失效模式和影响分析解析课件

1、1第四章 失效模式和影响分析第 一 节 概 述 -（2）第 二 节 失效模式与后果分析( FMEA) -（15）一、失效模式和影响分析（FMEA）方法-（15） 二、失效模式和影响分析（FMEA）的实例-（30）一、定性分析-（45）二、定量分析-（46）三、危害性矩阵-（56）四、危害性分析的用途- -（61）习 题 四 -（62）一、有关产品失效的术语和定义-（4） 二、严酷度等级-（9） 第三节 失效模式、影响及危害性分析（FMECA）- (44)三、FMEA分析的要求- （41）2 前面我们学习了可靠性方面的知识和理论，掌握了在产品设计阶段进行可靠性预计和分配的基本方法，可以讲大家能保

2、证所设计的产品具有一定的可靠性（较高的可靠性）。 但该产品的可靠性再高也不能杜绝该产品在使用中出现故障，其中还可能包括一些后果极其严重的故障。 因此，为了保证产品的可靠性，还应该学会在产品设计阶段，用科学的方法去分析计算故障（失效）和故障的产生情况，即用科学的方法去预防和控制产品失效（故障），从而保证产品的可靠性。第一节 概 述第 四 章 失效模式和影响分析3 本章研究的“失效模式和影响分析（FMEA）与失效模式、影响及危害性分析（ FMECA ）”是一种系统化的可靠性分析程序，它在保障系统可靠性方面会取得更好的效费比，即它在保障系统可靠性方面是最起作用的。 为了在产品设计中正确地进行失效模式

3、和影响分析，我国颁布了GB/T78262012系统可靠性分析技术 失效模式和影响分析（FMEA）程序国家标准。 研究产品故障（失效）的方法，当前世界上主要使用两种方法： (2) 故障树分析 (FTA )在下面的第四章研究的是（1）；第五章研究的是 (2 )。 失效模式和影响分析（ FMEA ）与失效模式、影响及 危害性分析（ FMECA ）4一、有关产品失效的术语和定义1. 失效 失效是指产品执行规定功能能力的终止。 所谓“规定的功能”就是设计人员根据用户的要求在设计文件中规定的产品功能。2. 故障 故障是指产品不能执行规定功能的状态（预防性维修或其他计划性活动及缺乏外部资源的情况除外）。 在

4、工程中，由于历史原因，“故障”与“失效可替换使用。”3.失效模式 失效模式是指产品失效或故障的表现形式。同一种产品出现失效（或故障）可以有多种不同的表现形式，下面举例说明。5 例如 继电器的触头可能失效模式有：粘住、断开缓慢、不能闭合、闭合缓慢、发生振动或间断闭合、对地短路、对电源短路、打火花等等。 例如 半球牌远红外线自动电烤箱（组成：电源线、控温器、电热器、定时器、指示灯等)为例说明。 有以下故障模式（按产品说明书整理）： (1) 电源线插头与屋内插座接触不良； (2) 电源线内部断开； 电源线故障(3) 控温器触点烧坏（断路）； (4) 控温器触点熔接一起（短路）； (5) 控温器触点接

5、触不良； (6) 控温器控温旋钮紧固螺钉松开； 控温器故障6(7) 电热器烧断（断路）； (8) 电热器接触不良（断路）； (9) 电热器转换开关无弹性（断路）； 电热器故障(10) 定时器机械装置有病； 定时器故障(11) 指示灯灯泡坏了； (12) 指示器接线坏了等。 显示故障7例如 表4-1给出了通用失效模式示例。提前运行4在规定的时刻，无法停止运行3在规定的时刻，无法运行2运行中失效1失效模式序号表4-1 通用的失效模式示例注：这只是例子，不同类型的系统需要不同的清单。 每种失效模式均可归纳为表4-1这样的一种或几种类型。但对于最终的分析，这些通用的失效模式显得太粗糙。因此需对表4-1

6、进行扩展，使分类更具体。当分类与管理可靠性框图输入和输出的性能配置结合使用时，就可识别和描述所有潜在的失效模式。应该注意的是一种失效模式可能有几种失效原因。8 失效影响是指失效模式对产品运行、功能或状态导致的后果。 例如 上述 电烤箱的失效模式产生以下影响： (读产品说明书最后一页) 烤箱不发热，指示灯不亮；(2) 烤箱不发热，指示灯亮 ；4. 失效影响(3) 烤箱发热，指示类不亮 , (4) 烤箱发热，控温器失灵 , (5) 烤箱发热，定时器失灵 。95. 失效危害度 失效危害度是指产品失效影响严重程度与发生频度或其他属性的综合，作为处理和减缓失效影响的必要性尺度。6. 失效严酷度 失效严酷

7、度是指失效模式对产品工作、环境和操作者影响的严重程度；失效模式影响严酷度与分析所定义的系统边界有关。二、严酷度等级 严酷度是对失效模式产品使用的严重程度的评价。失效严酷度定性地分为四级，如表4-2所示为某产品FMEA严酷度分级的一种形式。10可能潜在使系统功能稍有退化，但对系统不会有损伤，不构成人身威胁或伤害轻微的I可能潜在地使系统的性能、功能退化，但对系统没有明显的损伤，对人身没有明显的威胁或伤害临界的II可能潜在地导致系统基本功能丧失，致使系统和环境有相当大的损坏，但不严重威胁生命安全或人身损害严重的III可能潜在地导致系统基本功能丧失，致使系统和环境严重毁坏或人员伤害灾难性的IV失效模式

8、对人员或环境的影响严酷度水平等级表4-2 针对最终影响的严酷度分级示例 例如 上述 电烤箱的严酷度分级（见第8页）： 烤箱不发热,指示灯不亮；(2) 烤箱不发热，指示灯亮 ； (3) 烤箱发热，指示类不亮 ; (4) 烤箱发热，控温器失灵;(5) 烤箱发热，定时器失灵 。由此可见： （1）（2）为III级；（3）（4）为II级；（5）为I级。11可见电烤箱失效影响的严酷度为 :故障（3）和（4）为II级，工作不好，为临界的。 故障（1）和（2）为 III级 ，不能工作，为严重的。故障（5）为I级，用记时表计时代之可很好工作，为 轻微的。即 烤箱不发热，指示灯不亮 (III)；(2) 烤箱不发热

9、，指示灯亮 (III )；(4) 烤箱发热，控温器失灵 (II) , (5) 烤箱发热，定时器失灵 ( I )。(3) 烤箱发热，指示类不亮 (II) , 12 在应用失效模式和影响分析（FMEA）之前，要将系统（包括包含软件的硬件，或者过程）按等级分解成更基本的要素。使用简单功能框图来阐明这种分解是有用的。 分析从最底层要素开始，较低层次的失效模式影响可能会成为其高一层次产品失效模式的原因。 FMEA一般采用自下而上的方式进行，直到识别出系统的最终影响，图4-1所示说明了这种关系(见下页)。 FMECA就是按照一定的格式有步骤地分析每一个部件（或每一个功能）可能产生的失效模式，每一种失效模式

10、对系统的影响及失效后果的严重程度。这是一种失效因果关系分析。13模式 1模式2模式 3部件2失效原因 部件2失效原因影响 ：产生失效模式3失效模式模块3失效原因模块3部件1部件2部件3部件4部件5影响：部件2失效子系统4失效模式子系统4失效原因模块1模块2模块3模块4失效模式系统失效原因系统子系统1子系统2子系统3子系统4子系统5影响：模块3失效影响：子系统4失效部件2中失效模式3的失效原因原 因 1原 因 2原 因 3图4-1 失效模式和系统影响在系统各层的关系14失效模式、影响及危害性分析（FMECA） 应注意的问题 FMECA 是按照一定的格式（标准）有步骤地分析每一个部件（或每一种功能

11、）可能产生的失效模式，每一个模式对系统的影响及失效后果的严重程度。这是一种自下而上的失效因果关系分析。 FMECA时应注意： （1）FMECA的内容和形式都需按统一标准进行，以便在设计评审时、故障出现后便于查考。 （2）FMECA必须由十分熟悉产品情况的设计人员经过充分的调查研究以后做出分析，而且还需专业人员予以协助。 （3）FMECA应在设计初期开始，因为它是作为设计决策时一种依据，由于设计更改愈晚愈被动，随着设计的变动而及时修改。返回115第二节 失效模式和影响分析( FMEA)一、失效模式和影响分析（FMEA）方法 FMECA分为两：失效模式和影响分析（FMEA）与危害性分析（ CA ）

12、合起来为失效模式、影响及危害性分析（FMECA）。 本节介绍失效模式和影响分析（FMEA）。1.功能FMEA与硬件FMEA FMEA是用以找出产品设计、工艺设计和设备设计等阶段中的缺点或潜在的缺陷。 进而分析各组成元件的失效模式及其对上一层次结构乃至系统产生失效影响。 （1） 功能FMEA :一是在设计初期，硬件方案尙不具体；二是复杂系统一般只能从最高一级结构开始按功能分析。16 功能FMEA :当从原理图、图样和其他设计文件已经了解硬件单元的细节时按硬件分析。(2) 失效模式和影响分析（FMEA）的特点 FMEA 一般是自下而上（由元件到系统）的失效因果关系的分析程序，旨在不漏掉一个后果严重

13、的故障模式。 FMEA 是一种定性分析手段。它使用统计表格来进行分析，可不使用数学工具。(3) 失效模式和影响分析(FMEA)的局限性和优点 是一种单因素分析法。即把影响系统失效的单个元件的失效看做是独立的，而研究某一个失效模式对系统的影响时，是将其作为系统中唯一存在的失效来考虑的。这种方法难以分析几种因素同时起作用才能导致的某种后果。 失效模式和影响分析(FME)A的局限性17 FMEA的优点是简单、易行、便于掌握和推广，在没有数据时，只要有关人员具有一定的工程经验均可进行该项工作，因此花钱不多，实际效果好，深受广大工程技术人员欢迎。 失效模式和 影响分析(FMEA)的优点(4) 失效模式和

14、 影响分析(FMEA)的发展及主要应用方面 失效模式和 影响分析(FMEA)的发展 在FMEA的基础上，再加一层判定被统计故障模式影响危害度的任务，就变成了FMECA，称故障模式、影响及危害性分析或故障模式、影响及危害度分析。在本节介绍FMEA的基础上，第三节讲述FMECA。18 FMEA主要应用于设计的每一个阶段，另外也可用于预防维修和工艺监督检查等方面。(5) 失效模式和影响分析(FMEA)应用：设计各阶段的FMEA为 最终设计阶段：可行性FMEA 设备设计阶段：设备FMEA 工艺设计阶段：工艺FMEA我们在这里仅研究产品功能的FMEA。 方案设计和中间设计阶段：功能FMEA192. 失效

15、模式和影响分析（FMEA）程序 （1）FMEA工作表 FMEA以列表方式记录详细的分析资料。表4-3所示是一个典型的FMEA工作表的例子。表4-3 FMEA工作表例子（摘自GB/T7826-2012）（2）FMEA基本程序 以设计文件为根据，从功能、环境条件、工作时间、失效定义等方面确定研究对象（系统）的定义；按递减的重要度分别考虑每一种工作模式。20 针对每一种工作模式分别绘制系统功能框图和可靠性框图（系统可靠性模型）。 确定每一部件与接口应有的工作参数或功能。 按功能的最坏影响评定每一失效模式的严酷度级别。 查明一切部件与接口可能的失效模式、发生的原因与影响。 确定每一失效模式的检测方法与

16、补救措施或预防措施。 提出修改设计或采取其他措施的建议，同时指出设计更改或其他措施对各方面影响，例如对使用、维护、后勤保障等各方面的要求。 写出分析报告，总结设计上无法改正的问题，并说明预防失效或控制失效危害性的必要措施。213. FMEA分析流程（步骤） 收集生产过程的有关试验统计数据和用户反馈意见为依据，确定出故障模式（即预测出故障模式）；(1) 在画FMEA流程图前应做以下工作： 召集有关（包括设计、制造、试验及供销部门等）人员对以前生产过的最类似产品产生过的故障情况进行分析讨论； 分析产生故障原因（即物理失效机理）； 生产中消除办法（即检测方法），使用中弥补方法（即补偿措施）等； 对各

17、故障模式的严重后果（即严酷度等级）进行评定，必要时可采用投票评分的方法； 对新设计产品与已生产的上述产品的主要不同之处进行分析，以进行必要的补充。 22 FMEA分析流程如图4-2所示，该图清楚地说明了FMEA分析是如何进行的。选择要分析产品的元部件确定所选元部件的失效模式选择要分析的失效模式确定失效模式的直接影响和最终影响确定最终影响的严酷度确定失效模式的潜在原因估计预定时间周期内失效模式的发生频度或概率是否需要采取措施产品的初始FMEA(或FMECA)提出缓解方法、纠正措施或补偿措施，确定措施和责任人是是否是图4-2分析流程图 （摘自GB/T 7826-2012）(2) 画FMEA的分 析

18、流程图234. 系统功能框图与可靠性框图 图4-3为空气压缩机功能框图。 图4-4（a）为空气压缩机的可靠性逻辑框图。图4-4（b）为润滑40的可靠性逻辑框图。 系统功能框图是指系统各组成部分功能之间的关系或工作流程图。在完成设计方案草图和试生产图的情况下，用框图或符号示意图表示各组成元件的有关功能对产品设计功能的影响。 可靠性框图是指系统各组成部分之间在可靠性方面的逻辑关系。24图4-3空气压缩机功能框图25(a) 空气压缩机可靠性逻辑框图图4-4空气压缩机可靠性框图（b) 润滑40 可靠性逻辑框图265. 失效模式的分析 在具体分析产品的失效模式时，要考虑一切可能存在的隐患，从以下诸方面可

19、以分析具体的失效模式： 产品应力分析；动力学、结构出与机构分析；试验分析、检验偏差、数据交换网的报警通知和类似产品的工作信息等；已进行过的安全分析报告。 一般可以在下列领域中找寻典型的失效模式数据： （1）对新产品，可以参考具有相似功能或结构的其他产品，以及新产品在适当应力水平下的试验结果。 （2）对新产品，由设计意图和详细功能分析给出潜在失效模式及其原因。该方法优于（1）的方法，因为新产品的应力和运行可能与相似产品不同。（3）对现场使用的产品，可以参考使用记录和失效数据。27 （4）潜在失效模式可以从产品工作的典型功能参数和物理参数中推断出来。 重要的是，不能因为缺乏数据而忽略产品的失效模式

20、，初始评估可以随设计进展和试验结果来改进，FMEA应该记录这些评估状态。6. 失效原因 一种失效模式可能不止一种原因，需要确定并描述每种失效模式最可能的潜在独立原因。7. 失效影响 应从功能框图上分析哪些部分受失效的影响，分析失效影响时应考虑： （1）任务目标，维修要求，以及人员和设备的安全性等。（2）哪些非关键部分的失效可能关键部分失效。28（3）哪些原始的失效可能严重的从属失效。失效影响：（1）局部影响：首先是对产品本身的影响；其次是其他影响（二次影响）。（2）对上一级的影响：即对上一级组合件的影响。（3）最终影响：即对全系统的工作、功能或状态的总的 影响。要考虑到失效影响可能由双重失效造

21、成。8. 失效检测方法 说明工作人员如何检测失效的发生，指出检测手段。如：视觉和听觉警告装置、自动敏感装置、测量仪表、其他特殊指示，或者无检测等。299. 失效补救措施 失效补救措施是指能够消除失效影响严重性的设计措施，或者由工作人员采取的措施。10. 已采取的措施或建议 由于不大可能从设计上完全排除IV类和III类失效（两类严重性的失效），所以应该说明已采取了什么措施来减少失效的发生，从而为现有的设计方案提出一个论证。保留IV类和III类失效模式的论证应该包括设计、试验、检验和实际经验等方面。30二、失效模式和影响分析（FMEA）的实例 例4-1 某一飞机上的电容式传感器系统由4个电路单元组

22、成，如图4-5所示。4个单元的作用分别如下： 比较器桥式电路：输出一个相应于传感器电容（C5）和参考电容（C6）电荷能量之差的直流电压。 振荡器电路：向比较器电桥输送电荷能量。 放大器电路：将比较器电桥的输出予以放大，并输出一个低阻抗电压。 分压器电路：确定输出放大器的工作“中点”。 试作失效影响分析和可靠性预测。解： (1) 制作电容式传感器系统失效影响分析表 根据对图4-5的分析，可绘出其电容式传感器系统失效后果分析表，即FMEA表如表4-4所示。31图4-5 电容式传感器系统322.033(2) 绘制系统的可靠性逻辑框图 由于构成该系统的4个电路单元中任何一个失效均引起系统失效，所以该系

23、统为串联系统，其可靠性逻辑框图如图4-6所示。 图4-6 电容式传感器系统可靠性逻辑框图(3) 进行系统的可靠性预测 根据使用环境，按元器件计数法查国军标（GJB299）得失效率，进行可靠性预测，见表4-5所示。34按上述和讨论结果制出表4-5。 表 4 - 535 例4-2某一固体火箭发动机由推进剂药柱、内衬和发动机壳组成。请制作其失效模式影响分析表。 解：根据其使用功能、结构特点和以前使用中出现的故障情况，制作出其失效模式和影响分析表（FMEA）如表4-6所示(见下页)。36 表 4 - 6固体火箭发动机失效模式和影响分析返回137 例4-3 试对电动发电机组中“封闭预热、通风及制冷系统（

24、20）”进行失效模式影响分析（FMEA)。本例（选自GB/T7826-2012附录B.2）只研究在无负载状态下的失效影响，而不考虑来自电动发电机组外带电源等其他外部负载下的失效影响。本系统有五个子系统组成，见图4-7所示。电动发电机组系统 机械结构（10） 使用仪器（50）风暴预热、通风 及制冷系统（20） 直流设备（30）（+AVFR控制）交流设备(40)(+AVFR控制)图 4-7 引 擎 设 备 的 子 系 统 图38解：（1）定义并确定研究系统的失效影响严酷度和等级。 电动发电机组系统完整的失效影响严酷度定义和危害度等级如表4-7中所描述。发动能力损失或明显退化可忽略的1易修复的系统临

25、时性退化微小的2由于储能损耗而无法发电，直到修复很大的3系统发电启动降级严重的4不能发电启动灾难性的5描 述严酷度等级水平表4-7 电动发电机组系统完整的失效影响严酷度的定义和等级39(2) 绘制所研究系统的层次框图 本例只研究“封闭预热、通风及制冷系统（20）”，其子系统层次框图如图4-8所示。鼓风机和风扇轮轴（20.2.1）空气/水热交换设备（20.2.2）加热器（20.1.1）加热器终端盒、终端/线缆（20.1.2）封闭预热、通风制冷系统（20）加热系统（20.1）通风和制冷系统（20.2）紧急制冷系统（输入 和输出阀门）（20.3）冷凝物（制冷水排放系统）（20.4）塑料薄膜空气过滤器

26、（20.2.3）冷凝物排放管(小孔)（20.4.1）冷凝物、泄漏排放管（20.4.2）水池（20.4.4）泄漏检测室（20.4.5）排放收集区(20.4.6)泄漏检测室中的泄漏排放管（20.4.3）图4-8 封闭预热、通风制冷系统（20）层次框图40 由图4-8所示，此图框是按照一个子系统（封闭预热、通风及制冷系统）的层次结构依次往下分层，直到确定FMEA开始的元器件层。（3） 列出所研究系统FMEA工作表如表4-8所示。2.0总计0.5可以忽略不计a)温度值高于环境温度5;b)监视供应装置加热不够或无法加热各加热功能消失a)o/c终端或线缆可以使1、3、6个火或全部加热器失效；b)s/c终端

27、（跟踪）连接加热器加热器终端、终端、线缆20.1.2接地错误不会导致系统失效1.20.3都是并联，无冗余供应a)温度值高于环境温度5;b)监视加热装置、保险丝或断路器加热不够;所有加热功能很可能消失a)o/c,燃尽加热器；b)s/c由于绝缘破坏导致的接地失效加热加热器20.1.1注：如果机器运转时，加热器没有自动关闭，可能会使机器加热过度。所有加热器系统20.154321 备 注失效率严酷度等级冗余设计探测方法或特征失效影响失效模式功能元器件编号20（封闭预热、通风及制冷系统）表4-8 封闭预热、通风及制冷系统（20）的FMEA分析41 FMEA 工作表格式一般采用推荐的标准格式，但设计好的详

28、细的工作表也可以剪裁，以适合应用和项目需要。三、FMEA分析的要求因为失效模式和影响分析（FMEA）是对系统进行的分析，以识别潜在失效模式、失效原因及其对系统性能（包括组件、系统或过程的性能）影响的系统程序，所对FMEA进行分析的要求为： 全面性； 所使用方法清楚，实用，并要经批准； 及时性；便于追溯性； 实用性 ；可重复性； 应用FMEA的结果可提高系统有效性； 资料要完整、准确并经核实。42四、FMEA的用途 FMEA对于大系统的研制有特殊重要的意义，同时对于小系统以及零件也一样有用，不仅适用于硬件，也适用于软件。1. 在设计管理上FMEA的用途 （1）在建立系统可靠性时，要与FMEA相结

29、合。 FMEA与产品和线路应力分析相结合，是可靠性预测、分配和评定时的一项原始资料。 （2）在设计方案对比选择中，FMEA是评定设计方案的一种手段。 为了制定满足产品目的的要求，最可靠的设计方案需要修改时，FMEA是修改设计的依据。 （3）在设计评审、质量复查和事故预想等活动中，FMEA是依据或证明，也是评审或复查的对象。432. 在其他方面FMEA的用途 （1）在安排测试点、制造和质量控制、试验计划和其他有关工作中作为一种依据 （2）FMEA的主要作用在于预防失效，但它在试验、测试和使用中又是一种有效的故障诊断工具，为制定故障检测程序和设计内部诊断装置建立基础。 （3）FMEA与试验结果和产

30、品失效报告一起对可靠性验证结果进行定性评定。 （4）FMEA是危害性分析之前的第一步；是进行可维修性分析，后勤保障分析及事故预想分析的原始资料。 总之，在系统研制中，FMEA居于可靠性工作的中心地位。返回144第三节 失效模式、影响及危害性分析 （FMECA） 在FMEA中加入符号“C”表示在失效模式分析中还要进行危害性分析。确定危害性是对失效模式影响程度进行定性度量的补充。进行危害性分析的目的是确定每一种失效影响的相对大小，为决策提供帮助。 危害性的度量方法有定性分析和定量分析两种。定性分析按发生概率定级，定量分析应计算风险（R）和风险优先数（RPN)与计算失效模式失效率、发生概率和危害度。

31、它们的最后分析结果均以矩阵表示，以便确定减轻或消除特定失效影响采取措施的优先顺序。45一、定性分析 缺乏失效率数据时用定性分析。这时需要评定发生概率，以此危害度分为以下五级：1级（或E级）几乎不可能，发生概率：2级（或D级）可能性很小，发生概率：3级（或C级）偶尔发生，发生概率：4级（或B级）很有可能发生，发生概率：5级（或A级）经常发生，发生概率：46二、定量分析1. 风险(R)和风险优先数（RPN） 定量确定危害性的一种方法是采用风险优先数（RPN）。这里，风险是主观上对失效影响严酷度的估计，以及这种影响在分析的预设时间段内发生的概率估计。 在失效模式、影响及危害性分析（FMECA）中代表

32、潜在风险R的通用关系式为式中 S严酷度，无量纲数，表示一种失效对系统或 用户的影响严重程度有多大。P失效发生概率，也是无量纲。当P0.2时，可 用定量FMEA方法中的危害度C替代。(1) 风险 R47(2) 风险 优先数RPN 在一些FMEA或FNECA应用还对系统级的失效可探测度等级进行了区分。在这些应用中，增加一个可测度D参数(无量纲)来构成风险优先数RPN,其计算式为式中 S严酷度，无量纲数，表示一种失效对系统或用户 的影响严重程度有多大。O一种失效模式在预先确定或规定的时间段内发生 的频度，采用等级值来表示比用真实的发生概 率值表示更合适。D可探测度，即在系统或用户受影响前识别和消除

33、失效的估计概率。 D值的排序原则通常与严酷度或发生概率的排序 相反。 D值越高，可测度越小。较低的可测度将 导致较高多大RPN,处理失效模式的优先级较高。48 风险 优先数RPN的作用是：用于确定减缓和消除失效模式的优先顺序。 除了依据RPN的大小外，还需考虑失效模式严酷度的因素，若RPN相同，严酷度高者优先。 把失效模式按照它们的风险 优先数RPN 值进行排序， RPN值 优先级。 在一些应用中，失效影响的RPN超过规定阈值是不可接受的；而在另一些应用中，严酷度越 越重要，而不考虑RPN 值。不同类型的FNECA对严酷度S、失效模式发生频道O和可探测度D定义了不同的取值范围：有些为14或5；

34、还有一些为110，如广泛用于汽车工业的设计和生产过程分析的FMECA。492. 失效模式的失效率、发生概率和危害度(1) 失效模式的失效率 如果能得到同类部件的各种失效模式的失效率，并确定这些失效率的条件与所分析系统的假设的环境和工作条件相似，那么失效影响的事件频率可以直接应用到FMECA中。 如果只能得到部件的失效率，而不是失效模式的些失效率（这种情况发生的可能性更大），并且这些失效率是针对不同的环境和工作条件的，那么就需要计算各种失效模式的失效率，其一般计算式为50(2) 失效模式的危害度恒定的，并且许多因素都只是预计或推测的。尤其是当系统的元部件没有相应的失效率时，例如在机械部件和系统中

35、，只能计算在特定的应用场合、持续时间以及相应应力下的失效率。的主要缺陷是假设失效率是 当环境、负载和维护条件不同于得到失效率数据的条件时，采用修正因子（从有关可靠性资料中查找）加以解决。 在一些应用中，例如危害性定量分析方法，采用失效模式 危害度把条件失效频度和工作时间结合在一起，可以更真实地评定在预定的使用期内失效模式的风险。51 失效模式危害度的计算式为 若有m种失效模式的元部件危害度计算式为 上式计算得到的危害度是对风险的度量，而不是对发生概率的度量。52 失效模式的发生概率 ： 当失效模式的失效率和得到的危害度很小的时候，可粗略地近似认为当发生概率小于0.2（此时危害度=0.223）时

36、，危害度和失效概率很相近。 当失效率或者失效频度是变化的情况下，应计算失效发生概率，而不是基于失效率恒定的假设来计算危害度C。53 例4-4 某一放大器(标号20A1)电路由3个电阻（20A1R1、20A1R2和20A1R6）、2个电容(20A1C3和20A1C7)、1个二极管(20A1CR3)、1个三极管(20A1Q4)和1个变换器(20A1T5)共8个元件组成。该放大器用在接收机（标号20）中，接收机在雷达（标号Z）中，某任务段内工作时间为1h，试制作其失效危害度分析表。 解： (1) 根据电路图确定8个元件功能、失效模式及失 效后果； (2) 参考出版的可靠性有关数据资料、手册确定失效模

37、式的失效概率、失效模式频数比、失效模式的失效率和危害度C。 (3) 制作FMECA表格，填写上述（2）已确定的内容，即得该例的放大器危害性分析表如表4-9所示。5455续表4-956三、危害性矩阵1. 危害性矩阵图（如图4-9所示） 危害性矩阵是为了把失效模式的危害度与其他失效模式作比较。矩阵是将产品项目或失效模式的标号按严酷度级别与失效模式的发生概率或危害度等级进行排列，所得到矩阵表明各产品项目失效模式的危害度分布情况，而成为确定补救措施的工具。危害性矩阵是FMECA中的一部分。图4-9 危害性矩阵（摘自GB/T7826-2012）低风险失效模式2失效模式1高风险I II III IV 严

38、酷 度 （等 级 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等级）可能性发生概率57 如图4-9所示，严酷度等级随着X轴方向递增顺序增大，数值IV表示严酷度最大（人员生命损失、损害/或任务、运行失败、受损）。图4-9 危害性矩阵（摘自GB/T7826-2012）低风险失效模式2失效模式1高风险I II III IV 严 酷 度 （等 级 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等级）可能性发生概率 Y轴表示发生的可能性，也是按递增顺序排列的，如果最高发生概率不不超过0.2，发生概率与危害度大致相等。58图4-9 危害性矩阵（摘自GB/T7826-2012）低风险失效模式2

39、失效模式1高风险I II III IV 严 酷 度 （等 级 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等级）可能性发生概率 图4-9只是一个例子，在其他方法中，可能用不同的标记和不同的定义来表示危害度火严酷度。 本例中，失效模式1（0.1P0.2）发生的可能性比失效模式2 （0.001P0.01）更高。确定何种失效模式为更高的优先级的依据是严酷度和发生概率等级的尺度及其排序。 在危害性矩阵通常采用的线性尺度下，失效模式1比失效模式2有更高的危害度（或发生概率）。59图4-9 危害性矩阵（摘自GB/T7826-2012）低风险失效模式2失效模式1高风险I II III IV 严 酷

40、度 （等 级 ） 5(A)4(B)3(C)2(D)1(E)（危害度等级）可能性发生概率 在严酷度比发生概率有更绝对的优先权的情况下，失效模式2是较为严重的失效模式。另一个明显的现象是只有在同一个系统的约定层次中，各失效模式在危害度矩阵中进行比较分析才有意义。这是因为在低复杂系统中，较低层次失效模式往往也有较低的发生概率。危害性矩阵可应用于定性分析或定量分析。602. 危害性矩阵表 当要求的最终分析结果是一个危害性矩阵时，这一矩阵可用由严酷度和事件发生频率（危害度）构成的表格来表示。 风险可接受度可定性定义，并受专业水平和财务决策影响，在不同的应用领域中叶不同。表4-10给出了风险可接受度等级的

41、例子和一个修正的危害性矩阵。可接受可接受可忽略可忽略1：几乎不可能不期望不期望可接受可忽略2：可能性很小不可接受不期望不期望可接受3:偶尔发生不可接受不可接受不期望可接受4:很有可能发生不可接受不可接受不可接受不期望5：经常发生灾难性的严重的临界的轻微的IVIIIIII严 酷 度 等 级 失效影响 发生频度（危害度等级）表4-10 风 险 / 危 害 性 矩 阵 （摘自GB/T7826-2012)61四、危害性分析的作用 若某种失效模式发生概率很高（或失效模式危害度C数字大），则有必要采取措施降低对维修和后勤的要求。危害性分析主要用手维修和后勤保障方面的分析。返回162习 题 四 1. 对你自

42、已所设计的一种简单产品或部件做失效模式与后果分析（FMEA），写出系统的定义，画出系统的功能框图和可靠性框图。 2. 某电视接收机1个电路（标号DL1)由3个管状电容（DL1C1、DL1C2、DL1C3）、2个薄膜电阻器（DL1R1、DL1R2）和 2个线圈（DL1L1、DL1L2）组成，从有关手册查得上述： 该电路在任务阶段的工作时间为0.5h,请制作其危害性（FMECA）的分析表。答案：略返回163提前运行4在规定的时刻，无法停止运行3在规定的时刻，无法运行2运行中失效1失效模式序号表4-1 通用的失效模式示例64可能潜在使系统功能稍有退化，但对系统不会有损伤，不构成人身威胁或伤害轻微的I

43、可能潜在地使系统的性能、功能退化，但对系统没有明显的损伤，对人身没有明显的威胁或伤害临界的II可能潜在地导致系统基本功能丧失，致使系统和环境有相当大的损坏，但不严重威胁生命安全或人身损害严重的III可能潜在地导致系统基本功能丧失，致使系统和环境严重毁坏或人员伤害灾难性的IV失效模式对人员或环境的影响严酷度水平等级表4-2 针对最终影响的严酷度分级示例 65表4-3 FMEA工作表例子（摘自GB/T7826-2012）662.067 表 4 - 568 表 4 - 6固体火箭发动机失效模式和影响分析69发动能力损失或明显退化可忽略的1易修复的系统临时性退化微小的2由于储能损耗而无法发电，直到修复很大的3系统发电启动降级严重的4不能发电启动灾难性的5描 述严酷度等级水平表4-7 电动发电机组系统完整的失效影响严酷度的定义和等级702.0总计0.5可以忽略不计a)温度值高于环境温度5;b)监视供应装置加热不够或无法加热各加热功能消失a)o/c终端或线缆可以使1、3、6个火或全