務(wù)完不成不必變更設(shè)計(jì)級(jí)小2無(wú)影響無(wú)3.3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法故障的發(fā)生可能性和故障發(fā)生后引

7、起的后果，綜合考慮后會(huì)得到比較準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被稱為風(fēng)險(xiǎn)（也稱危險(xiǎn)度），它代表故障概率和嚴(yán)重度的綜合評(píng)價(jià)。3.3.1 嚴(yán)重度。指故障類型對(duì)系統(tǒng)功能的影響程度，分為四個(gè)等級(jí)（見表2-5）。表2-5 嚴(yán)重度的等級(jí)與內(nèi)容嚴(yán)重度等級(jí)內(nèi)容低的（1）對(duì)系統(tǒng)任務(wù)無(wú)影響（2）對(duì)子系統(tǒng)造成的影響可忽略不計(jì)（3）通過(guò)調(diào)整，故障易于消除主要的（1）對(duì)系統(tǒng)的任務(wù)隊(duì)友影響但可忽略（2）導(dǎo)致子系統(tǒng)的功能下降（3）出現(xiàn)故障，但能夠立即修復(fù)關(guān)鍵的（1）系統(tǒng)的功能有所下降（2）子系統(tǒng)的功能嚴(yán)重下降（3）出現(xiàn)故障，不能立即通過(guò)檢修予以修復(fù)災(zāi)難性的（1）系統(tǒng)的功能嚴(yán)重下降（2）子系統(tǒng)的功能全部喪失（3）出現(xiàn)的故障需經(jīng)徹底修

8、理才能消除3.3.2 故障概率。指在一個(gè)特定時(shí)間內(nèi)，故障類型所出現(xiàn)的次數(shù)。時(shí)間可規(guī)定為一定的期限，如一年、一個(gè)月等；或根據(jù)大修間隔期、完成一項(xiàng)任務(wù)的周期或其他被認(rèn)為適當(dāng)?shù)钠陂g來(lái)決定。可以使用定性和定量方法確定單個(gè)故障類型的概率。具體分級(jí)如下：1）故障率的定性方法分類級(jí)：故障概率很低，元件操作期間出現(xiàn)的機(jī)會(huì)可以忽略。級(jí)：故障概率低，元件操作期間不易出現(xiàn)。級(jí)：故障概率中等，元件操作期間出現(xiàn)的機(jī)會(huì)為50%。級(jí)：故障概率高，元件操作期間易于出現(xiàn)。2）故障概率的定量方法分類級(jí)：在元件工作期間，任何單個(gè)故障類型出現(xiàn)的概率，少于全部的故障概率的0.01。級(jí)：在元件工作期間，任何單個(gè)故障類型出現(xiàn)的概率，多于全

9、部故障概率的0.01而少于0.10。級(jí)：在元件工作期間，任何單個(gè)故障類型出現(xiàn)的概率，多于全部故障概率的0.10而少于0.20。級(jí)：在元件工作期間，任何單個(gè)故障類型出現(xiàn)的概率，大于全部的故障概率的0.20。3.3.3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣。有了嚴(yán)重度和故障概率的數(shù)據(jù)以后就可運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)率矩陣評(píng)價(jià)法。有的故障類型雖有高的發(fā)生概率，但造成的危害嚴(yán)重度甚低；而有的即使危害的嚴(yán)重度很大，但發(fā)生概率很低，所以風(fēng)險(xiǎn)率也不高。為了綜合這兩個(gè)特性，可以以故障概率為縱坐標(biāo)，嚴(yán)重度為橫坐標(biāo)，畫出風(fēng)險(xiǎn)矩陣（見圖2-1）。沿矩陣原點(diǎn)到右上角畫一對(duì)角線并將所有故障類型按其嚴(yán)重度和發(fā)生概率填入矩陣中，可以看出系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的密集情況。處于右上角

10、方塊中的故障類型風(fēng)險(xiǎn)率最高，依次左移，風(fēng)險(xiǎn)率逐漸降低。圖2-1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣4. FMEA的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)4.1 故障類型影響分析的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)： 能夠明確地表示出局部的故障講給系統(tǒng)整體的影響，確定對(duì)系統(tǒng)安全性給予致命影響的故障部位。因此，對(duì)組成單元或子系統(tǒng)可靠性的要求更加明確，并且能夠提出它們的重要度。利用FMEA也很容易從邏輯上發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方面遺漏和疏忽的問(wèn)題。 能用定性分析法來(lái)判斷可靠性和安全性的大小或優(yōu)劣，并能提出問(wèn)題和評(píng)價(jià)其重要度。 FMEA法不僅用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、可靠性設(shè)計(jì)等方面，而且還可以把設(shè)計(jì)和質(zhì)量管理、可靠性管理等活動(dòng)有機(jī)連接起來(lái)。因此，對(duì)系統(tǒng)規(guī)定評(píng)價(jià)是非常有利的。 應(yīng)用時(shí)，若把重要

11、的故障類型忽略了，則所進(jìn)行的分析，特別是所進(jìn)行的預(yù)測(cè)將是徒勞無(wú)用的。所以，對(duì)重要故障類型不能忽略。 為定量地進(jìn)行系統(tǒng)安全性預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和其他安全性研究提供一定的數(shù)據(jù)資料。 故障類型和影響分析是從系統(tǒng)的末一級(jí)向上一級(jí)分析，及從小的、局部的至整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，其優(yōu)點(diǎn)是書寫格式簡(jiǎn)單，可用較少的人力、且無(wú)需經(jīng)過(guò)特別的訓(xùn)練就可以進(jìn)行分析。它的缺點(diǎn)是缺乏邏輯性，難以分析各個(gè)元素之間的影響，若兩個(gè)以上元素同時(shí)發(fā)生故障，分析比較困難。通常情況下，F(xiàn)MEA方法中的元素局限于“物”的因素，這就難以查處人的原因。對(duì)某一元素而言，也可以包括人的誤操作。4.2 FMEA基本原理： 1）故障類型：運(yùn)行過(guò)程中的故障；過(guò)早地啟

12、動(dòng)；規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能啟動(dòng)；規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能停車；運(yùn)行能力降低、超量或受阻。 2）造成原件發(fā)生故障的原因：設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)；制造上的確定；質(zhì)量管理方面的缺點(diǎn)；使用上的缺點(diǎn)；維修方面的缺點(diǎn)。 3）故障等級(jí)： 簡(jiǎn)單劃分時(shí)利用下表故障類型分級(jí)表故障等級(jí)影響程度可能造成的危害或損壞級(jí)致命性可能造成死亡或系統(tǒng)損壞級(jí)嚴(yán)重性可能造成嚴(yán)重傷害、嚴(yán)重職業(yè)病或主要系統(tǒng)損壞級(jí)臨界性可造成輕傷、輕職業(yè)病或次要系統(tǒng)損壞級(jí)可忽略性不會(huì)造成傷害和職業(yè)病，系統(tǒng)也不會(huì)損壞 評(píng)點(diǎn)法 上述方法中的每一項(xiàng)有經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，也可用公式來(lái)算： 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法 4）可靠性框圖，也叫做邏輯圖，以下圖舉例說(shuō)明：l 主系統(tǒng)分成三個(gè)子系統(tǒng)，即10,20,30，

13、當(dāng)然每一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障，都會(huì)對(duì)主系統(tǒng)產(chǎn)生影響。l 子系統(tǒng)10又包括組件11,12,13。l 組件11受元件01A的，01B，02，03，04，05與06的影響，它們?cè)诖?lián)的情況下進(jìn)行工作。l 元件01A，01B是冗余系統(tǒng)。l 元件02由兩個(gè)零件a和b組成。l 從功能上看，元件03同時(shí)受到07和來(lái)自其他系統(tǒng)的影響。l 虛線所包含的零件04咋特定的情況下發(fā)生作用。l 正常運(yùn)行時(shí)，元件07不工作。l 元件05和06是備件，在某些特定的情況下，06發(fā)生故障時(shí)，05起作用。5. 資料文件的要求使用FMEA方法需要如下資料：l 系統(tǒng)或裝置的PID圖（工藝管理儀表流程圖）l 設(shè)備、配件一覽表l 設(shè)備功能和

14、故障模式方面的知識(shí)l 系統(tǒng)或裝置功能及對(duì)設(shè)備故障處理方法的知識(shí)FMEA方法可由單個(gè)分析人員完成，但需要其他人進(jìn)行審查，以保證完整性。對(duì)評(píng)價(jià)人員的要求隨著評(píng)價(jià)的設(shè)備項(xiàng)目大小、復(fù)雜程度等因素有所不同。所有的FMEA評(píng)價(jià)人員都應(yīng)對(duì)設(shè)備功能及故障模式熟悉，并了解這些故障模式如何影響系統(tǒng)或裝置的其他部分。6. 制表 使用FMEA方法的特點(diǎn)之一就是制表。由于表格便于編碼、分類、查閱、保存，所以很多部門根據(jù)自己的情況擬出不同表格（見表2-6、表2-7、表2-8），但基本內(nèi)容相似。表2-6 故障類型及影響分析表格1系統(tǒng) 子系統(tǒng)組件 故障類型影響分析日期 制表 主管 審核 分析項(xiàng)目功能故障類型及造成原因任務(wù)階段

15、故障檢測(cè)方法改正處理所需時(shí)間故障等級(jí)修改名稱項(xiàng)目號(hào)圖紙?zhí)柨驁D號(hào)組件子系統(tǒng)系統(tǒng)(任務(wù))表2-7 故障類型及影響分析表格2系統(tǒng) 子系統(tǒng) 故障類型及影響分析日期 制表 主管 框圖號(hào)子系統(tǒng)項(xiàng)目故障類型推斷原因?qū)ψ酉到y(tǒng)影響對(duì)系統(tǒng)影響故障等級(jí)表2-8 故障類型及影響分析表格3系統(tǒng) 子系統(tǒng) 故障類型及影響分析日期 制表 主管 審核 （1）項(xiàng)目號(hào)（2）分析項(xiàng)目（3）功能（4）故障類型（5）推斷原因（6）影響（7）故障檢測(cè)方法（8）故障等級(jí)（9）備注子系統(tǒng)系統(tǒng)7. FMEA分析步驟及內(nèi)容：l 明確系統(tǒng)本身的情況和目的。l 確定分析深度。l 繪制系統(tǒng)該系統(tǒng)圖（功能框圖）或可靠性框圖。（所謂的可靠性框圖，即，它表示

16、各元件是串聯(lián)的或并聯(lián)的以及輸入、輸出情況）l 按照可靠性框圖，列出所有故障模式并選出對(duì)系統(tǒng)有影響的故障類型。l 分析構(gòu)成故障模式的原因及其檢測(cè)方法，并制成故障模式和影響分析表。l 對(duì)危險(xiǎn)性特別大的故障類型，如故障等級(jí)為級(jí)，可進(jìn)行進(jìn)一步的分析。 內(nèi)容：對(duì)象（設(shè)備、組件、零件等）；功能；故障模式；設(shè)想原因；故障影響；檢測(cè)方法；補(bǔ)償方法；危險(xiǎn)度；備注。 以手電筒為例，說(shuō)明FMEA的過(guò)程：（根據(jù)框圖分析各部分的故障類型，進(jìn)而進(jìn)行FMEA）手電筒FMEA一覽表（部分）No.零件或組合件故障類型故障原因故障的影響檢測(cè)方法危險(xiǎn)等級(jí)備注零件或組合件系統(tǒng)1環(huán)蓋影響透鏡功能變形功能不全可能功能失靈目測(cè)脫落1.螺紋磨耗功能不全功能失靈目測(cè)2.操作不注意變形而斷壓壞功能不全降低功能目測(cè)2透鏡脫落1.破損脫落功能不全功能不全目測(cè)2.操作不注意開裂操作不注意降低功能功能下降目測(cè)模糊保管不良降低功能功能下降目測(cè)3絕緣體折斷1.裝配不良有不閉燈的可能性可能縮短使用時(shí)間拆開目視2.材質(zhì)不良脫落1.裝配失靈不閉燈使用時(shí)間縮短拆開目視2.由于斷損4反射鏡燈泡組合燈絲燒損1.壽命問(wèn)題不能開燈功能失靈拆開目視2.沖擊燈泡松弛1.嵌合不良造成回路切斷的可能性功能失靈的可能性輕