失效模式、后果与严重度分析FMECA

1、1失效模式、后果与严重度分析失效模式、后果与严重度分析FMECA吴思竹2014.9.42内容提要内容提要n概述nFMECA的定义、目的和作用nFMECA的方法nFMECA的步骤n系统定义n失效模式与后果分析n严重度分析n严重度矩阵图nFMECA输出与注意的问题3概述n元部件的故障对系统可造成重大影响元部件的故障对系统可造成重大影响n以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响以往设计师依靠经验判断元部件故障对系统的影响n依赖于人的知识和工作经验依赖于人的知识和工作经验nGJB450A-“ FMECA是找出设计上潜在缺陷的手段，是找出设计上潜在缺陷的手段，是设计审查中必须重视的资料是设计审查中必

2、须重视的资料”n系统的、全面的和标准化的方法系统的、全面的和标准化的方法FMECAn设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障设计阶段发现对系统造成重大影响的元部件故障n设计更改、可靠性补偿设计更改、可靠性补偿nFMECA是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析是可靠性、维修性、保障性和安全性设计分析的基础的基础4FMECA的概念的概念nFMECA的定义的定义n失效模式、后果与严重度分析失效模式、后果与严重度分析(Failure Mode , Effects and Criticality analysis , 简记为简记为FMECA)是分析系统中每一产是分析系统中每一产品所有可能产生的品所有

3、可能产生的失效模式失效模式及其对系统造成的所有可能后果，及其对系统造成的所有可能后果，并按每一个失效模式的并按每一个失效模式的严重程度严重程度及其及其发生概率发生概率予以分类的一予以分类的一种归纳分析方法。种归纳分析方法。nFMECA是一种是一种自下而上自下而上的归纳分析方法；的归纳分析方法；nFMEA和和CA。n基本概念基本概念n失效：产品丧失规定的功能失效：产品丧失规定的功能n失效模式：失效或故障的形式失效模式：失效或故障的形式n失效后果：一个部件失效时对整机所产生的影响失效后果：一个部件失效时对整机所产生的影响n严重度：后果的严重程度（严重度：后果的严重程度（、V级）级）5典型失效模式典

4、型失效模式GJB1391故障模式影响及危害性分析故障模式影响及危害性分析序号序号故障模式故障模式序号序号故障模式故障模式1结构故障结构故障(破损破损)12超出允差超出允差(下限下限)2捆结或卡死捆结或卡死13意外运行意外运行3振动振动14间歇性工作间歇性工作4不能保持正常位置不能保持正常位置15漂移性工作漂移性工作5打不开打不开16错误指示错误指示6关不上关不上17流动不畅流动不畅7误开误开18错误动作错误动作8误关误关19不能关机不能关机9内部漏泄内部漏泄20不能开机不能开机10外部漏泄外部漏泄21不能切换不能切换11超出允差超出允差(上限上限)22提前运行提前运行机械产品典型失效模式机械产

5、品典型失效模式n 失效模式可分为以下七大类：失效模式可分为以下七大类：n损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。损坏型：如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等。n 退化型：如老化、腐蚀、磨损等。退化型：如老化、腐蚀、磨损等。n松脱性：松动、脱焊等松脱性：松动、脱焊等n失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。失调型：如间隙不当、行程不当、压力不当等。n 堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。堵塞或渗漏型：如堵塞、漏油、漏气等。n 功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。功能型：如性能不稳定、性能下降、功能不正常。n其他：润滑不良等。其他：润滑不良等。7失效后果失效后果n局部后果局部后果:某产

6、品的失效模式对该产品自身某产品的失效模式对该产品自身和与该产品所在约定层次相同的其他产品的和与该产品所在约定层次相同的其他产品的使用、功能或状态的影响后果使用、功能或状态的影响后果n高一层次后果高一层次后果:某产品的失效模式对该产品某产品的失效模式对该产品所在约定层次的高一层次产品的使用、功能所在约定层次的高一层次产品的使用、功能或状态的影响后果或状态的影响后果n最终后果最终后果:指系统中某产品的失效模式对初指系统中某产品的失效模式对初始约定层次产品的使用、功能或状态的影响始约定层次产品的使用、功能或状态的影响 后果后果严重度类别严重度类别n严重度：严重度：产品失效造成的最坏后果的严重程产品失

7、效造成的最坏后果的严重程度度n严重度类别定义严重度类别定义(GJB1391)严重度类别严重度类别严严 重重 程程 度度 定定 义义类类( (灾难的灾难的) )这是一种会引起人员死亡或系统这是一种会引起人员死亡或系统( (如飞机、坦克、导弹如飞机、坦克、导弹及船舶等及船舶等) )毁坏的故障。毁坏的故障。类类( (致命的致命的) )这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导这种故障会引起人员的严重伤害、重大经济损失或导致任务失败的系统严重损坏。致任务失败的系统严重损坏。类类( (临界的临界的) )这种故障会引起人员的轻度伤害，一定的经济损失或这种故障会引起人员的轻度伤害，一定的经济损失或导致任

8、务延误或降级的系统轻度损坏。导致任务延误或降级的系统轻度损坏。类类( (轻度的轻度的) )这是一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或系这是一种不足以导致人员伤害、一定的经济损失或系统损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。统损坏的故障，但它会导致非计划性维护或修理。n从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设从产品设计（功能设计、硬件设计、软件设计）、生产（生产可行性分析、工艺设计、生计）、生产（生产可行性分析、工艺设计、生产设备设计与使用）和使用发现各种影响产品产设备设计与使用）和使用发现各种影响产品可靠性的缺陷和薄弱环节可靠性的缺陷和薄弱环节，为提高产品的质量，为提高产品的质量和可靠性水平

9、提供改进依据。和可靠性水平提供改进依据。9FMECA的目的的目的10在产品寿命周期在产品寿命周期各阶段的各阶段的FMECA方法方法论证与方案阶段论证与方案阶段工程研制阶段工程研制阶段生产阶段生产阶段使用阶段使用阶段方方法法功能功能FMECAFMECA硬件硬件FMECAFMECA软件软件FMECAFMECA过程过程FMECAFMECA统计统计FMECAFMECA目目的的分析研究系统功分析研究系统功能设计的缺陷与能设计的缺陷与薄弱环节，为系薄弱环节，为系统功能设计的改统功能设计的改进和方案的权衡进和方案的权衡提供依据。提供依据。分析研究系统硬件、分析研究系统硬件、软件设计的缺陷与软件设计的缺陷与薄

10、弱环节，为系统薄弱环节，为系统的硬件、软件设计的硬件、软件设计改进和保障性分析改进和保障性分析提供依据。提供依据。分析研究所设分析研究所设计的生产工艺计的生产工艺过程的缺陷和过程的缺陷和薄弱环节及其薄弱环节及其对产品的影响，对产品的影响，为生产工艺的为生产工艺的设计改进提供设计改进提供依据。依据。分析研究产品使用过分析研究产品使用过程中实际发生的故障、程中实际发生的故障、原因及其影响，为提原因及其影响，为提供产品使用可靠性和供产品使用可靠性和进行产品的改进、改进行产品的改进、改型或新产品的研制提型或新产品的研制提供依据。供依据。11FMECA方法分类方法分类FMECA方法分类单独FMECA分析

11、方法综合FMECA分析方法设计FMECA过程FMECAFMECA与FTA综合分析法（FTF法）FMECA与ETA综合分析法（ETF）功能FMECA硬件FMECA软件FMECADMEA*1*2*3注：*1 DMEA 即Damage Mode Effects Analysis（损坏模式影响分析）*2 FTA 即Fault Tree Analysis（故障树分析）*3 ETA 即Event Tree Analysis（事件树分析） 12FMECA的步骤的步骤132 2 失效模式与后果分析失效模式与后果分析FMEA14故障检测方法故障检测方法n故障检测方法一般包括目视检查、离机故障检测方法一般包括目视

12、检查、离机检测、原位测试等手段：检测、原位测试等手段：n自动传感装置自动传感装置n传感仪器传感仪器n音响报警装置音响报警装置n显示报警装置显示报警装置n故障检测一般分为事前检测与事后检测故障检测一般分为事前检测与事后检测两类，对于潜在故障模式，应尽可能设两类，对于潜在故障模式，应尽可能设计事前检测方法计事前检测方法15补偿措施n设计补偿措施设计补偿措施n产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备产品发生故障时，能继续安全工作的冗余设备n安全或保险装置安全或保险装置(如监控及报警装置如监控及报警装置)n可替换的工作方式可替换的工作方式(如备用或辅助设备如备用或辅助设备)n可以消除或减轻故障影响的设

13、计或工艺改进可以消除或减轻故障影响的设计或工艺改进(如概如概率设计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等率设计、计算机模拟仿真分析和工艺改进等)n操作人员补偿措施操作人员补偿措施n特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发特殊的使用和维护规程，尽量避免或预防故障的发生生n一旦出现某故障后操作人员应采取的最恰当的补救一旦出现某故障后操作人员应采取的最恰当的补救措施措施例例4-1某一飞机上的电容式传感器系统由某一飞机上的电容式传感器系统由4个电路单元组成。试个电路单元组成。试作出其作出其失效后果分析失效后果分析和和可靠性预计可靠性预计。17例子n 根据使用环境，按电子设备可靠性预计手册，确定组成系统的

14、各元器件失效率，进行该系统的可靠性预测，见表4318例例4-119小结小结nFMECA：n按照按照一定的格式有步骤地分析一定的格式有步骤地分析每一个部件每一个部件(或每一或每一种功能种功能)可能产生的失效模式可能产生的失效模式n每一失效模式对系统的影响每一失效模式对系统的影响（FMEA）n失效后果的严重程度失效后果的严重程度（CA)n这是一种失效因果关系分析。这是一种失效因果关系分析。nFMECA作为一种设计报告，其内容和格式都作为一种设计报告，其内容和格式都需要有需要有统一的标准统一的标准，以便在设计评审时，故障，以便在设计评审时，故障出现后及其他有关工作中便于查考。出现后及其他有关工作中便

15、于查考。小结小结nCA:按照按照严重性级别严重性级别（IIV）、）、严重度严重度数字数字、发生概率发生概率的联合影响来对的联合影响来对FMEA所确定的每一种失效模式进行分级。所确定的每一种失效模式进行分级。22n故障概率等级故障概率等级定性分析方法定性分析方法nA级级-经常发生经常发生 20%nB级级-有时发生有时发生 10% 20%nC级级-偶然发生偶然发生 1% 10%nD级级-很少发生很少发生 0.1% 1%nE级级-极少发生极少发生 0.1%n数据来源数据来源n预计值或分配值预计值或分配值 n外场评估值等外场评估值等n分类：定性和定量分类：定性和定量3 严重度分析严重度分析(CA)23

16、n定量分析定量分析n失效模式严重度数字失效模式严重度数字3 严重度分析严重度分析(CA)6=10mpCt24失效模式相对频率失效模式相对频率失效模式相对频率失效模式相对频率25失效后果概率失效后果概率失效后果频率失效后果频率n 产品严重度数字产品严重度数字 一个产品项目的严重度数字是在某一任务阶一个产品项目的严重度数字是在某一任务阶段内，同一严重性级别下，各失效模式严重度段内，同一严重性级别下，各失效模式严重度数字之和。数字之和。263 严重度分析严重度分析(CA)6r=1=10jpnnCt例例42n某一放大器某一放大器(标号标号20A1)电路由电路由3个电阻个电阻(20A1Rl、20A1R2

17、和和20A1R6)、2个个电容电容(20A1C3和和20A1C7)、1个二极管个二极管(20A1CR3)、1个三极管个三极管(20AlQ4)和和1个变换器个变换器(20A1T5)共共8个元件组成。该个元件组成。该放大器用在接收机放大器用在接收机(标号标号20)中，接收机中，接收机用在雷达用在雷达(标号标号Z)巾，某任务阶段内工作巾，某任务阶段内工作时间为时间为1h，请制作其失效，请制作其失效严重度分析表严重度分析表。272829严重度矩阵图严重度矩阵图30FMECA输出与注意的问题输出与注意的问题nFMECA输出n单点故障模式清单n、类故障模式清单n可靠性关键件、重要件n不可检测故障模式清单n

18、严重度矩阵图等nFMEA/CA表31实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题n强调强调“谁设计、谁分析谁设计、谁分析”的原则的原则n“谁设计、谁分析谁设计、谁分析”的原则，也就是产品设计人员的原则，也就是产品设计人员应负责完成该产品的应负责完成该产品的FMECA分析工作，可靠性专分析工作，可靠性专业人员应提供分析必须的技术支持。业人员应提供分析必须的技术支持。n实践表明，实践表明，FMECA工作是设计工作的一部分。工作是设计工作的一部分。“谁设计、谁分析谁设计、谁分析”、及时改进是进行、及时改进是进行FMECA的宗的宗旨，是确保旨，是确保FMECA有效性的基础，是国内外开展有效性的基础，是国

19、内外开展FMECA工作经验的结晶。如果不由产品设计者实工作经验的结晶。如果不由产品设计者实施施FMECA，必然造成分析与设计的分离，也就背，必然造成分析与设计的分离，也就背离了离了FMECA的初衷。的初衷。实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题n重视重视FMECA的策划的策划n实施实施FMECA前，应对所需进行的前，应对所需进行的FMECA活动进行完整、全活动进行完整、全面、系统的策划，尤其是对复杂大系统，更应强调面、系统的策划，尤其是对复杂大系统，更应强调FMECA的的重要性。要求的必要性体现在以下几方面：重要性。要求的必要性体现在以下几方面：n结合产品研制工作，运用并行工程的原理，对所

20、需的结合产品研制工作，运用并行工程的原理，对所需的FMECA进进行完整、全面、系统的策划，将有助于保证行完整、全面、系统的策划，将有助于保证FMECA分析的目的分析的目的性、有效性，以确保性、有效性，以确保FMECA工作与研制工作同步协调，避免事工作与研制工作同步协调，避免事后补做的现象。后补做的现象。n对复杂大系统，总体级的对复杂大系统，总体级的FMECA往往需要低层次的分析结果作往往需要低层次的分析结果作为输入，对相关分析活动的策划将有助于确保高层次产品为输入，对相关分析活动的策划将有助于确保高层次产品FMECA的实施。的实施。nFMECA计划阶段事先规定的基本前提、假设、分析方法和数据计

21、划阶段事先规定的基本前提、假设、分析方法和数据，将有助于在不同产品等级和承制方之间交流和共享，确保分析，将有助于在不同产品等级和承制方之间交流和共享，确保分析结果的一致性、有效性和可比性。结果的一致性、有效性和可比性。实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题n保证保证FMECA的的实时性、规范性、有效性实时性、规范性、有效性n实时性。实时性。FMECA工作应纳入研制工作计划、做到目的明确、工作应纳入研制工作计划、做到目的明确、管理务实；管理务实；FMECA工作与设计工作应同步进行，将工作与设计工作应同步进行，将FMECA结果及时反馈给设计过程。结果及时反馈给设计过程。n规范性。分析工作应严格

22、执行规范性。分析工作应严格执行FMECA计划、有关标准计划、有关标准/文件文件的要求。分析中应明确某些关键概念，比如：故障检测方法的要求。分析中应明确某些关键概念，比如：故障检测方法是系统运行或维修时发现故障的方法；严酷度是对故障模式是系统运行或维修时发现故障的方法；严酷度是对故障模式最终影响严重程度的度量，危害度是对故障模式的后果严重最终影响严重程度的度量，危害度是对故障模式的后果严重程度的发生可能性的综合度量，两者是不同的概念，不能混程度的发生可能性的综合度量，两者是不同的概念，不能混淆。淆。n有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪和分有效性。对分析提出的改进、补偿措施的实现予以跟踪和分析，以验证其有效性。这种过程也是积累析，以验证其有效性。这种过程也是积累FMECA工程经验的工程经验的过程。过程。实施实施FMECA应注意的问题应注意的问题nFMECA的的剪裁和评审剪裁和评审nFMECA作为常用的分析工具，可为可靠作为常用的分析工具，可为可靠性、安全性、维修性、测试性和保障性等性、安全