安全系統(tǒng)工程2.4

FMEA的含義及特點(diǎn)基本概念故障模式及影響分析的步驟CA的分析(Criticalityanalysis

)故障（

Failure）故障模式（Failuremode

）故障機(jī)理（

Failureeffect

）故障原因（

Failurecause

）故障等級(jí)（Failurelevel

）五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析FailureModeandEffectsAnalysis(FMEA)

isanimportantanalyticalmethodofSSE.FMEAdividessystemintosubsystemsorsubassemblyaccordingtoneedofanalysislevel.Thenanalyzeandexaminethesysteminacertainordertodetectthepossiblefailuresandthefailuremodesofeachsubsystemorsubassembly.Finally,analyzetheireffectsonsystemandproposethepossiblesafeguardsaccordingly.

1.DefinitionofFMEA

1.FMEA的含義FMEA

是安全系統(tǒng)工程中重要的分析方法，它采用系統(tǒng)分割的概念，根據(jù)實(shí)際需要分析的水平，把系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)或進(jìn)一步分割成元件。然后，按一定順序進(jìn)行系統(tǒng)分析和考察，查出系統(tǒng)中各子系統(tǒng)或元件可能發(fā)生的故障和故障所層現(xiàn)的狀態(tài)（故障類(lèi)型），進(jìn)一步分析它們對(duì)系統(tǒng)或產(chǎn)品的功能造成的影響，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠性和安全性。五、故障類(lèi)型和影響分析2.FMEA分析方法的特點(diǎn)

FMEA是通過(guò)原因來(lái)分析系統(tǒng)故障。即用系統(tǒng)工程方法，從元件的故障開(kāi)始，由下向上逐次分析其可能發(fā)生的問(wèn)題，預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的故障，利用表格形式，找出不希望的初始原因事件。系統(tǒng)發(fā)生故障可能喪失其功能，F(xiàn)MEA除考慮系統(tǒng)中組成部分上下級(jí)的層次概念，如物理，時(shí)間空間關(guān)系，還主要考慮功能關(guān)系。從可靠性的角度看，則側(cè)重于建立上級(jí)和下級(jí)的邏輯關(guān)系，因此FMEA是以功能為中心，以邏輯推理為重點(diǎn)的分析方法。五、故障類(lèi)型和影響分析該方法是一種定性分析方法，不需要數(shù)據(jù)做預(yù)測(cè)依據(jù)只要有理論知識(shí)和過(guò)去故障的經(jīng)驗(yàn)積累就可以了因而便于掌握，當(dāng)個(gè)人知識(shí)不夠時(shí)可以采用集思廣益的辦法進(jìn)行分析該方法適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)和預(yù)防維修等環(huán)節(jié)。五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析2.BasicTerms

(1)FailureTheinabilityofsubassemblyorsystemtoperformitssettingfunctionwithinspecifiedtimeandconditionlimits.Notallfailurescauseseversconsequences,butinstead,somemayaffectthesystemandcauseittofailtofulfillitstasksorbringaccidents.1.故障(Failure

)指元件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)在規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間、條件內(nèi)達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)定的功能。并不是所有的故障都能造成嚴(yán)重的后果，而是其中有些故障會(huì)影響系統(tǒng)不能完成任務(wù)或造成事故損失。一機(jī)電產(chǎn)品為例：從其制造、產(chǎn)出和發(fā)揮作用，一般都要經(jīng)歷規(guī)劃、設(shè)計(jì)、選材、加工制造、裝配、檢驗(yàn)包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、使用、維修等環(huán)節(jié)。每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)缺陷、偏差與損傷，這都有可能使產(chǎn)品存在隱患，即處于一種可能發(fā)生的故障狀態(tài)，特別是在動(dòng)態(tài)負(fù)載、高速、高溫、高壓、摩擦和輻射等條件下使用，發(fā)生故障的可能性更大。五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析2.BasicTerms

(2)Failuremode

Failuremodeisthestatebywhichanitemfails;thewayinwhichthefailureofanitemoccurs;themodeorstatetheitemisinafteritfails.Itissimilartosymptominmedicine.Failuremodesareformsoffailurephenomenawhichareshownthroughdifferentfailuremechanism.Manyfailuremodesexistinonesystemorsubassembly.DifferentproductsandtheirfailuremodesareinTable2.9.

故障模式是故障出現(xiàn)的狀態(tài)，是故障現(xiàn)象的一種表征，由故障機(jī)理發(fā)生的結(jié)果—故障狀態(tài)，相當(dāng)醫(yī)學(xué)上的疾病癥狀。Themannerbywhichafailureisobserved.generallydescribesthewaythefailureoccursanditsimpactonequipmentoperation五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析(2)Failuremode

2.BasicTerms

產(chǎn)品種類(lèi)故障類(lèi)型水泵、渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)誤啟動(dòng)、誤停機(jī)、速度過(guò)快、反轉(zhuǎn)、發(fā)熱、線圈漏電容器泄露、不能降溫、加熱、斷熱冷卻過(guò)分熱交換器、配管堵塞、流路過(guò)大、泄露、變形、振動(dòng)閥門(mén)、流量調(diào)節(jié)裝置不能開(kāi)啟或不能閉和、開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤、泄露、堵塞電力設(shè)備電阻變化、放電、接觸不良、短路、漏電、斷開(kāi)支撐結(jié)構(gòu)變形、松動(dòng)、缺損、脫落齒輪斷裂、壓壞、熔融、燒結(jié)、磨耗滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體扎碎、磨損、壓壞、燒結(jié)、腐蝕、裂紋電動(dòng)機(jī)磨損、變形、發(fā)熱、腐蝕、絕緣破壞五、故障類(lèi)型和影響分析(2)Failuremode

Environmentalsobringseffectsonsystem.2.BasicTerms

EnvironmentalFactorsEffectsTypicalFailureModesHighTemperature1.Thermalaging2.Metaloxidation3.Structuralchange1.Insulationfailure;2.Increasingcontactresistance;3.Crackingandinflatingofrubberandplastic;LowTemperature1.Increasingstickiness/density2.Freezing3.Becomingfragile1.Loosinglubrication;2.Functionchangesofelectricmechanism;3.Decreasingstructureintensity;HighMoisture1.Absorbingmoisture2.Electrifyingreaction3.Corroding1.Decreasingphysicalfunction;2.Decreasingmechanicalstrength;3.Affectingfunction;Dryness1.Becoming2.Dryfragile3.Granular1.Decreasingmechanicalstrength;2.Invalidstructure;3.Changesinelectricfunctions.環(huán)境因素主要影響典型故障模式高溫?zé)崂匣饘傺趸Y(jié)構(gòu)變化設(shè)備過(guò)熱黏度下降蒸發(fā)絕緣失效接點(diǎn)接觸電阻增大，金屬材料表面電阻增大橡膠、塑料裂紋膨脹元件損壞、著火、低熔點(diǎn)焊錫縫開(kāi)裂、焊點(diǎn)脫開(kāi)喪失潤(rùn)滑特性低溫增大黏度和濃度結(jié)冰現(xiàn)象脆化物理收縮元件性能改變喪失潤(rùn)滑特性電氣機(jī)械功能變化、液體凝固、盲管破裂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱、電纜損壞、蠟變硬、橡膠變脆結(jié)構(gòu)失效、增大活動(dòng)件的磨損、襯墊與密封墊失效、泄露鋁電解電容器損壞、石英晶體不震蕩、蓄電池容量降低高濕度吸收濕氣電化反應(yīng)銹蝕電解物理性能下降、電強(qiáng)度降低、絕緣電阻降低、介點(diǎn)常數(shù)增大機(jī)械強(qiáng)度下降影響功能、電氣性能下降、增大絕緣體的導(dǎo)電性干燥干裂脆化粒化機(jī)械強(qiáng)度下降結(jié)構(gòu)失效電氣性能變化五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析(3)Failurecause

Failurecausesincludeinternalandexternalcausesthatbringfailuretocomponents,productsandsystem.

2.BasicTerms

Internalcauses—theinherentreliability

Externalcauses—reliabilityinusingincludingenvironmentandusagecondition.五、故障類(lèi)型和影響分析(4)Failuremechanism

Itreferstothephysicsandchemical,electricalandmechanicalprocesseswhichbringaboutfailuresinsubassemblies,productsandsystems.Itstudieshowfailuresoccurandwhatisthepossibilityoftheoccurrence.

2.BasicTerms

五、故障類(lèi)型和影響分析(4)Failuremechanism

指誘發(fā)零件、產(chǎn)品、系統(tǒng)發(fā)生故障的物理與化學(xué)過(guò)程、電學(xué)與機(jī)械過(guò)程，考慮某個(gè)故障是如何發(fā)生的，以及它發(fā)生的可能性有多大。2.BasicTerms

5.故障模式、故障機(jī)理與故障原因的關(guān)系內(nèi)部原因外部原因故障原因故障機(jī)理故障模式可動(dòng)接觸部位固定接觸部位彈簧線圈殼體過(guò)載電流塵埃有毒氣體溫度濕度接觸部位磨損驅(qū)動(dòng)部位疲勞接觸不穩(wěn)定點(diǎn)火花、噪聲、溫度上升接觸部位破壞驅(qū)動(dòng)部位破壞接觸功能失效接觸點(diǎn)變形可接觸片變形線圈過(guò)熱、燒壞彈簧疲勞、折斷五、故障類(lèi)型和影響分析6.故障等級(jí)（Failurelevel）故障等級(jí)是衡量故障對(duì)系統(tǒng)任務(wù)、人員和財(cái)務(wù)安全造成影響的尺度。人們根據(jù)故障的大小采取相應(yīng)的措施。

簡(jiǎn)單劃分法：將故障模式對(duì)子系統(tǒng)或系統(tǒng)影響的嚴(yán)重程度分四個(gè)等級(jí)故障等級(jí)影響程度可造成的危害或損失Ⅳ致命性的可能造成死亡或系統(tǒng)損失Ⅲ嚴(yán)重的可能造成嚴(yán)重傷害、嚴(yán)重職業(yè)病、主要系統(tǒng)損壞Ⅱ臨界的可能造成輕傷、職業(yè)病或次要系統(tǒng)損壞Ⅰ可忽略的不會(huì)造成輕傷、職業(yè)病，系統(tǒng)不會(huì)損壞五、故障類(lèi)型和影響分析6.故障等級(jí)（Severityclassification

）1、評(píng)點(diǎn)法：在難于取得可靠性數(shù)據(jù)的情況下。評(píng)點(diǎn)因素系數(shù)影響因素大小對(duì)系統(tǒng)造成影響的范圍故障發(fā)生的頻率防止事故的難易程度是否新設(shè)計(jì)五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析6.故障等級(jí)2、查表法：評(píng)點(diǎn)因素內(nèi)容點(diǎn)數(shù)故障影響大小造成生命損失造成相當(dāng)損失功能損失5.03.01.0對(duì)系統(tǒng)造成的影響對(duì)系統(tǒng)造成二個(gè)以上重大損失對(duì)系統(tǒng)造成二個(gè)以上重大損失對(duì)系統(tǒng)無(wú)太大影響2.01.00.5發(fā)生頻率易于發(fā)生能夠發(fā)生不太發(fā)生1.51.00.7防止事故的可能性不能能夠防止易于防止1.31.00.7是否新設(shè)計(jì)相當(dāng)新的內(nèi)容設(shè)計(jì)類(lèi)似設(shè)計(jì)同一設(shè)計(jì)1.21.00.8五、故障類(lèi)型和影響分析6.故障等級(jí)3、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法—風(fēng)險(xiǎn)率：是故障概率和嚴(yán)重度綜合評(píng)定的。嚴(yán)重度等級(jí)內(nèi)容Ⅰ低的對(duì)系統(tǒng)任務(wù)無(wú)影響對(duì)子系統(tǒng)造成的影響可忽略通過(guò)調(diào)整故障易消除Ⅱ主要的對(duì)系統(tǒng)任務(wù)有影響但可忽略導(dǎo)致子系統(tǒng)功能下降出現(xiàn)的故障能夠立即修復(fù)Ⅲ關(guān)鍵的系統(tǒng)功能有所下降子系統(tǒng)功能?chē)?yán)重下降出現(xiàn)的故障不能立即修復(fù)Ⅳ災(zāi)難性的系統(tǒng)功能?chē)?yán)重下降子系統(tǒng)功能全部喪失出現(xiàn)的故障需修理才消除五、故障類(lèi)型和影響分析6.故障等級(jí)3、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法—風(fēng)險(xiǎn)率：是故障概率和嚴(yán)重度綜合評(píng)定的。故障率等級(jí)內(nèi)容Ⅰ很低的故障模式發(fā)生的概率小于全部概率的0.01Ⅱ低的故障模式發(fā)生的概率小于全部概率的0.01～0.1Ⅲ中等的故障模式發(fā)生的概率小于全部概率的0.1～0.2Ⅳ高的故障模式發(fā)生的概率大于全部概率的0.2五、故障類(lèi)型和影響分析6.故障等級(jí)3、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法—風(fēng)險(xiǎn)率：是故障概率和嚴(yán)重度綜合評(píng)定的。Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

ⅣⅣⅢⅡⅠ0五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析明確系統(tǒng)的情況和目的確定分析層次繪制功能框圖和可靠性框圖建立故障模式清單分析故障模式和影響評(píng)定故障等級(jí)研究故障檢測(cè)方法提出預(yù)防措施填寫(xiě)FMEA表AnalysisstepofFMEA五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析Generally,FMEAisconsistedofthefollowingfoursteps:

Haveagoodcommandofthetargetsystem.Analyzefailuremodesofthesystemcomponents.AnalyzefailureeffectsDrawouttheFMEAtable.3.ProcessofFMEA

1、明確系統(tǒng)情況和目的：了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、技術(shù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙、使用說(shuō)明書(shū)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、事故情報(bào)2、確定分析層次裝置功能系統(tǒng)子系統(tǒng)部件分部件組成零件設(shè)備零件對(duì)裝置的影響對(duì)系統(tǒng)的影響對(duì)子系統(tǒng)的影響對(duì)組成零件的影響系統(tǒng)功能級(jí)的FMEA部件級(jí)的FMEA組成零件級(jí)的FMEA設(shè)備部件級(jí)的FMEA五、故障類(lèi)型和影響分析3、繪制功能框圖和可靠性框圖繪制這兩種圖的目的，是要從系統(tǒng)功能和可靠性方面弄清系統(tǒng)的構(gòu)成情況，并以此作為故障類(lèi)型和影響分析的出發(fā)點(diǎn)。一個(gè)系統(tǒng)可以由若干個(gè)功能不同的子系統(tǒng)組成（如動(dòng)力、傳動(dòng)、工作、控制等子系統(tǒng)），一個(gè)子系統(tǒng)又是由更小的子系統(tǒng)或元件組成的。為了便于分析，要繪制各子系統(tǒng)及其所包含功能件的功能以及相互關(guān)系的框圖，即功能框圖。五、故障類(lèi)型和影響分析可靠性框圖是研究如何保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的一種系統(tǒng)圖，而不是按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)順序繪制的結(jié)構(gòu)圖五、故障類(lèi)型和影響分析

一般情況下，只有構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)都能正常運(yùn)行，才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用串聯(lián)形式把子系統(tǒng)連接起來(lái)，如下圖所示。系統(tǒng)子系統(tǒng)a子系統(tǒng)b子系統(tǒng)c串聯(lián)圖五、故障類(lèi)型和影響分析

如果構(gòu)成系統(tǒng)的任何一個(gè)子系統(tǒng)正常就能保證系統(tǒng)正常，則用并聯(lián)連接，如下圖所示。系統(tǒng)子系統(tǒng)a子系統(tǒng)b子系統(tǒng)c并聯(lián)系統(tǒng)五、故障類(lèi)型和影響分析

根據(jù)這種原則，也存在串-并聯(lián)連接形式，如下圖所示。同理，也可以繪制子系統(tǒng)與構(gòu)成子系統(tǒng)各部分的可靠性連接形式。系統(tǒng)子系統(tǒng)a1子系統(tǒng)b子系統(tǒng)a2串并聯(lián)系統(tǒng)子系統(tǒng)c1子系統(tǒng)c2五、故障類(lèi)型和影響分析4、建立故障模式清單、分析故障模式及影響

這一步是實(shí)施FMEA的核心，根據(jù)理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)故障資料，判明系統(tǒng)中所有實(shí)際可能出現(xiàn)的故障模式，即導(dǎo)致規(guī)定輸出功能的異常和偏差。分析過(guò)程的出發(fā)點(diǎn)，不是從故障已發(fā)生開(kāi)始考慮，而是分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案，會(huì)有那種故障發(fā)生，即對(duì)每一種輸出功能的偏差，預(yù)計(jì)可能發(fā)生什么故障，對(duì)部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)有什么影響及其程度，列出認(rèn)為可能發(fā)生的全部故障。選定、判定故障模式是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作。五、故障類(lèi)型和影響分析5W1H啟發(fā)式分析方法：5W1H是Who、When、Where、What、Why、How的總稱(chēng)做什么

Whattodoit?為什么做

Whytodoit?何時(shí)做

Whentodoit?何地做

Wheretodoit?誰(shuí)去做

Whotodoit?怎么做

Howtodoit?五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析5、研究故障檢測(cè)法6、確定故障等級(jí)7、提出預(yù)防措施8、制定FMEA表五、故障類(lèi)型和影響分析

表故障類(lèi)型與影響分析(FMEA)記錄表區(qū)域/工藝過(guò)程：

系統(tǒng)：

子系統(tǒng)：

分析人員：

日期：

項(xiàng)目標(biāo)識(shí)符說(shuō)明/描述失效模式影響后果現(xiàn)有安全措施LS風(fēng)險(xiǎn)度(R)建議對(duì)策措施

五、故障類(lèi)型和影響分析1.

電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析

2.空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)罐的故障類(lèi)型和影響分析

空氣壓縮機(jī)的儲(chǔ)罐屬于壓力容器,其功能是儲(chǔ)存空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣。這里僅考察儲(chǔ)罐的罐體和安全閥兩個(gè)元素的故障類(lèi)型及其影響,分析結(jié)果列于表五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析

把故障類(lèi)型和影響分析從定性分析發(fā)展到定量分析，則形成了故障類(lèi)型和影響、危險(xiǎn)度分析（FMECA）.

4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

系統(tǒng)——致命度分析子系統(tǒng)日期：

制表：

主管：

1致命故障致命度計(jì)算234567891011121314項(xiàng)目編號(hào)故障模式運(yùn)行階段故障影響項(xiàng)目數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源運(yùn)轉(zhuǎn)周期可靠性指數(shù)五、故障類(lèi)型和影響分析

故障類(lèi)型和影響、危險(xiǎn)度分析包括兩個(gè)方面的分析：（1）故障類(lèi)型和影響分析；（2）危險(xiǎn)度分析。危險(xiǎn)度分析的目的在于評(píng)價(jià)每種故障類(lèi)型的危險(xiǎn)程度。通常，采用概率——嚴(yán)重度來(lái)評(píng)價(jià)故障類(lèi)型的危險(xiǎn)度。概率是指故障類(lèi)型發(fā)生的概率，嚴(yán)重度是指故障后果的嚴(yán)重程度。采用該方法進(jìn)行危險(xiǎn)度分析時(shí)，通常把概率和嚴(yán)重度分別劃分為若干等級(jí)。

4.FailureModesEffectsandCriticalityAnalysis

致命度指數(shù)計(jì)算當(dāng)用危險(xiǎn)度一個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)時(shí),可按下式計(jì)算危險(xiǎn)度:

式中C---系統(tǒng)的危險(xiǎn)度;

n---導(dǎo)致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類(lèi)型數(shù)目;

λ---元素的基本故障率;

t---元素的運(yùn)行時(shí)間;

α---導(dǎo)致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類(lèi)型數(shù)目占全部故障類(lèi)型數(shù)目的比例;

β---導(dǎo)致系統(tǒng)重大故障或事故的故障類(lèi)型出現(xiàn)時(shí),

系統(tǒng)發(fā)生重大故障或事故的概率,

五、故障類(lèi)型和影響分析五、故障類(lèi)型和影響分析4.Failu