北京科技大學(xué) 質(zhì)量控制與管理課件第10章 故障模式、影響及危害度分析(FMCEA)

1、內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹1 概述概述 FMECA的概念及應(yīng)用的概念及應(yīng)用2 FMECA的一般方法的一般方法 FMECA分析方法分析方法 FMECA分析實(shí)例分析實(shí)例FMEA、FMECA 失效模式、影響與危害分析（失效模式、影響與危害分析（FMECA），或失），或失效模式與效應(yīng)分析（效模式與效應(yīng)分析（FMEA），是一種可靠性），是一種可靠性分析技術(shù)，在工程設(shè)計(jì)（可以是整個(gè)的也可以分析技術(shù)，在工程設(shè)計(jì)（可以是整個(gè)的也可以是局部的）完成后供檢查和分析設(shè)計(jì)圖紙（就是局部的）完成后供檢查和分析設(shè)計(jì)圖紙（就電子設(shè)備來說，是對(duì)電路的設(shè)計(jì)圖紙）用。電子設(shè)備來說，是對(duì)電路的設(shè)計(jì)圖紙）用。 這種分析方法能對(duì)被研究對(duì)象具體指

2、明單元可這種分析方法能對(duì)被研究對(duì)象具體指明單元可能發(fā)生的失效模式（例如，對(duì)電路來說，是發(fā)能發(fā)生的失效模式（例如，對(duì)電路來說，是發(fā)生開路失效或短路失效，飽和阻塞，還是參數(shù)生開路失效或短路失效，飽和阻塞，還是參數(shù)漂移等）、產(chǎn)生的效應(yīng)和后果，因而有助于獲漂移等）、產(chǎn)生的效應(yīng)和后果，因而有助于獲得供改進(jìn)可靠性用的具體工程方案。得供改進(jìn)可靠性用的具體工程方案。 FMECA是在是在FMEA基礎(chǔ)上擴(kuò)展出來的，基礎(chǔ)上擴(kuò)展出來的，它是它是FMA(故障模式分析故障模式分析)、FEA（失效（失效影響分析）、影響分析）、FCA(失效后果分析失效后果分析)三種方三種方法的總稱。它使定性分析的法的總稱。它使定性分析的FM

3、EA增加增加了定量分析的特點(diǎn)。了定量分析的特點(diǎn)。 失效模式、效應(yīng)與危害度分析又是維修失效模式、效應(yīng)與危害度分析又是維修性設(shè)計(jì)特別是故障安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也性設(shè)計(jì)特別是故障安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是產(chǎn)品責(zé)任預(yù)防分析的代表性方法。是產(chǎn)品責(zé)任預(yù)防分析的代表性方法。 70年代末期，美國(guó)發(fā)生的幾起重大事故年代末期，美國(guó)發(fā)生的幾起重大事故均與未周密地進(jìn)行失效模式、效應(yīng)與危均與未周密地進(jìn)行失效模式、效應(yīng)與危害度分析有關(guān)害度分析有關(guān) 。 NASA衛(wèi)星系統(tǒng)，在發(fā)射情況下，由于對(duì)旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星系統(tǒng)，在發(fā)射情況下，由于對(duì)旋轉(zhuǎn)天線匯流環(huán)進(jìn)行失效模式、效應(yīng)與危害分析時(shí)天線匯流環(huán)進(jìn)行失效模式、效應(yīng)與危害分析時(shí)只考慮開路失效模式，忽略了

4、短路失效效應(yīng)，只考慮開路失效模式，忽略了短路失效效應(yīng)，結(jié)果因天線匯流環(huán)發(fā)生短路而使發(fā)射失效，損結(jié)果因天線匯流環(huán)發(fā)生短路而使發(fā)射失效，損失了九千至一億五千萬(wàn)美元。失了九千至一億五千萬(wàn)美元。 美國(guó)美國(guó)DC-10商用飛機(jī)，在變更發(fā)動(dòng)機(jī)維修方法商用飛機(jī)，在變更發(fā)動(dòng)機(jī)維修方法時(shí)，因未進(jìn)行失效模式、效應(yīng)與危害度分析，時(shí)，因未進(jìn)行失效模式、效應(yīng)與危害度分析，最終在芝加哥上空墜毀。最終在芝加哥上空墜毀。 1979年年3月月28日，美國(guó)三里島日，美國(guó)三里島2號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生重號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生重大安全事故，因未對(duì)控保系統(tǒng)中增壓安全閥及大安全事故，因未對(duì)控保系統(tǒng)中增壓安全閥及其監(jiān)示電路的失效模式進(jìn)行詳細(xì)分析的結(jié)果。其監(jiān)示電

5、路的失效模式進(jìn)行詳細(xì)分析的結(jié)果。通過失效模式、效應(yīng)及危害度通過失效模式、效應(yīng)及危害度分析可以做到分析可以做到 鑒別出被分析單元會(huì)導(dǎo)致的不可接受或非常嚴(yán)重的失效，確定可能會(huì)對(duì)預(yù)期或所需運(yùn)行情況造成致命影響的失效模式，并列出由此而引起的從屬失效； 決定需另選的元器件、零部件和整件； 保證能識(shí)別各種檢測(cè)手段引起的失效模式； 選擇預(yù)防或正確維護(hù)要點(diǎn)，制定故障檢修指南，配置測(cè)試設(shè)備以及為測(cè)試點(diǎn)提供資料。 確定單元及子系統(tǒng)失效模式的危害度FMECA的一般方法的一般方法故障故障模式、效應(yīng)及危害度分析模式、效應(yīng)及危害度分析的基本程序的基本程序 定義系統(tǒng)及其各種功能要求和相應(yīng)的失效判據(jù)； 制訂功能、可靠性等框圖

6、，并作扼要的文字說明； 確定在哪一功能級(jí)上進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)際情況確定采用的分析方法； 確定失效模式及其發(fā)生的原因和效應(yīng)，以及由此引起的各種繼發(fā)事件； 確定失效檢測(cè)方法和可能采取的預(yù)防性措施； 針對(duì)后果特別嚴(yán)重的失效，進(jìn)一步考慮修改設(shè)計(jì)的步驟； 計(jì)算相對(duì)故障概率及其故障危害等級(jí)； 根據(jù)失效模式、效應(yīng)及危害度分析結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)建議FMECA的一般方法的一般方法嚴(yán)酷度分類嚴(yán)酷度分類 為了度量產(chǎn)品故障造成的最壞的潛在影響，應(yīng)對(duì)每一潛在的故障模式進(jìn)行嚴(yán)酷度分類，嚴(yán)酷度一般分為四級(jí)： 類（災(zāi)難的）這種故障會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng)（如飛機(jī)、導(dǎo)彈）毀壞。 類（致命的）這種故障會(huì)引起人員嚴(yán)重傷害、重大的經(jīng)濟(jì)損

7、失或?qū)е氯蝿?wù)失敗。 類（臨界的）這種故障會(huì)引起人員的輕度傷害，一定的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級(jí)。 類（輕度的）這種故障不會(huì)造成人員的輕度傷害及一定程度的經(jīng)濟(jì)損失，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃維修。雷達(dá)系統(tǒng)的FMECA分析分析 第一步、 繪制分級(jí)功能框圖。這種框圖既不是工作原理框圖，也不是可靠性框圖，而是將系統(tǒng)內(nèi)部分為子系統(tǒng)、分機(jī)、功能單元和元器件等若干功能等級(jí)的框圖。 它不但表明了構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)、分機(jī)、功能組件和元器件在功能上的相互依賴關(guān)系，而且便于看出失效模式、效應(yīng)及危害度分析應(yīng)在哪一級(jí)上進(jìn)行。 例 繪制雷達(dá)系統(tǒng)功能等級(jí)框圖（圖），圖中的分析對(duì)象是接收機(jī)內(nèi)的前置放大器，故其它子系統(tǒng)的分機(jī)和接收機(jī)

8、內(nèi)其它功能單元及其元器件均被略去了FMECA的一般方法的一般方法圖 某系統(tǒng)的功能等級(jí)框圖天線A3接收機(jī)A2發(fā)射機(jī)A1顯示器A4(1)電源A5顯示器A4(2)前置放大器A1本機(jī)振蕩器B2(1)本機(jī)振蕩器B2(2)混 頻器B3中頻放大器B4探 測(cè)器B5電視B6來自艦艇電源的元器件FMECA的一般方法的一般方法雷達(dá) 第二步 確定被分析單元的（前置放大器內(nèi)每一個(gè)元器件）失效模式頻數(shù)比，即某一種失效模式出現(xiàn)的次數(shù)與單元出現(xiàn)的全部故障次數(shù)之比。 可依據(jù)GJB299給出的典型電子設(shè)備用元器件的失效模式及其頻數(shù)比，這個(gè)比值應(yīng)根據(jù)具體元器件和使用人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)加以修正，也可以統(tǒng)計(jì)獲得。FMECA的一般方法的一般

9、方法 第三步 對(duì)分級(jí)功能圖中的每一個(gè)方框圖自下而上逐級(jí)進(jìn)行失效模式、效應(yīng)及危害度分析，指出被分析方框?qū)^高一級(jí)的隸屬等級(jí)產(chǎn)生的效應(yīng)。 定性估計(jì)每個(gè)元器件內(nèi)每種失效模式引起的前置放大器的故障概率ij，當(dāng)無法得到這種確切數(shù)據(jù)時(shí)，可適當(dāng)?shù)亟y(tǒng)一劃分失效概率的等級(jí)，例如可采用以下等級(jí)：肯定上一級(jí)單元發(fā)生失效的等級(jí)為1.00，可能引起失效的等級(jí)為0.50；可能性較小的等效為0.10，不可能引起失效的等級(jí)為0.00。FMECA的一般方法的一般方法 第四步 根據(jù)元器件在前置放大器內(nèi)承受的電應(yīng)力和熱應(yīng)力，確定各種元器件的使用失效率；FMECA的一般方法的一般方法tCriijijijFMECA的一般方法的一般方法

10、第五步 計(jì)算每個(gè)元器件的每種失效模式的危害度Crij ij為單元i以失效模式j(luò)發(fā)生失效的頻數(shù)比； ij為單元i以失效模式j(luò)發(fā)生失效時(shí)引起上一級(jí)發(fā)生失效的概率。 i為單元i的失效率。t為任務(wù)時(shí)間第六步第六步 填寫前置放大器所有元器件的失效模式、填寫前置放大器所有元器件的失效模式、效應(yīng)及危害度分析一覽表效應(yīng)及危害度分析一覽表表2-2 前 置 放 大 器 失 效 模 式 、 效 應(yīng) 及 危 害 度 分 析 一 覽 表 (任 務(wù) 時(shí) 間 為1 106小 時(shí)（ 1 1）產(chǎn)產(chǎn) 品品（ 2 2）代代號(hào)號(hào)（ 3 3）功功能能（ 4 4）故故 障障 模模 式式（ 5 5）失失 效效 效效 應(yīng)應(yīng)（ 6 6）損損

11、傷傷 概概率率( ( ) )（ 7 7）故故 障障 模模 式式頻頻 數(shù)數(shù) 比比( ( ) )（ 8 8）使使 用用 失失 效效率率1 10 0- -6 6/ /小小 時(shí)時(shí)（ 9 9）危危 害害 度度C Cr rj ji i開開 路路無無 輸輸 出出1 1. .0 00 00 0. .8 80 01 1. .5 51 1. .2 20 00 0薄薄 膜膜 電電 阻阻器器A A2 2B B1 11 1R R1 1分分 壓壓器器數(shù)數(shù) 值值 變變 化化錯(cuò)錯(cuò) 誤誤 輸輸 出出0 0. .1 10 00 0. .2 20 01 1. .5 50 0. .0 03 30 0開開 路路無無 輸輸 出出1 1.

12、 .0 00 00 0. .8 80 01 1. .5 51 1. .2 20 00 0薄薄 膜膜 電電 阻阻器器A A2 2B B1 11 1R R2 2分分 壓壓器器數(shù)數(shù) 值值 變變 化化錯(cuò)錯(cuò) 誤誤 輸輸 出出0 0. .1 10 00 0. .2 20 01 1. .5 50 0. .0 03 30 0管管 狀狀 鉭鉭 電電容容 器器A A2 2B B1 11 1C C3 3去去耦耦開開 路路無無 影影 響響0 0. .0 00 00 0. .3 35 50 0. .2 22 20 0. .0 00 00 0FMECA的一般方法的一般方法 第七步 計(jì)算前置放大器的危害度：ijijsCrCr610635. 6)(FMECA的一般方法的一般方法 第八步第八步 建立危害度（性）矩陣建立危害度（性）矩陣 危害性矩陣用來確定和比較每一故障模式的