故障類型和影響分析方法

1、第四節(jié)第四節(jié) 故障類型、影響及致命度分析故障類型、影響及致命度分析故障類型、影響及致命度分析故障類型、影響及致命度分析(FMECA)(FMECA)是一種歸納分析方法，是一種歸納分析方法，用于系統(tǒng)安全性和可靠性的分析。尤其是在設計階段充分考慮用于系統(tǒng)安全性和可靠性的分析。尤其是在設計階段充分考慮并提出所有可能發(fā)生的故障，分析故障的類型和嚴重程度，判并提出所有可能發(fā)生的故障，分析故障的類型和嚴重程度，判明其對系統(tǒng)的影響和發(fā)生的概率等。明其對系統(tǒng)的影響和發(fā)生的概率等。這種方法通常分為兩部分，即故障類型及影響分析這種方法通常分為兩部分，即故障類型及影響分析(FMEA)(FMEA)和和致命度分析致命度分

2、析(CA)(CA)。一、故障類型及影響分析一、故障類型及影響分析(FMEA) 故障類型影響分析就是在產(chǎn)品設計過程中，通過對產(chǎn)品各組故障類型影響分析就是在產(chǎn)品設計過程中，通過對產(chǎn)品各組成單元潛在的各種故障類型及其對產(chǎn)品功能的影響進行分析，成單元潛在的各種故障類型及其對產(chǎn)品功能的影響進行分析，并把每一個故障按它的嚴重程度予以分類，提出可以采取的預并把每一個故障按它的嚴重程度予以分類，提出可以采取的預防、改進措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設計分析方法。防、改進措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設計分析方法。而而(FMECA)(FMECA)是在是在FMEA FMEA 的基礎上再增加一層任務（的基礎上再增加一層

3、任務（CACA），即判），即判斷每種故障類型影響的危害程度有多大，使分析量化。因此斷每種故障類型影響的危害程度有多大，使分析量化。因此FMECA FMECA 可以看作是可以看作是FMEA FMEA 的一種擴展與深化。的一種擴展與深化。 故障類型和影響分析是將工作系統(tǒng)分割為子系統(tǒng)、故障類型和影響分析是將工作系統(tǒng)分割為子系統(tǒng)、設備或元件，逐個分析各自可能發(fā)生的故障類型及其設備或元件，逐個分析各自可能發(fā)生的故障類型及其產(chǎn)生的影響，以便采取相應的防治措施，提高系統(tǒng)的產(chǎn)生的影響，以便采取相應的防治措施，提高系統(tǒng)的安全性。安全性。 對每個子系統(tǒng)或部件提問：對每個子系統(tǒng)或部件提問：故障類型是什么？故障類型是

4、什么？故障類型的影響是什么？故障類型的影響是什么？如何檢測此故障？如何檢測此故障？故障嚴重程度？故障嚴重程度？ v故障：元件、系統(tǒng)或子系統(tǒng)在規(guī)定期限內(nèi)和運行條件下未按設計要求故障：元件、系統(tǒng)或子系統(tǒng)在規(guī)定期限內(nèi)和運行條件下未按設計要求完成規(guī)定的功能或功能下降。完成規(guī)定的功能或功能下降。v故障類型故障類型(failure mode)(failure mode)。即故障的表現(xiàn)形式：故障的出現(xiàn)方式或故。即故障的表現(xiàn)形式：故障的出現(xiàn)方式或故障對操作的影響。障對操作的影響。v故障影響故障影響(failure effect)(failure effect)或稱故障后果。是某種故障類型對系統(tǒng)、或稱故障后果。

5、是某種故障類型對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、單元操作、功能或狀態(tài)所造成的影響。子系統(tǒng)、單元操作、功能或狀態(tài)所造成的影響。v故障檢測機制：指由操作人員在正常操作過程中或由維修人員在檢修故障檢測機制：指由操作人員在正常操作過程中或由維修人員在檢修活動中發(fā)現(xiàn)故障的方法或手段?；顒又邪l(fā)現(xiàn)故障的方法或手段。v故障原因：導致系統(tǒng)、產(chǎn)品產(chǎn)生故障的內(nèi)部因素和外部因素的總和。故障原因：導致系統(tǒng)、產(chǎn)品產(chǎn)生故障的內(nèi)部因素和外部因素的總和。v故障嚴重度：故障所能導致的最嚴重的潛在后果，以傷害程度、財產(chǎn)故障嚴重度：故障所能導致的最嚴重的潛在后果，以傷害程度、財產(chǎn)損失或系統(tǒng)永久破壞加以度量損失或系統(tǒng)永久破壞加以度量 。 進行進行FME

6、(C)A FME(C)A 必須熟悉整個要分析的系統(tǒng)的情況，包括系必須熟悉整個要分析的系統(tǒng)的情況，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的、系統(tǒng)使用維護方面的以及系統(tǒng)所處環(huán)境等方面統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的、系統(tǒng)使用維護方面的以及系統(tǒng)所處環(huán)境等方面的資料。具體來說，應獲得并熟悉以下信息：的資料。具體來說，應獲得并熟悉以下信息：v 技術(shù)規(guī)范與研制方案；技術(shù)規(guī)范與研制方案；v 設計方案論證報告；設計方案論證報告；v 設計數(shù)據(jù)和圖紙；設計數(shù)據(jù)和圖紙；v 可靠性數(shù)據(jù)。可靠性數(shù)據(jù)。1 1）熟悉系統(tǒng)）熟悉系統(tǒng) 收集資料收集資料將所分析的系統(tǒng)或設備部件的工藝、生產(chǎn)組織、管理和人員將所分析的系統(tǒng)或設備部件的工藝、生產(chǎn)組織、管理和人員的素質(zhì)、設備等

7、情況，以及投產(chǎn)或運行以來的設備故障和傷亡的素質(zhì)、設備等情況，以及投產(chǎn)或運行以來的設備故障和傷亡事故情況進行全面的調(diào)查分析，收集整理傷亡事故、設備故障事故情況進行全面的調(diào)查分析，收集整理傷亡事故、設備故障等方面的數(shù)據(jù)和資料。等方面的數(shù)據(jù)和資料。2 2）確定分析程度和水平）確定分析程度和水平分析層次的確定一般考慮兩個因素，一是分析目地，二是系分析層次的確定一般考慮兩個因素，一是分析目地，二是系統(tǒng)的復雜程度。分析的層次太淺，就會漏掉重要的故障模式，統(tǒng)的復雜程度。分析的層次太淺，就會漏掉重要的故障模式，得不到需要的信息；若分析得過深，一切都分析到元件，會造得不到需要的信息；若分析得過深，一切都分析到元

8、件，會造成結(jié)果繁瑣，浪費大量人力和時間，對制訂措施也帶來困難。成結(jié)果繁瑣，浪費大量人力和時間，對制訂措施也帶來困難。一般，對關鍵的子系統(tǒng)可以分析得深一些，次要分析得淺一些，一般，對關鍵的子系統(tǒng)可以分析得深一些，次要分析得淺一些，有的可以不用分析。有的可以不用分析。3 3）繪制系統(tǒng)功能框圖和可靠性框圖）繪制系統(tǒng)功能框圖和可靠性框圖繪制功能框圖時需要將系統(tǒng)按照功能進行分解，并表示出子繪制功能框圖時需要將系統(tǒng)按照功能進行分解，并表示出子系統(tǒng)及各功能單元的輸入和輸出關系?？煽啃钥驁D是研究如何系統(tǒng)及各功能單元的輸入和輸出關系?？煽啃钥驁D是研究如何保證系統(tǒng)正常運行的系統(tǒng)圖，它側(cè)重表達系統(tǒng)的功能與各功能保證

9、系統(tǒng)正常運行的系統(tǒng)圖，它側(cè)重表達系統(tǒng)的功能與各功能元件的功能之間的關系。元件的功能之間的關系。4 4）列出所有故障類型并分析其影響）列出所有故障類型并分析其影響列出所有可能的故障類型，并其對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、元件以及列出所有可能的故障類型，并其對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、元件以及對人的影響。對人的影響。5 5）分析故障原因及故障檢測方法）分析故障原因及故障檢測方法分析故障原因既要注意系統(tǒng)的內(nèi)在因素，也得注意外在因素。分析故障原因既要注意系統(tǒng)的內(nèi)在因素，也得注意外在因素。每種故障類型都要明確相應的檢測方法。每種故障類型都要明確相應的檢測方法。6 6）確定故障等級）確定故障等級可以根據(jù)故障影響，對照嚴重度的分級標

10、準進行故障等級劃可以根據(jù)故障影響，對照嚴重度的分級標準進行故障等級劃分。分級還得考慮故障發(fā)生的概率，可以采用風險矩陣法來進分。分級還得考慮故障發(fā)生的概率，可以采用風險矩陣法來進行故障分級。行故障分級。 嚴重度類別是產(chǎn)品故障模式造成的最壞潛在后果的量度嚴重度類別是產(chǎn)品故障模式造成的最壞潛在后果的量度表示。可以將每一故障模式和每一被分析的產(chǎn)品按損失程度表示。可以將每一故障模式和每一被分析的產(chǎn)品按損失程度進行分類。嚴重度一般分為下述四類。進行分類。嚴重度一般分為下述四類。v 類類( (輕度的輕度的) )這是一種不足以導致人員傷害、一定的這是一種不足以導致人員傷害、一定的經(jīng)濟損失或裝備損壞的故障，但它

11、會導致非計劃性維護或修經(jīng)濟損失或裝備損壞的故障，但它會導致非計劃性維護或修理。理。v 類類( (臨界的臨界的) )這種故障會引起人員的輕度傷害、一定這種故障會引起人員的輕度傷害、一定的經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿昭舆t或降級的系統(tǒng)輕度損壞。的經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿昭舆t或降級的系統(tǒng)輕度損壞。v 類類( (嚴重的嚴重的) )這是一種會引起人員傷亡或裝備毀壞的這是一種會引起人員傷亡或裝備毀壞的故障。故障。v 類類( (致命的致命的) )這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大這種故障會引起人員的嚴重傷害、重大經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿帐〉南到y(tǒng)嚴重損壞。經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿帐〉南到y(tǒng)嚴重損壞。v確定嚴重類別的目的在于為安排改進措施

12、提供依據(jù)。最優(yōu)先確定嚴重類別的目的在于為安排改進措施提供依據(jù)。最優(yōu)先考慮的是消除考慮的是消除類和類和類故障模式。類故障模式。 電機運行系統(tǒng)如圖電機運行系統(tǒng)如圖 2-2 2-2 所示所示, ,該系統(tǒng)是一種短時運行系統(tǒng)該系統(tǒng)是一種短時運行系統(tǒng), ,如果運行如果運行時間過長則可能時間過長則可能 引起電線過熱或者電機過熱、短路。對系統(tǒng)中主要元引起電線過熱或者電機過熱、短路。對系統(tǒng)中主要元素進行故障類型和影響分析素進行故障類型和影響分析, ,結(jié)果列于表結(jié)果列于表2-7 2-7 。 將該系統(tǒng)進行細分為子系統(tǒng)及元件：操作系統(tǒng)及動力系統(tǒng)，操作系將該系統(tǒng)進行細分為子系統(tǒng)及元件：操作系統(tǒng)及動力系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是指操

13、作人員操作按鈕來控制繼電器的離合；動力系統(tǒng)是指通過控制統(tǒng)是指操作人員操作按鈕來控制繼電器的離合；動力系統(tǒng)是指通過控制繼電器的離合來控制電機的運轉(zhuǎn)。因此系統(tǒng)中的主要元件有：按鈕、繼繼電器的離合來控制電機的運轉(zhuǎn)。因此系統(tǒng)中的主要元件有：按鈕、繼電器、熔絲、電動機等；逐個分析每個元件產(chǎn)生的故障、故障類型、原電器、熔絲、電動機等；逐個分析每個元件產(chǎn)生的故障、故障類型、原因、故障對系統(tǒng)的影響以及檢測方法。因、故障對系統(tǒng)的影響以及檢測方法。 空氣壓縮機的儲罐屬于壓力容器,其功能是儲存空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣。這里僅考察儲罐的罐體和安全閥兩個元素的故障類型及其影響, 單元單元故障類型故障類型故障原因故障原因

14、故障影響故障影響檢測方法檢測方法故障等故障等級級措施措施罐體罐體輕微漏氣輕微漏氣接口不嚴接口不嚴能耗增加能耗增加聽漏氣噪聲、聽漏氣噪聲、空氣壓縮空氣壓縮機頻繁打機頻繁打壓壓加強維修加強維修保護保護嚴重漏氣嚴重漏氣焊接裂縫焊接裂縫壓力迅速下降壓力迅速下降壓力表度數(shù)下壓力表度數(shù)下降降停機修理停機修理破裂破裂材料缺陷、外力破壞材料缺陷、外力破壞壓力迅速下降、壓力迅速下降、損傷人員和損傷人員和設備設備壓力表度數(shù)下壓力表度數(shù)下降降停機修理停機修理安全閥安全閥漏氣漏氣接口不嚴、彈簧疲勞接口不嚴、彈簧疲勞能耗增加、壓力能耗增加、壓力下降下降聽漏氣噪聲、聽漏氣噪聲、空氣壓縮空氣壓縮機頻繁打機頻繁打壓壓加強維修

15、加強維修保護保護錯誤開啟錯誤開啟彈簧疲勞、折斷彈簧疲勞、折斷壓力迅速下降壓力迅速下降壓力表度數(shù)下壓力表度數(shù)下降降停機修理停機修理不能安全不能安全泄壓泄壓銹蝕物堵住閥口銹蝕物堵住閥口超壓時失去安全超壓時失去安全功能、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)壓力迅速增壓力迅速增高高壓力表度數(shù)迅壓力表度數(shù)迅速升高速升高停機檢查停機檢查更換更換對于特別危險的故障類型，例如故障等級是對于特別危險的故障類型，例如故障等級是級的級的故障類型，有可能導致人身傷亡或全系統(tǒng)損壞。因故障類型，有可能導致人身傷亡或全系統(tǒng)損壞。因此對這類元件要特別注意，可采用致命度分析方法此對這類元件要特別注意，可采用致命度分析方法(CA)(CA)，進一步分析

16、。，進一步分析。致命度分析一般是與故障類型影響分析合用。致命度分析一般是與故障類型影響分析合用。目的：給出某種故障類型的發(fā)生概率及故障嚴重度目的：給出某種故障類型的發(fā)生概率及故障嚴重度的綜合度量。的綜合度量。二、致命度分析二、致命度分析Criticality Analysis (CA)v危害性分析有定性分析和定量分析兩種方法。究竟危害性分析有定性分析和定量分析兩種方法。究竟選擇哪種方法，應根據(jù)具體情況決定。選擇哪種方法，應根據(jù)具體情況決定。v在不能獲得產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障率數(shù)據(jù)的情況在不能獲得產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障率數(shù)據(jù)的情況下，可選擇定性的分析方法。若可以獲得產(chǎn)品的這下，可選擇定性的分析方

17、法。若可以獲得產(chǎn)品的這些數(shù)據(jù)，則應以定量的方法計算并分析危害度。些數(shù)據(jù)，則應以定量的方法計算并分析危害度。1 1）定性分析法。）定性分析法。在得不到產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障率數(shù)據(jù)的情況下，可以按在得不到產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障率數(shù)據(jù)的情況下，可以按故障模式發(fā)生的概率來評價故障模式發(fā)生的概率來評價FMEA FMEA 中確定的故障模式。此時，中確定的故障模式。此時，將各故障模式的發(fā)生概率按一定的規(guī)定分成不同的等級。故將各故障模式的發(fā)生概率按一定的規(guī)定分成不同的等級。故障模式的發(fā)生概率等級按如下規(guī)定：障模式的發(fā)生概率等級按如下規(guī)定：vA A 級級( (經(jīng)常發(fā)生經(jīng)常發(fā)生) )在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的

18、發(fā)生在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的20%20%。vB B 級級( (有時發(fā)生有時發(fā)生) )在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)的總的故障概率的概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)的總的故障概率的10%10%，但小于，但小于20%20%。vC C 級級( (偶然發(fā)生偶然發(fā)生) )在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的1%1%，但小于，但小于10%10%。vD D 級級( (很少發(fā)生

19、很少發(fā)生) )在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的概率大于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的0.1%0.1%，但小于，但小于1%1%。vE E 級級( (極少發(fā)生極少發(fā)生) )在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生在產(chǎn)品工作期間內(nèi)某一故障模式的發(fā)生概率小于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的概率小于產(chǎn)品在該期間內(nèi)總的故障概率的0.1%0.1%。2 2）定量分析方法。）定量分析方法。在具備產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)的情況在具備產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障率數(shù)據(jù)的情況下，采用定量的方法，可以得到更為有效的分析下，采用定量的方法，可以得到更為有效的分

20、析結(jié)果。用定量的方法進行危害性分析時，所用的結(jié)果。用定量的方法進行危害性分析時，所用的故障率數(shù)據(jù)源應與進行其他可靠性維修性分析時故障率數(shù)據(jù)源應與進行其他可靠性維修性分析時所用的故障率數(shù)據(jù)源相同。所用的故障率數(shù)據(jù)源相同。概率概率嚴重度分析法：嚴重度分析法： 危險度分析的目的在于評價每種故障類型的危險程度。危險度分析的目的在于評價每種故障類型的危險程度。通常通常, ,采用概率一嚴重度來評價故障類型的危險度。概率是指采用概率一嚴重度來評價故障類型的危險度。概率是指故障類型發(fā)生的概率故障類型發(fā)生的概率, ,嚴重度是指故障后果的嚴重程度。采用嚴重度是指故障后果的嚴重程度。采用該方法進行危險度分析時該方法

21、進行危險度分析時, ,通常把概率和嚴重度分別劃分為若通常把概率和嚴重度分別劃分為若干等級。例如干等級。例如, ,美國的杜邦公司把概率劃分為美國的杜邦公司把概率劃分為6 6 等級等級, ,危險程危險程度劃分為度劃分為3 3個等級個等級( (見表見表2-92-9中注中注) )。 危險度指數(shù)法：危險度指數(shù)法：當用危險度一個指標來評價時當用危險度一個指標來評價時, ,可按下式計算危險度可按下式計算危險度: : 式中式中 C -C -系統(tǒng)的危險度指數(shù)系統(tǒng)的危險度指數(shù); ; n -n -導致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型數(shù)目導致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型數(shù)目; ; -元素的基本故障率元素的基本故障率; ;

22、 t -t -元素的運行時間元素的運行時間; ; -導致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型數(shù)目占全部故障導致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型數(shù)目占全部故障類型數(shù)目的比例類型數(shù)目的比例; ; -導致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型出現(xiàn)時導致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類型出現(xiàn)時, ,系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生重大故障或事故的概率重大故障或事故的概率, ,其參考值見表其參考值見表 2-9;2-9; k1-k1-實際運行狀態(tài)的修正系數(shù)，為實際強度和實驗室測定實際運行狀態(tài)的修正系數(shù)，為實際強度和實驗室測定強度的比值；強度的比值； k2-k2-實際運行環(huán)境條件的修正系數(shù)。實際運行環(huán)境條件的修正系數(shù)。 危害性矩陣危害性矩陣 危害性矩

23、陣用來確定和比較每一故障模式的危害程度，危害性矩陣用來確定和比較每一故障模式的危害程度，進而為確定改進措施的先后順序提供依據(jù)。進而為確定改進措施的先后順序提供依據(jù)。 矩陣圖的橫坐標用嚴重度類別表示，縱坐標用產(chǎn)品危害矩陣圖的橫坐標用嚴重度類別表示，縱坐標用產(chǎn)品危害度度Cr 或故障模式發(fā)生概率等級表示。其示例如圖或故障模式發(fā)生概率等級表示。其示例如圖4-3 所示。所示。圖圖4-3 4-3 危害性矩陣示例危害性矩陣示例 將產(chǎn)品或故障模式編碼參照其嚴酷度類別及故障模式發(fā)生將產(chǎn)品或故障模式編碼參照其嚴酷度類別及故障模式發(fā)生概率或產(chǎn)品的危害度標在矩陣的相應位置，這樣繪制的矩陣概率或產(chǎn)品的危害度標在矩陣的相應位置，這樣繪制的矩陣圖可以表明產(chǎn)品各故障模式危害