（车辆工程专业论文）基于汽车可靠性技术的工艺潜在失效模式及影响分析（pfmea）研究.pdf

基于汽车可靠性技术的工艺潜在失效模式及影响分析 ( p f m e a ) 研究 摘要 本文概括了当前我国汽车发展的概况，以及面临的主要问题，提出对汽车开 发、生产过程中进行可靠性控制的重要性。然后阐述国内外汽车可靠性分析技 术的应用情况，介绍在汽车开发周期中常见的几种可靠性分析方法，如f m e c a 、 f t a 、c a 、f m e a ，并重点研究了p f m e a ( 过程f m e a ) 在实际生产中的实施 方法。 针对当前企业在实施p f m e a 过程中存在的问题，提出计算机辅助p f m e a 的必要性以及拟解决的问题。 采用面向对象的d e l p h i 7 编程语言和b d e 数据库技术，详细阐述 p f m e a _ h u t 系统的开发过程，最终使该系统实觋对失效模式库进行访问和处理 的功能，为汽车生产过程中的可靠性分析提供了有力的技术支持。 关键词：车辆可靠性工艺故障模式及影响分析知识库p f m e a _ h u t 系统 s t u d yo f p r o e e s sf a i l u r em o d e a n de f f e c t sa n a l y s i s ( p f m e a ) b a s e do na u t o m o b i l er e l i a b i l i t yt e c h n o l o g y a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , f w s f l y , t h ed e v e l o p m e n ta n dt h em a i np r o b l e m si nt h ed o m e s t i c a u t oi n d u s t r ya r eb r i e f l ys u m m a r i z e d t h e r e f o r e , i t sn e c e s s a r yt oc o n t r o lt h e r e l i a b i l i t yd u r i n gt h ed e v e l o p m e n ta n dm a n u f a c t u r eo fa u t o m o b i l e s s e c o n d l y , t h e a p p l i c a t i o no fd o m e s t i ca n df o r e i g nr e l i a b i l i t yt e c h n o l o g yi s d e s c r i b e d s e v e r a l m e t h o d sw h i c ha r em o s ta d o p t e di nt h ed e v e l o p m e n tp e r i o do fa u t o m o b i l e s ，s u c ha s f a i l u r em o d ea n de f f e c t sa n a l y s i sf f m e a ) ，f a i l u r et r e ea n a l y s i s ( f t a ) ，c r i t i c a l i t y a n a l y s i s ( c a ) a r ei n t r o d u c e d f i n a l l y , t h ee m p h a s i so ft h er e s e a r c hi st od i s c u s st h e a p p l i c a t i o na n di m p l e m e n to f p r o c e s s f m e ad u r i n gt h ep r a c t i c a lp r o d u c t i o n o w i n gt ot h eq u e s t i o n sa p p e a r e di nt h ei m p l e m e n to fp f m e a , t h en e c e s s i t yo f d e s i g n i n gt h ep f m e a _ h u ts o f t w a r ea n dt h ep r o b l e m st ob es o l v e db yt h es o f t w a r e a l ep r o p o s e d w i t ht h eo b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g ea n dt h ed a t a b a s et e c h n o l o g y , t h e d e v e l o p m e n tc o u r s eo ft h ep f m e a h u ts y s t e mi s d i s c u s s e di nd e t a i l al o to f d a t a b a s e sa r es e t u p ，s u c ha s f a i l u r em o d ed a t a b a s e ”，“p r o c e s sd a t a b a s e a n ds oo n a sar e s u l t 。t h es y s t e mi sa b l et ov i s i ta n dd e a lw i t ht h ef a i l u r em o d ed a t a b a s e ，a n d p r o v i d e sp o w e r f u lt e c h n i c a ls u p p o r tf o rt h er e l i a b i l i t ya n a l y s i sd u r i n gt h ep r o d u c t i o n o f a u t o m o b i l e s k e y w o r d ：r e l i a b i l i t yo fa u t o m o b i l e s ，f a i l u r em o d ea n de f f e c t sa n a l y s i sf f m e a ) ， d a t a b a s e ，c o m p u t e ra i d e dp f m e a 插图清单 图2 1 汽车产品可靠性分析方法一 图2 - 2 串连系统可靠度分配 图2 - 3 并联系统可靠度分配 图2 - 4 汽车生产过程方框图 图2 5 危害性矩阵分析图 图2 - 6 求故障树最小割集示例图 图2 - 6f m e a 分析步骤 1 9 2 5 图3 - 1 汽车开发流程框图 图3 2 先进制造技术知识管理图 图4 1 数据库关系原理图 3 2 3 3 5 2 图5 - 1p f m e a _ h u t 系统的输入输出关系5 5 图5 - 2p f m e a _ h u t 系统输入界面 图5 - 3p f m e ah u t 系统各模块的具体组成5 9 图5 - 4 用户登陆界面 图5 5 项目管理“6 0 图5 - 6 新建项目 图5 7 数据录入界面6 0 图5 8 数据备份与恢复”6 l 图5 - 9 选择路径 图5 1 0 用户权限设置6 l 图5 1 1 更改密码6 l 图5 1 2 标准p f m e a 报表6 2 图5 1 3 毛坯加工工艺过程库6 3 图5 1 4 热处理加工工艺过程库6 3 图5 1 5 机械加工工艺过程库6 4 图5 。1 6 装配工艺过程库6 4 图5 1 7 过程控制方法库表“ 图5 1 8 失效模式库表6 5 图5 1 9 汽车生产过程中失效模式库表6 5 图5 2 0 严重度评价准则库表“6 5 图5 2 1 频度评价准则库6 6 图5 2 2 探测度评价准则库6 6 图5 - 2 3 知识库维护界面6 6 表格清单 表2 - l 可靠性与修复性对照表1 1 表2 2 失效的分类及定义”1 7 表2 3 汽车使用过程中常见失效模式分类表1 8 表2 - 4 常见毛坯加工工艺”2 0 表2 5 常见热处理加工工艺2 0 表2 - 6 常见机械加工工艺 表2 7 常见装配工艺 表2 - 8 汽车生产过程中常见失效模式”2 2 表2 - 9 下行法求解最小割集过程表 表2 1 0 典型f m e a 方法标准、手册和规范2 9 表3 1 产品生命周期各阶段的f m e a 方法3 4 表3 - 2 潜在失效模式及后果分析工作表( 设计f m e a ) 3 5 表3 3 推荐的d f m e a 严重度评价准则”3 9 表3 - 4 推荐的d f m e a 频度评价准则3 9 表3 5 推荐的d f m e a 探测度评价准则”4 0 表3 - 6p f m e a 严重度评价准则4 l 表3 7p f m e a 频度评价准则4 2 表3 8p f m e a 探测度评价准则4 3 表3 - 9q s 9 0 0 0f m e a 范例4 5 表5 1 用户管理表”5 5 表5 2 普通用户操作权限表”5 6 表5 3 项目管理表”5 6 表5 4 项目主表”5 6 表5 5 项目从表“5 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒g 墨些太堂 或其他教百机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者擗舌睁0 柳瓤勺年f 月却 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金a i ：些盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金 鲤王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一虢孵渗 一期：1 年堂月母 导师签名： 渺恕 一期：矽守月谣日 学位论文作者毕业后去向： 三竺躲孑勰悻表舢红心i 通讯地址：。 电话： 邮编： 致谢 感谢我的导师张代胜教授和陈朝阳教授，他们的悉心指导和热情关怀 给了我学习的动力和勇气；他们深厚的专业知识、严谨的学术作风和虚怀 若谷的态度激励我保持锲两不舍的钻研精神。我攻读硕士学位期间取得的 每一滴知识都离不开两位老师的教诲和帮助。 感谢教研室石琴教授、谭继锦副教授、尹安东副教授、徐建中等老师 对我学习上的指导，同时对课题组的刘焕广、戴声良、蔺瑞兰、许力、张 雷、潘震、陈玉杰、仇斌、张林涛等同学在我的课题研究及论文撰写期间 给予的帮助。 感谢天安保险安徽省分公司各位领导和老师( 李静总经理、梁力副总 经理、潘发强副总经理、徐纪华经理、戈国顺老师) 为我提供了良好 的工作与学习环境，并为我在撰写该论文期间提供了许多技术和信息上的 支持。 感谢我的父母和女友王文平，他们以浓浓的亲情理解我、支持我。不 仅给予我物质上的支持，而且在精神上也不断给我鼓励，至今我无以为报。 最后，向所有关心爱护我的人们表示衷心谢意! 作者：胡玺良 2 0 0 7 年5 月 第一章绪论 1 1 我国汽车制造业现状 1 1 1 我国汽车制造业的积极方面 近几年来，我国的汽车工业再创新辉煌，在诸多方面取得突破性进展。汽车 产销量逐年大幅上涨；大企业集团的生产集中度、市场占有率进一步提高；汽车 产品结构更趋合理；汽车技术明显进步；汽车工业经济效益大幅度提高；汽车产 品进出口形势喜人；汽车新产品五彩纷呈；合资合作、联合重组、产业结构调整， 又取得新进展1 1 1 - 4 1 。 1 、汽车产销量高速增长 根据中国汽车工业协会的权威统计，2 0 0 6 年中国汽车实现产销突破7 0 0 万 辆大关。由于2 0 0 2 年、2 0 0 3 年中国汽车市场出现爆发式的增长，部分潜在的消 费需求得到提前释放，使得2 0 0 4 年、2 0 0 5 年汽车市场增速出现大幅回落；加之 消费信贷的紧缩，导致市场需求受到抑制。但终于在2 0 0 6 年实现7 0 0 万辆的突 破。中国汽车工业在跃上7 0 0 万辆的产销平台后，中国将超过德国成为世界第三 大汽车生产国。 2 、汽车产品结构更趋合理 乘用车比例有较高增长：中国汽车工业协会公布数据，2 0 0 7 年第一季度全国 乘用车销量达到1 5 3 7 3 万辆，同比增长2 2 3 6 。其中轿车销售了1 1 2 1 6 万辆， 同比增长3 0 1 4 ，3 月份乘用车市场总体需求比2 月明显增加，其中多功能乘用 车( m p v ) 和运动型多用途乘用车( s u v ) 增速最快，增幅都在5 0 以上。轿 车月增幅相对略低一些，但也比2 月增长了3 7 5 。 重型载货车产量逐年增加载货汽车在向重型和轻型两端发展：在卡车市场的 总产销量中，轻卡的产销份额均达到4 7 以上。重卡方面，2 月份产销3 0 8 4 7 辆和2 4 1 7 5 辆，同比增长达到3 2 4 8 和3 1 7 2 ，占卡车销售份额2 0 以上。 3 、骨干企业生产集中度市场占有率有所提高 2 0 0 6 年一汽、东风，上汽三大汽车集团的汽车产销量已占全国汽车产销量的 一半以上，同比增长近两个百分点；载货车产销量占全国载货车产销量近4 0 t 客车占2 5 ：轿车最高，占7 2 。 4 、汽车工业进出口形势良好 2 0 0 7 年l 2 月，汽车商品出口创汇同比增长超过5 0 ，继续保持较快增长 势头。2 月全国整车进口与1 月比明显下降，出口则持续增长。与上年同期相比， 进口总额有所下降，出口创汇继续保持较快增长。其中轿车出口再次突破l 万辆， 达到1 0 0 3 9 辆。 5 、汽车技术取得明显进步 在汽车安全方面，乘用车的制动性能、照明和信号装置、轮胎、除霜除雾装 置的强制性要求，已等同采用欧洲e c e 法规；制动防抱死系统( a b s ) ，已在乘 用车上较多采用；乘用车已实施正面安全碰撞法规，目前正制定侧面碰撞和追尾 碰撞法规；安全气囊在中高档乘用车上已较多采用，我国汽车工业已基本具备安 全气囊的开发匹配和生产能力。 我国已普遍实施欧i i 标准，汽油机电喷、高压喷射，柴油机增压、中冷己快 速普及，排气催化净化技术等后处理技术正广泛应用。 在汽车燃料经济性方面，我国已经颁布轻型汽车燃油经济性试验方法标准 ( g b t1 9 2 3 3 2 0 0 3 ) ，m 1 类车的燃油消耗限值标准己报国家主管部门，待审批 发布。 汽车产量、保有量的快速增长，给环境污染和燃油需求带来压力。为缓解压 力，近几年国家积极倡导、大力推广以压缩天然气( c n g ) 、液化石油气l n g 、 乙醇汽油、甲醇汽油等为主的代用燃料汽车，取得一定成效，在开发技术和使用 技术上取得明显进步。在燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车的科研攻关 方面，也取得重大进展。纯电动汽车己开始示范运行；燃料电池客车和轿车概念 车研制成功；混合动力客车、轿车样车研制成功，正在进行性能和可靠性试验。 汽车电子技术的应用也越来越多。如电控空燃比、点火正时、废气再循环、 制动防抱死、驱动防滑、车辆稳定性、自动变速、动力转向、巡航系统、安全气 囊、防盗系统、遥控门锁、电控座椅、电动后视镜、轮胎气压监测、音响设备、 车载通讯系统等，在中高级汽车上都实现了电子控制。 通过各种先进装置和技术的采用，使产品结构、舒适性、可靠性、经济性、 智能性均有较大提高。 6 、汽车新产品五彩纷呈 为了满足消费者的多种需求，国内汽车厂家不断推出新车型。据汽车工业协 会统计，最近两年每年都超过1 0 0 款，包括全新车型和改款车型。专家认为，新 车型过多，导致单种车型年销量过低，并不利于提高企业的规模效益。 7 、汽车产业合资合作、结构调整取得重大进展 2 0 0 7 年1 月份自主品牌的市场份额已经攀升到3 0 5 7 ，遥遥领先于去年紧 随其后的日系汽车的2 5 9 。近年来，中国汽车行业产品结构日趋合理，国际竞 争力提高，已经形成了坚实的发展基础，汽车产业已经成为拉动国民经济增长的 主要产业。 目前，中国汽车行业已有各类生产企业5 8 0 0 多家，总资产已超过万亿元。 更在2 0 0 6 年我国汽车行业利润达到7 6 8 亿元人民币，较2 0 0 5 年增长4 6 ，这也 是我国汽车行业连续两年利润下滑后的首次增长。 中国汽车产业初步形成了自主发展和可持续发展的生产、技术基础。通过消 化吸收引进技术、合资、合作，中国汽车产品研发和技术创新能力正在逐步提升， 2 产品生产技术已接近国际先进水平。 1 1 2 我国汽车制造业存在的问题 当前，汽车市场需求的高速增长暂时掩盖了由加入w t o 给国内汽车市场带 来的冲击，但是，这并不意味着我国汽车市场就没有矛盾和问题。相反，在产销 高速增长的繁荣期，我国汽车业已暴露出四大问题： l 、汽车产业热度过高，供给市场存在投资泡沫 近几年，在强大的市场需求刺激下，受汽车产业链条长、对地方经济带动作 用大和投资回报高的诱惑，全国有2 3 个省市都在搞汽车，分别设立了1 9 0 个整 车厂、2 9 2 个特种车及改装车厂、9 8 个车身厂、3 9 0 0 多家汽车及摩托车零部件 和配件厂。根据有关方面分析，当前中国整车生产能力约有5 5 0 万辆，今后五年 还将新增生产能力6 0 0 多万辆。届时，全国所具备的整车生产能力将大大超过市 场需求能力。目前，国内形成的汽车投资热，尽管有市场因素作用，但在很大程 度上是在地方政府支持主导下掀起来的。这种由地方政府掀起的“造车运动”，形 成了一批分散、小规模的汽车企业，它明显不利于汽车生产集中度的提高，增加 了企业问的生产和竞争成本，降低了汽车产业的效益。 2 、自主开发能力弱，引进多、模仿多、拥有自主知识产权的少 当前，中国国内生产的汽车大部分都是“戴着洋帽子的中国造”。以2 0 0 2 年 为例，在我国汽车新产品开发中，属于自主开发的新产品占新汽车品种数量的 3 2 ，其中轿车仅占1 0 5 。大部分新型轿车都是依靠技术引进和合资开发的。 有许多人曾自豪地讲，2 0 0 3 年中国已经成为世界第四大汽车制造国，但是，同 美、日、德等国家相比，我国只是汽车产销大国而不是强国。严格从技术意义上 讲，当前我国汽车产业实质上是汽车强国和世界汽车巨头的组装车间，汽车市场 格局是由跨国巨头主导和操作的我们是靠“卖市场”吸引世界汽车巨头进入中国 的。 3 、汽车行业分散，产业链条短，企业规模偏小，生产成本偏高 目前中国的汽车生产不但自主开发能力弱，而且产业配套能力也非常低。比 如，尽管2 0 0 3 年我国成为世界第一钢铁生产大国，但许多汽车合资厂所需的特 殊钢材仍要大量进口，广州本田生产新型雅阁轿车和奥德赛面包车所需的9 0 钢材必须从日本进口。同时，尽管国内有3 9 0 0 多家汽车及摩托车零部件和配件 厂，但像大众、福特、通用、丰田等在中国的合资汽车制造厂，还有许多汽车零 部件都需要从海外大量进口。此外，由于中国铁路运输系统效率低，钢材及零部 件运输交货时间不及时，还使企业的运输成本和库存成本加大。中国汽车厂家多， 企业规模小是不争的事实，2 0 0 2 年，全国产能在2 0 万辆以上的厂家只有4 个， 当年共生产汽车1 9 0 多万辆，仅相当于2 0 0 1 年福特汽车产量的6 0 、丰田的 4 6 5 。由于原材料及零部件进口、运输低效率和小规模生产，使得目前中国 生产一辆汽车的成本比工业化国家搞出1 8 左右。 4 、销售服务体系不健全，汽车投诉事件增多，就目前我国的情况看，尽管 全国已经形成了人数众多的中高等收入者阶层，他们完全有能力买得起和用得起 汽车，但是，由于买车手续繁杂、服务不到位、收费项目多，影响甚至抑制了人 们的汽车消费；而在汽车消费中的金融服务滞后已严重压制了潜在的消费者群 体；同时，随着全社会汽车保有量的增加，大中城市交通堵塞、停车泊位严重短 缺也正在制约着汽车产业的发展。 另外，在过去的0 6 年里，汽车销量不断上升，势必引起汽车投诉事件的上升， 但是汽车投诉事件较汽车销量的增幅更大，因此有必要进行更深层次的分析。有 关汽车方面投诉的主要都是有关汽车的质量。汽车质量的投诉中新车质量上问题 多且较严重，不少投诉车辆的购买时间只有3 到6 个月。新车质量问题的表现主 要有：发动机怠速不稳、抖动、爆震及凸轮轴油封漏油、变速箱异响、刹车跑偏、 转向不能自动回正、行驶中突然自动熄火、组合仪表不正常等。 在2 0 0 6 年度汽车用户投诉的汽车质量问题中，制动系统和变速器的投诉率 较高，汽车质量问题构成具体为：制动系统占2 8 4 ；发动机占1 9 8 ；变速 器占1 3 5 ；前后桥及悬架系统占l o 1 ；车身附件及电气占9 4 ；离合 器占7 4 ；转向系统占7 1 ；轮胎占4 3 。 汽车产品质量投诉分析主要从以下八个方面进行： ( 1 ) 车身附件及电气：车体的锈蚀和裂纹，空调的制冷、制热不正常，升降 机等不能正常工作，座椅的质量，车内噪声，车身振动，起动机、发电机及电动 刮水器、照明、转向灯、组合仪表等不能正常工作。 ( 2 ) 发动机：起动困难，达不到厂家标称的功率指标，油耗异常、渗油、异 晌、怠速异常等问题。 ( 3 ) 离合器：分离不彻底，打滑、车身发抖、异响等问题。 ( 4 ) 变速器：换档困难，有异响、跳挡、乱挡、发热等问题。 ( 5 ) 前后桥及悬架系统：车桥、传动轴、悬架是否有异响，避振器漏油等问 题。 ( 6 ) 制动系统：存在拖滑、制动距离超过标准、异响、跑偏等现象。 ( 7 ) 转向系统：车身抖动、跑偏，转向的轻重与自动回正性差，有异响等现 象。 ( 8 ) 轮胎：有早期磨损、爆裂、早期龟裂等现象。 所有数据表明，汽车质量问题多、新车质量问题更多现象的主要原因有两个： 一是一些厂家为降价格压低成本，更改配置，更换配件供应商，以致价格下降， 问题上升；二是一些厂家推新车速度太快。据统计，今年上半年，共有6 0 多款 新车上市，其中全新车型2 5 款左右，改款车型3 0 多款。有消息称，今年全年 上市的新车和改款车可能会超过1 0 0 款。有的厂家为快推新车，缩短研发和测试 周期，一些车型在可能存在隐患情况下，匆忙上市，市场成了实验场，从而在设 4 计和制造阶段将汽车的可靠性打了很大的折扣。 1 2 汽车可靠性技术的发展与应用 1 2 1 可靠性技术的发展 上世纪美国国防部成立的“电子设备可靠性咨询小组”- - a g r e e ，经过多 年的研究，发表了军用电子设备可靠性的研究报告，从此确定了可靠性工程 的发展方向，这一报告成为可靠性发展的奠基文件，标志着可靠性研究已经成为 - - i - 1 独立的学科。可靠性工程已从电子产品可靠性发展到机械及非电子产品的可 靠性的研究，从硬件的可靠性发展到软件的可靠性，从宏观统计估算的可靠性发 展到微观分析计算产品的可靠性，从手工定性的可靠性分析计算发展到计算机辅 助进行可靠性分析，从重视可靠性统计实验发展到强调可靠性工程实验，通过环 境应力筛选及可靠性强化实验来暴露产品故障，进而提高产品的可靠性，从可靠 性工程发展到维修性工程、安全性工程、保障性工程、从军事装备的可靠性发展 到民用产品的可靠性【5 1 6 1 。 可靠性是指产品在给定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。这 里产品是指i s 0 9 0 0 0 标准中的硬件、流程性材科的有形产品和软件。它可能是一 个系统或者设备，或是一个零件，只要是产品都有可靠性问题，甚至还把人的作 用也包含在内。在具体使用“产品”这一词时，其确切的含义应该说明，如汽车 发动机、汽车轮胎、玻璃制品等，如果此时能够通过迅速而经济地维修恢复产品 地使用性能，使其产品又能继续工作以提高产品的可用性1 7 j 。 可靠性分析按照开发者的控制可以分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠 性时产品在设计、制造中赋予的，时产品固有的一种特性，也是产品开发者可以 控制的。使用可靠性是产品在使用过程中表现出的一种性能的特性，它除了考虑 固有可靠性的影响因素外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素 的影响，一般说来使用可靠性总低于固有的可靠性。 在进行可靠性分析时，要注意可靠性的核心，即满足“规定的条件”、“规定 时间”、“规定功能”、。产品的可靠性”。 1 2 2 国内外汽车可靠性技术的研究与应用 美国是研究可靠性技术最早的国家，应用最早的除了电子行业外还有汽车生 产企业。三大汽车公司在设计、试验、生产、服务几个步骤都安排了“指定可靠 性目标”和“研究设计、工艺、质量管理方法、预测产品可靠性”的工序，并对 其产品可靠性提出了具体指标，并采用了5 0 0 h 、1 0 0 0 1 1 、1 5 0 0 h 的累积故障率来 控制发动机零件的可靠性。 可靠性技术在我国首先主要应用在电子、航空、航天、核能、通讯等领域内， 1 9 8 2 年中国机械工程学会设立了机械可靠性学组，随之汽车行业也开始了可靠 性研究工作，近二十多年来已取得了很大的成绩，对国产汽车产品质量的提高起 到了很大的促进作用。2 0 世纪9 0 年代中汽公司颁布的汽车产品质量检验评定 ( 蓝皮书) ，是汽车工业产品质量抽查检验、监督管理和符合性质量等级评定的 指令性文件。而后中汽公司在1 9 9 7 年又颁布了汽车整车产品质量检验评定方 法( 白皮书) ，以代替蓝皮书中的整车部分i s 。 进入2 1 世纪后，国外发达国家将可靠性研究转向对可靠性软件的开发和应 用，已开发出一系列的可靠性软件。随着世界发展的同一化，可靠性软件的开发 和可靠性工程的管理水平基本上达到了同步的水平。国外的可靠性分析软件开发 起步较早，美国、俄罗斯、以色列、加拿大等国均己开发出商品化的可靠性分析 软件。现在比较常见的大型可靠性分析软件包括以下一些 9 1 ： ( 1 ) s r p ( 系统可靠性程序) 系统可靠性程序。s r p 适合用来对不同任务阶 段中复杂冗余系统实行可靠性分析。s r p 可根据相应的模型来预计失效率、首次 失效前平均时间、可靠性与可用性。s p r 的使用较为简便，并能够以最少的时间 来实现数据输入、数据分析和报告生成等操作。 ( 2 ) c a r s a ( 计算机辅助冗余) 系统可靠性分析。软件可方便地对容错再 配置系统实行可靠性评定，它充分利用了失效效应覆盖率的马尔可夫建模方法。 c a r s a 通过给系统分区来克服马尔可夫建模的缺点。 ( 3 ) r e l a v ( 可靠性可用性分析程序) 软件。可通过对系统建模的方式来 测定系统的可靠性和可用性测试阶段中，它可存取现有系统的性能。在设计的早 期阶段中。在系统设计的最后它可对所选的硬件或结构实行建模或预计。输入项 目包括系统的说明及其下列参数之一：产品的可用性、m t b f 与m t t r ，m t b r 与任务持续时间或失效率与任务持续时间。 ( 4 ) s y s r e l ( 串联系统的可靠性分析) 。该系统采用蒙特卡罗技术来计算 分级串联系统可靠性估计值。失效率被假定为恒定的和按指数规律的。 ( 5 ) r e l e x 可靠性分析软件。r e l e x 软件是一套直观易用、高度集成的可靠性 综合分析，解决系统。r e l e x 软件提供了分析设备和潜在可靠性和维修性改进关 键点的完整工具，可以预计所设计产品的潜在可靠度和维修度，分析其危害度最 高的失效模式，甚至可以调整其冗余结构以优化可靠度和可用度。在r e l e x 软件 引入了一种新的模式，即在r e l e x 软件中各模块共同分享信息，各种分析可同时 进行。r e l e x 软件为可靠性分析系统设定了标准。 依据国外、特别是美国的可靠性分析软件发展的特点，可以发现可靠性分析 软件正在朝着集成化、标准化、智能化、网络化和可视化的方向发展。具体分析 如下： ( 1 ) 集成化：能够应用于航空航天、电子、机械、生物、医学技术等领域。 集可靠性建模，可靠性分配，可靠性预计和失效模式、影响及后果分析、故障树 分析、潜在通路分析、热分析、容差分析、贮备分析、功能试验、储存、装卸、 包装、运输及维修的影响分析于一体，能够实现数据共享。 6 ( 2 ) 标准化：使元器件可靠性数据、f m e c a 失效模式、维修任务、降额条 件标准化，并建立相关的数据库，同时加强可靠性报告的标准化管理工作，对于 大型系统的分析，有统一分析平台。 ( 3 ) 智能化：能自动提供系统化的处理过程，智能化处理各种数据，自动 优化计算，自动对分析结果提出合理的建议。 ( 4 ) 网络化：随着计算机网络技术的发展，可靠性分析软件将趋于网络化， 它是分析大型复杂系统的最有效的手段。利用计算机网络技术，可以对大型系统 进行分害，由不同的人员处理，然后再整体集成，整个分析过程中实现了资源共 享。 ( 5 ) 可视化：可视化建模、可视化计算、可视化技术处理等手段的运用， 使整个分析过程简单、灵活、明了。 综上所述，在产品可靠性研究过程中，从传统的可靠性单项技术的应用到可 靠性技术的综合应用，再到可靠性技术与其他新技术的综合应用，不仅有效地促 进了产品的质量提高，同时明显地降低了费效比。 1 3 本文研究的主要内容 本文重点以汽车可靠性为研究对象，重点介绍可靠性分析技术的f m e a ( 失 效模式及影响分析) 方法，主要针对以下几个问题开展了应用研究工作： ( 1 ) 汽车可靠性研究 对当前行业内进行汽车可靠性研究的现状进行了分析，总结归纳了许多可靠 性研究的量化指标，为深入进行可靠性分析提供了方便。 ( 2 ) f m e a 技术应用研究 f m e a 是一种行之有效的可靠性分析方法，通过对其原理的介绍，重点探讨 了该方法如何在工艺过程中实施。 ( 3 ) p f m e a h u t 系统的开发 由于当前新车上市后，质量问题频发，原因归结为部分生产厂家缺乏在设计、 生产环节对汽车可靠性的管控。本文重点介绍工艺f m e a 的概念以及实施过程。 应用面向对象d e l p h i 7 语言为前台，以p a r a d o x 为后台的数据支持，进行 p n 但a h u t 系统的开发。 1 4 本文研究目的和意义 本课题来源于合肥工业大学一江淮汽车技术研究院合作项目。 近年来，随着国家经济建设的发展、道路建设的完善、物流业的繁荣、国家 重点工程项目的相继开工以及各项管理逐渐规范等利好因素的影响。本课题的研 究意义在于，帮助企业： ( 1 ) 发现并评价系统结构及部件设计过程中潜在的失效及其结果； 7 ( 2 ) 确定系统零部件设计过程的失效起因，并进行分析； ( 3 ) 评价产品或系统失效对顾客的潜在影响； ( 4 ) 减少产品的开发时间和成本； ( 5 ) 提高企业的形象和竞争力； ( 6 ) 持续提高产品质量与可靠性，从而帮助提高客户的满意度。 s 第二章可靠性分析方法及汽车加工工艺简介 2 1 概述 汽车是机、电、液、气一体化的复杂产品，其可靠性分析方法见图2 - 1 。由 图可见，潜在故障模式及影响分析( f a i l u r em o d ea n de f l e c t sa n a l y s i s f m e a ) ， 与故障模式、影响和致命度分析( f a i l u r em o d e ，e f f e c t sa n dc r i t i c a l i t y a n a l y s i s f m e c a ) 常用于产品可靠性分析中的定性分析，而故障树分析( f t a - - f a i l u r e t r e e a n a l y s i s ) 和布尔理论( g b o o l et h e o r y ) 与马尔可夫理论( m a r k o v t h e o r y ) 多用于可靠性分析中的定量分析，本章主要介绍定性分析方法和定量分析方法中 两种比较典型的方法，即f m e a 方法和f t a 方法，f m e c a 同f m e a 方法类似， 仅作简单阐述【lo 】。 2 2 汽车可靠性分析的概念 2 2 1 系统可靠性的主要数量特性 ( 1 ) 可靠度及可靠度函数矗【以f l l 】 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠度，在 一批产品中的寿命有的r ，有的t s ，从概率论的角度将可靠度表示为t t 的概率。 r ( ，) = 尸f r ，) 式中r - 产品故障前的工作时间，即产品的寿命； t 一规定的时间； p 盯 ，) 产品工作n t 时刻不发生故障的概率。 在数值上，某个事件的概率可以用试验中该事件发生的概率来估计。例如， 取0 个产品进行试验，若在规定的时间，内有r ( r ) 个产品失效，则此时还有 0 一，( ，) 个产品可以完成规定的功能，显然当o 足够大时： 9 m = 竿小等 从可靠度的定义可知，可靠度是对一定的时间而言的，如果规定的时间不同， 可靠度的数值也不同，因此可靠度r 是时间t 的函数。 ( 2 ) 累积故障概率f ( o 产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为故障概率， 也称为不可靠度。它也是时间f 的函数，记做f ( 力。 f ( ) = 户( r f ) 产品从0 时刻开始试验( 或工作) 到时刻f ，失效总数r ( f ) 与初始试验( 或工 作) 产品总数0 之比，即累积故障概率为： f ( o ：塑 o 由于产品故障与无故障两个事件是对立的，所以： 五( r ) + f ( d = 1 即 f q ) = l r q ) ( 3 ) 故障密度和故障密度函数v ) 故障密度表示故障概率分布的密集程度，或者说是累积故障概率密度的变化 率，它在数值上等于在时刻t 、单位时间内的故障数与初始试验或工作产品总数 o 的比值。即： ，( f ) = 面a r 当兢j 时，a t 啼0 ，贝i j d 三 ，( ) ：l i r a 舭a r = 击去= 西n o = 业d t 一警 ，( o 为故障概率密度函数，也是时间的函数，累积故障概率f ( ) 2 厂( ) 毋。 ( 4 ) 故障率丑与可靠度丑p ) 及故障密度函数的关系 工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概 率，称之为产品的故障率。故障率一般用五( f ) 来表示。即： 五( r ) = 南。1 r ( 瓦t i + 而a t ) - r ( t ) 当专吼加) 2 姆若嚣2 丽1 瓦d r 把此式称为时刻，的瞬时故障率。 对上式进行数值变换，得： i o j 二 2 南7 d r 矗2 南警 0 1 d r ( f ) d l n r ( f ) 盖( r ) t i t d t 可以得出故障率五( r ) 与可靠度r ( r ) 的关系： l 五= 一d i n r ( t ) = 山矗( ，) b 肌1 ：p 一胖冲 2 2 2 系统有效性与修复度 ( 1 ) 有效性与修复度的概念【1 2 l 可靠性是产品在规定的条件下和规定的时间内完成功能的能力，这本来是从 实际使用角度提出的一个较广义的概念，但是定量化后使可靠性的含义变得狭隘 了。即对于一旦损坏又不能修复的产品，可以这样的定义；但是对于可以进行修 复的产品来说，仅考虑产品是怎么坏的是不够的，还必须考虑它的修复能力与方 法。如果可靠性不太高的产品由于维修方便、维修时闻短，实际使用中可靠性不 会太低；同样可靠度的设备，由于维修水平差，其实际使用可靠性则很差。因此 提出修复性指标，修复性是指在规定条件下使用的产品在规定的时间内，按照规 定的程序和方法进行维修时，保持或者恢复到能完成规定功能的能力。将修复性 量化为修复度，它是可以修复的产品在规定的条件下和规定的时间内完成修复的 概率，它描述了产品修复的难以程度，用m ( f ) 来表示。 同样，修复性也有多个数量指标，如修复率、修复分布的密度函数。平均修 复时间m t t r 等。平均修复时间m t t r 是指在规定的条件下和规定的时间内，产 品在任一规定的维修级别上，修复总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之 比，即就是排除故障所需要实际时间的平均值。即修复时间t 与修复次数的比。 第i 项目的平均修复时间为： m t t r = 苎! 一 ( 2 ) 可靠性与修复性的比较 表2 - 1 可靠性与修复性对照表 可靠性修复性 故障概率f )修复度m ( o 累积分布 可靠度r ( o 非修复度1 一 ，( r ) 修复分布密度 密度分布 故障密度，o ) = 百d f ( t ) m 妒掣 故障率 故障酬归嚣修复率( ，) = r r e j 西( t ) 丽 平均间隔时间 平均修复时间 指数分布 m t b f = 去 m t i r ：1 f ( o = 1 一矿。膨( f ) = 1 - e 叫 ( 3 ) 有效度 有效度又称为可用度，是指可维修产品在某时刻能够维持其功能的概率，它 是一个时间的函数。若定义随机变量玎为： 粥：e 。 l u ( 1 表示在t 时刻产品能正常工作；0 表示t 时刻产品不能正常工作) 因为a ( t ) 表示产品的有效度，则a ( t ) = p ( r l ( t ) = 1 ) ，此为瞬时有效度。 在失效率为a ，修复率为的单一系统里，可用下式表示： 彳f n ：l 4 - 2 t 詹- ( u + a ) t 、 p 七九社七九 任何一个设备或系统投入运行时，多次重复经历使用维修的过程，在一定条 件下，经过长时问以后，其瞬时有效度a ( t ) 将逐渐趋近于某个与时间无关的常数， 称为固有有效度，或稳态有效度，简称有效度。用彳表示，即： 彳：丝墅：上 m t b f + m t t r + a 有效度是将可靠度和修复度结合起来综合考虑的可靠性指标。一个好的产 品，不但要求在单位时间内出现故障的次数要少，即平均无故障工作间隔要长， 而且要求在出现故障后，能迅速发现故障并加以修复，即平均修复时问要短。 2 3 汽车可靠性可靠度分配 系统是一个能完成规定功能的综合体，总是由若干独立的单元组成，每个独 立单元都要各自完成的规定功能，并在系统中与其它单元发生关系。若系统是指 机器，则组成该机器的零部件就是单元。单元的特性是具有独立的功能参数。汽 车是一种能完成运输功能的复杂机械系统，同时也是由上万个零部件单元组成的 机器。 在汽车的使用过程中，由于各种能量的作用，各零部件的功能参数将逐渐劣 化或丧失，以至b i 起汽车系统发生故障或失效。汽车作为机械系统，其特点是组 成单元之间在结构上紧密联系，因而往往具有功能相关及失效相关的特征。例如 组成摩擦副的零件的磨损是相互影响的，即其失效具有相似性，对于由零件组成 的部件，如变速器、传动轴等，为简化计算，则常常近似地假设各单元的失效为 互不相关的独立事件。总之，汽车系统中的各个单元是相关事件或独立事件，需 对研究对象作具体分析1 1 3 1 。 为了保证汽车系统具有所需的可靠性水平，在设计阶段必须对系统进行可靠 度计算或预测。一般应根据各单元在汽车系统中的功能关系，绘制出功能方框图 或可靠度方框图，作为汽车系统的可靠度模型，并依照模型进行可靠度计算或分 配。 2 3 。1 系统可靠度的分配 在系统设计后改进某一系统时，要求达到一定的可靠性指标。因为系统的可 靠度与其组成单元的可靠度有关，所以，当系统的可靠度指标确定之后，就存在 一个如何把系统规定的可靠度指标合理地分配给各个单元的问题，这就是可靠度 分配。 1 、可靠度分配的目的和使用范围 可靠度分配的目的是在规定的条件下，合理或最优确定系统中各单元的可靠 度，以满足系统的可靠度要求。使各级设计人员明确其可靠性设计要求，根据要 求估计所需的人力、时间和资源，并研究实现这个要求的可能性及办法，具体来 说： ( 1 ) 合理地确定系统中每个单元