FMEA分析方法

1、SAE-ARP-4761 1996FMEA 是 一种系统的，自下而上的方法，用于识别系统，工程或功能的故障模式，并确 定对下一个更高级别的影响。它可以在系统中的任何级别例如，零件，功能，黑盒等执 行。软件还可以使用功能 FMEA 方法进行定性分析。通常， FMEA 用于解决单个故障导致 的故障影响。FMEA 的范围应该与请求它的用户协调。分析可以是部件 FMEA 或功能 FMEA 。如果 从功能 FMEA 导出的故障率允许满足 PSSA 概率预算，那么可以不需要零件 FMEA 。 FMEA 通常包括以下信息。a、组件、功能或 / 和功能的识别；b、故障模式和相关的硬件故障率数值或分类 ；c、失

2、效效应直接和 /或在下面更高级水平 ；d、可检测性和检测手段； FMEA 也包括以下信息：a、补偿动作即自动或手动 ；b、发生故障的飞行阶段；c、故障影响的严重性FMEA 可以与概率技术例如 FTA 或 DD 结合使用以产生定量分析。 此外， FMEA 可以用于通过从下到上提供故障效应的补充列表来补充FTA / DD 。故障模式和影响分析 FMEA 1、介绍故障模式和影响分析 FMEA 是一种系统方法，用于识别系统，工程，功能或零 件的故障模式， 并确定对下一个更高级别设计的影响。 还可以确定每个故障模式的检测 方法如果有的话 FMEA 可以是定量或定性分析， 并且可以在所有类型的系统 例如，

3、 电气，电子或机械系统 上执行。 如果正在执行定量 FMEA ，那么针对每个故障模式确定 故障率。 FMEA 的结果可以用于生成故障模式和效果概要 FMES ，并且通常用于支 持系统平安评估 SSA 过程的其他分析技术，例如故障树分析FTA ，依赖关系图DD丨或马尔可夫分析MA。故障的组合通常不被认为是 FMEA的一局部。2、范围 通过假定所选级别的具体实现可能失败的方式对给定级别系统，工程等执行 FMEA 。 每个故障模式的影响在给定等级下确定，并且通常是设备的每个操作模式的 下一较高等级。 有时， FMEA 可能需要专注于特定操作场景以支持自上而下的 FTA， DD 或 MA。FMEA 必

4、须考虑所有与平安有关的影响以及由要求确定的任何其他影响。在不可能识别故障模式的特定性质的情况下，必须假定最坏情况的影响。如果最坏情况对于故障树是不可接受的，那么必须在下一个较低的等级检查故障模式。即，如果 FMEA在功能级别进行， 那么降至零件级别， 并排除对所考虑事件没有影响的组件。 如果分析是 在零件级别进行， 那么降低以考虑特定故障机理。 另一个选择是重新设计以改善冗余或添 加监控。无论 FMEA 的执行水平如何， FMEA 的主要步骤包括准备，分析和文档。3、FMEA 过程3.1 FMEA 准备阶段FMEA 的准备包括确定客户要求，获得当前文档，以及了解功能的操作。在开始之前了解客户对

5、 FMEA的期望和要求很重要。 如果FMEA要求未知，FMEA 可能不满足请求者的需求，可能必须重做。FMEA 的要求通常源自 PSSA 活动，例如 FTA， DD， MA。 分析师需要知道分析 水平功能对零件 ，平安相关效应，其他故障影响和感兴趣的操作模式。FMEA 用于支持平安评估过程，通过提供故障率来量化 FTA， DD 或 MA 的根本领件。 FMEA 还 可以用于通过 FMEA 故障模式与故障树的根本领件的比拟来支持 FTA 的验证。开始执行分析之前的最后一步是获得完成分析所需的以下信息，或者可以简化分析活动。a、FMEA 要求，包括相关的平安性和要求的故障影响和特定的运行模式；b、

6、规格；c、当前图纸和原理图；d、每个系统和工程的部件列表；e、功能框图；f、说明材料包括操作理论；g、适用的故障率列表；h、上一代或类似功能的 FMEA ；i、任何未包含在原理图中的设计更改和修订注意：设计可能会频繁更改，并且具有 最新材料将减少 FMEA 更新。j、如果适用，先前 FMEA 的组件故障模式的初步列表； 注：对于在设计阶段早期执行的 FMEA ，上述一些信息将不可用， 并且可能必须进行假设或估计。 必须保存这些假设的详细文档，以便进行可追溯性并简化未来的更新。3.2 执行分析分析人员需要审查和理解在上述准备阶段收集的信息。 分析人员还会发现，理解 所分析的设计在下一个更高级别中

7、执行的功能很有用。 在分析者获得足够的知识之后， 识别故障模式。 在被分析的设计等级， 每个可行的硬件故障模式被假定。 组成给定级 别的组件或功能的故障模式需要考虑。 在和中提供了帮助确定功能或部件的故障模式 的信息。分析每个识别的故障模式以确定其对给定级别的影响， 并且通常也包括对较高级别 的影响。 为每种不同类型的效果创立失效效应类别，并且可以将代码分配给每个效果类别。通过将每个效果的描述从工作表移动到报告正文来定义这些代码简化了 FMEA 工 作表。 FMEA 工作表提供了故障模式， 效果和概率的列表。 在以下局部中提供了 FMEA 工作表的例如。 每个效果类别必须只有一个更高级别的效果

8、， 否那么效果类别必须更详细 地定义。例如，如果效果类别最初被定义为“使信号 xyz 超出规格，但是超出高规格的 情况与超出低规格的情况造成的效果是不同的，那么效果类别应当被分割为“ .超出高规 格 “和. 超出低规格“。类似地，如果发现故障模式导致两个更高水平的效果例如，“信号A的损失和“信号B的损失那么这两个应当被组合以形成新的效果类别“信号 A 和 B 的损失“。检测故障的方法通常在 FMEA 工作表中确定并记录。 检测方法的例如包括通过硬 件或软件监视器，飞行机组检测，上电测试和维护检查。对于定量 FMEA ，将故障率分配给每个故障模式。 只要可能，故障率应根据已经 在现场使用的类似设

9、备的故障数据确定。 行业的故障率包括 MIL-HDBK-217 ，MIL- HDBK-338，RAC “无电子零件可靠性数据。NPRD和GIDEP政府工业数据交换 方案， MIL-HDBK-978 和罗马实验室的“可靠性工程师工具包。每个故障影响类别的 总故障率可在汇总表中详细说明，或概述在故障模式和影响总结FMES 中。有两种根本类型的 FMEA- 功能和部件。 通常执行功能 FMEA 以支持平安性分析 效应，执行零件 FMEA 是为了提供故障率的进一步细化所必须的。通常，当来自功能FMEA 分析获得的过于保守的故障率不能让系统或工程满足 FTA 失效预算概率时，部 件 FMEA 被将被执行

10、。 部件 FMEA 也可用于依赖冗余设计的系统， 因为功能 FMEA 可 能不会揭示影响多于一个冗余元件的单个组件故障。部件FMEA 也用于机械工程和组件的平安分析。.1 功能 FMEA功能 FMEA 可以在任何维修约定级执行。细分适当的等级由系统的复杂性和分析的目 标决定。 如果所需的分析主要在电路或机械装置的某局部上， 而不主要是特定的功能， 那么其 应被分解成功能块。从飞机或系统级，这可以意味着将每个LRU 或工程定义为功能块。从系统或更低级别也许涉及到将工程分解为许多块。如果每个块具有尽可能少的输出，那么 FMEA 任务就得到了简化。 一旦确定了功能块， 应创立功能框图， 并且每个块标

11、记有其功能 名称。对于每个功能块，应相对于系统操作分析内部和接口功能。下一步是为每个功能块假定故障模式。 通过考虑功能块的意图 功能 并尝试确定该功 能如何失效来确定失效模式， 无论使用的部件具体是什么。 分析人员必须足够了解功能块的 操作， 以至于没有忽略重要的故障模式， 包括可能影响多个冗余功能块的单个部件故障。 通 常，给定块功能的清楚描述，这会使得许多故障模式变得很明显。以下是功能故障模式的简单例如：产生 5V 的电源电路可以称为功能块。一些功能故障模式的例如如下。a、没有电压b、电压缺乏5Vc、电压大于5Vd、输出的5V带有噪声e、对地短路或其他电压 基于电路实现可能存在其它故障模式

12、。通过考虑该功能如何适应整体设计来确定每个故障模式的效应。 通常为每种效应类型创 建失效效应类别， 并分配失效效应类别代码。 导致相同效应的所有故障模式都分配给效应类 别。然后， 对于每个故障， 效应类别代码可以输入到 FMEA 工作表中， 如表 G1 所示。在确 定故障影响和检测手段时， 必须考虑软件和故障监控。 作为此分析的一局部， 分析人员还必 须验证监控确实可以检测故障模式。 为了正确执行此分析， 分析人员必须具有系统要求和软 件设计的详细知识，包括适用的内部故障管理技术。如果正在进行定量分析， 那么向每个故障模式分配故障率。 一种技术是基于类似功能的以 往经验来执行每个块的故障率预测

13、并且为各种故障模式分配故障率， 从而确定发生概率。 部 件故障分布指南见。Table G1 功能 FMEA 工作表Functional FMEA worksheet 故障模式和影响分析FMEA系统SystemFMEA DescriptionDate子系统SubsystemSheet ofitem ATAFTA Refere nces:FileAuthor :Rev功能名称Fun cti on Names功能代码Function Code失效模式Failure Mode模型故障率ModefailureRate飞行状态Flight Phase失效效应Failure Effect检测方式Detect

14、 ionMethod注释Comme nts功能 FMEA 的结果记录在类似于表 G1 的工作表中。 此例如表可以修改以满足程序需要。 不同的要求可能导致添加或删除一些信息。 分析人员应该在开始分析之前确保 FMEA 表格 和内容满足请求者的特定需求。随着分析的进行， 应对 FMEA 的未来维护进行非正式记录， 并协助解决有关 FMEA 的问题。a、每个故障模式的说明；b、分配故障率的理由；c 、 将特定故障分配给故障效应类别的原理；d、记录所做的任何假设； 这份文件不在 FMEA 的报告中，但是应保存作为参考。3.2.2 部件 FMEA部件 FMEA 类似于功能 FMEA ，不同之处在于，不是

15、在功能或框图级别分析，而是分 析包含在工程或功能中的每个单独组件的故障模式。部件 FMEA 可用于确定潜在的电气， 电子或机械故障的故障影响。 例如， 电阻器或电机轴的故障的影响可以被认为是部件FMEA的一局部。电子设备上的部件 FMEA 通常只在功能 FMEA 过于保守的结果不能使该工程满 足 FTA 故障预算概率时才需要执行。这局部是由于难以确定复杂组件的故障模式。部件 FMEA 的第一步是创立一个由 FMEA 覆盖的所有组件的列表。下一步是确定每个 组件类型的故障模式。这是部件 FMEA 中最困难的局部，特别是对包含复杂集成电路的电 子产品执行的 FMEA 。确定除了最简单的组件 其中行

16、业数据可用 之外的所有故障模式是 非常困难的，有时是不可能的。当有疑问时，必须做出部件失效模式的最坏情况假设。帮助 确定部件故障模式的信息包含在中。一旦组件的零件失效模式被确定， 它们被输入到 FMEA 工作表中， 如表 G2 所示。 此例 如工作表可以修改以满足个人需求。不同的要求可能导致添加或删除工作表中的一些信息。 分析人员应该在开始分析之前确保 FMEA 表格和内容满足请求者的特定需求。Table G2 零件 FMEA 工作表Piece-Part FMEA worksheet 故障模式和影响分析FMEA系统SystemFMEA DescriptionDate子系统SubsystemSh

17、eet ofitem ATAFTA Refere nces:FileFun cti onAuthor :Rev部件数Part Number部件类型Part Type失效模式Failure Mode模型故障率ModefailureRate飞行状态Flight Phase失效效应Failure Effect检测方式Detect ionMethod注释Comme nts下一步是确定故障对下一个更高级别组件的影响， 并为故障分配故障影响类别。 可以将失效 效应代码分配给每个类别以简化表格。 然后可以将每个失效效应类别的详细描述包括在报告 的文本中。 导致相同效果的所有故障模式都分配给效果类别。 然后，

18、 效果类别代码可以针对 每个故障输入到 FMEA 工作表中， 如表 G2 所示。 在确定故障影响和检测手段时， 必须考虑 软件和故障监控。作为此分析的一局部，分析人员还必须验证监控确实可以检测故障模式。 为了正确执行此分析， 分析人员必须具有系统要求和软件设计的详细知识， 包括适用的内部 故障管理技术。 如果正在进行定量分析，那么向每个故障模式分配故障率。组件部件故障分布指南见。 随着分析的进行， 应对 FMEA 的未来维护进行非正式记录， 并协助解决有关 FMEA 的问题。e、每个故障模式的说明； f 、 分配故障率的理由； g 、 将特定故障分配给故障效应类别的原理； h、 记录所做的任何

19、假设； 这份文件不在 FMEA 的报告中，但是应保存作为参考。3.2.2.1 确定零部件故障模式和故障分布当执行零件 FMEA 时，可能需要进一步分解组件的故障率以识别适用于特定故障模式的故障率的百分比。 可以从诸如 RAC “故障模式/机构分配FMD，MIL-HDBK-978和罗马 实验室的“可靠性工程师工具包等行业文件中获得指导， 这些文件为许多组件类型提供此信 息。要考虑的典型故障模式包括但不限于以下：a、 翻开 b、 短路 c 、 参数漂移 d 、 失调 e 、 介质绝缘体击穿 f 、 间歇操作 g 、 不工作 h、 误操作 i 、 磨损 j 、 机械故障 k 、 黏着 l 、 疏松

20、m 、 断裂通常， 必须考虑组件的功能， 并且必须考虑组件可能无法正确执行该功能的所有潜在方 式， 以包含在组件故障模式列表中。 还必须考虑组件的意外功能。 上述参考文献提供了良好 的根底， 允许分析人员确定被分析的组分的潜在失效模式。 工程判断是故障模式确定过程的 必要局部。尽管故障率和模式源文档为某些组件类型的故障模式提供了根底，但是这些文档中不包含许多设备类型。 这对于需要逐局部地考虑的复杂数字 IC 尤其如此。 确定数字设备的故障 模式通常需要工程判断，并且不可能针对复杂数字 IC 确定所有故障模式。用于估计复杂数字设备的故障模式的方法是用可以存在更好的故障模式的定义的功能 块来对所考

21、虑的数字设备进行建模。 如果可能， 将功能块可能故障的引脚电平影响确定为器 件故障模式。 一些故障可能影响多个引脚和引脚的各种组合。 必须特别注意可能导致 FTA 基 本领件的潜在部件故障模式。尝试通过物理故障方法来确定实际故障机制和相关影响不推荐用于 IC ，因为它迫使分 析人员对每个数字IC执行FMEA 。该FMEA 可能比完成的较高级FMEA更复杂，并且 对于复杂 IC 可能无法实现。此外，芯片制造商未公开的增强设计可能使整个工作毫无意义 过时。复杂的 IC 故障模式可以包括间歇性故障和可能影响多个引脚的各种故障组合。其他组件类型的故障模式比 ICs 更容易获得。然而，从多个参考看，相同

22、的组件类型， 可能产生不同的故障模式分布，有时甚至是不同的故障模式。这指出，即使是简单的组件， 它是很难确定哪些潜在的失效模式是有效的，哪些不能发生。3.2.3 证实 如果难以确定故障模式的失效效应的分析方法， 那么应尽可能进行实验室验证。 期望通过 测试验证所有重要的失效效应。 对于电气或电子系统，可以通过翻开引线或将引线短接在 一起或接地来引入故障。 如果器件输出可以分为三态， 那么可以轻松引入逻辑组合。 不幸的是， 最难分析的故障模式有时难以通过测试来确认。例如，不可能为大多数IC 引入所有故障。电脑辅助设计软件也可用于模拟故障。 该软件允许将等效的故障引入到电路仿真中并确定故 障效应。在测试和实际使用期间的故障分析也可用于证实 FMEA 的结果。 此故障数据还可用于 为将来的 FMEA 创立故障模式库。4、文档4.1 FMEA reportFMEA 的报告应该包括：a、可用于FMES、FTA或相似分析参考的文档编号；b、介绍包含关于 FMEA 的目的和对象的简要说明。c、操作的简要概述和框图。d、描述分析方法的局部。 本节应包括如何执行分析的描述， 使用的级别的定义和相关假设 的列表。e、FMEA 结果的完整列表。 可以使用类似于和中包含的例如的 FMEA 形式。f、识别所分析的硬件，软