工具失效分析

工具失效分析第1页，共39页。一、什么是失效模式分析（一）失效与失效模式分析产品丧失规定的功能称为失效。判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出预防再失效的对策的技术和管理活动称为失效模式分析（FMEA）。（二）失效模式分析分类

1、系统潜在失效模式及影响分析（SFMEA）

在早期产品概念设计阶段用来分析系统的由设计造成的失效模式及影响。

2、设计潜在失效模式及影响分析（DFMEA）

用于分析产品功能设计细节的潜在故障类型。

3、流程潜在失效模式及影响分析（PFMEA）

用于分析制造流程中因不遵守设计的事项而可能发生的潜在故障类型。第2页，共39页。

4、机器潜在失效模式及影响分析（MFMEA）

着眼于机器的服役期可靠性和可维护性设计，更多地注重零部件级别的设计工作。

其实分类方法还有一些，只是研究的侧重点和过程不同，但研究实施和成果往往互相交叉。

（三）失效模式分析的意义

通过失效模式分析，可以让我们获得如下方面的信息：

*哪一种失效会发生？

Failuremode

*发生后会造成什么影响？Effect

*其影响的严重性有多大？

Severity

*是哪一种原因导致失效？

Cause

*失效发生概率？

Occurrence

*设计控制方法？

DesignControlPlan第3页，共39页。

*检测失效的能力？

Detection*风险优先指数？

RiskPriorityNumber(RPN)*改善方案？

Recommendedaction失效模式分析研究的目的原本是作为制造厂家改善产品可靠性和寿命的重要方法，它甚至可以推广到公共工程，诸如桥梁、建筑等的隐患分析中去，因而具有重大实用价值。在设备维保领域引进失效模式分析也有重要帮助：

1.对零部件失效机理进行深入分析，能大幅度提升维修（保全）人员的故障分析能力。

2.分析零部件失效原因，可以帮助我们更准确找到故障的真因，制订更有效、更彻底的防止故障再发生的对策。

3.为生产准备中的设备规划、设计提供有价值的经验，提升新采购设备质量。第4页，共39页。2026/7/105问题分析解决失效/事故失效分析抗失效技术一般失效轻微失效严重失效生产过程设计过程使用过程方法技能基础知识失效模式分析是由发现问题到解决问题的过程第5页，共39页。二、失效模式的多样性（一）失效模式的多样性失效模式依据分析对象不同而不同，比如电子产品、金属材料、油品等失效模式都不一样。所以，在做失效分析的同时，就要对分析对象的物理、化学特性有足够多的了解，并借助必要的实验手段来获得结论。从设备维修层面，我们不可能像产品研发部门一样去做产品失效的深入分析，但我们可以运用失效分析的思想方法，深层次地去思考导致故障的零部件失效形式和失效形成的物理、化学原因，并进而更准确地把握改善的对策。第6页，共39页。（二）失效模式的分类失效模式的多样性决定了失效很难有统一的分类标准，但为了获得失效的量化趋势和分布状态，又经常必须根据某些特性进行分类。以材料失效为例：

1、按功能分类例如，按成分、性能、表面完整性、品种、规格等方面来划分材料失效的类型。

2、按材料损伤机理分类根据机械失效过程中材料发生变化的物理、化学的本质机理不同和过程特征差异进行分类。

3、按失效的时间特征分类可分为偶然早期失效、耗损期失效、渐进（渐变）失效和间歇失效等。第7页，共39页。

4、按机械失效程度分类

(1)部分失效

(2)完全失效。等等。下面是材料失效的分类具体实例：变形失效断裂失效腐蚀失效磨损失效局部腐蚀失效均匀腐蚀失效塑性变形失效弹性变形失效疲劳断裂失效韧性断裂失效脆性断裂失效第8页，共39页。三、失效模式分析工具这里介绍比较流行的DFMEA失效分析表这样一个工具。他山之石——九阳豆浆机的一个案例。第9页，共39页。

1、功能／名称对失效部位或功能的区分，用于识别失效点。

2、潜在失效模式根据研究对象的失效特征分布，寻找合适的失效模式分类方式。这一步非常重要，只有合理的分类才能准确反映出失效的分布规律。就和看问题视角不同，结论也不同一样。例如以轴承为例，不同分类方式可能反应不同规律：

(1)滚动体失效、保持架失效、内圈失效、外圈失效

(2)润滑失效、过负荷失效、装配失效、震动失效

(3)熔焊、断裂、沟槽、锈蚀、变形……显然，不同的分类方式，分析效率将明显不同。这和分析人员的实践经验有关。

3、潜在的失效后果对失效的具体影响进行描述。第10页，共39页。

4、严重度依据失效后果的严重程度给出严重级别，是对失效程度的重要量化指标。第11页，共39页。

5、重要度分级对失效项目对整体影响的重要度进行分级，如关键、主要、重要、重点、一般等，并用适当的字母来表示。

6、潜在的失效原因对失效的原因进行深入分析，这里和我们故障管理中提到的“5W”，即连问5个为什么道理是一样的，即要追究失效的真因，通过反复追问为什么来把真正的潜在原因找出来。但毕竟和故障管理可以追溯管理原因不同，失效分析研究的是零部件失效的规律，所以追究的范围不要超过产品本体。

7、频度考察失效的频繁程度。这里频度并不是实际次数，而是按照出现频次多少进行的分级。具体分析中，可以根据分析对象的实际频次规律来界定分级标准。第12页，共39页。

8、现行控制措施——预防当前临时性的预防措施，但这个措施不是对策的终点，最终一定要通过改善来控制缺陷的再发生。第13页，共39页。

9、探测方法给出检测失效的具体方法。

10、探测度失效可探测的难易度，它反应了所具备的探测条件。第14页，共39页。

11、风险优先指数这是一个失效的综合影响指标。它把失效的严重程度、频次、可探测性等结合起来，综合反应了失效的风险程度。

风险优先指数（Rish,PriorityNumber）

RPN=S×O×D

S：sereritg(严重度)

O：occarrence(频度)

D：detection(不易探测度)

RPN=后果的严重度X失效可能性X探测度风险优先指数是对失效风险性的度量。风险优先指数可以用于对失效隐患的担心程度进行排序，以加以区别对待。RPN取值在1至1000之间，如果风险优先指数很高，就必须采取纠正措施，努力减小该值。在一般实践中，不管RPN大小如何，当严重度（S）高时，就应该特别注意。第15页，共39页。

12、建议方案及优先等级针对失效问题给出彻底的根治性改善方案，或者最大限度地减少失效的频度。改善后，应重新评估RPN值。

13、实施计划落实责任人，计划时间等。

14、措施结果改善方案实施后，应该对严重度、频度、可探测性和RPN等进行重新评估。以上只是给出目前流行的DFMEA失效分析管理的过程方法，在很多教科书中都是这样讲解的。失效模式分析是舶来品，实际应用到我们的故障管理和零部件失效分析中，不可能完全照搬，更重要的是借鉴其思想方法，并部分引用其中的技巧。第16页，共39页。四、失效模式分析要掌握必要的技术方法（一）失效分析需要具备的技术基础及手段真正要做好失效模式分析，除了应用个人经验、五官的感觉外，经常需要必要的基础科学知识，和借助必要的探测工具和分析工具。比如探测震动、电流、金相结构、化学成分等的分析设备。但不是一定要有这些设备我们才能借助这个方法，很多时候，应用我们手里的简单工具和五官，我们一样可以做很多力所能及的事。第17页，共39页。（二）失效分析的思路失效分析可以遵循如下原则：

1、整体观念原则

2、从现象到本质的原则

3、动态原则

4、一分为二原则（两分法原则）

5、纵横交汇原则（立体性原则）大致分析思路可以考虑：

1、按照失效件制造的全过程及使用条件的顺序。

2.根据产品的失效形式及失效模式分析

3.“四M”分析法所谓“四M”分析法，是指将Man（人）、Machine（机器）、Media（环境介质）和Management（管理）作为一个统一的系统进行分析的方法。第18页，共39页。（三）失效系统工程分析法失效系统工程分析是把复杂的设备或系统和人的因素当作一个统一体，运用数学方法和计算机等现代化工具，来研究设备或系统失效的原因与结果之间的逻辑联系，并计算出设备或系统失效与部件之间的定量关系。比较成熟的失效系统工程分析法有：

1、故障树分析法（简称FTA法）

2、特征—因素图分析法

3、事件时序树分析法（简称ETA法）

4、故障率预测法

5、失效模式及后果分析法（简称FMEA法）

6、模糊数学分析法这里只简单介绍故障树分析法，这个方法其实和我们经常用到鱼刺图分析方法类似。第19页，共39页。故障树分析法是美国委记贝尔电话研究所于1961年首先提出来的。故障树分析的概念来自数学图论中树的概念和计算机算法符号。在分析中把分析的设备叫做系统，把组成该设备的零件叫组元。零件的工作状态用一些参数（压力、温度、流量）来描述。每种零件都处于两种状态（完好与失效）中的一种。因此，设备也处于两种状态中的一种：正常或失效。所谓故障树分析就是分析各种事件（系统组元的状态变化）之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件（失效事件），再找出失效原因。其工作程序是：第20页，共39页。－确定不希望发生的事件（上端事件）；－对设备的设计、制造、维修、使用等资料进行分析；－采用手工或计算机合成故障树；－求出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目的基本事件的集合；－收集计算时必须的故障率数据；－计算上端事件发生的概率；－对基本事件的重要度作评价；－分析计算结果，提出改进措施。故障树是一种把逻辑符号连接起来的树形图。符号大体上可分为逻辑门符号、故障事件符号和其它符号三类。第21页，共39页。故障树分析图例第22页，共39页。巴特雷图同样我们可以把引发失效的诸多问题进行排序，并进行区分处理。第23页，共39页。程序步骤（四）失效分析工程的大致步骤一般说来，失效分析步骤大体上包括：1、调查失效事件的现场2、收集背景材料3、深入研究分析4、综合归纳所有信息并提出初步结论5、重现性试验或证明试验6、确定失效原因并提出建议措施7、写出分析报告8、标准化巩固成果第24页，共39页。五、失效模式分析案例这里只是一个来自丰田的轴承失效模式分析案例，侧重展示的是可资应用的分析结果，而不是过程。从这个案例看，他们从维保层面，更注重使用过程的劣化和预防措施，是一个活学活用失效分析思想的优秀案例。而他们对轴承失效的分类方式，即从轴承损坏形态上分类的方法也非常实用，值得我们借鉴。作为轴承失效的

具体分析材料，里面

提到的12种失效模式，

也可以为我们正确使

用轴承和开展维保提

供了正确方向。第25页，共39页。故障形态示例1轴承故障示例什么是鳞片？现象：材料的滚动疲劳造成轨道面及滚动面的表层部分产生鳞片状剥离。原因：＜早期发生＞・润滑油不足或加注不当・负载过大＜由于异常原因导致发生＞・安装不良（偏芯/不同轴）・增压过大及热膨胀造成轴承间隙过小・轴、轴衬精度不良・负载过大对策：・消除不同轴及过载

・选择正确的配合及轴承间隙

・提高轴、轴衬精度、正确加注润滑剂第26页，共39页。轴承故障示例现象：划痕是指在滑动接触中沿滑动方向产生的表面浅痕，从外观上看，划痕没有在内部形成熔敷。原因・安装初期的润滑不足・安装、拆卸时操作不良・润滑剂不足或加注不当・润滑不足并发生轴向移动时对策・安装、拆卸时的正确润滑与对正中心・润滑剂的正确使用・调整润滑方法原来如此！故障形态示例2什么是划痕？第27页，共39页。故障形态示例3轴承故障示例什么是粘咬？现象：粘咬是指滚动面有局部的微小热胶着（烧熔），这些部分成群出现的现象。

摩擦升温造成的表面局部胶着，往往导致较为严重的表面粗糙。原因・润滑剂不足或使用不当・滚珠在滚动轨道面上打滑

（当转动体非正常自转，在滚动轨道面上打滑时，因润滑油膜没有了导致发生。）・压力过大造成局部温度高。对策・润滑剂的正确使用・调整润滑方法・设定正确的增压量原来如此！第28页，共39页。故障形态示例4轴承故障示例什么是磨损？现象：磨损与材料疲劳没有直接关系，通常发生在凸缘面、端面、夹持器凹面、夹持器与轨道圈引导面等滑动磨损面。

此外，异物进入造成的磨损及腐蚀磨损不仅在滑动面发生，

还会造成滚动面的损伤。原因・润滑剂不足或使用不当・异物混入对策・正确使用润滑剂・调整润滑方法・改进密封装置和机构原来如此！第29页，共39页。故障形态示例5什么是压痕、凹痕？现象：压痕是指轨道面与转动体接触部分因过载或冲击而产生塑性变形以及凹痕（表面变形）的现象。

此外，异物进入后导致的滚动面小凹痕状态也称为压痕（啮入划痕）。原因・静止或低速旋转时的

过载及冲击负载・异物混入、啮入对策・改进、加强密封装置，

清洗轴承周边・改进操作原来如此！轴承故障示例第30页，共39页。故障形态示例6什么是裂纹、缺口？现象：裂纹是微细裂痕、龟裂、割裂等损伤的总称。

缺口是指内圈、外圈及滚动部分局部缺失的状态。原因・过载及冲击・过盈量过大・鳞片及烧熔现象加剧・安装时的打击及操作不良对策・调整、改进负载条件・调整过盈量・改进操作原来如此！轴承故障示例第31页，共39页。故障形态示例7什么是微振磨损？现象：微振磨损是轴承受到振动时发生的一种磨损现象，其特征是形成色如铁锈

的摩擦锈斑。轨道面发生的微振磨损属于转动体间距磨损，看上去类似布氏硬度压痕，因此也称为虚假表面变形（疑似压痕）。原因・过盈量不足・轴承停止时的振动、摇摆、输送中的振动

对策・加大过盈量・改进轴、轴衬的固定方法・采用粘稠度高的润滑脂原来如此！轴承故障示例第32页，共39页。故障形态示例8什么是生锈、腐蚀？现象：锈蚀是金属表面在化学作用下生成的氧化物、氢氧化物皮膜。

腐蚀是与酸及碱液之间产生的化学作用而造成的侵蚀、氧化、溶解现象。原因・水、腐蚀性物质的浸入・空气中的水分结露・包装、保管状态不良、直接与手接触

对策・改进、加强密封装置・改进轴承的保管方式・长时间停止运行时的防锈处理原来如此！轴承故障示例第33页，共39页。故障形态示例9什么是烧熔？原因：・轴承内部间隙过小・润滑剂不足或使用不当・负载过大・安装不良（偏芯）现象：烧熔是指轴承因某种原因而